JP2017227641A - 電気的火花検出のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火花検出器は、電気的火花が点火器棒上に配置された電気的火花発生器から生じたときに発生する音波を分析することによって、火花の存在を指し示す。【解決手段】火花検出器は、火花音波が点火器棒を通って音響センサに伝わる時間を判定するために、点火器棒と連通している音響センサを含む。火花が検出されない場合、火花検出器は、（ｉ）火花が検出されなかったこと、（ｉｉ）電気的火花発生器を直ちに交換すべきこと、又は（ｉｉｉ）電気的火花発生器を次回の定期保守時など、早期に交換すべきこと、のうちの少なくとも１つを指し示す信号を出力してもよい。更に、火花検出器は、パルスエコー発生器によって発生し、点火器棒の端部から反射するパルス音波の伝播時間に基づいて、点火器棒の現在の温度に基づいて較正されてもよい。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年６月２１日に出願された米国仮出願第６２／３５２，９０２号の利益を主張し、この仮出願は参照により本明細書に組み込まれる。

高エネルギー火花、又は電気アーク、点火システムは、バーナー内の燃料を点火する目的で、火花点火器のギャップのとられたアノード／カソード電極セットに電気アークを放出する。点火器の電極ギャップでの火花の喪失は、バーナーに無始動状態をもたらし、このような無始動状態の間に原燃料が導入されると、バーナー内に危険かつ潜在的に爆発状況が生じる可能性がある。このように、燃料の導入前に火花点火器ギャップ電極上の火花を検出することは、バーナーへの原燃料導入に伴う危険性を低減するために望ましい。

火花検出器は、火花の存在を判定するために点火器棒上に配置された電気的火花発生器から生成された電気的火花によって発生した火花音波を分析する。火花検出器は、点火器棒と連通し、火花音波が点火器棒を通って音響センサまで伝わる経過時間を判定する音響センサを含む。火花検出器は、火花の成功又は失敗のような火花特性を指し示す信号を出力してもよい。火花が検出されない場合、火花検出器は、（ｉ）火花が検出されなかったこと、（ｉｉ）電気的火花発生器を直ちに交換すべきこと、又は（ｉｉｉ）電気的火花発生器を次回の定期保守時など、早期に交換すべきこと、のうちの少なくとも１つを指し示す信号を出力してもよい。更に、火花検出器は、パルスエコー発生器によって発生し、点火器棒の端部から反射するパルス音波の経過時間に基づいて、点火器棒の現在の温度に基づいて較正されてもよい。

一態様では、電気的火花検出システムは、電気的火花によって発生した火花音波を感知するように適合された音響センサを備え、その火花音波は、音響センサと音響連通する点火器棒を通って伝播する。電気的火花検出システムは、（ａ）点火信号が電気的火花発生器に送られる第１の時間期間を特定し、（ｂ）いつ音響センサが音波を感知するかを規定する第２の時間期間を特定し、（ｃ）所定の時間レンジと比較して、第１の時間期間と第２の時間期間との間の時間的関係に基づいて火花特性を特定し、（ｄ）火花特性を規定する出力を発生する、ように適合された、音響センサと連通する火花検出器を更に含んでもよい。

別の態様では、電気的火花を検出する方法は、火花検出器によって、電気的火花発生器に火花を引き起こすように指図する点火制御信号を特定することを含む。本方法は、火花音波が音響センサによって検出されたかどうかを判定することを更に含んでもよく、音響センサは点火器棒と連通しており、火花音波は点火器棒を通って伝播する。更に、本方法は、火花検出器を介して、火花特性を指し示す信号を出力することを含んでもよく、火花特性は、前記点火制御信号及び前記火花音波の時間的関係と、所定の時間レンジとに基づいている。

更に別の態様では、電気的火花検出器を較正する方法は、点火器棒の第１の端部に配置されたパルスエコー発生器を介して、パルス音波を発生させることを含む。本方法は、点火器棒の第２の端部から反射するパルス音波に基づいて反射パルス音波を検出してもよい。本方法は、パルス音波と反射パルス音波との間の経過時間に基づいて火花検出器の調整を計算することもできる。更に、本方法は、火花検出器の調整に基づいて電気的火花検出器を構成してもよい。

実施形態において、点火器によって発生した電気的火花を検出するための火花検出器を含む例示的なバーナーシステムを表わす。 実施形態において、図１の火花検出器及び点火器の追加詳細を提供する例示的な図を表わす。 実施形態における、図１〜２の火花検出器のブロック図を表わす。 実施形態において、図１〜３の火花検出器とエキサイターとの間の物理的関係のブロック図を表わす。 代替的及び重複する実施形態において、図１〜３の火花検出器とエキサイターとの間の物理的関係のブロック図を表わす。 実施形態において、その上に配置された複数の音響センサを有する点火器棒と結合された図１〜３の火花検出器モジュールのブロック図を表わす。 図６の複数の音響センサの各々によって感知された火花音波信号を示す例示的な信号図を表わす。 実施形態において、点火器によって生成された火花を検出するための例示的な方法を表わす。 実施形態において、火花検出器を較正するための例示的な方法を表わす。

