JP4998989B2 - Flame detection device - Google Patents

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    • F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means

Description

本発明は、火炎が発する可視光を検知する受光セルとして、フォトダイオード等の半導体受光素子を用い、特に外来ノイズによる誤動作を防止した火炎検出装置に関する。   The present invention relates to a flame detection apparatus that uses a semiconductor light receiving element such as a photodiode as a light receiving cell that detects visible light emitted from a flame, and that prevents malfunction due to external noise.

ガスバーナーやオイルバーナー等の火炎を検出してその燃焼（点火）制御に用いられる火炎検出装置は、例えば火炎が発する可視光を検知する受光セルを組み込んだセンサヘッドと、ケーブルを介して上記受光セルにその駆動電圧を供給すると共に上記ケーブルを介して上記受光セルによる火炎検知信号を検出して火炎の有無を判定する検出装置本体とを備えて構成される（例えば特許文献１,２を参照）。   A flame detection device that detects a flame such as a gas burner or an oil burner and uses it for combustion (ignition) control includes, for example, a sensor head that incorporates a light receiving cell that detects visible light emitted by the flame, and the light reception via a cable. And a detection device body for supplying a driving voltage to the cell and detecting a flame detection signal from the light receiving cell via the cable to determine the presence or absence of a flame (see, for example, Patent Documents 1 and 2). ).

ちなみにオイルバーナは、例えば図４に示すように送風機１の送風口（ブラストチューブ）内に燃料噴射ノズル２を設けると共に、上記燃料噴射ノズル２のノズル口に近接させて点火電極３を設けて構成される。このようなオイルバーナの火炎を検出してその燃焼を制御する為の火炎検出装置におけるセンサヘッド４は、例えば前記燃料噴射ノズル２の後方に位置して該燃料噴射ノズル２のノズル口に形成される火炎が発する可視光を検出するように設けられる。尚、センサヘッド４に組み込まれる受光セルとしては、従来より専らＣdＳセルが用いられている。   Incidentally, for example, as shown in FIG. 4, the oil burner is provided with a fuel injection nozzle 2 in a blower opening (blast tube) of the blower 1 and an ignition electrode 3 provided close to the nozzle opening of the fuel injection nozzle 2. Is done. The sensor head 4 in the flame detection device for detecting the flame of the oil burner and controlling the combustion thereof is formed at the nozzle port of the fuel injection nozzle 2, for example, located behind the fuel injection nozzle 2. It is provided so as to detect visible light emitted by the flame. As a light receiving cell incorporated in the sensor head 4, a CdS cell has been exclusively used conventionally.

そしてオイルバーナの燃焼制御は、図５にその点火制御シーケンスを示すように、バーナーの起動指令を受けて先ず送風機１を作動させた後に点火トランスを作動させて点火電極３にスパークを発生させ、スパークが安定した状態で燃料弁を開けることで前記燃料噴射ノズル２から噴射される燃料を着火する。そして燃料の燃焼による火炎が前記火炎検出装置にて検出された後、前記点火トランスの作動を停止することによりその点火制御が完了する（例えば特許文献３を参照）。
特開平８−２６１４４３号公報 特許第３２５５４４２号公報 特開平６−２８８５４１号公報 The combustion control of the oil burner, as shown in the ignition control sequence in FIG. 5, receives the start command of the burner, first operates the blower 1 and then operates the ignition transformer to generate sparks in the ignition electrode 3, The fuel injected from the fuel injection nozzle 2 is ignited by opening the fuel valve while the spark is stable. And after the flame by fuel combustion is detected by the flame detection device, the ignition control is completed by stopping the operation of the ignition transformer (see, for example, Patent Document 3).
JP-A-8-261443 Japanese Patent No. 3255442 JP-A-6-288541

ところで近年、ＲｏＨＳ（Restriction of Hazardous Substances；危険物質に関する制限）指令等の化学物質規制によりＣd（カドミウム）の使用が制限されている。このような事情から最近では火炎検出装置の受光セルとして、従来のＣdＳセルに代えてフォトダイオード等の半導体受光素子を用いることが試みられている。しかしながらＣdＳセルにおいては数十ｍ秒〜数百ｍ秒であった応答時間が、フォトダイオード等の半導体受光素子においては数ｍ秒程度と短く、しかもその検出感度が高いので、その火炎検出特性が火炎のゆらぎに左右され易くなると言う新たな問題が生じる。更にはこの種の受光セルが組み込まれるセンサヘッド４は、前述したように送風機１等に組み込まれるので、送風機１のみならず点火電極３を駆動する点火トランス等が発生するノイズの影響を受けて誤動作し易い等の不具合がある。   Incidentally, in recent years, the use of Cd (cadmium) is restricted by chemical substance regulations such as the RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive. Under these circumstances, recently, it has been attempted to use a semiconductor light receiving element such as a photodiode in place of the conventional CdS cell as the light receiving cell of the flame detector. However, the response time, which was several tens to several hundreds of milliseconds for CdS cells, is as short as several milliseconds for semiconductor light-receiving elements such as photodiodes, and its detection sensitivity is high. A new problem arises that it is more susceptible to flame fluctuations. Furthermore, since the sensor head 4 in which this type of light receiving cell is incorporated is incorporated in the blower 1 or the like as described above, it is affected by noise generated not only by the blower 1 but also by an ignition transformer or the like that drives the ignition electrode 3. There are problems such as easy operation.

