FR2496879A1 - FLAME DETECTOR - Google Patents
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Abstract
DETECTEUR DE FLAMMES, DANS LEQUEL, LORS DE LA PRESENCE DE FLAMMES, UN RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE EST ENVOYE PAR L'INTERMEDIAIRE D'AU MOINS UN DISPOSITIF A GUIDE D'ONDE DE RAYONNEMENT 6 A UN RECEPTEUR D'ONDE DE RAYONNEMENT 8 AUQUEL EST RELIE UN CIRCUIT D'EVALUATION ET DE SIGNALISATION 10. A L'ENTREE DU GUIDE D'ONDE DE RAYONNEMENT 5 EST DISPOSE UN CONVERTISSEUR DE LONGUEUR D'ONDE 4 QUI CONVERTIT LE RAYONNEMENT ULTRAVIOLET DES FLAMMES EN UN RAYONNEMENT DE PLUS GRANDE LONGUEUR D'ONDE ET LE TRANSMET A L'ENTREE DU GUIDE D'ONDE DE RAYONNEMENT 5. APPLICATION EN PARTICULIER AUX INSTALLATIONS DE SIGNALISATION D'INCENDIES.FLAME DETECTOR, IN WHICH, IN THE PRESENCE OF FLAMES, ELECTROMAGNETIC RADIATION IS SENT THROUGH AT LEAST ONE RADIATION WAVE GUIDE DEVICE 6 TO A RADIATION WAVE RECEIVER 8 TO WHICH IS CONNECTED A EVALUATION AND SIGNALING CIRCUIT 10. AT THE ENTRY OF THE RADIATION WAVEGUIDE 5 IS A WAVELENGTH 4 CONVERTER WHICH CONVERTS THE ULTRAVIOLET RADIATION OF THE FLAMES INTO LARGER WAVELENGTH RADIATION AND THE TRANSMITS TO THE ENTRY OF THE RADIATION WAVE GUIDE 5. APPLICATION IN PARTICULAR TO FIRE SIGNALING SYSTEMS.
Description
L'invention concerne un détecteur de flammes dans lequel, lors de laThe invention relates to a flame detector in which, during the
présence de flammes, un rayonnement électromagnétique est envoyé par l'intermédiaire d'au moins un dispositif à guide d'onde de rayonnement à un récepteur d'onde de rayonnement auquel est relié un circuit d'évalua- the presence of flames, electromagnetic radiation is sent via at least one radiation waveguide device to a radiation wave receiver to which an evaluation circuit is connected.
tion et de signalisation.and signaling.
De tels détecteurs de flammes peuvent par exemple servir à déterminer, dans une installation de chauffage s'il existe une flamme et à signaler l'absence de flammes, ou, dans le cas d'une mise en oeuvre dans une installation de signalisation d'un incendie, à signaler la formation non souhaitée de flammes et de déclencher un signal Such flame detectors can for example be used to determine, in a heating installation, whether there is a flame and to signal the absence of flames, or, in the case of an implementation in a signaling installation of a fire, to report the unwanted formation of flames and to trigger a signal
d'alarme. Ceci a lieu par la détection du rayonnement élec- alarm. This is done by detecting
tromagnétique issu de la flamme, avec un récepteur de rayonnement auquel est relié un circuit d'évaluation et de signalisation approprié, comme par exemple décrit dans les tromagnetic radiation from the flame, with a radiation receiver to which is connected an appropriate evaluation and signaling circuit, as for example described in
brevets US Nos. 3.820.097, 3.996.221 ou 3.940.753. US Patent Nos. 3,820,097, 3,996,221 or 3,940,753.
De tels dispositifs de détection des flammes connus présentent l'inconvénient qui réside dans le fait que le récepteur de rayonnement est soumis à une charge thermique par le rayonnement thermique des flammes. Par suite d'un échauffement inadmissible du détecteur de rayonnement, de telles installations de signalisation de flammes peuvent perdre leurs capacités de fonctionnement, en sorte qu'un Such known flame detection devices have the disadvantage that the radiation receiver is subjected to a thermal load by the thermal radiation of the flames. As a result of an inadmissible heating of the radiation detector, such flame signaling installations may lose their operating capabilities, so that
signal de flammes correct n'est pas émis. correct flame signal is not emitted.