図１は、実施形態において、点火器１０６上に配置された電気的火花発生器１０５によって発生した電気的火花１０４を検出するための火花検出器１０２を含む例示的なバーナーシステム１００を表わす。バーナーシステム１００の動作において、オペレーターは、入力１１２及び出力１１４を介して、バーナー管理システム１１０を制御するためにオペレーターインターフェース１０８とインターフェースする。

バーナー管理システム１１０は、励起信号１１８を発生することによってエキサイター１１６を制御する。火花検出器１０２は、図１に示すように、エキサイター１１６と一体であってもよく、又は以下で更に論じるように、他の実施形態においてはエキサイター１１６とは別個の部品であってもよい。エキサイター１１６は、制御信号１２０を発生し、それは火花検出器１０２によって検出される。（実施形態では、火花検出器１０２は、代替的に制御信号１２０を発生することができる）制御信号１２０は、点火器１０６上の電気的火花発生器１０５に火花１０４を発生させる。次いで、点火検出器１０２は、火花１０４が意図したとおりに起きたかどうかを判定するために点火器フィードバック信号１２２を受信する。

制御信号１２０が発生してから火花音波が感知されるまでの時間的関係に基づいて、点火器フィードバック信号１２２内に指し示されるように、火花検出器１０２は火花特性信号１２４を発生してもよい。実施形態では、（火花特性信号１２４によって伝えることができるような）火花特性は、成功した火花、失敗した火花、点火器棒内の検出された火花の場所、及び失敗した火花に対する成功した火花の割合のうちの少なくとも１つを指し示す。点火器フィードバック信号１２２が、（ｉ）点火器１０６上の電気的火花発生器１０５が火花１０４を生成しなかった、（ｉｉ）点火器１０６上の電気的火花発生器１０５はそのライフサイクルの終わりに達した、及び（ｉｉｉ）点火器１０６上の電気的火花発生器１０５はそのライフサイクルの終わり近くにある、のうちの１つ以上を指し示す場合、火花検出器１０２は、電気的火花発生器１０５を交換することを指し示して、火花特性信号１２４をオペレーターインターフェース１０８（又は実施形態のバーナー管理システム１１０）に戻してもよい。故障特性信号１２４の追加の詳細、及びそのような信号をいつ送るかを判定するためのアルゴリズムは、以下に論じられる。

点火器フィードバック１２２が、点火器１０６上の電気的火花発生器１０５によって火花１０４が発生したことを指し示す場合、バーナー管理システム１１０は、燃料弁１２８及び空気弁１３０のうちの１つ以上の動作を制御するために弁作動信号１２６を発生してもよく、それにより燃料１３２及び空気１３４を燃料／空気流入口１３８を介してバーナー１３６に流入させる。空気弁１３０、及び燃料／空気流入口１３８を通る空気１３４は、バーナー１３６が自然に吸気する実施形態では必要とされない。

一旦、燃料１３２及び空気１３４がバーナー１３６に入ると、それらは火花１０４によって点火され、それは上述したものと同じ火花１０４であってもよく、又は点火器フィードバック信号１２２が発生した後に発生する二次的火花であってもよい。次に、燃料１３２が点火され、火炎１４０に変わり、それによってバーナー１３６内にあるどんな媒体１４２も加熱する。

実施形態では、バーナー１３６は、火炎１４０の存在を判定するための火炎検出器１４４を含んでもよい。火炎１４０が検出される場合（又は、実施形態において、火炎が検出されない場合）、火炎検出器１４４は火炎検出信号１４６をバーナー管理システム１１０に送ってもよい。

実施形態は、バーナー１３６内から燃料１３２を迅速に除去するための燃料除去システム１４８を含んでもよい。燃料除去システム１４８は、バーナー管理システム１１０によって発生した燃料除去信号１５０に基づいて起動されてもよい。燃料除去信号１５０は、点火器フィードバック信号１２２によって検出されたように、燃料１３２が所定の時間バーナー１３６に供給され（又は所定量の燃料１３２がバーナー１３６に入り）、点火器１０６が火花１０４を発生しないときに発生してもよい。追加的に又は代替的に、火炎検出信号１４６によって指し示されるように、火炎検出器１４４が火炎１４０を検出し損なうときに、燃料除去信号１５０が発生してもよい。

図２は、実施形態で考えた、図１の点火検出器１０２及び点火器１０６の追加の詳細を提供する例示的な図２００を表わす。点火器１０６は、点火器棒２０２の第１の端部で火花検出器１０２の筐体に結合する。点火器棒２０２は、筐体に直接結合されてもよく、又はハーネス（図示せず）を介して筐体に仲介的に結合されてもよい。点火器棒２０２は、剛性で、鋼製又は他の合金材料製でもよい。点火器棒２０２の反対側の端部には、点火器先端２０４がある。点火器先端２０４は、実施形態では、制御信号１２０が電気的火花発生器１０５に送られると、カソード２０６とアノード２０８との間にアークが引き起こされるようなカソード２０６とアノード２０８を含む電気的火花発生器１０５を含んでもよい。代替的に、点火器先端２０４上の電気的火花発生器１０５は、絶縁表面点火器（図示せず）を含んでもよい。電気的火花発生器１０５は、本発明の範囲から逸脱することなく、点火器先端２０４以外の場所に配置されてもよい。再び図１を参照して、点火器先端２０４上の電気的火花発生器１０５は、火花１０４を発生するために、電気的火花発生器１０５が制御信号１２０に応答して起動するようにエキサイター１１６と連通してもよい。

