DD261199A1

DD261199A1 - ALTERNATING RADIATION FLAME WEAPON WITH NOISE SIGNAL SUPPRESSION

Info

Publication number: DD261199A1
Application number: DD85285178A
Authority: DD
Inventors: Martin Podbielski; Michael Ceschia
Original assignee: Geraete & Regler Werke Veb
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1988-10-19
Also published as: EP0229265B1; HUT43703A; HU195303B; DE3671956D1; ATE53652T1; EP0229265A1

Abstract

1. A variable radiation flame monitor with interference signal suppression for the suppression of interference signals having a known frequency, consisting of an optoelectronic sensor unit and an electronic evaluation and switching unit, wherein to the optoelectronic sensor element (1) a pulse shaper (2) generating a square-wave voltage is connected and wherein at the output, galvanically separated by a capacitor (6), a rectifying circuit (7) is provided which is followed by a switching unit (8), characterized in that in the signal path between the pulse shaper (2) and the capacitor (6) a D-flip-flop (5) is disposed to the information input of which the rectangular signal voltage is applied and whose clock input is connected to a clock signal source (9) operating at the frequency of the interference signal.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrahlungsflammenwächter zur Flammenüberwachung von vorwiegend Einzelbrennerfeuerungen für feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe.The invention relates to an exchangeable flame detector for flame monitoring of predominantly single burner furnaces for solid, liquid or gaseous fuels.

Characteristic of the known technical solutions

Flammenwächter haben allgemein die Aufgabe, bei Flammenausfall eine Unterbrechung der Brennstoffzufuhr zu veranlassen, um die Bildung von explosiven Gemischen im Brennerraum zu verhindern. In bekannten Lösungen wird u.a. als Überwachungskriterium der Flackereffekt der Flammenstrahlung genutzt. Dabei wird über ein optoelektonisches Fühlerelement die aufgenommene Wechselstrahlung in ein elektrisches Abbildungssignal gewandelt und anschließend dessen pulsierende Komponente in Rechteckssignale umgeformt. Durch Gleichrichtung der Rechteckssignalspannung entsteht das Flammenanwesenheitssignal, welches einer der Prozeßsteuerung dienenden Schalteinheit zugeführt wird. Als Problem stellt sich dar, daß der Fühler auch Störsignale aufnimmt, die durch externe Fehlererscheinungen (Anlagenfehler) in die elektronische Überwachungseinrichtung einstreuen (z. B. netzspannungsführende Leitungen mit einer Störfrequenz von 50Hz) bzw. einstrahlen (netzspannungsgespeiste Beleuchtungskörper mit einer Störfrequenz von 100Hz). Die Weiterleitung dieser Störsignale führt bei erloschener Flamme in der Überwachungseinrichtung zur Vortäuschung des Zustande „Flamme vorhanden".Flame detectors generally have the task of causing an interruption of the fuel supply in the event of flame failure in order to prevent the formation of explosive mixtures in the burner chamber. In known solutions, i.a. used as a monitoring criterion of the flickering effect of flame radiation. In this case, the recorded alternating radiation is converted into an electrical imaging signal via an optoelectronic sensor element and then converted its pulsating component into rectangular signals. By rectification of the rectangular signal voltage arises the flame presence signal, which is supplied to a process control unit serving switching unit. The problem is that the sensor also picks up noise signals that are scattered into the electronic monitoring device due to external fault phenomena (system faults) (eg lines carrying mains voltage with a disturbing frequency of 50 Hz) or that radiate in (mains voltage-fed lighting fixtures with a disturbing frequency of 100 Hz). , The forwarding of these spurious signals results in extinguished flame in the monitoring device to simulate the state "flame present".

