DE2737089A1 - Verfahren zum wahrnehmen einer flamme und flammensensorvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum wahrnehmen einer flamme und flammensensorvorrichtung

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Description

PATENTANWÄLTE A. G^ÜNECKER
DlPL-ING
H. KINKELDEY
OR-MQ
W. STOCKMAIR
K. SCHUMANN
OH KER MAT> OL-Mn
P. H. JAKOB
G. BEZOLO
CR RBlWtT' OWL-CHEM
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE «3
17- Aug. 1977 p 11 901
SECURITY PATROLS CO., LTD. No. 9-13» 1-chome, Akasaka, Minato-ku, Tokyo, Japan KOKUSAI GIJUTSU KAIHATSU CO., LTD. No. 4—1, 2-chome, Amanuma, Suginami-ku, Tokyo, Japan Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme und Flammensensor-
vo !richtung
Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme bzw. eine Flammensensorvorrichtung, die unter Verwendung von Infrarotstrahlen arbeiten, die durch die Resonanzstrahlung von Kohlendioxid, das im folgenden als CO2 bezeichnet wird, ausgesandt werden, die vom COp in einer Flamme abgegeben wird.
Es ist bekannt, daß eine Resonanzstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge vom CO2 in einer Flamme auftritt, die sich auf einer hohen Temperatur befindet. Die durch eine derartige Resonanzstrahlung erzeugten Strahlen können in einem Bereich von der Ultraviolettstrahlung bis zur Infrarotstrahlung auftreten und die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme bzw. einer Flammensensorvorrichtung,
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die die Besonanzstrahlung im Infrarotbereich in der Nähe einer Wellenlänge von 2/U oder 4-,4yu verwenden.
Es sind bereits viele Flammensensoren vorgeschlagen worden, die unter Verwendung der Strahlen einer Strahlung arbeiten. Einer dieser Sensoren macht von Ultraviolettstrahlen Gebrauch, andere Sensoren nutzen das Flackern von sichtbaren Lichtstrahlen aus, während weitere Sensoren Strahlen in der Nähe des Infrarotbereich.es benutzen oder vom Plackern der Strahlung im Infrarotbereich bei einer Wellenlänge in der Nähe von 4-,4/U Gebrauch machen.
Biese Sensoren haben Mängel, was die Möglichkeit der Abnahme fehlerhafter Informationen und der Zunahme der Empfindlichkeit anbetrifft. Beispielsweise bewirkt ein Blitzstrahl oder ein elektrischer Entladefunken eine fehlerhafte Arbeitsweise bei einem Flammensensor, der unter Verwendung von Ultraviolettstrahlen arbeitet. Was den Flammensensor anbetrifft, der das Flackern von sichtbaren Lichtstrahlen oder von Infrarotstrahlen verwendet, so tritt eine fehlerhafte Arbeitsweise bei Sonnenlicht oder künstlicher Beleuchtung auf. Die Flammensensoren, die Ultraviolett strahlen verwenden, haben den Nachteil, daß die Ultraviolettstrahlen kürzerer Wellenlänge im aus der Flamme heraustretenden Bauch absorbiert werden, so daß der Bereich der Empfindlichkeit begrenzt ist.
Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden und ein Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme bzw. eine Flammensensorvorrichtung geliefert werden, bei denen eine falsche Information aufgrund eines Blitzschlages oder aufgrund des Sonnenlichtes vermieden werden kann und eine Flamme mit hoher Empfindlichkeit und gutem Sign al rauschverhältni 8 wahrgenommen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme, bei dem der Unterschied in der Intensität zwischen einer ersten Infrarotstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, die durch die Resonanzstrahlung von CO2 erzeugt wird, und einer zweiten Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge in der Nähe der Wellenlänge der ersten Strahlung in einem Wellenlängenbereich, in dem nur ein kleiner Teil der Strahlung durch CO2 in der Luft absorbiert wird, bestimmt werden kann, um eine Warneinrichtung zu betätigen, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Flamme für eine kurze Zeitdauer fortlaufend in Form des Unterschiedes in der Intensität zwischen der ersten Infrarotstrahlung und der zweiten Infrarotstrahlung gemessen wird und daß die Warneinrichtung betätigt wird, wenn die Intensität der zweiten Infrarotstrahlung über einer vorbestimmten Höhe bleibt.