再び図２を参照して、音響センサ２１０は、点火器棒２０２を伝わる火花１０４によって生成された火花音波２１２などの音響信号を感知するために、点火器棒２０２に連結されて（又は少なくとも音響連通して）もよい。音響センサ２１０は、火花音波２１２の音響シグネチャを感知する圧電トランスデューサであってもよい。火花１０４は、点火器棒２０２上の特定点で起き、火花音波２１２は、点火器棒２０２の材料及び潜在的に火花検出器１０２に通じる任意のフレキシブルハーネス／ワイヤーを伝播する。音響センサ２１０は、点火ロッド２０２が取り付けられている場所の近くのような、火花検出器１０２の筐体上に配置されてもよく、あるいは代わりに、音響センサ２１０が点火器棒２０２上に直接配置されてもよい。

火花１０４が起きる瞬間と火花音波２１２が点火器棒２０２を伝播しセンサに到達する間に時間の遅延がある。実施形態では、この時間遅延は、点火器棒２０２の長さ及び材料、並びに火花検出器１０２につながる任意のフレキシブルハーネス／ワイヤーのような他の可能な中継音響信号伝送媒体に基づいてマイクロ秒のレンジからミリ秒のレンジのいずれかである。時間遅延は、点火器棒２０２の材料内の音の速度に基づいて計算してもよい。例えば、点火器棒２０２が鋼製である場合、火花音波２１２は約５９００ｍ／ｓで走行する。実施形態では、点火器棒２０２は、０．３メートル以下から３０４．８メートル以上（１フィート以下から１０００フィート以上）を含む任意の長さであってもよい。

点火器棒２０２がバーナー１３６（図１を参照）又は別のシステムで利用されるとき、点火器棒２０２の温度が変化し得ることが理解されるべきである。点火器棒２０２の温度が変化すると、火花音波２１２が点火器棒２０２を伝わる速度も変化する。これを説明すると、実施形態は、火花検出器１０２がパルス音波２１６を発生するためのパルスエコー発生器２１４を更に含んでもよいことを想定している。パルス音波２１６は、点火器先端２０４（又は点火器棒２０２の端部）から跳ね返り、パルスエコー発生器及び音響センサ２１０に反射する。次に、音響センサ２１０は、パルス音波２１６のシグネチャを取得し、このようなデータは、火花検出器１０２を較正、又は再較正するために使用されてもよい。

図３は、火花検出器１０２のより詳細な実施形態のブロック図３００を表わす。（図１及び図２と関連して）図３を参照すると、火花検出器１０２は、プロセッサ３０２によって実行されると本明細書に記載されるような火花検出器１０２の機能を行なうコンピュータ可読命令を記憶する非一時的メモリ３０４に連結されたプロセッサ３０２を含む。実施形態では、メモリ３０４は、火花検出ロジック３０６、較正設定３０８、及び較正ロジック３１０を記憶する。

火花検出ロジック３０６は、火花１０４を検出するための火花検出器１０２の機能を可能にする。プロセッサ３０２によって実行されると、火花検出ロジック３０６は、カソード２０６とアノード２０８との間に火花１０４を引き起こすことによってなど、電気的火花発生器１０５を点火する制御信号１２０を発生する。火花検出ロジック３０６は、制御信号１２０が発生する時間によって定義される点火時間３１２を記録する。点火時間３１２は、プロセッサ３０２のクロック３１４に基づいてもよい。代替的に、点火時間３１２は、制御信号１２０がワイヤーを通過するときにトランスデューサが出力信号を発生するように、制御信号１２０が伝播するワイヤー上のトランスデューサに基づいてもよい。