Afin d'éviter un échauffement inadmissible du ré- In order to avoid an inadmissible heating up of the
cepteur de rayonnement,il est connu, comme décrit par exem- radiation receiver, it is known, as described for example by
ple dans les brevets accordés en République Fédérale in the patents granted in the Federal Republic
d'Allemagne sous les Nos. 1.473.226 et 2.834.925,de trans- of Germany under Nos. 1,473,226 and 2,834,925, of trans-
mettre le rayonnement électromagnétique issu d'une flamme, par le moyen d'un guide d'onde de rayonnement, également connu sous la forme d'une fibre optique, au récepteur de rayonnement qui est disposé à l'extérieur de la zone de rayonnement de la flamme et protégé contre l'action de la chaleur. Il est vrai que de cette manière on obtient une protection fiable contre un suréchauffement et on améliore putting the electromagnetic radiation from a flame, by means of a radiation waveguide, also known as an optical fiber, to the radiation receiver which is disposed outside the radiation zone flame and protected against the action of heat. It is true that in this way reliable protection against overheating is achieved and improved
la sécurité de fonctionnement, mais il faut admettre l'in- operational safety, but it must be admitted that
convénient que les guides d'onde de rayonnement ou fibres optiques habituelles sont de préférence appropriés pour de la lumière à longueur d'onde plutôt grande ou pour l'infrarouge proche. La mise en oeuvre de tels dispositifs de détection de flammes opérant avec des guides d'onde de rayonnement est de ce fait limitée à la preuve de l'exis- It is appreciated that conventional radiation waveguides or optical fibers are preferably suitable for relatively long wavelength light or near infrared. The implementation of such flame detection devices operating with radiation waveguides is therefore limited to the proof of the existence of
tence ou à la signalisation de flammes à composantes impor- tence or flame signaling with important components
tantes dans le spectre de la lumière ou de l'infrarouge, par exemple de flammes provenant de la combustion de fuel ou d'un carburant liquide. Toutefois, ce qui présente un inconvénient c'est que le rayonnement thermique ambiant, par exemple dans des fours, se situe dans la même plage in the spectrum of light or infrared, for example flames from the combustion of fuel oil or a liquid fuel. However, a disadvantage is that the ambient thermal radiation, for example in ovens, is in the same range
spectrale, en sorte que des circuits d'évaluation compli- spectrum, so that complicated evaluation circuits
qués sont nécessaires pour faire la distinction entre les flammes. Des flammes d'un gaz, particulièrement des flammes à l'hydrogène ou des flammes à forte teneur en hydrogène peuvent à peine ou difficilement être détectées avec de necessary to distinguish between flames. Flames of a gas, particularly flames with hydrogen or flames with a high hydrogen content can hardly or hardly be detected with
tels dispositifs de détection de flammes, car leurs compo- such flame detection devices because their components
santes en lumière et en infrarouge ne se différencient in light and infrared are not differentiated
pas du rayonnement ambiant. De telles flammes qui sont pra- no ambient radiation. Such flames that are practically
tiquement invisibles ne peuvent être identifiées que par le rayonnement dans la plage spectrale de l'ultraviolet dans le voisinage d'environ 250 nm. La figure 2 montre cette différence caractéristique à l'aide de répartitions spectrales caractéristiques de différentes flammes. A only invisible by radiation in the spectral range of the ultraviolet in the vicinity of approximately 250 nm. Figure 2 shows this characteristic difference using characteristic spectral distributions of different flames. AT
représente un exemple d'une flamme au mazout, avec une con- represents an example of an oil flame, with a
tinuité de l'ultraviolet à l'infrarouge, alors que B repré- ultraviolet to infrared, while B represents
sente une flamme à l'hydrogène avec un maximum dans l'ultra- feels a flame with hydrogen with a maximum in the ultra-
violet à 250 nm.violet at 250 nm.
Afin de pouvoir détecter des flammes de tout genre, y compris des flammes du gaz, il était jusqu'ici nécessaire In order to detect flames of any kind, including gas flames, it was necessary to date
d'utiliser des récepteurs de rayonnement particuliers, sen- to use particular radiation receivers, sen-
sibles à l'ultraviolet. A cet effet, on a en règle générale utilisé, comme cela est décrit par exemple dans les brevets US Nos. 3.544.792 ou 3. 553.665, des tubes à décharge qui s'allument et déclenchent un signal par l'excitation à ultraviolet. For this purpose, it has generally used, as described for example in US Patents Nos. 3,544,792 or 3,553,665, discharge tubes that light up and trigger a signal by excitation at
l'aide d'un rayonnement ultraviolet dans la plage de 200- using ultraviolet radiation in the range of 200-
290 nm. De tels tubes à décharge sensibles à l'ultraviolet ne sont pas fiables et constituent des composants sujets à des pannes et qui au demeurant ne supportent pas l'action 290 nm. Such ultraviolet-sensitive discharge tubes are unreliable and constitute components subject to breakdowns and which, moreover, do not support the action.
de la chaleur.heat.