Gemäß eines besonders bevorzugten Gedankens betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme bzw. einen Flammensensorvorrichtung, die unter Verwendung der Infrarotstrahlen arbeiten, die durch die Resonanzstrahlung von Kohlendioxid erzeugt werden, wobei keine fehlerhaften Informationen aufgrund der Entladung eines Blitzschlages, aufgrund des Sonnenlichtes oder ähnlichem geliefert wird und eine hohe Empfindlichkeit und ein hohes Signalrauschverhältnis erreicht sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme zeichnet sich dadurch aus, daß eine Flamme fortlaufend für eine kurze Zeitspanne in Form des Unterschiedes in der Intensität zwischen einer ersten Infrarotstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, die durch die Resonanzstrahlung des Kohlendioxids erzeugt wird, und einer zweiten Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge in der Nähe der Wellenlänge der ersten Strahlung in einem Wellenlängenbereich, in dem eine geringe Absorption durch das Kohlendioxid in der Luft auftritt, gemessen wird und eine Warneinrichtung betätigt wird, wenn die Intensität der zweiten Infrarotstrahlung über einer vorbestimmten Höhe bleibt.
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• τ ·
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:
Figur Λ zeigt das Strahlungsspektrum verschiedener strahlender Körper.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Arbeitsprinzips eines Flammensensors.
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines Flammensensors, auf den die Erfindung anwendbar ist.
Figur 4 zeigt eine Darstellung der Ausgangssignale einer photoelektrischen Wandlereinrichtung.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangs signale der photo elektrischen Wandler einrichtung .
Figur 6 zeigt eine Darstellung des Spektrums der Flamme von Benzin und anderen Stoffen.
Figur 7 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum fortgesetzten Abgeben eines Warnsignals.
Figur 9 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer zentralisierten Signalverarbeitungsanlage zum Wahrnehmen einer Flamme·
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben, wobei zunächst ein Grundausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flammensensors beschrieben wird.
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- Y-
Figur 1 zeigt die StrahlungsSpektren verschiedener strahlender Körper.
Mit al ist das Spektrum einer zusammen mit einer Oxidation brennenden Flamme bezeichnet, wobei dieses Spektrum eine intensive Resonanzstrahlung von COp mit der Wellenlänge von 4,4,u und in der Nähe von 2/U enthält. Mit a2 ist das Spektrum des Sonnenlichtes oder eines strahlenden Körpers, beispielsweise eines elektrischen Heizgerätes mit einer Temperatur von über 100O0C bezeichnet. Das Spektrum bei einer Wellenlänge in der Nähe von 4,4/U hat eine Intensität, die beträchtlich kleiner als die des sichtbaren Lichtes ist, liegt jedoch in Form eines kontinuierlichen Spektrums vor·
Mit a 3 ist die Strahlung eines schwarzen Körpers mit einer Temperatur von beispielsweise etwa 3000C, die beträchtlich unter der eines elektrischen Heizgerätes liegt, bezeichnet, wobei diese Strahlung ein kontinuierliches Spektrum mit einem Maximum bei einer größeren Wellenlänge als 4,4 /U zeigt.
In Figur 1 sind beispielsweise drei Spektren mit derselben Intensität bei der Wellenlänge von 4,4 ,u dargestellt. Wenn eine Strahlung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, auftritt und eine Flammenbestimmung mittels der Strahlung erfolgt, die durch ein Bandpaßfilter von 4,4 ,u gegangen ist, ergibt sich, daß jeder strahlende Körper mit dem Spektrum al, a2 und a3 als Flamme wahrgenommen wird.
Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß ein Bandpaßfilter vorgesehen, das einen Durchlaßbereich bei einer passenden Wellenlänge in der Nähe von 4,4,u, beispielsweise bei etwa 3»8/U oder 4,1/U, hat und wird der Unterschied in der Intensität zwischen der Strahlung, die durch das Bandpaßfilter gegangen ist, und der Strahlung, die durch ein Filter von 4,4,u gegangen ist, ermittelt. Auf diese Weise werden die drei Strahlungen mit den Spektren al, a2 und a3, die in Figur 1 dargestellt sind, unterschieden.
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• ir
Dadurch, daß die oben erwähnte Maßnahme getroffen ist, wird beispielsweise im Fall einer Flamme der Unterschied zwischen der durchgelassenen Strahlungsmenge mit einer Wellenlänge von 4,4 Ai, wie sie durch b1 in Figur 1 dargestellt ist, und der Strahlungsmenge mit einer Wellenlänge von 3»8/U ermittelt. Im Falle des Spektrums a2 ist das Spektrum in der Nähe von 4,4 λ ein kontinuierliches Spektrum, so daß der oben erwähnte Unterschied beträchtlich kleiner als der Unterschied b1 ist, wie es durch b2 dargestellt ist. Im allgemeinen wird ein Wert wahrgenommen, dessen Vorzeichen dem des Unterschiedes bi entgegengesetzt ist, wobei, was das Spektrum a3 anbetrifft, der Unterschied b3 dasselbe Vorzeichen wie der Unterschied b1 hat, jedoch beträchtlich kleiner als der Unterschied bi ist. Auf diese Weise kann das Spektrum al von den Spektren a2 und a3 unterschieden werden.