次に、点火器フィードバック信号１２２は、音響センサ２１０が火花音波２１２を感知した時間を指し示す火花音波受信時間３１６としてメモリ３０４に記憶される。特に、火花音波受信時間３１６は、音響センサ２１０によって発生した信号を監視するプロセッサ３０２を介して発生する。前記信号が、例えば火花音波２１２と一致する信号の特定のパターンに基づいて、火花音波２１２が検出されたことを指し示すとき、クロック３１４上の時間は、火花音波受信時間３１６として記憶される。この火花音波受信時間３１６は、プロセッサ３０２によって必要とされる処理及び信号送信遅延に基づいて調整されてもよい。次いで、火花検出ロジック３０６は、火花１０４が適切に発生したかどうかを判定するために点火時間３１２を火花音波受信時間３１６と比較する。火花１０４が適切に起きたかどうかを判断することは、例えば、較正設定３０８内でメモリ３０４内に記憶された点火器距離センサ３１８に基づいてもよい。点火器距離センサ３１８の知識は、火花検出ロジック３０６が、点火器棒２０２を通って電気的火花発生器１０５から伝播し、音響センサ２１０に到達するのにどれだけ長く火花音波２１２を取るべきかの理解を得ることを可能にする。点火時間３１２と火花音波受信時間３１６との間の時間差が、点火器距離センサ３１８と点火器棒２０２を形成する材料を通る音走行速度に基づく特定の検出レンジ３２０内にあるならば、火花は首尾よく検出され、プロセッサ３０２は火花が成功したことを指し示す火花特性信号１２４を出力してもよい。しかしながら、点火時間３１２と火花音波受信時間３１６との間の時間差が特定の検出レンジ３２０のレンジ外である場合、プロセッサ３０２は、火花失敗を指し示す火花特性信号１２４をバーナー管理システム１１０に出力してもよいし、又は直接オペレーターインターフェース１０８に出力してもよい。このように、本明細書で想定される実施形態は、１）成功した火花、２）失敗した（又は不足の）火花、又は３）成功及び失敗（又は不足の）火花を検出するだけで、それらに基づいて火花特性信号１２４を出力する。

実施形態では、火花検出ロジック３０６は、電気的火花発生器１０５を制御するリード線（例えば、カソード２０６及びアノード２０８に通じるリード線）に沿って短絡が発生するかどうか、及びどこで短絡が発生するかを検出してもよい。例えば、短絡音の様々な火花シグネチャを定義する火花シグネチャ３２２を含められる。これらの火花シグネチャ３２２は、較正設定３０８に予めロードされてもよい。火花シグネチャ３２２はまた、火花音波２１２が音響センサ２１０に到達する時間に基づいて、短絡の正確な場所を識別するためのルールを含んでもよい。例えば、火花音波２１２が検出レンジ３２０外で音響センサ２１０に到達すると、電気的火花発生器１０５によって火花音波２１２が発生せず、代わりに点火器棒２０２の短絡によって発生した可能性が高い。したがって、火花シグネチャ３２２は、時間制御信号１２０が発生した時と音響センサ２１０が短絡火花音波を感知する時との比較に基づいて短絡が起きた点火器棒２０２に沿う距離を規定してもよい。言い換えると、実施形態は、制御信号１２０の発生と火花音波２１２の受信との間のタイミング計算に基づいて短絡の場所を決定してもよい。

上述したように、点火器棒２０２の温度は、音波２１２が点火器棒２０２を伝わる速度に影響を及ぼし得る。したがって、実施形態は、火花検出器１０２が較正ロジック３１０を含んでもよいことを想定している。較正ロジック３１０は、プロセッサ３０２によって実行されると、図２に示すように、パルス音波２１６を発生するようにパルスエコー発生器２１４を制御する。音響センサ２１０、（又は別の実施形態では）パルスエコー発生器２１４）は、それが点火器先端２０４から反射した後にパルス音波２１６を検出する。（音響センサ２１０が反射パルス音波２１６を検出した場合）点火器距離センサ３１８を用いて、較正ロジックは点火器棒温度調整３２４を発生することができる。点火器棒温度調整３２４は、点火器棒２０２を伝わるときに点火器棒２０２の温度が火花音波２１２の速度に影響を及ぼす場合、検出レンジ３２０を再調整するために火花検出ロジック３０６によって使用される調整乗算器として働く。

実施形態では、火花検出ロジック３０６を利用して、電気的火花発生器１０５の残りの寿命を特定するために利用してもよい。例えば、火花検出ロジック３０６は、成功した火花３２６及び失敗した火花３２８を目録に載せてもよい。成功した火花３２６は、音響センサ２１０が検出レンジ３２０内で火花音波２１２を感知するときに起きる。失敗した火花３２８は、音響センサ２１０が検出レンジ３２０内で火花音波２１２を検出しないときに起きる。失敗した火花３２８に対する成功した火花３２６の比率は火花故障閾値３３０と比較してもよい。火花故障閾値３３０は、失敗した火花３２８に対する成功した火花３２６の割合を定義し、火花発生器１０５を交換する必要があるか否かを指し示す。そのような比率例の１つは、７５％の成功した火花である。加えて、火花故障閾値３３０は、失敗した火花３２８に対する成功した火花３２６の割合を特定してもよく、これは電気的火花発生器１０５を早期交換する必要があるか否かを指し示す。そのような比率の１つは、８０％の成功した火花である。火花故障閾値３３０によって規定される様々な比率は、本発明の範囲から逸脱することなく、７５％（即時交換表示）又は８０％（早期交換表示）より高くても低くてもよい。更に、特定の実施形態では、失敗した火花３２８に対する成功した火花３２６の比率がある閾値を上回らない限り、燃料１３２はバーナー１３６に入ることが許されない。

様々な電気的火花発生器は、０．１Ｈｚから１２０Ｈｚまでの異なる周波数で動作する。したがって、失敗した火花に比べて成功した火花を監視することにより、オペレーターは、いつ電気的火花発生器１０５を交換する必要があるかを予測することができる。