本発明はこのような事情を考慮したもので、その目的は、受光セルとしてフォトダイオード等の半導体受光素子を用いた火炎検出装置であって、特に耐雑音性の向上を図り、火炎検出特性の安定化を図った簡易な構成の火炎検出装置を提供することにある。   The present invention takes such circumstances into consideration, and an object of the present invention is a flame detection apparatus using a semiconductor light receiving element such as a photodiode as a light receiving cell. An object of the present invention is to provide a flame detection device with a simple configuration which is stabilized.

上述した目的を達成するべく本発明に係る火炎検出装置は、火炎が発する可視光を検知するフォトダイオードを含むセンサヘッドと、ケーブルで前記センサヘッドと接続され、前記ケーブルを介して前記フォトダイオードに駆動電圧を供給すると共に前記ケーブルを介して前記センサヘッドによる火炎検知信号を検出して火炎の有無を判定する検出装置本体と、前記センサヘッド内に設けられ、前記フォトダイオードに直列に接続される抵抗器、前記抵抗器の一端側で前記フォトダイオードに並列に接続される第１コンデンサ、前記抵抗器の他端側で前記フォトダイオードに並列に接続される第２コンデンサを含むフィルタ回路と、を備える。 In order to achieve the above-described object, a flame detection apparatus according to the present invention includes a sensor head that includes a photodiode that detects visible light emitted from a flame, a cable connected to the sensor head, and the photodiode is connected to the photodiode via the cable. a detection device body determines the presence or absence of detection to the flame of the flame detection signal from the sensor head through the cable supplies the driving voltage, provided in the sensor head are connected in series to the photodiode A filter circuit including a resistor, a first capacitor connected in parallel to the photodiode on one end side of the resistor, and a second capacitor connected in parallel to the photodiode on the other end side of the resistor ; Prepare .

ちなみに前記センサヘッドとして、例えばフォトダイオードの出力を増幅する増幅器を一体に備えたものを用いることが好ましい。また前記検出装置本体は、例えば直列接続されて駆動電源に接続された第１および第２の抵抗器を備え、前記第１または第２の抵抗器の両端間に前記ケーブルを介して前記フォトダイオードを並列接続したものであって、前記第１および第２の抵抗器により電源電圧を抵抗分割して前記フォトダイオードの駆動電圧を生成すると共に、前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器との接続点に生じる電圧を判定して火炎の有無を判定するものからなる。 Incidentally, as the sensor head, it is preferable to use those with integrated amplification unit for amplifying an output of the full photodiode, for example. Also the detection device body, for example, connected in series with the first and second resistor connected to a driving power source, the photo diode through the cable across the first or second resistor Are connected in parallel, and the drive voltage of the photodiode is generated by dividing the power supply voltage by the first and second resistors, and the first resistor and the second resistor. And determining the presence or absence of flame by determining the voltage generated at the connection point.

このように構成された火炎検出装置によれば、半導体受光素子の直近に該半導体受光素子による火炎検知信号を遅延してケーブルに出力するフィルタ回路を設けているので、前記半導体受光素子の見掛け上の応答特性を遅く（ブロード）にすることができる。この結果、半導体受光素子自体の応答が速く、その火炎検知信号が火炎のゆらぎに素早く反応しても、フィルタ回路を介してケーブルに出力されて検出装置本体に伝達される火炎検知信号の変化が緩慢となるので、火炎のゆらぎに起因する誤検出を防ぐことが可能となる。   According to the flame detection device configured as described above, the filter circuit for delaying the flame detection signal from the semiconductor light receiving element and outputting it to the cable is provided in the immediate vicinity of the semiconductor light receiving element. It is possible to slow down (broad) the response characteristic. As a result, even if the response of the semiconductor light receiving element itself is fast and the flame detection signal reacts quickly to the fluctuation of the flame, the change of the flame detection signal that is output to the cable via the filter circuit and transmitted to the main body of the detection device is changed. Since it becomes slow, it becomes possible to prevent the false detection resulting from the fluctuation of a flame.

また上記フィルタ回路を介することでケーブルに重畳するノイズを除去することができるので、外来ノイズに起因する半導体受光素子のラッチアップ等の誤動作を効果的に防ぐことが可能となる。従って半導体受光素子を組み込んだセンサヘッドが、送風機や点火トランス等のノイズ発生源の近傍に設けられる場合であっても、ノイズによる半導体受光素子の誤動作を防止して火炎検出を安定に行うことが可能となる等の効果が奏せられる。   Further, since the noise superimposed on the cable can be removed through the filter circuit, it is possible to effectively prevent malfunction such as latch-up of the semiconductor light receiving element due to external noise. Therefore, even when a sensor head incorporating a semiconductor light receiving element is provided in the vicinity of a noise generating source such as a blower or an ignition transformer, it is possible to prevent malfunction of the semiconductor light receiving element due to noise and stably perform flame detection. The effect of becoming possible is produced.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る火炎検出装置について説明する。
図１は実施形態に係る火炎検出装置の要部概略構成を示している。図１において１０は火炎が発する可視光を検出する受光セルとしての半導体受光素子（例えばＳiフォトダイオード）１１を組み込んで構成されるセンサヘッドであり、２０はケーブル３０を介して上記半導体受光素子１１にその駆動電圧を供給すると共に上記ケーブル３０を介して前記半導体受光素子１１による火炎検知信号を検出して火炎の有無を判定する検出装置本体である。 Hereinafter, a flame detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of a flame detection apparatus according to the embodiment. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a sensor head including a semiconductor light receiving element (for example, Si photodiode) 11 as a light receiving cell that detects visible light emitted from a flame, and 20 denotes the semiconductor light receiving element 11 via a cable 30. The main body of the detection apparatus determines the presence or absence of a flame by supplying a driving voltage to the light source and detecting a flame detection signal from the semiconductor light receiving element 11 via the cable 30.