In Figur 2 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das eine Einrichtung zeigt, die auf dem oben beschriebenen Arbeitsprinzip basierend aufgebaut ist. In Figur 2 ist mit 1 ein strahlender Körper bezeichnet, bezeichnet 2 ein Bandpaßfilter von 4,4/U, ist mit 3 ein Bandpaßfilter mit einer anderen Wellenlänge als 4,4,u bezeichnet und bezeichnen 4 und 5 photoelektrische Wandlereinrichtungen für die durch die Bandpaßfilter 2, 3 hindurchgegangenen Strahlungen. Mit 6 ist ein Differentialverstärker bezeichnet, der den Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der photoelektrischen Wandlereinrichtungen 4 und 5 aufnehmen und verstärken kann und 7 bezeichnet eine Warneinrichtung, die dann arbeiten kann, wenn der Differentialverstärker ein Ausgangssignal liefert, das über einem bestimmten Signalpegel liegt.
Wenn, wie es in Figur 2 dargestellt ist, der strahlende Körper eine Flamme ist, so besteht ein großer Unterschied in der Intensität der Strahlungen, die durch die Bandpaßfilter 2, 3 hindurchgegangen sind, so daß ein großes Ausgangssignal am Ausgang des Differentialverstärkers 6 auftritt ,das die Warneinrichtung 7 betätigt.
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Die Intensität der Strahlungen an einer Vielzahl von Funkten des Spektrums, das durch einen gegebenen strahlenden Körper emittiert wird, wird unter Verwendung einer Vielzahl von Bandpaßfiltern gemessen und es wird durch Bildung des Unterschiedes zwischen den gemessenen Strahlungen bestimmt, ob das Spektrum des strahlenden Körpers ein Linienspektrum mit einer Wellenlänge, die der Flamme eigentümlich ist, oder ein kontinuierliches Spektrum ist. Wenn ein Linienspektrum ermittelt wird, wird eine Flamme wahrgenommen.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Blockschaltbild ist die Anzahl der photo elektrischen Wandlereinrichtungen 4- und 5 gleich der der Bandpaßfilter 2 und 3» wobei jedoch eine einzige photoelektrische Wandlereinrichtung verwandt werden kann, die dazu dient, die Strahlungsmenge, die durch eine Vielzahl von Bandpaßfilter hindurchgegangen ist, zu verarbeiten.
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Flammensensors, auf den die Erfindung anwendbar ist und Figur 3 dient insbesondere zur Erläuterung der gegenseitigen Anordnung der Bandpaßfilter 2, 3 und der photoelektrischen Wandlereinrichtung 4-,
In Figur 3 ist mit 8 eine drehbare Platte bezeichnet, an der die Bandpaßfilter 2, 3 angebracht sind. Mit 9 ist ein Elektromotor zum Drehen der drehbaren Platte 8 bezeichnet und 10 bezeichnet einen Grundaufbau. Eine einzige photoelektrische Wandlereinrichtung 4 ist für eine Vielzahl von Bandpaßfilter vorgesehen. Die photoelektrische Wandlereinrichtung 4· ist so angeordnet, daß die Bandpaßfilter 2, 3 abwechselnd eine Stellung vor der Einrichtung 4- einnehmen können, wenn die drehbare Platte 8 gedreht wird. Das heißt mit anderen Worten, daß die photoelektrische Wandlereinrichtung 4 den strahlenden Körper abwechselnd durch die Bandpaßfilter 2 und 3 sieht. Unter der Annahme, daß die unter Verwendung der Bandpaßfilter 2 und 3 abgeleiteten Ausgangssignale der photoelektrischen Wandlereinrichtung 4 die Signale e2 und e3 sind, so treten diese Signale in der in Figur 4-
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dargestellten Weise auf.
In Figur 4 ist auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate das Ausgangssignal der photoelektrischen Wandler einrichtung 1V aufgetragen.
Das Ausgangssignal der photo elektrischen Wandlereinrichtung 4-, das in Figur 4- dargestellt ist, wird durch die in Figur 5 dargestellte Schaltung verarbeitet.
In Figur 5 ist mit 11 ein Schalter bezeichnet, der mit der rotierenden Platte 8 synchronisiert ist. Die Anordnung ist derart, daß dann, wenn das Bandpaßfilter 2 eine Lage direkt vor der photoelektrischen Wandlereinrichtung 4- erreicht hat, sich ein Schalter 11-1 kurzzeitig schließt und sich anschließend öffnet, und daß andererseits dann, wenn das Bandpaßfilter 3 gerade eine Lage vor der photoelektrischen Wandlereinrichtung 4- erreicht hat, sich ein anderer Schalter 11-2 kurzzeitig schließt und anschliessend öffnet.