Bekannte Schaltungsanordnungen weisen deshalb im Signalweg spezielle analoge Filteranordnungen auf, die die entsprechenden Störfrequenzbereiche sperren oder den Übertragungsbereich unterhalb der Störfrequenz begrenzen, wie z. B. in den BRD-OS 2142222 und 2643792 sowie in den DDR-Patentschriften 143653 und 145873 beschrieben. Bei der Festlegung der Übertragungsbereichsgrenzen muß bei diesen Anordnungen auch der mögliche Schwankungsbereich der Störfrequenz sowie die Temperaturabhängigkeit und die Langzeitänderung der Filterelemente und der Schaltwerte von Schwellwertschaltern Berücksichtung finden, so daß zur Erreichung der erforderlichen Sicherheit gegen Flammenyortäuschung ein breiter Sperrbereich eingeführt werden muß. Die damit verbundene erhebliche Einschränkung des Übertragungsbereiches, der beispielsweise bei der in der DDR-Patentschrift 145 873 vorgeschlagenen Schaltungsanordnung 5Hz bis 40 Hz beträgt, hat zur Folge, daß die Überwachungseinrichtung nicht den gesamten typischen Flackerfrequenzbereich der Flamme erfassen kann, welcher etwa zwischen 5 Hz u nd 500 Hz liegt.Known circuit arrangements therefore have special analog filter arrangements in the signal path which block the corresponding interference frequency ranges or limit the transmission range below the interference frequency, such as e.g. B. in the Federal Republic of Germany 2142222 and 2643792 and in the GDR patents 143653 and 145873 described. When defining the transmission range limits, the possible fluctuation range of the interference frequency as well as the temperature dependence and the long-term change of the filter elements and the switching values of threshold switches must be taken into account in these arrangements, so that in order to achieve the necessary security against flame feint a broad stopband must be introduced. The associated significant limitation of the transmission range, which is for example in the proposed in the DDR patent 145 873 circuit arrangement 5Hz to 40 Hz, has the consequence that the monitoring device can not detect the entire typical flicker frequency range of the flame, which is approximately between 5 Hz u nd 500 Hz.

In der Praxis sind die entstehenden Flackerfrequenzen entlang der Flammenachse unterschiedlich groß, wobei die höheren Frequenzen im Flammenkern und die tieferen Frequenzen in der Flammenspitze auftreten. Durch die Einschränkung des Übertragungsbereiches wird deshalb ein exaktes Ausrichten der Fühlersichtöffnung auf den Teil der Flamme erforderlich, der innerhalb des Übertragungsbereiches der Überwachungseinrichtung liegende Flackerfrequenzen aufweist. Diese Einschränkung ist nachteilig, weil die Bestimmung und Realisierung einer entsprechenden Fühlersichtöffnung oft nur mit erheblichem Aufwand vor Ort der Feuerungsanlage erreichbar ist, und nicht selten zu Kompromißlösungen führt, die zu Lasten einer geminderten Verfügbarkeit der Feuerungsanlage und eines überhöhten Kontroll- und Wartungsaufwandes eingegangen werden müssen.In practice, the resulting flicker frequencies vary in size along the flame axis, with the higher frequencies occurring in the flame kernel and the lower frequencies in the flame tip. Due to the limitation of the transmission range, an exact alignment of the sensor view opening on the part of the flame is therefore required, which has flicker frequencies lying within the transmission range of the monitoring device. This limitation is disadvantageous because the determination and realization of a corresponding sensor eye opening can often be achieved only with considerable effort on site of the furnace, and often leads to compromise solutions that must be taken to the detriment of reduced availability of the furnace and excessive control and maintenance ,