検出装置本体２０は、例えば直列接続されて駆動電源に接続される第１および第２の固定抵抗２１,２２を備え、例えば接地側の第２の固定抵抗２２の両端間にケーブル３０を介して半導体受光素子１１を並列接続して構成される。上記第１および第２の固定抵抗２１,２２は電源電圧Ｖcを分圧して前記半導体受光素子１１の駆動電圧Ｖdを生成し、この駆動電圧Ｖdを前記ケーブル３０を介して出力する役割を担うと共に、後述するように前記半導体受光素子１１の出力（火炎検知信号）に応じて前記第１の固定抵抗２１と第２の固定抵抗２２との接続点における電圧を変化させる役割を担う。換言すれば半導体受光素子１１は、ケーブル３０を介して前記第２の固定抵抗２２に並列接続されている。そして半導体受光素子１１は、火炎が発する可視光を受光して火炎検出信号を出力し、これに伴うインピーダンスの変化により前記固定抵抗２１,２２の接続点における電圧を変化させるものとなっている。   The detection device main body 20 includes first and second fixed resistors 21 and 22 that are connected in series and connected to a drive power source, for example, and are connected to both ends of the second fixed resistor 22 on the ground side via a cable 30, for example. The semiconductor light receiving element 11 is connected in parallel. The first and second fixed resistors 21 and 22 divide the power supply voltage Vc to generate the driving voltage Vd of the semiconductor light receiving element 11 and output the driving voltage Vd via the cable 30. As described later, it plays a role of changing a voltage at a connection point between the first fixed resistor 21 and the second fixed resistor 22 in accordance with an output (flame detection signal) of the semiconductor light receiving element 11. In other words, the semiconductor light receiving element 11 is connected in parallel to the second fixed resistor 22 via the cable 30. The semiconductor light receiving element 11 receives visible light emitted from the flame, outputs a flame detection signal, and changes the voltage at the connection point of the fixed resistors 21 and 22 due to the change in impedance associated therewith.

また前記半導体受光素子１１の出力（火炎検知信号）を検出する検出装置本体２０における火炎検出部２３は、例えばマイクロコンピュータからなり、前記固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧の変化から前記半導体受光素子１１による火炎検知信号の有無を判定するように構成される。特にこの火炎検出部２３は、前記固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧を予め設定した判定閾値電圧Ｖthと比較することで火炎の有無を検出するように構成される。   The flame detector 23 in the detection device main body 20 that detects the output (flame detection signal) of the semiconductor light receiving element 11 is composed of, for example, a microcomputer, and changes the voltage generated at the connection point of the fixed resistors 21 and 22 from the semiconductor. It is configured to determine the presence or absence of a flame detection signal by the light receiving element 11. In particular, the flame detector 23 is configured to detect the presence or absence of a flame by comparing the voltage generated at the connection point of the fixed resistors 21 and 22 with a predetermined determination threshold voltage Vth.

尚、火炎検出の制御対象がオイルバーナーである場合、上記検出装置本体２０にはオイルバーナーにおける送風機３１、点火トランス（点火電極）３２、および燃料弁（燃料噴射ノズル）３３の各動作を火炎の有無により制御する燃焼制御装置２４が設けられる。この燃焼制御装置２４は、前述した火炎検出部２３を構成するマイクロコンピュータが有する機能の一部として実現しても良いことは言うまでもない。   When the detection target of the flame detection is an oil burner, the operation of the blower 31, ignition transformer (ignition electrode) 32, and fuel valve (fuel injection nozzle) 33 in the oil burner is performed on the detection device main body 20. A combustion control device 24 that controls the presence or absence is provided. It goes without saying that the combustion control device 24 may be realized as a part of the function of the microcomputer constituting the flame detection unit 23 described above.

さて基本的には上述したように、火炎が発する可視光を検出する受光素子として半導体受光素子、例えばＳiフォトダイオード１１を用いた火炎検出装置において、本発明が特徴とするところは、図１にその実施形態を示すように前記Ｓiフォトダイオード１１の直近であるセンサヘッド１０に、暗電流加算回路１２およびフィルタ回路１３をそれぞれ組み込むと共に、前記Ｓiフォトダイオード１１と直列に逆接続防止用ダイオード１４を介挿したことを特徴としている。   Basically, as described above, in the flame detection device using the semiconductor light receiving element, for example, the Si photodiode 11, as the light receiving element for detecting the visible light emitted from the flame, the present invention is characterized in FIG. As shown in the embodiment, a dark current adding circuit 12 and a filter circuit 13 are incorporated in a sensor head 10 that is in the immediate vicinity of the Si photodiode 11, and a reverse connection preventing diode 14 is provided in series with the Si photodiode 11. It is characterized by being inserted.

尚、前記Ｓiフォトダイオード１１として、ここではフォトダイオード１１にその負荷抵抗１１ａと、その出力電流を増幅する増幅器１１ｂとを一体に設けた、いわゆる複合型のフォトＩＣを用いた例について示している。しかし負荷抵抗１１ａおよび増幅器１１ｂをそれぞれ単体部品としてフォトダイオード１１に組み付けることも勿論可能である。また前記暗電流加算回路１２は、例えば前記Ｓiフォトダイオード１１に対して並列接続した固定抵抗からなる。更に前記フィルタ回路１３は、抵抗１３ａとコンデンサ１３ｂ,１３ｃとを組み合わせて構築されるパッシブ形の低域通過フィルタからなる。このフィルタ回路１３は、フォトダイオード１１による火炎検知信号を遅延して前記ケーブル３０に出力する役割を担うと共に、前記ケーブル３０に重畳するノイズによる前記フォトダイオード１１の誤動作を防止する機能、つまりノイズ除去機能を担う。   As the Si photodiode 11, an example using a so-called composite photo IC in which a load resistor 11a and an amplifier 11b for amplifying the output current are integrally provided in the photodiode 11 is shown. . However, it is of course possible to assemble the load resistor 11a and the amplifier 11b into the photodiode 11 as single components. The dark current adding circuit 12 is composed of, for example, a fixed resistor connected in parallel to the Si photodiode 11. Further, the filter circuit 13 comprises a passive low-pass filter constructed by combining a resistor 13a and capacitors 13b and 13c. The filter circuit 13 plays a role of delaying and outputting a flame detection signal from the photodiode 11 to the cable 30 and a function of preventing malfunction of the photodiode 11 due to noise superimposed on the cable 30, that is, noise removal. Take on the function.