Das Ausgangssignal der photoelektrischen Wandlereinrichtung 4, das während der Zeit erhalten wird, in der der Schalter 11-1 oder 11-2 geschlossen ist, wird in einem Kondensator 12 oder 13 gespeichert. Die Kondensatoren 12 und 13 und der Schalter 11 bilden nämlich eine Art einer Meßwertspeicherschaltung. Die Ausgangssignale der Kondensatoren 12 und 13 liegen an zwei Eingangsklemmen des Differentialverstärkers 6 Jeweils. Der Unterschied zwischen den Signalen wird verstärkt und das Ausgangssignal des Verstärkers kann die Warneinrichtung 7 betätigen. Die in Figur dargestellte Einrichtung führt nicht nur zu einer Herabsetzung der Anzahl an photoelektrischen Wandlereinrichtungen, sondern Beseitigt auch die Einflüsse aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Arbeit der photoelektrischen Wandlereinrichtungen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden zwei Bandpaßfilter verwandt. Eine einzige photoelektrische Wandlereinrichtung ist jedoch für mehr als drei Bandpaßfilter ausrei-
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chend, wenn eine Drehscheibe verwandt wird, an der die Bandpaßfilter angebracht sind.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Beseitigen des Einflusses aufgrund des COp in der Luft gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn .ein Brennstoff, beispielsweise Benzin, mit einem hohen Kohlenstoffgehalt normalerweise in Luft mit einem natürlichen Luftzug zum Brennen gebracht wird, brennt er unter Entwicklung von schwarzem Rauch und einer Flamme, die eine rote Farbe annimmt. Das Spektrum dieser Flamme ist bei C-I in Figur 6 dargestellt. Im Gegensatz dazu hat eine blaue oder blasse Flamme, beispielsweise die Flamme von Alkohol, ein Spektrum, das durch C2 in Figur 6 dargestellt ist. Es besteht ein großer Unterschied in der Stärke der Strahlung in der Nähe der Wellenlänge von Φς& zwischen beiden Spektren. Was beispielsweise Benzin anbetrifft, so wird insbesondere ein kontinuierliches Spektrum wie das eine auf einer hohen Temperatur befindlichen Körpers von den Kohlen stoffteilchen in der Flamme ausgestrahlt.
In Figur 6 ist mit C1 das Spektrum einer Flamme von Benzin bezeichnet, das an einer Stelle mehrere Meter von der Flamme entfernt aufgenommen wurde. In diesem Fall ist die Intensität der Strahlung mit einer Wellenlänge von 4,4yU ausreichend groß, verglichen mit der Intensität bei der Wellenlänge von 3,8/U und kann das Auftreten einer Flamme mit ausreichend hoher Empfindlichkeit mittels eines Wertes wahrgenommen werden, der durch Abziehen der Intensität bei der Wellenlänge von 3>8/U von der bei der Wellenlänge von 4,4yU gebildet wird.
Wenn der Abstand zwischen der Flamme und dem Sensor jedoch zunimmt, wird die Strahlung bei der Wellenlänge von 4-,AyU selektiv durch das CO2 in der Luft absorbiert. Andererseits tritt keine Absorption der Strahlung bei der Wellenlänge von 3»8/U durch das COp auf, so daß ein Spektrum der Flamme den Sensor
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erreicht, wie es in Figur 6 durch C3 dargestellt ist. Eine Flamme von Stoffen, wie beispielsweise Benzin, kann nach dem in Figur 3 dargestellten Verfahren nicht an einer Stelle wahrgenommen werden, die über einen bestimmten Abstand von der Flamme entfernt ist, wie groß die Flamme auch ist.
Untersuchungen bei der Verbrennung von Benzin haben jedoch gezeigt, daß dann, wenn eine ausreichende Luftmenge, verglichen mit dem Dampf von verdampfendem Benzin, während 2 oder 3 Sekunden direkt nach der Zündung des Benzins zugeführt wird, kein schwarzer Rauch erzeugt wird. Das Spektrum ist ähnlich dem Spektrum C2 in Figur 6. Venn somit dafür gesorgt ist, daß das Auftreten einer Flamme kurz nach der Zündung wahrgenommen wird, kann etwas ähnliches wie die Flamme von Benzin wahrgenommen werden. Versuche haben gezeigt, daß der Abstand, bei dem die Intensität bei einer Wellenlänge von 3,8/U im wesentlichen gleich der bei der Wellenlänge von 4-,4yU wird, annähernd 30 m bis 50 m unter normalen Bedingungen bei einer Benzinflamme in einer Schale beträgt.