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Wechselstrahlungsflammenwächter zur Flammenüberwachung von vorwiegend Einzelbrennerfeuerungen, der mit geringem Bauelementeaufwand eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit gegen Flammenvortäuschung durch aufgenommene Störsignale realisiert, ohne daß eine exakte mit ensprechend hohem Inbetriebnahme- und Wartungsaufwand verbundene Ausrichtung der Fühlersichtöffnung auf einen bestimmten Flammenbereich erforderlich ist.The aim of the invention is a Wechselstrahlungsflammenwächter for flame monitoring of predominantly single burner furnaces, which realized with low component cost high availability and security against Flammenvortäuschung by recorded interference without an exact associated with ensprechend high commissioning and maintenance alignment of the Fühlersichtöffnung to a certain flame area is required.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe, die durch diese Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, einen Wechselstrahlungsflammenwächter zu schaffen, der den gesamten typischen Flackerfrequenzbereich der Flamme überträgt und der die Störsignalunterdrückung ohne Anwendung analoger Filter realisiert. Der Wechselstrahlungsflammenwächter soll innerhalb des Übertragungsbereiches nur sehr schmale exakt der Frequenz des Störsignals und deren ganzzahligem Vielfachen entsprechende Sperrbereiche aufweisen. Das Störsignal soll unabhängig von dessen Amplitude absolut gesperrt werden und die Sperrbereiche sollen den Fequenzschwankungen des Störsignals folgen.The object to be achieved by this invention is to provide an intermittent flame monitor which transmits the entire typical flicker frequency range of the flame and which realizes the noise suppression without the use of analog filters. Within the transmission range, the variable-area flame detector should have only very narrow stop bands exactly corresponding to the frequency of the interference signal and their integer multiples. The interference signal should be absolutely blocked regardless of its amplitude and the stop bands should follow the frequency fluctuations of the interference signal.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Signalweg eines aus einer optoelektronischen Fühlereinheit und einer elektronischen Auswerte- und Schalteinheit bestehenden Flammenwächters-, bei dem an das optoelektronische Fühlerelement ein Impulsformer angeschlossen ist und bei dem am Ausgang durch einen Kondensator galvanisch getrennt eine Gleichrichterschaltung vorhanden ist, an die sich eine Schalteinheit anschließt, zwischen dem Impulsformer und dem Kondensator ein D-Flipflop angeordnet ist, an dessen Informationseingang die Rechtecksignalspannung liegt und dessen Takteingang an eine mit der Frequenz des Störsignals arbeitende Taktsignalquelle angeschlossen ist. Im allgemeinen sind als Störsignale Netzfrequenzeinstreuungen und Fremdlichteinfall durch netzspannungsgespeiste Beleuchtungskörper zu berücksichtigen, so daß die Taktsignalquelle aus einer Netzspannungsquelle mit nachgeschaltetem Impulsformer besteht. Zur Begrenzung des Übertragungsbereiches oberhalb des typischen Flackerfrequenzbereiches ist dem Informationseingang des D-Flipflops ein Tiefpaß mit folgendem Schwellwertschalter vorgeschaltet.According to the invention the object is achieved in that in the signal path of a consisting of an optoelectronic sensor unit and an electronic evaluation and switching Flammenwächters- in which the optoelectronic sensor element, a pulse shaper is connected and in which the output by a capacitor galvanically isolated a rectifier circuit is present , to which a switching unit connects, between the pulse shaper and the capacitor, a D-type flip-flop is arranged, at the information input, the square-wave signal voltage is located and the clock input is connected to a working with the frequency of the interference signal clock signal source. In general, network noise influences and extraneous light incidence by line voltage-powered lighting fixtures are to be considered as interference signals, so that the clock signal source consists of a mains voltage source with a downstream pulse shaper. To limit the transmission range above the typical flicker frequency range, a low-pass filter with the following threshold value switch is connected upstream of the information input of the D flip-flop.