L'invention a pour objet de remédier aux inconvé- The object of the invention is to remedy the drawbacks
nients des détecteurs de flammes connus et, en particulier, de proposer un détecteur de flammes qui est approprié pour la détection de tous les genres de flammes, indépendamment du combustible utilisé, détecteur qui n'est pas sensible au rayonnement thermique du fond et qui est d'un fonctionne ment plus sûr, fiable et sensible même sous l'action d'un known flame detectors and, in particular, to propose a flame detector which is suitable for the detection of all types of flames, irrespective of the fuel used, a detector which is not sensitive to the background thermal radiation and which is a safer, more reliable and more sensitive operation even under the
rayonnement thermique.thermal rays.
Le détecteur de flammes selon l'invention, et qui- The flame detector according to the invention, and who-
est du type rappelé en tête du présent mémoire, est essen- is of the type recalled at the beginning of this memorial, is essen-
tiellement caractérisé par le fait qu'à l'entrée du guide characterized by the fact that at the entrance of the guide
d'onde de rayonnement est disposé un convertisseur de lon- radiation wave is arranged a long-time converter
gueur d'onde qui convertit le rayonnement ultraviolet des flammes en un rayonnement de plus grande longueur d'onde wave converter that converts the ultraviolet radiation of the flames into longer wavelength radiation
et le transmet à l'entrée du guide d'onde de rayonnement. and transmits it to the input of the radiation waveguide.
L'invention et des développements avantageux de The invention and advantageous developments of
celle-ci seront explicités à l'aide de l'exemple de réali- this will be explained using the example of reali-
sation d'un dispositif de détection de flammes représenté of a flame detection device shown
dans la figure 1.in Figure 1.
La figure 2 montre la répartition spectrale pour Figure 2 shows the spectral distribution for
expliciter l'invention.explain the invention.
Dans le dispositif représenté dans la figure 1, il est prévu une tête de détecteur 1, qui comporte un bottier 2, résistant à la température, et comportant une fenêtre d'entrée du rayonnement 3, située en face des flammes et qui laisse passer dans le bottier 2 le rayonnement issu des flammes. La fenêtre de passage du rayonnement 3 peut In the device shown in FIG. 1, there is provided a detector head 1, which comprises a housing 2, resistant to temperature, and comprising an input window of the radiation 3, located in front of the flames and which passes through the box 2 the radiation from the flames. The radiation passage window 3 can
par exemple être réalisée sous la forme d'un filtre ultra- for example be carried out in the form of an ultra-fine filter
violet du type UG 11 (Schott) du commerce, filtre qui ne commercial type UG 11 (Schott), a filter which does not
laisse pénétrer essentiellement que le rayonnement infra- essentially allows the infra-red radiation to
rouge entre 200 et 300 nm.red between 200 and 300 nm.
Dans le bottier 2 est disposé un convertisseur de longueur d'onde qui est réalisé et choisi de telle façon que lorsqu'il est excité avec un rayonnement ultraviolet de In the casing 2 is disposed a wavelength converter which is made and chosen in such a way that when it is excited with ultraviolet radiation of
la plaque indiquée entre 200 et 300 nm, il émet un rayonne- the plate indicated between 200 and 300 nm, it emits a
ment de plus grande longueur d'onde, par exemple un rayonne- longer wavelength, for example a beam of
ment d'une longueur d'onde supérieure à 600 nm et pouvant wavelength greater than 600 nm and
aller jusqu'à l'infrarouge proche. Donc, dès qu'un rayon- go up to the near infrared. So, as soon as a
nement ultraviolet issu des flammes vient de frapper la tête de détecteur 1, le convertisseur de longueur d'onde 4 émet un rayonnement qui se situe dans la plage de la ultraviolet light from the flames has just hit the detector head 1, the wavelength converter 4 emits radiation which is in the range of
lumière de grande longueur d'onde ou du proche-infrarouge. long-wave or near-infrared light.