Die Intensität bei einer Wellenlänge von 3»8/U ist jedoch, verglichen mit der bei der Wellenlänge von 4-,4yu, kurz nach der Zündung des Benzins klein, wie es oben beschrieben wurde, so daß es möglich ist, eine Flamme selbst an einer Stelle annähernd 200 m entfernt von der Flamme zu erkennen. Die Flamme des Benzins in der Schale brennt unter Entwicklung einer beträchtlichen Menge an schwarzem Rauch, da eine große Benzindampf menge durch die Strahlungswärme der Flamme mit der Zeit erzeugt wird und dementsprechend eine ausreichende Luftmenge nicht zugeführt wird. Das hat zur Folge, daß die Intensität der Strahlung bei einer Wellenlänge von 3,8/U größer wird. Unter diesen Umständen kann eine Benzinflamme weit vom Sensor entfernt nicht durch den in Figur 5 dargestellten Sensor wahrgenommen werden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist erfindungsgemäß eine Schaltung vorgesehen, die den Zustand der Abgabe eines Warnsignals beibehält, wenn die Intensität der Strahlung bei einer Wellenlänge von 3»8 λ über einem gegebenen Wert liegt, nachdem einmal eine Flamme am Anfang der
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Verbrennung wahrgenommen ist und die Warneinrichtung betätigt ist. Das Blockschaltbild dieser Schaltung ist in Figur 7 dargestellt.
In Figur 7 ist mit 14- ein Kurzzeitspeicher bezeichnet, der über eine konstante Zeitspanne von etwa einigen Sekunden auf das Ausgangssignal von der Warneinrichtung 7 ansprechend ein Ausgangssignal abgibt. Mit 15 ist ein Signalpegeldetektor bezeichnet, der ein Ausgangssignal liefert, wenn die Intensität bei einer Wellenlänge von 3»8 /U, die in den Differentialverstärker 6 eingegeben wird, einen bestimmten Wert überschreitet. Mit 16 ist eine Gatterschaltung oder ein Verknüpfungsglied bezeichnet, das durch das Ausgangssignal vom Kurz zeitspeieher geöffnet werden kann. 17 bezeichnet eine Warneinrichtung, die durch das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 16 betätigt werden kann, während 18 die Ausgangsklemme der Warneinrichtung bezeichnet.
Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung anhand von Figur 7 beschrieben. Wenn Benzin weit vom Sensor entfernt zu brennen beginnt, ist die Intensität bei der Wellenlänge von ^»^/U größer als die bei der Wellenlänge von 3,8 /U, so daß die Warneinrichtung 7 durch das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 6 betätigt wird. Dann empfängt der Kurzzeitspeicher 14 das Ausgangssignal der Warneinrichtung 7« so daß er arbeitet und fortgesetzt ein Ausgangssignal dem Verknüpfungsglied 16 für einige Sekunden bis zu 10 Sekunden liefert. Während dieser Zeitspanne wird die Flamme des Benzins allmählich größer und wenn das Ausgangssignal für die Strahlung bei einer Wellenlänge von 3»8/U ansteigt, nimmt das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 6 ab, was dazu führt, daß die Warneinrichtung abgeschaltet wird. Andererseits empfängt der Signalpegeldetektor 15 das oben erwähnte Ausgangssignal für die Strahlung bei 3»8/U, so daß der Detektor arbeitet und ein Ausgangssignal an das Verknüpfungsglied 16 legt. Da zu diesem Zeitpunkt das Verknüpfungs-
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glied 16 durch das Ausgangssignal des Kurz zeit Speichers 14 geöffnet ist, liegt das Ausgangssignal des Signalpegeldetektors an der Warneinrichtung 17» um diese zu betätigen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Warneinrichtung 7 bereits abgeschaltet, wobei jedoch die Warneinrichtung 17 weiterhin ein Warnsignal abgibt, während das Benzin weiter brennt und am Ausgang 18 weiter ein Ausgangssignal der Warneinrichtung 17 erzeugt wird. Während dieser Zeit bleibt das Verknüpfungsglied 16 durch einen Teil seines eigenen Ausgangs signals geöffnet. Wenn die Flamme des Benzins erlischt, erscheint kein Ausgangssignal vom Signalpegeldetektor 15t so daß am Verknüpfungsglied 16 kein Ausgangssignal liegt, so daß dieses schließt und die Warneinrichtung 17 die Abgabe eines Warnsignals beendet.