ここで先ず、上述した暗電流加算回路１２について説明する。受光セルとして用いる半導体受光素子（フォトダイオード）１１は、従来一般的なＣdＳセルに比較してその応答速度が数ｍ秒と速く、しかもその受光強度（照度）に対して図２に特性Ａとして示すように略リニアな出力電流特性を有している。そして受光強度が低い場合、特に暗黒（火炎なし）の場合における出力電流は数ｎＡ程度と非常に少なく、火炎が発する可視光を受けてその受光強度が高まるに従って出力電流が増大する。このような出力電流特性は、一般的な計測用途においては計測誤差を低減する上で非常に好ましい。   First, the above-described dark current adding circuit 12 will be described. The semiconductor light receiving element (photodiode) 11 used as the light receiving cell has a response speed as fast as several milliseconds as compared with a conventional CdS cell, and the characteristic A in FIG. As shown, it has a substantially linear output current characteristic. When the received light intensity is low, particularly in the dark (no flame), the output current is very low, about several nA, and the output current increases as the received light intensity increases upon receiving visible light emitted by a flame. Such output current characteristics are very preferable for reducing measurement errors in general measurement applications.

しかしながら上述した出力電流特性は、換言すれば暗黒（火炎なし）の場合における半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスが極めて高いことを意味する。そしてケーブル３０を介して上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１を検出器本体２０に接続する構成の火炎検出装置においては、半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスが高いとき、ケーブル３０の引き回し（配線）によってノイズの影響を受け易くなり、誤検出の要因となることが否めない。即ち、半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスが高い状態（暗黒状態）においては、ケーブル３０に重畳する僅かなノイズだけで、該ケーブル３０を介して検出する上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力が大きく変動してしまう。しかも前述したように半導体受光素子（フォトダイオード）１１自体が、送風機３１や点火トランス（点火電極）３２等のノイズ発生源の近傍に配置されることが多い。   However, the output current characteristics described above mean that the impedance of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 in the dark (no flame) is extremely high. In the flame detection apparatus configured to connect the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 to the detector main body 20 via the cable 30, when the impedance of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is high, the cable 30 is routed ( Wiring) is easily affected by noise, and cannot be denied as a cause of false detection. That is, in a state where the impedance of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is high (dark state), the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 that is detected via the cable 30 with only a slight noise superimposed on the cable 30. Output greatly fluctuates. In addition, as described above, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 itself is often disposed in the vicinity of a noise generating source such as the blower 31 and the ignition transformer (ignition electrode) 32.

そこでこの火炎検出装置においては、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の直近において該半導体受光素子（フォトダイオード）１１に対して並列に固定抵抗を接続し、検出装置本体２０側からケーブル３０を介して前記半導体受光素子（フォトダイオード）１１を見たときの暗黒時におけるインピーダンスを意図的に低くし、これによって外来ノイズの影響を受け難いものとしている。具体的には図１に示したように半導体受光素子（フォトダイオード）１１の直近において該半導体受光素子（フォトダイオード）１１に対して暗電流加算回路１２としての固定抵抗を並列接続し、その上で上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１をケーブル３０を介して検出装置本体２０に接続するようにしている。   Therefore, in this flame detection device, a fixed resistor is connected in parallel to the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 in the immediate vicinity of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, and is connected from the detection device body 20 side via the cable 30. The impedance in the dark when the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is viewed is intentionally lowered, thereby making it less susceptible to external noise. Specifically, as shown in FIG. 1, a fixed resistor as a dark current adding circuit 12 is connected in parallel to the semiconductor light-receiving element (photodiode) 11 in the immediate vicinity of the semiconductor light-receiving element (photodiode) 11. The semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is connected to the detection apparatus main body 20 via the cable 30.

このようにして半導体受光素子（フォトダイオード）１１に並列接続した固定抵抗によれば、該固定抵抗の抵抗値に比較して半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスが高い場合には、ケーブル３０を介して半導体受光素子（フォトダイオード）１１に駆動電圧Ｖdを加えたとき、専ら、上記固定抵抗を介して電流が流れる。そして半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスが低くなるに従って該半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力電流が増えることになる。すると暗黒時においても図２に出力電流特性Ｂに示すようにケーブル３０を介して或る程度の電流が流れることになり、ケーブル３０を介して前記半導体受光素子（フォトダイオード）１１を見たときの暗電流を増大させることが可能となる。そして前述したように半導体受光素子（フォトダイオード）１１に並列接続した固定抵抗は、見掛け上、該半導体受光素子（フォトダイオード）１１の暗電流を加算し、暗黒時における半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスを低減する作用を呈することになる。   According to the fixed resistor connected in parallel to the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 in this way, when the impedance of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is higher than the resistance value of the fixed resistor, the cable 30 When a drive voltage Vd is applied to the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 via the current, current flows exclusively through the fixed resistor. As the impedance of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 decreases, the output current of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 increases. Then, even in the dark, a certain amount of current flows through the cable 30 as shown in the output current characteristic B in FIG. 2, and when the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is viewed through the cable 30. The dark current can be increased. As described above, the fixed resistor connected in parallel to the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 apparently adds the dark current of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 and the semiconductor light receiving element (photodiode) in the dark. 11 has an effect of reducing the impedance.