このように、失敗した火花３２８に対する成功した火花３２６の割合が、電気的火花発生器を直ちに交換する必要があることを指し示す場合、プロセッサは、電気的火花発生器１０５を直ちに交換する必要があることを指し示す火花特性信号１２４をバーナー管理システム１１０（又は直接オペレーターインターフェース１０８）に出力してもよい。その後、オペレーター（又はバーナー管理システム１１０）は、電気的火花発生器１０５の即時交換をするためにバーナー１３６を停止してもよい。代わりに、失敗した火花３２８に対する成功した火花３２６の割合が、電気的火花発生器１０５を早期交換する必要があることを指し示す場合、プロセッサ３０２は、電気的火花発生器１０５を早期交換する必要があることを指し示す火花特性信号１２４をバーナー管理システム１１０（又は直接オペレーターインターフェース１０８）に出力してもよい。その後、オペレーターは、次の計画的保守時に電気的火花発生器１０５を交換してもよい。

実施形態では、較正設定３０８は、音響センサ２１０から受信した信号をフィルタリングするように動作するフィルタ３３２を更に含んでもよい。電気的火花発生器１０５が高い動作周波数で動作する場合、多数の火花が、互いに密接に時間的に近接して検出されてもよい。更に、点火器棒２０２を伝播する信号は、点火器棒２０２の様々な表面から跳ね返ることもある。したがって、実施形態では、点火器棒２０２を通って伝播する多数の信号が存在する場合、信号を有利にフィルタリングするためにフィルタ３３２が利用されてもよい。例えば、内部で短絡が起き、しかし点火器棒２０２の点火器先端２０４から離れている場合、それによって引き起こされる音波は、火花から両方向に（すなわち、点火器棒２０２の両端に向かって）進行する。センサ２１０から離れて伝播する波は、点火器棒２０２の点火器先端２０４に当たり、センサ２１０に向かって反射し戻る。しかしながら、前記音波は、最初に短絡からセンサ２１０に直接進行するその対応する波形より遅くセンサ２１０に到達する。この後に到着する波について考慮しない場合、火花の正確な状態に関して混乱が生じることがある。こうして、フィルタ３３２は、受信した信号のタイミングに基づいて、これらの反射された短絡音波をフィルタリングするために使用されてもよい。

図４は、火花検出器１０２とエキサイター１１６との間の物理的関係の実施形態のブロック図４００を表わす。火花検出器１０２は、エキサイター１１６とは別個の装置であってもよく、例えば、フレキシブルハーネス４０２を介してそれに連結されてもよい。

図５は、他の実施形態において、火花検出器１０２とエキサイター１１６との間の物理的関係のブロック図５００を表わす。示されるように、火花検出器１０２はエキサイター１１６と一体であってもよい。更に、点火器棒２０２は、フレキシブルハーネス４０２と類似のフレキシブルハーネス５０２を介して、火花検出器に連結されてもよい。本発明の範囲から逸脱することなく、エキサイター１１６と火花検出器１０２との間の他の物理的関係が実施されてもよいことが理解されるべきである。例えば、火花検出器１０２はエキサイター１１６と一体であってもよく、点火器棒２０２はフレキシブルハーネス５０２なしで火花検出器１０２に直接連結してもよい。

図６は、その上に配置された複数の音響センサを有する点火器棒２０２に連結された火花検出器１０２の実施形態を示すブロック図６００を表わす。図７は、図６の複数の音響センサの各々によって感知された火花音波信号を示す例示的な信号図７００を表わす。図６及び７は、以下の説明とともに最も良く考察できる。

第１のセンサ６０２は、点火器先端２０４から距離Ｄ１に配置されている。第２のセンサ６０４は、点火器先端２０４から距離Ｄ２に配置されている。そして、第３のセンサ６０６は、点火器先端２０４から第３の距離Ｄ３に配置されている。トランスデューサ６０８は、点火器先端２０４から点火器棒２０２の反対側の端部に配置されている。トランスデューサ６０８は、点火器先端２０４上に配置された電気的火花発生器１０５（例えば、カソード及びアノード又は絶縁表面点火器）に進行する信号を検出するように動作する。点火器制御信号が、信号を送信するプロセッサに基づいて検出可能である場合、トランスデューサ６０８は必要でなくてもよいことが理解されるべきである。

信号図７００において、第１の音響センサ６０２は、第１の信号７０２を生成する。第２の音響センサ６０４は、第２の信号７０４を生成する。第３の音響センサ６０６は、第３の信号７０６を生成する。そして、トランスデューサ６０８は、トランスデューサ信号７０８を生成する。トランスデューサ信号７０８は、図１の制御信号１２０を表す。第１、第２、及び第３の信号７０２、７０４、及び７０６の各々は、それぞれ、図１の点火器フィードバック信号１２２を表す。トランスデューサ信号７０８の谷７１０は、火花１０４を生成するために、いつ制御信号が電気的火花発生器１０５に送られたかを指し示す。谷７１０は、本発明の範囲から逸脱することなく、トランスデューサ６０８の構成に基づいて反転されてもよく、言い換えればピークになってもよいことが理解されるべきである。第１の信号７０２のピーク７１２は、点火器棒２０２を伝わる火花音波（例えば、火花音波２１２）が、いつ第１の音響センサ６０２によって感知されたかを指し示す。第２の信号７０４のピーク７１４は、点火器棒２０２を伝わる火花音波（例えば、火花音波２１２）が、いつ第２の音響センサ６０４によって感知されたかを指し示す。第３の信号７０６のピーク７１６は、点火器棒２０２を伝わる火花音波（例えば、火花音波２１２）が、いつ第３の音響センサ６０６によって感知されたかを指し示す。