Anschließend soll der Wechselstrahlungsflammenwächter in Funktion beschrieben werden. Die aus dem pulsierenden Anteil der Flammenstrahlung durch das Fühlerelement gewandelten analogen Abbildungssignale werden mittels eines Impulsformers in bekannter Weise in digitale Signale geformt, deren Impulsfolgefrequenz der Frequenz der aufgenommenen Abbildungssignale entspricht. Die folgende Reihenschaltung des Tiefpasses und des Schwellwertschalters bewirkt die obere Begrenzung des Übertragungsbereiches und die Ansteuerung des D-Flip-Flops mit Signalen der erforderlichen Flankensteilheit. Infolge der Ansteuerung des Takteinganges des D-Flipflops mit Rechtecksignalen der Frequenz des Störsignals erscheint bei erloschener Flamme und am Informationseingang des D-Flipflops ein konstanter Pegel, der über den nachfolgenden Kondensator nicht weitergeleitet wird. Unterscheidet sich dagegen die am Informationseingang des D-Flipflops anliegenden Störsignalen am Ausgang des D-Flip-Flops liegende Frequenz der Rechtecksignalspannung von der Frequenz des Störsignals, was bei aufgenommenem Flammensignal der Fall ist, dann entstehen am Ausgang des D-Flipflops Impulsspannungen, welche in bekannter Weise gleichgerichtet und danach der Schalteinheit zugeführt werden.Subsequently, the variable-area flame detector should be described in function. The converted from the pulsating portion of the flame radiation through the sensor element analogue image signals are formed by means of a pulse shaper in a known manner into digital signals whose pulse repetition frequency corresponds to the frequency of the recorded image signals. The following series connection of the low pass and the threshold switch causes the upper limit of the transmission range and the driving of the D flip-flop with signals of the required slope. As a result of the control of the clock input of the D flip-flop with square wave signals of the frequency of the interference signal appears at extinguished flame and the information input of the D flip-flop a constant level, which is not forwarded via the subsequent capacitor. If, in contrast, the interference signals present at the information input of the D flip-flop are different from the frequency of the interference signal at the output of the D flip-flop, which is the case when the flame signal is received, then pulse voltages occur at the output of the D flip-flop rectified manner and then fed to the switching unit.

Ausführungsbeispiel 'Exemplary embodiment

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:The essence of the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the drawing show:

Fig. 1: das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßenFig. 1: the schematic diagram of the invention

Wechselstrahlungsflammenwächters mit Störsignalunterdrückung Fig. 2: ein Impulsdiagramm für ein netzfrequentes StörsignalWechselstrahlungsflammenwächters with noise suppression Fig. 2: a timing diagram for a power-frequency interference signal

Es wird ein Wechselstrahlungsflammenwächter beschrieben, der bei Flackerfrequenzen der zu überwachenden Flamme im gesamten typischen Flackerfrequenzbereich ein Flammenanwesenheitssignal erzeugt und bei dem Störsignale mit Netzfrequenz und deren ganzzahligem Vielfachen bei erloschener Flamme nicht zur Flammenvortäuschung führen.An alternating radiation flame detector is described which generates a flame presence signal at flicker frequencies of the flame to be monitored in the entire typical flicker frequency range and in which interference signals at mains frequency and their integer multiples do not lead to flame simulations when the flame is extinguished.

Das optoelektronische Fühlerelement 1 welches auf die Flamme gerichtet ist, ohne daß besondere Anforderungen an eine exakte Ausrichtung auf einen bestimmten Flammenbereich gestellt werden müssen, wandelt deren Strahlung in die elektrische Abbildungssignalspannung Ue, die aus einer Gleichspannung besteht, der eine der aufgenommenen Flackerfrequenz entsprechende Wechselsignalspannung überlagert ist. Der analoge Wechselanteil wird mittels des Impulsformers 2 in die digitale Rechtecksignalspannung U_ET umgeformt. Der Tiefpaß 3, bestehend aus einem Widerstand und einem Kondensator, ist so dimensioniert, daß bei Fequenzen der Signalspannung oberhalb 500 Hz die Eingangsspannung des Schwellwertschalters 4 unter der Schwellspannung bleibt.The optoelectronic sensor element 1, which is directed towards the flame, without any special requirements for precise alignment with a certain flame area, converts its radiation into the electrical imaging signal voltage Ue, which consists of a DC voltage superimposed on the recorded flicker frequency corresponding AC signal voltage is. The analog alternating component is converted by means of the pulse shaper 2 in the digital square wave signal voltage U _ET . The low-pass filter 3, consisting of a resistor and a capacitor, is dimensioned so that at frequencies of the signal voltage above 500 Hz, the input voltage of the threshold 4 remains below the threshold voltage.

Signalspannungen mit Frequenzen innerhalb des Übertragungsbereiches werden mittels des Schwellwertschalters 4 erneut in digitale Signale der erforderlichen Flankensteilheit umgeformt. Die so erzeugte Rechteckssignalspannung Uetd liegt am Informationseingang des D-Flipflops 5.Signal voltages with frequencies within the transmission range are converted by means of the threshold 4 again into digital signals of the required slope. The square-wave signal voltage Uetd thus generated is located at the information input of the D flip-flop 5.