この結果、暗黒時においても半導体受光素子（フォトダイオード）１１のインピーダンスを或る程度低く抑えることができるので、仮にケーブル３０がノイズ発生源の近傍に配設される場合であっても、ノイズの混入を抑えることができる。そして該ケーブル３０を介して検出する上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力の、ノイズの混入による誤検出を効果的に防止することが可能となる。   As a result, since the impedance of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 can be suppressed to a certain level even in the dark, even if the cable 30 is disposed in the vicinity of the noise generation source, Mixing can be suppressed. It is possible to effectively prevent erroneous detection of the output of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 detected via the cable 30 due to noise.

尚、上述した固定抵抗に代えて前述した増幅器１１ｂの利得を半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力に応じて可変し、暗黒時における増幅器１１ｂの出力を増大させるように暗電流加算回路１２を構成することも可能である。この場合には、例えば半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力に応じて増幅器１１ｂのバイアスを可変し、これによってその電流出力特性（利得）を変化させるようにすれば良い、或いはママイクロプロセッサやＡ／Ｄ変換器を用いて半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力をデジタル変換した後、その信号をケーブル３０を介して伝送するような場合には、上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力に応じてそのＡ／Ｄ変換特性自体を可変することも可能である。   Note that the dark current adding circuit 12 is changed so that the gain of the amplifier 11b described above is changed according to the output of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 in place of the fixed resistor described above, and the output of the amplifier 11b is increased in the dark. It is also possible to configure. In this case, for example, the bias of the amplifier 11b may be varied in accordance with the output of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, thereby changing its current output characteristic (gain), or a microprocessor, When the output of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is digitally converted using an A / D converter and then the signal is transmitted via the cable 30, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 It is also possible to vary the A / D conversion characteristic itself according to the output.

ところで上述した如く半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力に暗電流成分を加算することでその誤検出の防止対策を施しても、ケーブル３０に外来ノイズが重畳することは否めない。しかも半導体受光素子（フォトダイオード）１１は外来ノイズに弱く、ノイズによって半導体受光素子（フォトダイオード）１１自体がラッチアップ等の誤動作を起こし易い。   Incidentally, as described above, even if a measure for preventing the erroneous detection is added by adding the dark current component to the output of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, it is undeniable that the external noise is superimposed on the cable 30. Moreover, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is vulnerable to external noise, and the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 itself is liable to cause malfunction such as latch-up due to the noise.

そこでこの火炎検出装置においては、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の直近にフィルタ回路１３を設け、ケーブル３０を介して加わる外来ノイズから上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１におけるラッチアップ等の誤動作を防止するようにしている。同時に上記フィルタ回路１３により、半導体受光素子（フォトダイオード）１１からケーブル３０を介して出力される火炎検知信号を遅延し、これによって火炎のゆらぎ等に起因する半導体受光素子（フォトダイオード）１１の不本意な応答成分を除去するものとなっている。即ち、前述したように半導体受光素子（フォトダイオード）１１の応答特性は従前のＣdＳセルに比較して非常に早く、火炎のゆらぎによってその可視光の強度が僅かに変動するだけで、その受光強度の変化に敏感に応答する。これ故、僅かな火炎のゆらぎにより半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力（火炎検知信号）が低下するだけでも、これを消炎として誤検出する虞がある。   Therefore, in this flame detection device, a filter circuit 13 is provided in the immediate vicinity of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, and malfunctions such as latch-up in the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 are detected from external noise applied via the cable 30. I try to prevent it. At the same time, the filter circuit 13 delays the flame detection signal output from the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 via the cable 30, thereby preventing the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 from being undesirably caused by flame fluctuations. The intentional response component is removed. That is, as described above, the response characteristic of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is very fast compared with the conventional CdS cell, and the light receiving intensity is changed only slightly by the fluctuation of the visible light due to the fluctuation of the flame. Responds sensitively to changes. Therefore, even if the output (flame detection signal) of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is lowered due to slight flame fluctuation, this may be erroneously detected as extinguishing.

このような不具合を防止するべく、この火炎検出装置においては上述しように半導体受光素子（フォトダイオード）１１の直近にフィルタ回路１３を設けることで、高速に応答する前記半導体受光素子（フォトダイオード）１１の出力（火炎検知信号）を遅延し、これによって火炎検出信号の応答波形をなまらせた後、ケーブル３０に出力するものとなっている。換言すればフィルタ回路１３により、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の見掛け上の応答特性を遅くしている。また上記フィルタ回路１３により、前述した点火トランス等のライズ発生源から前記ケーブル３０に重畳するしたスパイクノイズ等の外来ノイズを除去し、上記半導体受光素子（フォトダイオード）１１の動作安定化を図るものとなっている。   In order to prevent such a problem, in this flame detection device, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 that responds at high speed is provided by providing the filter circuit 13 in the immediate vicinity of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 as described above. Output (flame detection signal) is delayed, and the response waveform of the flame detection signal is thereby smoothed, and then output to the cable 30. In other words, the apparent response characteristic of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is delayed by the filter circuit 13. Further, the filter circuit 13 removes external noise such as spike noise superimposed on the cable 30 from the rise generation source such as the ignition transformer described above, thereby stabilizing the operation of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11. It has become.