In Figur 8 ist ein Schaltbild einer Relaisschaltung dargestellt, die eine Ausfuhrungsform der im obigen beschriebenen Schaltung darstellt. In Figur 8 ist mit M ein Relais mit einem Satz von Arbeitskontakten m1 und m2 bezeichnet. Mit N ist ein Relais mit einem einzigen Arbeitskontakt n1 bezeichnet, während 14 einen Kontakt bezeichnet, der für eine feste Zeitspanne geschlossen bleiben kann, wenn der Kurzzeitspeicher 14 arbeitet, während mit 15 ein Kontakt bezeichnet ist, der geschlossen ist, wenn der Signalpegeldetektor arbeitet.
Wenn der Kurzzeitspeicher 14 durch das Ausgangs sign al der Warneinrichtung 7 betätigt wird, und der Kontakt 14 schließt, wird das Relais M erregt, so daß die Warneinrichtung 17 über den Kontakt m2 betätigt wird. Gleichzeitig wird der Kontakt m1 geschlossen. Danach wird der Signalpegeldetektor 15 durch die Strahlung mit einer Wellenlänge von 3»8/U von der Flamme betätigt und wird der Kontakt 15 geschlossen, was dazu führt, daß das Relais N erregt wird und der Kontakt n1 geschlossen wird. Selbst wenn dann der Kontakt 14 danach geöffnet wird, bleibt das Relais M im erregten Zustand über die Kontakte m1 und n1. Der Kontakt m2 hält gleichfalls den Betrieb aufrecht und die Warneinrichtung
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bleibt im Zustand der Abgabe eines Warnsignals. Wenn bei erloschener Flamme der Signalpegeldetektor 15 abschaltet und der Kontakt 15 geöffnet wird, wird der Kontakt n1 geöffnet und bringt das Relais M die Schaltung in ihren Ausgangszustand.
Es wurde aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung davon ausgegangen, daß die Warneinrichtung 7 von der Warneinrichtung 17 getrennt ist, es ist jedoch ersichtlich aus der Beschreibung von Figur 8, daß diese beiden Warneinrichtungen auch identisch sein können.
Es versteht sich, daß das Relais durch eine elektronische Einrichtung ersetzt werden kann.
Es ist möglich, das Brennen von Benzin an einer 100 m entfernt liegenden Stelle festzustellen, wobei die Abgabe eines Warnsignals beibehalten wird, wenn die Flamme dadurch erkannt ist, daß die Intensität der Strahlung von 4-,4,u einen bestimmten, die Intensität der Strahlung bei einer Wellenlänge von 3»8/U übersteigenden Wert hat und gleichzeitig die Intensität der Strahlung bei einer Wellenlänge von 3,8/U anschließend andauernd einen hohen Wert hat. Versuche haben gezeigt, daß die Flamme von Holz, Papier oder ähnlichem eine ausreichend geringere Intensität bei der Wellenlänge von 3i8/U als bei der Wellenlänge von 4-,4yu, verglichen mit der Flamme von Benzin, hat, so daß es natürlich möglich ist, in ausreichendem Maße eine Flamme entfernt vom Sensor mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung wahrzunehmen.
Im vorhergehenden wurde ein konkretes Verfahren der Wahrnehmung einer Flamme beschrieben, indem die Intensität der Strahlungen bei den Wellenlängen von 4,4,u und 3»8 /U miteinander verglichen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Wellenlängen von 4-,4- ,u und 3,8/U beschränkt und kann in ähnlicher
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Weise auch bei Wellenlängen von 4-,4·/« und 4,1 ,u verwirklicht werden. Die Strahlung mit einer Wellenlänge von 4,25/U bis 4,5/U wird vorzugsweise dazu verwandt, die Resonanzstrahlung von COo aufzufangen und eine der am meisten bevorzugten Wellenlängen ist im typischen Fall die Wellenlänge von 4,4/U. Eine andere bevorzugte Wellenlänge kann die Wellenlänge von 3»8/U oder 4,1 yu sein, es kann allgemein gesagt werden, daß die Wellenlänge von 4,iyu etwas weniger vorteilhaft ist.
Statt der Wahrnehmung durch einen Vergleich von zwei Wellenlängen, wie es im obigen beschrieben wurde, können auch drei Wellenlängen, beispielsweise die Wellenlängen von 4,1,u, 4,4 ,u und 4,6/U verwandt werden. In diesem Fall ist es möglich, die Intensität des Rauschens bei einer Wellenlänge von 4,4 ,u mittels einer Interpolation des Rauschens beispielsweise für die Strahlung eines elektrischen Heizgerätes zu ermitteln, deren spektrale Intensitätsverteilung durch eine gerade Linie in der Nahe der Wellenlänge von 4,4,u abgeschätzt werden kann. Das Signalrauschverhältnis kann daher stärker als bei der Verwendung von zwei Wellenlängen verbessert werden.