Der Impulsformer 11, dessen Eingang mit der netzgespeisten Spannungsquelle 10 verbunden ist, erzeugt digitale Taktsignale mit Netzfrequenz, die an den Takteingang des D-Flipflops 5 gelangen.The pulse shaper 11, whose input is connected to the mains-powered voltage source 10, generates digital clock signals at mains frequency, which reach the clock input of the D flip-flop 5.

Mit der L/H-Flanke der Taktspannung U_T (Taktflanke) wird der am Informationseingang anliegende Pegel (L oder H) auf den Ausgang des D-Flipflops 5 durchgeschaltet. Der D-Flipflop 5 speichert diesen Pegel bis zur nächsten Taktflanke. Zwischenzeitliche Pegeländerungen am Informationseingang sind wirkungslos.With the L / H edge of the clock voltage U _T (clock edge) of the voltage applied to the information input level (L or H) is switched through to the output of the D flip-flop 5. The D flip-flop 5 stores this level until the next clock edge. Intermediate level changes at the information input are ineffective.

Entstehen am Eingang des Flammenwächters oder im Signalweg Störsignale mit Netzfrequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen der Netzfrequenz liegt zu jeder Taktflanke am Informationseingang des D-Flipflops 5 der gleiche Pegel L oder H an. Am Ausgang des D-Flip-Flops 5 werden somit keine Impulsspannungen sondern ein konstanter Pegel L oder H ausgegeben, der über den nachfolgenden Kondensator 6 nicht weitergeleitet wird, so daß Signale die im Fehlerfall aus netzgespeisten Störquellen eingespeist werden, nicht zur Flammenvortäuschung führen können.Emerge at the entrance of the flame detector or in the signal path noise with mains frequency or an integral multiple of the mains frequency is the same level L or H at each clock edge at the information input of the D flip-flop 5. At the output of the D flip-flop 5, no pulse voltages but a constant level L or H are output, which is not forwarded via the subsequent capacitor 6, so that signals are fed in the event of an error from mains-fed interference sources, can not lead to Flammenvortäuschung.

Bei vorhandener Flamme liegt am Informationseingang des D-Flipflops 5 die Rechtecksspannung U_Etd mit der wechselnden Frequenz des aufgenommenen Flammensignals, so daß am Ausgang des D-Flipflops 5 Impulsspannungen Ua entstehen, die über den Kondensator 6 weitergeleitet und mittels der Gleichrichterschaltung 7 in eine negative, der Betriebsspannung entgegengesetzte Ausgangsspannung gewandelt werden, die der Ansteuerung der Schalteinheit 8 dient.If the flame is present at the information input of the D-flip-flop 5, the square wave voltage U _E td with the alternating frequency of the recorded flame signal, so that at the output of the D flip-flop 5 pulse voltages Ua arise, which is forwarded via the capacitor 6 and by means of the rectifier circuit 7 in a negative, the operating voltage opposite output voltage can be converted, which serves to control the switching unit 8.

Claims

1. Wechselstrahlungsflammenwächter with Störsignalunterdrückung ^ consisting of an optoelectronic sensor unit and an electronic evaluation and switching unit, in which to the optoelectronic sensor element (1) a pulse shaper (2) is connected and at the output by a capacitor (6) galvanically isolated a rectifier circuit (7) is present, to which a switching unit (8) connects, characterized in that in the Signajweg between the pulse shaper (2) and the capacitor (6) a D-type flip-flop (5) is arranged at the information input of the square wave signal voltage and whose clock input is connected to a clock signal source (9) operating at the frequency of the interference signal.

2. Wechselstrahlungsflammenwächter with noise suppression according to item 1, characterized in that the clock signal source (9) consists of a mains voltage (10) with downstream pulse shaper (11).

3. Wechselstrahlungsflammenwächter with noise suppression according to item 1 and 2, characterized in that the information input of the D-flip-flop (5) is a low-pass filter (3) with subsequent threshold value switch (4) is connected upstream.