Comme convertisseur de longueur d'onde 4, on peut, As a wavelength converter 4, one can,
en principe, utiliser une série de substances luminescen- in principle, use a series of luminous substances
tes, par exemple des phosphores connus à luminescence de recombinaison du type ZnS ou ZnSe. Mais, et comme cela for example, known ZnS or ZnSe recombination luminescence phosphors. But, and like that
est souvent nécessaire, s'il faut pouvoir établir une dis- is often necessary, if it is necessary to establish a
tinction entre le rayonnement issu des flammes et les rayon- between the radiation from the flames and the
nements parasites, il faut évaluer le comportement au tremblotement dans une plage déterminée des fréquences de tremblotement, la durée de la postluminescence de tels phosphores à luminescence de recombinaison est souvent parasitic behavior, it is necessary to evaluate the shaking behavior in a given range of shaking frequencies, the duration of the after-luminescence of such recombination luminescence phosphors is often
trop longue. Selon un développement avantageux de l'inven- too long. According to an advantageous development of the invention
tion, il s'est avéré particulièrement avantageux d'utili- it has proved particularly advantageous to use
ser des phosphores à courte durée de post-luminescence, par exemple des phosphores à ions activeurs. Il s'est avéré que des phosphores particuliers avec une addition de Mn2 peuvent transformer un rayonnement se situant aux environs de 250 nm en rayonnement situé au-delà de phosphors with a short post-luminescence time, for example phosphors with activating ions. It has been found that particular phosphors with an addition of Mn2 can transform radiation at around 250 nm into radiation beyond
600 nm, avec un rendement particulièrement bon. Les phos- 600 nm, with a particularly good performance. The phos-
phores qui se sont avérés être particulièrement appro- phores which have proved to be particularly suitable
priés sont par exemple des phosphores dont la composition est (xZnO-yBeO) 2SiO2-zMn2, particulièrement des phosphores dont la composition est (0, 8ZnO.O,lBeO)2Sio2-0,09Mn D'autres substances luminescentes appropriées du même type sont O-Zn2Sio4-0,012Mn2+. D'autres phosphores, activés For example, phosphors having the composition of (xZnO-yBeO) 2 SiO 2 -ZMn 2, especially phosphors having the composition (0, 8ZnO.O, 1BeO) 2 SiO 2 -0,09 Mn are suitable. Other suitable luminescent substances of the same type are O-Zn2Sio4-0,012Mn2 +. Other phosphors, activated
avec d'autres ions activeurs se sont également avérés avan- other activator ions have also been shown to be
tageux, par exemple du MgO activé avec du Mn4 avec, au choix, une addition de As205, TiO4 ou GeO2, éventuellement avec une addition supplémentaire de MgF2, ou avec du for example MgO activated with Mn4 with, optionally, addition of As205, TiO4 or GeO2, optionally with additional addition of MgF2, or with
A1203 activé avec du Cr203.A1203 activated with Cr203.
Le rayonnement de grande longueur d'onde, qui est émis par ces substances luminescentes, est amené à l'entrée The long wavelength radiation emitted by these luminescent substances is brought to the input
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du guide d'onde de rayonnement 6, il est retransmis par ce guide d'onde de rayonnement et il est reçu à la sortie 7 du guide d'onde de rayonnement par un récepteur de rayonnement 8. Comme guide d'onde de rayonnement 6 on peut utiliser avec avantage des fibres optiques, courantes dans le commerce, par exemple des fibres connues à indice à paliers ou des fibres à gradient d'indice. Le dispositif à guide d'onde de rayonnement 6 peut être constitué, à la place d'une fibre optique, également par un faisceau de fibres. Le dispositif à guide d'onde de rayonnement 6 peut également comporter des points de dérivation 9 de formes de réalisation connues et courants dans le commerce et à partir desquels d'autres guides d'onde de lumière 6' sont dérivés pour mener à des têtes de détecteurs 1' pour of the radiation waveguide 6, it is retransmitted by this radiation waveguide and is received at the output 7 of the radiation waveguide by a radiation receiver 8. As a radiation waveguide 6 commercially available optical fibers, for example known bearing index fibers or index gradient fibers, can be advantageously used. The radiation waveguide device 6 may consist, instead of an optical fiber, also by a bundle of fibers. The radiation waveguide device 6 may also include derivation points 9 of known and commercially common embodiments from which other light waveguides 6 'are derived to lead to heads. detectors 1 'for
surveiller plusieurs zones simultanément. monitor multiple areas simultaneously.
Comme récepteur de rayonnement 8, on peut utiliser, en principe, un photorécepteur quelconque qui possède une As a radiation receiver 8, it is possible in principle to use any photoreceptor which has a
sensibilité suffisante dans la plage spectrale de la lu- sufficient sensitivity in the spectral range of
mière visible et de l'infrarouge proche. Ce sont avérés particulièrement avantageux par exemple des photodiodes au silicium des types SHS, SGD et YAG (EG&G Electro-Optics), qui possèdent un maximum de sensibilité à une longueur visible and near infrared. These have proved particularly advantageous, for example, silicon photodiodes of the SHS, SGD and YAG (EG & G Electro-Optics) types, which have a maximum of sensitivity to a length.
d'onde qui se situe entre 600 et 1000 nm. wave which is between 600 and 1000 nm.