Bei der vorhergehenden Beschreibung war eine Baugruppe aus einer Kombination einer Schaltung 6 zur Abgabe des Unterschiedes der Eingangssignale, einer Warneinrichtung 7 und -einem Verknüpfungsglied 16 usw. einer Baugruppe aus einer Kombination einer Vielzahl von Bandpaßfiltern 2,3 und einer einzigen photoelektrischen Wandlereinrichtung 4 zugeordnet. Es ist nicht notwendig, daß diese Baugruppen einander im Verhältnis von 1:1 entsprechen, vielmehr können eine Schaltung, die als Differentialverstärker 6 dient, das Verknüpfungsglied 16 usw. in einer Empfangseinrichtung vorgesehen sein, die entfernt vorgesehen ist, und auf die ein Ausgangssignal einer einzigen photoelektrischen Wandlereinrichtung 4 übertragen wird.
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Figur 9 zeigt schematisch eine für diesen Zweck vorgesehene Anordnung. In Figur 9 ist mit 19 ein Sensorkopf bezeichnet» der von den Bandpaßfiltern 2,3, einer Drehscheibe 8, einem Motor 9 und einem Grundaufbau 10 gebildet wird. Mit 20 ist eine Eingabeeinrichtung bezeichnet, die im folgenden als I/O bezeichnet wird und mit 21 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit bezeichnet, die im folgenden CPU bezeichnet wird. Mit 22 ist eine Speichereinrichtung und mit 23 ist eine Aufnahmeeinrichtung bezeichnet.
Signale für die Wellenlängen von 4,4yu und 3»8/U werden vom Sensorkopf 19 auf die Aufnahmeeinrichtung 23 über Leitungen übertragen. In der Aufnahme einrichtung 23 werden die Signale vom Sensorkopf 19 über I/O 20 zur CHJ 21 geleitet und die CHI 21 bildet ein Differenzsignal zwischen den Signalen für die Wellenlängen von 4,4yU und 3*8/U, indem sie mit der Speichereinrichtung 22 zusammenarbeitet und bestimmt, ob als Ergebnis der Ermittlung der Höhe des Signals für die Wellenlänge von 3»8 /U allein eine Warnung gegeben wird oder nicht. Wenn insbesondere das Differenzsignal zwischen den Signalen für die Wellenlängen von 4,4,u und 3,8/U größer als ein gegebener Wert ist, und wenn dieses Differenzsignal über eine gegebene Anzahl von Sekunden größer ist und nachher das Signal für die Wellenlänge von 3»8yU größer als ein gegebener Wert ist, wird die Warneinrichtung 7 über I/O 20 betätigt.
Ein Mikrocomputer oder eine ähnliche Einrichtung kann anstelle der I/O 20, CRT 21, der Speichereinrichtung 22 usw. verwandt werden. Wenn in der in Figur 9 dargestellten Vorrichtung ein Mikrocomputer verwandt wird, ist es gewöhnlich möglich, die Signale einer Vielzahl von Sensorköpfen mit einer einzigen Aufnahmeeinrichtung zu verarbeiten. Die Signale können vom Sensorkopf 19 zur Aufnahmeeinrichtung entweder in Form analoger Signale oder digitaler Signale übertragen werden, die durch eine Analog-Digital-Umwandlung erzeugt werden.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Flamme einer Verbrennung verschiedener Stoffe, beispielsweise der Verbrennung von Holz, Papier, Benzin oder Kunststoffen mit hoher Empfindlichkeit wahrzunehmen, indem von einer Schaltung, die den Unterschied zwischen den Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge der Resonanz strahlung, die durch Kohlendioxid auf hoher Temperatur erzeugt wird, und Infrarotstrahlen einer Wellenlänge in der Nähe dieser Wellenlänge und in einem Wellenlängenbereich, in dem die Absorption durch Wasserdampf und Kohlendioxid in der Luft gering ist, ermittelt, einer Schaltung zum Ermitteln der Intensität der zuletzt genannten Infrarotstrahlen und einer Einrichtung Gebrauch gemacht wird, die ein Warnsignal gibt, wenn die zuerst genannte Schaltung ein Ausgangssignal liefert, das einen vorbestimmten Wert überschreitet und wenn die an zweiter Stelle genannte Schaltung ein Ausgangssignal mit konstantem Pegel beibehält, nachdem die zuerst genannte Schaltung das Ausgangssignal mit konstantem Pegel für eine kurze Zeitspanne beibehalten hat. Von der Erfindung kann somit ein höheres praktisches Leistungsvermögen erwartet werden.