火花検出ロジック３０６によってフィルタ３３２（図３の）が適用される場合、フィルタは、谷７１０及びピーク７１２〜７１６の各々の後に起きる信号７０２〜７０６からの追加情報をそれぞれフィルタ除去してもよい。例えば、付加的な振動７１８は、フィルタ３３２によってフィルタ除去されてもよい。

図８は、点火器によって生成された火花を検出するための例示的な方法８００の実施形態を表わす。方法８００は、例えば、図２に示すように、点火器棒２０２に連結された音響センサ２１０と通信する点火検出器１０２を使用して実施することができる。

工程８０２において、方法８００は、エキサイターから点火器に点火信号を送る。工程８０２の動作の一例では、制御信号１２０は、火花１０４を引き起こすために火花発生器１０５に送られる。

工程８０４は、方法８００が、点火器棒２０２を伝わる音響信号が検出されたかどうかを判定する決定である。火花が検出される場合、方法８００は工程８１８に進み、含まれる場合は、工程８０２を繰り返す。火花が検出されない場合、方法８００は、経路１を介して工程８０６へ、又は経路２を介して工程８０８へのどちらかへと進む。システム動作方法８００が電気的火花発生器の寿命を監視しない場合、経路１がとられる。システム動作方法８００が電気的火花発生器の寿命を監視するためにも使用される場合、経路２がとられる。工程８０４の動作の一例では、音響センサ２１０が、火花音波２１２を感知し、点火器フィードバック信号１２２を発生するために利用される。点火器フィードバック信号１２２が、火花音波２１２が検出レンジ３２０内で検出されたことを指し示す場合、火花検出ロジック３０６は火花を識別する。点火器フィードバック信号１２２が、火花音波２１２は検出レンジ３２０内で検出されなかったことを指し示す場合、火花検出ロジック３０６は火花の失敗（すなわち不足）を識別する。判定８０４で失敗した火花が識別された場合、火花の失敗を指し示して、プロセッサ３０２は、火花特性信号１２４をバーナー管理システム１１０に出力してもよいし、又はオペレーターインターフェース１０８に直接出力してもよい。

工程８０６において、方法８００の実施形態は、火花故障対策を実施することを意図する。工程８０６の動作の一実施形態では、火花故障対策は、バーナー１３６内の残留燃料１３２を除去するための燃料除去システム１４８の起動を含む。追加的に、又は代替的に、火花故障対策は、電気的火花発生器１０５点火器１０６、エキサイター１１６、又は火花検出器１０２のうちの１つ以上の交換を含んでもよく、そしてシステム診断を行なう。工程８０６の後、方法８００は工程８０２を繰り返す。

工程８０８が実施される実施形態では、方法８００は、火花故障計数を更新する。工程８０８の動作の一例では、火花検出ロジック３０６は、失敗した火花３２８の計数を増加させる。その後、方法８００は工程８１０に進む。実施形態では、方法８００は代わりに工程８１４、８０６に直接進むことができ、又は工程８０２を繰り返す。

工程８１０は判定である。工程８１０において、方法８００は、火花故障計数が停止閾値を上回っているかどうかを判定する。火花故障計数が停止閾値を上回ると判定された場合、方法８００は工程８１２に進む。火花故障計数が停止閾値を下回ると判定された場合、方法８００は工程８１４に進み、又は、実施形態では工程８１８に直接進むか工程８０２を繰り返す。

工程８１０の動作の一例では、火花検出ロジック３０６は、成功した火花３２６に対する失敗の火花３２８の比率を分析してその比率が火花故障閾値３３０を上回るかどうかを決定し、いつ火花発生器がその寿命の終わりに達したかを指し示す。

工程８１２において、方法８００は、停止／交換信号をオペレーターに出力する。工程８１２の一例では、火花特性信号１２４がバーナー管理システム１１０に送られるか、又はオペレーターインターフェース１０８に直接送られ、電気的火花発生器１０５を直ちに交換する必要があることを指し示す。

工程８１４は判定である。工程８１４において、方法８００は、火花故障計数が警告閾値を上回っているかを判定する。火花故障計数が警告閾値を上回ると決定された場合、方法８００は工程８１６に進む。火花故障計数が警告閾値を上回ると判定された場合、方法は工程８１８に進み、又は、実施形態では工程８０２を直接繰り返す。

ステップ８１４の動作の一例では、火花検出ロジック３０６は、失敗した火花３２８と成功した火花３２６との比率を分析してその比率が火花故障閾値３３０を上回るかどうかを決定し、いつ電気的火花発生器がその寿命の終わりに達しそうかを指し示す。