Au récepteur de rayonnement 8 sont reliés un cir- At the radiation receiver 8 are connected a circuit
cuit amplificateur 9 et un circuit de signalisation 10. cooked amplifier 9 and a signaling circuit 10.
Ces circuits peuvent être réalisés, de manière connue, These circuits can be made, in a known manner,
comme indiqué dans les documents antérieurs cités ci-des- as indicated in the earlier documents cited above.
sus et peuvent être adaptés au genre d'utilisation souhaité. Le mode de fonctionnement du dispositif conforme à l'invention peut être déduit de la répartition spectrale représentée dans la figure 2. A montre un spectre d'une flamme de mazout, spectre qui montre une continuité qui and can be adapted to the desired kind of use. The operating mode of the device according to the invention can be deduced from the spectral distribution shown in FIG. 2. A shows a spectrum of a fuel oil flame, which spectrum shows a continuity which
s'étend de l'ultraviolet de 200 nm à l'infrarouge. B mon- extends from the ultraviolet of 200 nm to the infrared. B world
tre une flamme à l'hydrogène qui possède par contre un maximum dans l'ultraviolet à environ 250 nm et dont le rayonnement dans la région visible et dans l'infrarouge est plus faible que celui de la flamme au mazout. Il it is a hydrogen flame which has a maximum in the ultraviolet at about 250 nm and whose radiation in the visible region and in the infrared is lower than that of the oil flame. he
ressort de la figure 2 que l'évaluation d'une plage spec- Figure 2 shows that the evaluation of a spectral range
trale dans les environs de 250 nm est particulièrement trale in the vicinity of 250 nm is particularly
favorable pour détecter aussi bien des flammes de combus- favorable to detect both burning flames and
tibles liquides que celles de gaz. Il est avantageux que le corps thermorayonnant, par exemple le fond du four ou de la chaudière d'une installation de combustion ou chaufferie ne comporte pas, comme cela est schématiquement représenté par la courbe C, un rayonnement inférieur à 300 nm et ne gêne pas ainsi la détection des flammes. Le rayonnement C issu du fond, est arrêté par le filtre 3 dont la transmissibilité est représentée par la courbe F et ne comprend essentiellement que la zone spectrale qui se situe entre 200 et 300 nm et arrête de ce fait presque complètement le rayonnement ambiant ou rayonnement du fond. Le convertisseur de longueur d'onde 4 convertit le rayonnement transmis par le filtre 3 en rayonnement de plus grande longueur d'onde, de préférence supérieur à than those of gas. It is advantageous that the thermoregulating body, for example the bottom of the furnace or the boiler of a combustion plant or boiler room does not comprise, as schematically represented by the curve C, a radiation of less than 300 nm and does not interfere. thus the detection of flames. The background radiation C is stopped by the filter 3 whose transmissibility is represented by the curve F and essentially comprises only the spectral zone which lies between 200 and 300 nm and thus almost completely stops the ambient radiation or radiation. the bottom. The wavelength converter 4 converts the radiation transmitted by the filter 3 into radiation of longer wavelength, preferably greater than
600 nm. La Sensibilité spectrale du récepteur de rayonne- 600 nm. The spectral sensitivity of the radiation receiver
ment 8 est, comme cela est représenté par la courbe S, choisie de telle manière qu'elle présente un maximum de 8 is, as represented by the curve S, chosen in such a way that it has a maximum of
600 et 1000 nm et est de ce fait adaptée de façon maxima- 600 and 1000 nm and is therefore optimally adapted to
le au convertisseur de longueur d'onde. the to the wavelength converter.
De la manière décrite, on peut donc réaliser un dispositif pour la détection de flammes, qui permet de détecter sélectivement des flammes de différents genres, et qui, bien qu'étant de constitution simple avec mise en oeuvre de composants fiables, fonctionne de façon sûre As described, it is therefore possible to provide a device for detecting flames, which makes it possible to selectively detect flames of different kinds, and which, although being of simple construction with the use of reliable components, operates in a safe manner.
avec une sensibilité maximale. Une influence par un rayonne- with maximum sensitivity. An influence by a rayonne-
ment thermique est limitée à un minimum. temperature is limited to a minimum.
Il convient de noter que dans la substance 2+ (xZnO.yBeO)2SiO2-zMn It should be noted that in the substance 2+ (xZnO.yBeO) 2SiO2-zMn
x, y et z représentent les parties en poids des composants. x, y and z represent the parts by weight of the components.
Claims (10)
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- 1981-11-26 GB GB8135758A patent/GB2089502B/en not_active Expired
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