この結果、検出装置本体２０側においては、動作が安定化された状況下における半導体受光素子（フォトダイオード）１１からの出力（火炎検知信号）の変化を、火炎のゆらぎの影響を受けることのない緩やかな応答信号として検出することが可能となり、従って火炎検出を安定に行うことが可能となる。特にフィルタ回路１３を半導体受光素子（フォトダイオード）１１の直近に設けることで、ノイズによる半導体受光素子（フォトダイオード）１１の誤動作防止機能と、該半導体受光素子（フォトダイオード）１１の応答性の改善とを同時の実現することができる。   As a result, on the detection device main body 20 side, the change in the output (flame detection signal) from the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 under the condition where the operation is stabilized is not affected by the fluctuation of the flame. It is possible to detect as a slow response signal, and therefore flame detection can be performed stably. In particular, by providing the filter circuit 13 in the immediate vicinity of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, a function of preventing malfunction of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 due to noise and improvement of the response of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11. Can be realized simultaneously.

ところで上述したセンサヘッド１０、つまり半導体受光素子（フォトダイオード）１１と検出装置本体２０とは、単に２芯のケーブル３０を介して接続されるだけである。これ故、検出装置本体２０に対して半導体受光素子（フォトダイオード）１１を逆接続してしまう可能性がある。ちなみに従来のＣdＳセルは無極性であるので、検出装置本体２０に対する接続極性は問題とならない。しかし半導体受光素子（フォトダイオード）１１を逆接続すると、該半導体受光素子（フォトダイオード）１１の動作が不安定となる上、その出力信号自体が不定となる。   By the way, the sensor head 10 described above, that is, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 and the detection device main body 20 are simply connected via a two-core cable 30. Therefore, there is a possibility that the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is reversely connected to the detection apparatus main body 20. Incidentally, since the conventional CdS cell has no polarity, the connection polarity with respect to the detection device main body 20 does not matter. However, when the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is reversely connected, the operation of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 becomes unstable and the output signal itself becomes undefined.

そこでこの火炎検出装置においては、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の直近に逆接続防止用のダイオード１４を直列に介挿すると共に、検出装置本体２０に半導体受光素子（フォトダイオード）１１の逆接続検出機能および該半導体受光素子（フォトダイオード）１１の短絡故障検出機能を設けている。この逆接続検出機能および短絡故障検出機能は、前述した第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧を、予め設定した閾値と比較する機能からなり、上記閾値は後述するように火炎の有無を判定する閾値とは別に設定される。   Therefore, in this flame detection apparatus, a diode 14 for preventing reverse connection is inserted in series in the immediate vicinity of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, and the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is reversely connected to the main body 20 of the detection apparatus. A detection function and a short-circuit fault detection function of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 are provided. The reverse connection detection function and the short-circuit fault detection function include a function of comparing the voltage generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 with a preset threshold value, which will be described later. Is set separately from the threshold for determining the presence or absence of flame.

即ち、この火炎検出装置においては半導体受光素子（フォトダイオード）１１とケーブル３０との間に逆接続防止用のダイオード１４を直列に介挿することで、逆接続時には半導体受光素子（フォトダイオード）１１に検出装置本体２０側からの駆動電圧Ｖdが加わらないようにし、これによって半導体受光素子（フォトダイオード）１１の動作自体を禁止し、不本意な出力（火炎検出信号）が得られないようにしている。換言すれば半導体受光素子（フォトダイオード）１１を逆接続した場合には、該半導体受光素子（フォトダイオード）１１からの出力を零［０］とし、これによって常に「火炎なし」の検出状態となるようにしている。   That is, in this flame detection device, a diode 14 for preventing reverse connection is inserted in series between the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 and the cable 30 so that the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is connected in reverse connection. Thus, the drive voltage Vd from the detection device main body 20 side is not applied to the semiconductor device, thereby prohibiting the operation of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 and preventing an unintentional output (flame detection signal) from being obtained. Yes. In other words, when the semiconductor light-receiving element (photodiode) 11 is reversely connected, the output from the semiconductor light-receiving element (photodiode) 11 is set to zero [0], so that the detection state is always “no flame”. I am doing so.

更にこの火炎検出装置においては、上述したように逆接続防止用のダイオード１４を設けたことと相俟って、前記検出装置本体２０に火炎の有無を判定する機能に加えて、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の逆接続検出機能および短絡故障検出機能を設けている。上記逆接続検出機能および短絡故障検出機能は、図３に示すように前記第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧Ｖinから火炎の有無を判定する閾値がＶth１として与えられるとき、該閾値Ｖth１よりも高い電圧として設定された逆接続検出用閾値Ｖth２、上記閾値Ｖth１よりも低い電圧として設定された短絡検出用閾値Ｖth３として与えられる。   Furthermore, in this flame detection device, in combination with the provision of the diode 14 for preventing reverse connection as described above, in addition to the function of determining the presence or absence of flame in the detection device body 20, a semiconductor light receiving element ( Photodiode) 11 reverse connection detection function and short circuit failure detection function are provided. In the reverse connection detection function and the short-circuit failure detection function, a threshold value for determining the presence or absence of a flame is given as Vth1 from the voltage Vin generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22, as shown in FIG. Are given as a reverse connection detection threshold Vth2 set as a voltage higher than the threshold Vth1 and a short-circuit detection threshold Vth3 set as a voltage lower than the threshold Vth1.