ステップ８１６において、方法８００は、早期点火器交換信号をオペレーターに出力する。ステップ８１６の一例では、火花特性信号１２４は、バーナー管理システム１１０に、又は直接オペレーターインターフェース１０８に送られ、次のバーナー保守性能で電気的火花発生器１０５を交換する必要があることを指し示す。

ステップ８１８において、方法８００は、オペレーター（又は実施形態ではバーナー管理システム）に火花ＯＫ指示信号を送信する。動作の一例では、図１の火花特性信号１２４が、バーナー管理システム１１０に、又は直接オペレーターインターフェース１０８に送られ、火花が成功したことを指し示す。

方法８００は、電気的火花発生器１０５に送られた各々の火花制御信号に対して繰り返す。しかしながら、特定の実施形態では、方法８００は、火花制御信号の一部に対してのみ行われてもよい。例えば、電気的火花発生器１０５が０．１Ｈｚ、又は１０秒間に１回の火花で動作する場合、毎秒１つの火花のみが方法８００にかけられてもよい。代わりに、２つ以上の火花を毎秒、方法８００にかけてもよい。

本明細書の実施形態は、図８に表わされた任意の数のステップが、本発明の範囲から逸脱することなく、削除、改訂、又は補足されてもよいことを意図することを理解されるべきである。

図９は、火花検出器を較正するための例示的な方法９００の実施形態を表わす。方法９００は、例えば図２のパルスエコー発生器２１４及び火花検出器１０２を使用して実施される。

ステップ９０２において、方法９００は、火花検出器の１つ以上の較正設定を判定するための較正パルスを発生する。方法９００の動作の一例では、パルスエコー発生器２１４は、点火器棒２０２内にパルス音波２１６を発生する。

ステップ９０４において、方法９００は音響センサで反射パルス信号を受信する。ステップ９０４の動作の一例では、パルス音波２１６は、点火器棒２０２の反対側端部、例えば点火器先端２０４、から反射し、音響センサによって検出され、音響センサは、音響センサ２１０又はパルスエコー発生器２１４と関連する別個の音響センサであってもよい。

ステップ９０６において、方法９００は、ステップ９０２中のパルス発生からステップ９０４中のパルス受信までの経過時間を計算する。ステップ９０４の一例では、較正ロジック３１０は、パルスエコー発生器２１４がパルス音波２１６を発生したときと、音響センサ（音響センサ２１０又はパルスエコー発生器２１４と関連する音響センサのいずれか）が点火器棒２０２の端部から反射されたパルス音波２１６を感知したときとの間の時間的継続期間を判定する。

ステップ９０８において、方法９００は、火花検出器の構成設定を更新する。ステップ９０８の動作の一例では、較正ロジック３１０は、較正設定３０８内の点火器棒の温度調整３２４を更新する。

方法９００は、点火器棒の実際の特性に従って火花発生器を構成するために、方法８００中の任意の時点で実施されてもよい。これは、バーナーの動作中の点火器棒の温度上昇を許容し、更に火花が発生しているかどうかを正確に検出することを提供する。

周囲の音波の少量のみが、点火器棒の鋼又は合金材料に入る。例えば、これらのタイプの音波の０．１％だけが鋼中に伝わる。このように、音響センサによって検出された信号は、おびただしい他の周囲音波と組み合わせられた火花音波とは対照的に、火花音波を表す。

上記のシステム及び方法の実施形態は、顕著な利点を提供する。音響センサを点火器棒に直接又は間接に連結することにより、本システム及び方法は、点火器棒自体を伝わる火花音波を監視することができる。更に、火花検出を燃料除去システムに連結することにより、故障火花が起きたときに起因する不適切又は危険な燃料点火の可能性が大幅に低減される。

したがって、上記の記載に含まれるか、又は添付の図面に示された事項は、例示的なものとして解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを留意すべきである。以下の特許請求の範囲は、本明細書に記載された全ての一般的かつ特定の特徴、並びに本発明の方法及びシステムの範囲の全ての陳述をカバーすることを意図し、それは、言葉として、それらの間にあると言ってもよい。

Claims (24)