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Claims (3)

  1. PATENTANWALT«=
    A. GRÜNECKER
    OfL-M
    H. KINKELDEY ok-Μα
    W. STOCKMAIR
    K. SCHUMANN
    mniw. DH-Ma
    P. H. JAKOB
    DfL-Ma
    G. BEZOLO
    OX PBl NNC-
    8 MÜNCHEN 22
    MAXlMlUANSTPtASSC *β
    P ΛΛ 901
    Patentansprüche
    Verfahren zum Wahrnehmen einer Flamme, bei dem der Unterschied in der Intensität zwischen einer ersten Infrarotstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, die durch die Resonanzstrahlung von Kohlendioxid erzeugt wird, und einer zweiten Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge in der Nähe der Wellenlänge der ersten Strahlung und in einem Wellenlängenbereich, in dem die Absorption durch das Kohlendioxid in der Luft gering ist, ermittelt werden kann, um eine Warneinrichtung zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme fortlaufend für eine kurze Zeitdauer in Form des Unterschiedes in der Intensität zwischen der ersten Infrarotstrahlung und der zweiten Infrarotstrahlung gemessen wird und daß dann die Warneinrichtung betätigt wird, wenn die Intensität der zweiten Infrarotstrahlung über einer vorbestimmten Höhe bleibt.
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    TSLBX OS-OO «SO
    TBLS«RAMMB MONAPAT
  2. 2. Flammensensorvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Bandpaßfilter (2), das eine erste Infrarotstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, die durch die Resonanzstrahlung von Kohlendioxid erzeugt wird, hindurchläßt, durch ein zweites. Bandpaßfilter (3), das eine zweite Infrarotstrahlung hindurchläßt, deren Wellenlänge in der Nähe der ersten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich liegt, in dem die Absorption durch das Kohlendioxid in der Luft gering ist, durch eine erste photoelektrische Wandlereinrichtung (4), die mit dem ersten Bandpaßfilter (2) funktionsmäßig verbunden angeordnet ist, um die Intensität der durch das erste Bandpaßfilter (2) hindurchgegangenen Strahlung zu messen, durch eine zweite photo elektrische Wandler einrichtung (5)» die in Funktion sverbindung zum zweiten Bandpaßfilter (3) angeordnet ist, um die Intensität der durch das zweite Bandpaßfilter (3) hindurchgegangenen Strahlung zu messen, durch einen Differentialverstärker (6), der von den beiden photo elektrischen Wandlereinrichtungen (4 und 5) versorgt wird, um den Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der beiden Wandlereinrichtungen (4, 5) zu bilden und diesen Unterschied zu verstärken, durch eine Warneinrichtung (7)» die anfangs durch den Differentialverstärker (6) betätigt wird, wenn der Unterschied eine vorbestimmte Höhe für eine kurze Zeitspanne überschreitet und durch eine Einrichtung, die die Warneinrichtung (7) betätigt, während das Ausgangssignal der zweiten Wandlereinrichtung (5) über einem vorbestimmten Pegel nach der anfänglichen Betätigung der Warneinrichtung (7) bleibt.
  3. 3. Flammensensorvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Drehscheibe (8) mit einem ersten und einem zweiten Bandpaßfilter (2, 3)» die daran angebracht sind, wobei das erste Bandpaßfilter (2) Infrarotstrahlung mit einer ersten Wellenlänge durchläßt, die durch die Resonanzstrahlung von Kohlendioxid erzeugt wird, und wobei das zweite Bandpaßfilter (3) eine zweite Infrarotstrahlung durchläßt, deren Wellenlänge in der
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    Nähe der ersten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich liegt, in dem die Absorption durch das Kohlendioxid in der Luft gering ist, durch eine einzige photoelektrische Wandlereinrichtung (4·) zum Messen der Intensität der durch die Bandpaßfilter (2, 3) hindurchgegangenen Strahlungen, durch eine Meßwertspeicherschaltung, die aus einem Schalter (11), der synchron mit der Drehscheibe (8) arbeitet,und zwei Kondensatoren (12, 13) besteht, um das Ausgangssignal der photoelektrischen Wandlereinrichtung (4-) unter der Steuerung des Schalters (11) zu speichern, durch einen Differentialverstärker (6), der mit dem Ausgangssignal der beiden Kondensatoren (12, 13) versorgt wird, um den Unterschied zwischen diesen Ausgangssignalen zu bilden, durch eine Warneinrichtung (7)» die anfangs durch den Differentialverstärker (6) betätigt wird, wenn der Unterschied einen vorbestimmten Wert für eine kurze Zeitdauer überschreitet, und durch eine Einrichtung, die die Warneinrichtung (7) betätigt, während das Ausgangssignal der zweiten Wandlereinrichtung (4·) nach der anfänglichen Betätigung der Warneinrichtung (7) über einem vorbestimmten Pegel bleibt.
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