検出装置本体２０にケーブル３０を介して半導体受光素子（フォトダイオード）１１を接続しないとき、前述した第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧Ｖdを５Ｖとすると、該検出装置本体２０にケーブル３０を介して正常に半導体受光素子（フォトダイオード）１１を接続した場合には、暗黒（火炎なし）の状態においては前述した暗電流加算回路１２により加算された暗電流分だけ前記ケーブル３０からセンサヘッド１０を介して電流が流れるので、上記第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧Ｖinは、上記電圧Ｖdよりも若干低くなる。即ち、第２の固定抵抗２２に対して上記暗電流の加算分だけ前記半導体受光素子（フォトダイオード）１１が並列に作用するので、その検出電圧Ｖinは駆動電圧Ｖdよりも若干低くなる。   When the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is not connected to the detection device main body 20 via the cable 30, the voltage Vd generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 described above is assumed to be 5V. When the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is normally connected to the apparatus body 20 via the cable 30, in the dark (no flame) state, only the dark current added by the dark current adding circuit 12 described above is obtained. Since a current flows from the cable 30 via the sensor head 10, the voltage Vin generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 is slightly lower than the voltage Vd. That is, since the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 acts in parallel with the second fixed resistor 22 by the amount of the dark current, the detection voltage Vin is slightly lower than the drive voltage Vd.

そして火炎による可視光を検出して半導体受光素子（フォトダイオード）１１が火炎検出信号を出力し、そのインピーダンスが低下すると、これに伴って第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧Ｖinが更に低下する。前述した火炎の有無を判定する閾値Ｖth１は、このような受光の有無による検出電圧Ｖinの変化を弁別し得る電圧値として設定される。   Then, when the visible light due to the flame is detected and the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 outputs a flame detection signal and the impedance is lowered, the connection point between the first and second fixed resistors 21 and 22 is accordingly reduced. The resulting voltage Vin is further reduced. The above-described threshold value Vth1 for determining the presence or absence of a flame is set as a voltage value that can discriminate the change in the detection voltage Vin due to the presence or absence of such light reception.

これに対して半導体受光素子（フォトダイオード）１１を逆接続した場合には、前述した逆接続防止用のダイオード１４によって半導体受光素子（フォトダイオード）１１、ひいてはセンサヘッド１０への電流供給自体が遮断されるので、前述した暗電流加算回路１２が機能することがなく、従って暗黒（火炎なし）の状態においても第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる検出電圧Ｖinが前述した駆動電圧Ｖdから低下することがない。前述した逆接続検出用閾値Ｖth２は、このような逆接続の有無によって変化する検出電圧Ｖinの違いを弁別し得る電圧値として設定される。そして逆接続した状態においては、火炎が存在しても半導体受光素子（フォトダイオード）１１自体が作動することがないのでその出力が得られず、従って駆動電圧Ｖdに張り付いた検出電圧Ｖinが変化することはない。従ってこのような状態を上記逆接続検出用閾値Ｖth２の下で判定することによりセンサヘッド１０、つまり半導体受光素子（フォトダイオード）１１の逆接続を検出することが可能となる。   On the other hand, when the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is reversely connected, the current supply itself to the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 and thus the sensor head 10 is cut off by the diode 14 for preventing reverse connection. Therefore, the dark current adding circuit 12 described above does not function, and therefore the detection voltage Vin generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 is dark as described above even in the dark (no flame) state. There is no drop from the drive voltage Vd. The aforementioned reverse connection detection threshold Vth2 is set as a voltage value that can discriminate the difference in the detection voltage Vin that changes depending on the presence or absence of such reverse connection. In the reverse connection state, even if a flame is present, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 itself does not operate, so that its output cannot be obtained, and therefore the detection voltage Vin stuck to the drive voltage Vd changes. Never do. Therefore, it is possible to detect the reverse connection of the sensor head 10, that is, the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, by determining such a state under the reverse connection detection threshold Vth2.

また検出装置本体２０に半導体受光素子（フォトダイオード）１１を正常に接続している場合、該半導体受光素子（フォトダイオード）１１が正常に機能している限り前述した暗電流加算回路１２を含む内部インピーダンスが存在するので、半導体受光素子（フォトダイオード）１１が最大の火炎検出信号（電流）を出力したとしても、前記第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる検出電圧Ｖinが０Ｖまで低下することはない。しかし半導体受光素子（フォトダイオード）１１が短絡故障すると、暗電流加算回路１２の存在に拘わることなく逆接続防止用のダイオード１４を介して第２の固定抵抗２２の両端間が短絡されることになるので、第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる検出電圧Ｖinが０Ｖまで一気に低下する。前述した短絡故障検出用閾値Ｖth３は、このような半導体受光素子（フォトダイオード）１１の短絡故障の有無によって変化する検出電圧Ｖinの違いを弁別し得る電圧値として設定される。   In addition, when the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is normally connected to the detection device main body 20, as long as the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 functions normally, the internal circuit including the dark current adding circuit 12 described above is included. Since the impedance exists, even if the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 outputs the maximum flame detection signal (current), the detection voltage Vin generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 is It does not drop to 0V. However, when the semiconductor light receiving element (photodiode) 11 is short-circuited, both ends of the second fixed resistor 22 are short-circuited via the diode 14 for preventing reverse connection regardless of the presence of the dark current adding circuit 12. Therefore, the detection voltage Vin generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 is reduced to 0V all at once. The short-circuit fault detection threshold Vth3 described above is set as a voltage value that can discriminate the difference in the detection voltage Vin that changes depending on the presence or absence of such a short-circuit fault in the semiconductor light receiving element (photodiode) 11.