1. 電気的火花発生器によって発生した火花音波を感知するように適合された音響センサであって、前記火花音波は前記音響センサと音響連通する点火器棒を通って伝播する、音響センサと、
   前記音響センサと連通する火花検出器であって、
   （ａ）点火信号が前記電気的火花発生器に送られる第１の時間期間を特定し、
   （ｂ）いつ前記音響センサが前記火花音波を感知するかを規定する第２の時間期間を特定し、
   （ｃ）所定の時間レンジと比較して、前記第１の時間期間と前記第２の時間期間との間の時間的関係に基づいて火花特性を特定し、
   （ｄ）前記火花特性を規定する出力を発生する、ように適合された火花検出器と、を含む、電気的火花検出システム。
2. 前記システムは、前記電気的火花発生器を更に含み、前記電気的火花発生器は前記点火器棒上に配置されている、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
3. 前記火花検出器は、前記第２の時間期間が前記所定の時間レンジ外にあるとき、電気的短絡の場所を判定するように更に適合された、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
4. パルス音波を発生させるための、前記点火器棒の第１の端部に配置されたパルスエコー発生器と、
   前記点火器棒の第２の端部から反射された前記パルス音波であるパルス音波を感知するように更に適合された前記音響センサと、
   前記点火器棒の長さと、いつ前記パルス音波が発生して前記音響センサが前記反射パルス音波を感知するかによって規定された第３の時間期間とに基づいて、前記所定の時間レンジを較正するように更に適合された前記火花検出器と、を更に含む、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
5. 前記音響センサは、圧電トランスデューサである、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
6. 前記点火器棒は、鋼又は合金の棒である、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
7. 前記（ｃ）火花特性の特定は、
   （ｃ１）前記第２の時間期間が前記所定の時間レンジ内にあるとき、前記火花特性を成功した火花として特定することと、
   （ｃ２）前記第２の時間期間が前記所定の時間レンジ外にあるとき、前記火花特性を失敗した火花として特定することと、を含み、
   （ａ）〜（ｄ）を繰り返して、多数の成功した火花及び多数の失敗した火花を特定し、
   前記出力は、成功した火花に対する失敗した火花の比率が所定の火花故障閾値を上回ったときの警告である、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
8. 前記警告は、前記電気的火花発生器を直ちに交換することを指し示す、請求項７に記載の電気的火花検出システム。
9. 前記警告は、保守手順で前記電気的火花発生器を交換することを指し示す、請求項７に記載の電気的火花検出システム。
10. 前記点火器棒を前記火花検出器に連結するフレキシブルハーネスを更に含む、請求項１に記載の電気的火花検出システム。
11. 前記火花検出器とエキサイターとの間にフレキシブルハーネスを更に含む、請求項１に記載の電気的火花システム。
12. 前記火花特性は、前記第２の時間期間が前記所定の時間レンジ内にあるときに成功した火花であることを指し示す、請求項１に記載の電気的火花システム。
13. 前記火花特性は、前記第２の時間期間が前記所定の時間レンジ外にあるときに失敗した火花であることを指し示す、請求項１に記載の電気的火花システム。
14. 電気的火花を検出する方法であって、
    火花検出器によって、電気的火花発生器に火花を引き起こすように指図する点火制御信号を特定することと、
    火花音波が音響センサによって検出されたかどうかを判定することであって、前記音響センサは点火器棒と連通しており、前記火花音波は前記点火器棒を通って伝播する、ことと、
    前記火花検出器を介して、火花特性を指し示す信号を出力することであって、前記火花特性は、前記点火制御信号及び前記火花音波の時間的関係と、所定の時間レンジとに基づいている、ことと、を含む、方法。
15. 前記火花音波が検出されなかった場合、前記火花音波は検出されなかったことを指し示す火花故障計数を増加させることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記火花故障計数が停止閾値を上回っているかどうかを判定することを更に含み、前記火花故障計数が前記停止閾値を上回っているならば、前記警告は、前記電気的火花発生器を直ちに交換することを指し示す、請求項１５に記載の方法。
17. 前記火花故障計数が警告閾値を上回っているかどうかを判定することを更に含み、前記火花故障計数が前記警告閾値を上回っているならば、前記警告は、将来の保守手順で前記電気的火花発生器を交換することを指し示す、請求項１５に記載の方法。
18. 前記所定の時間レンジ内で前記火花音波が検出されるならば、火花ＯＫ指示信号を出力することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記所定の時間レンジ内で前記火花が検出されないならば、火花故障対策を実施することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記点火器棒の温度に基づいて前記所定の時間レンジを調整することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
21. 前記所定の時間レンジを調整することは、
    前記点火器棒に配置されたパルスエコー発生器を介して、パルス音波を発生させることと、
    前記点火器棒の端部から反射する前記パルス音波に基づいて反射パルス音波を検出することと、
    前記パルス音波を発生させることと前記反射パルス音波を受信することとの間の時間に基づいて点火器棒の温度調整を計算することと、
    前記点火器棒の温度調整に基づいて前記所定の時間レンジを調整することと、を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記火花特性は、前記時間的関係が、前記火花音波が前記所定の時間レンジ内で前記音響センサによって受信されるようなものであるとき、成功した火花であることを指し示す、請求項１４に記載の方法。
23. 前記火花特性は、前記時間的関係が、前記火花音波が前記所定の時間レンジ外で前記音響センサによって受信されるようなものであるとき、失敗した火花であることを指し示す、請求項１４に記載の方法。
24. 電気的火花検出器を較正する方法であって、
    点火器棒の第１の端部に配置されたパルスエコー発生器を介して、パルス音波を発生させることと、
    前記点火器棒の第２の端部から反射する前記パルス音波に基づいて、反射パルス音波を検出することと、
    前記パルス音波を発生させることと前記反射パルス音波を受信することとの間の時間に基づいて火花検出器の調整を計算することと、
    前記火花検出器の調整に基づいて前記電気的火花検出器を構成することと、を含む、方法。