かくして検出装置本体２０に、上述したようにして第１および第２の固定抵抗２１,２２の接続点に生じる電圧Ｖinから、火炎の有無を判定すると共に、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の逆接続および短絡故障をそれぞれ判定する機能を設けることで、火炎検出装置の動作信頼性を確認しながら火炎検出を確実に実行することが可能となる。従ってオイルバーナ等の燃焼制御を信頼性良く安定に実行することが可能となる。   Thus, the detection device body 20 determines the presence or absence of a flame from the voltage Vin generated at the connection point of the first and second fixed resistors 21 and 22 as described above, and the reverse of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11. By providing the function of determining each of the connection and the short-circuit failure, it is possible to surely execute the flame detection while confirming the operation reliability of the flame detection device. Therefore, it is possible to stably and reliably execute the combustion control of the oil burner or the like.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここではフィルタ回路１３としてパッシブ型のものを用いたが、トランジスタ７ＩＣ等を用いたアクティブ型のものを用いることも勿論可能である。またフィルタ回路１３のフィルタ特性については、半導体受光素子（フォトダイオード）１１の仕様や、ケーブル３０に重畳する可能性のある外来ノイズの種類やその特性等に応じて設定すれば良いことは言うまでもない。また受光セルとしてＳi以外の他の半導体受光素子を用いたものを適宜採用した場合にも同様に適用することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the embodiment described above. Although a passive type is used here as the filter circuit 13, an active type using a transistor 7IC or the like can of course be used. Needless to say, the filter characteristics of the filter circuit 13 may be set according to the specifications of the semiconductor light receiving element (photodiode) 11, the type of external noise that may be superimposed on the cable 30, its characteristics, and the like. . Further, the present invention can be similarly applied to a case where a light receiving cell using a semiconductor light receiving element other than Si is appropriately adopted. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明の一実施形態に係る火炎検出装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a flame detection device according to an embodiment of the present invention. 半導体受光素子（フォトダイオード）の受光強度に対する出力電流特性を示す図。The figure which shows the output current characteristic with respect to the light reception intensity | strength of a semiconductor light receiving element (photodiode). 火炎検出電圧Ｖinに対する火炎判定閾値Ｖth１、逆接続判定閾値Ｖth２、短絡検出閾値Ｖth３の関係を示す図。The figure which shows the relationship of the flame determination threshold Vth1, the reverse connection determination threshold Vth2, and the short circuit detection threshold Vth3 with respect to the flame detection voltage Vin. ガスバーナの概略構成と火炎検出装置のセンサヘッドの取り付け部位との関係を示す図。The figure which shows the relationship between schematic structure of a gas burner, and the attachment site | part of the sensor head of a flame detection apparatus. ガスバーナにおける点火制御シーケンスの例を示す図。The figure which shows the example of the ignition control sequence in a gas burner.

符号の説明Explanation of symbols

１０ センサヘッド
１１ 半導体受光素子（フォトダイオード）
１１ａ 負荷抵抗
１１ｂ 増幅器
１２ 暗電流加算回路
１３ フィルタ回路
１４ 逆接続防止用ダイオード
２０ 検出装置本体
２１,２２ 固定抵抗
２３ 火炎検出部
２４ 燃焼制御装置
３０ ケーブル 10 Sensor head 11 Semiconductor light receiving element (photodiode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11a Load resistance 11b Amplifier 12 Dark current addition circuit 13 Filter circuit 14 Reverse connection prevention diode 20 Detector main body 21,22 Fixed resistance 23 Flame detection part 24 Combustion control device 30 Cable

Claims (3)

火炎が発する可視光を検知するフォトダイオードを含むセンサヘッドと、
ケーブルで前記センサヘッドと接続され、前記ケーブルを介して前記フォトダイオードに駆動電圧を供給すると共に前記ケーブルを介して前記センサヘッドによる火炎検知信号を検出して火炎の有無を判定する検出装置本体と、
前記センサヘッド内に設けられ、前記フォトダイオードに直列に接続される抵抗器、前記抵抗器の一端側で前記フォトダイオードに並列に接続される第１コンデンサ、前記抵抗器の他端側で前記フォトダイオードに並列に接続される第２コンデンサを含むフィルタ回路と、を備える火炎検出装置。 A sensor head including a photodiode for detecting visible light emitted by a flame;
Is connected to the sensor head with a cable, and the detection device body determines the presence or absence of detection to the flame of the flame detection signal from the sensor head through the cable supplies a driving voltage to the photodiode via the cable ,
A resistor provided in the sensor head and connected in series to the photodiode, a first capacitor connected in parallel to the photodiode on one end side of the resistor, and the photo diode on the other end side of the resistor And a filter circuit including a second capacitor connected in parallel to the diode . 前記センサヘッドは、前記フォトダイオードの出力を増幅する増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の火炎検出装置。 The sensor head, the flame detection device of claim 1, further comprising wherein Rukoto amplification device for amplifying the output of the photodiode. 前記検出装置本体は、直列接続されて駆動電源に接続された第１および第２の抵抗器を備え、前記第１または第２の抵抗器の両端間に前記ケーブルを介して前記フォトダイオードに並列接続したものであって、
前記第１および第２の抵抗器により電源電圧を抵抗分割して前記フォトダイオードの駆動電圧を生成すると共に、前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器との接続点に生じる電圧を判定して火炎の有無を判定するものである請求項１に記載の火炎検出装置。 The detection device main body is provided with a first and a second resistor connected to a driving power supply connected in series, in parallel to the photodiode via the cable across the first or second resistor Connected,
A power supply voltage is divided by the first and second resistors to generate a driving voltage for the photodiode, and a voltage generated at a connection point between the first resistor and the second resistor is determined. The flame detection device according to claim 1, wherein the presence or absence of a flame is determined.
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