JP6782612B2 - 火炎検出システム - Google Patents

Description

本発明は、火炎の有無を検出する火炎検出システムに関する。

従来、燃焼炉等において火炎から放出される紫外線に基づいて火炎の有無を検出することに用いられる電子管が知られている。この電子管は、所定のガスを充填封止した密閉容器と、この密閉容器の両端部を貫通する２本の電極支持ピンと、この電極支持ピンにより密閉容器内で互いに平行に支持される２枚の電極（一対の電極）とを備えるものである。

このような電子管では、電極支持ピンを介して電極間に所定の電圧を印加した状態において、火炎に対向配置された一方の電極に紫外線が照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、その電子が次々と励起されて他方の電極との間で電子なだれを形成する。このため、電極間のインピーダンスの変化、電極間の電圧の変化、電極間に流れる電流の変化などを計測することにより、火炎の有無を検出することができる。そこで、火炎の有無を検出するための種々の方法が提案されている。

例えば、その１つとして、電極間に流れる電流を積分し、この積分した値が所定のしきい値以上の場合には火炎有り、そのしきい値に満たない場合には火炎無しと判定する方法が提案されている（ 例えば、特許文献１参照）。

しかし、この方法では、電極間に流れる電流を積分しているために消炎したときにも積分時間がかかる。このため、消炎を検出するまでに時間を要し、結果として、火炎の有無の検出を迅速に行うことが困難であった。

このような課題を解決するために、特許文献２に示された火炎検出装置では、一対の電極を備えて電極に紫外線が照射されると電極間で電子の放出が生じる電子管と、電極間に周期的に変化する電圧を印加する印加部と、電極間の電圧の時間変化を示す電圧波形を検出する検出部と、検出部が検出した電圧波形に基づいて火炎の有無を判定する判定部とを備えるものとしている。

この特許文献２に示された火炎検出装置は、電子管が備える電極間の電圧の時間変化を示す電圧波形に基づいて火炎の有無を判定するので、積分時間等がかからず、火炎の有無の検出をより迅速に行うことができる、という特徴を有している。

特開２０１１−１４１２９０号公報 特開２０１３−２１０２８４号公報

しかしながら、特許文献２に示された火炎検出装置では、電極間の電圧の時間変化を示す電圧波形をモニタすることが必要であって、そのモニタした電圧波形を観て立ち上がり立下り等を求めるためにアナログ的なシグナルプロセッシングを必要とし、実装化は容易ではなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アナログ的なシグナルプロセッシングを必要とすることなく、簡単な構成で、かつ精度よく、火炎の有無を検出することが可能な火炎検出システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出するように構成された火炎センサ（１）と、パルス状の電圧を周期的に生成し火炎センサの一対の電極間に駆動パルスとして印加するように構成された印加電圧生成部（１２）と、火炎センサに流れる電流を検出するように構成された電流検出部（１５）と、火炎センサが有する既知の感度パラメータとして、火炎センサの基準の受光量Ｑ₀と、火炎センサの一対の電極間に印加する駆動パルスの基準のパルス幅Ｔ₀と、火炎センサの受光量を基準の受光量Ｑ₀、火炎センサに印加する駆動パルスのパルス幅を基準のパルス幅Ｔ₀としたときに、一対の電極の間で発生する正規の放電の確率Ｐ₀と、正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nとを少なくとも記憶する記憶部（１９）と、火炎センサの一対の電極間に印加電圧生成部によって生成された駆動パルスを印加したときに電流検出部によって検出された電流から火炎センサの一対の電極の間で放電が発生したと判定される放電回数ｎを計数するように構成された放電回数計数部（２０１）と、記憶部に記憶されている既知の感度パラメータと、印加電圧生成部によって火炎センサの一対の電極間に印加された駆動パルスのパルス幅Ｔおよびパルス数Ｎと、この駆動パルスを火炎センサの一対の電極間に加えたときに放電回数計数部によって計数された放電回数ｎとに基づいて、火炎センサが受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めるように構成された受光量演算部部（２０３）と、駆動パルスのパルス数Ｎと放電回数ｎとから得られる放電確率Ｐが予め設定された目標放電確率Ｐ_TGとなるように、印加電圧生成部が生成する駆動パルスのパルス幅Ｔを補正するように構成されたパルス幅補正部（２０４）とを備えることを特徴とする。

本発明において、火炎センサには、パルス状の電圧が駆動パルスとして周期的に印加される。また、記憶部には、火炎センサが有する既知の感度パラメータとして、基準の受光量Ｑ₀と、基準のパルス幅Ｔ₀と、正規の放電の確率Ｐ₀と、正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nとが記憶されている。受光量演算部は、記憶部に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および正規の放電以外の放電の確率Ｐ_N）と、火炎センサの一対の電極間に印加された駆動パルスのパルス幅Ｔおよびパルス数Ｎと、この駆動パルスを火炎センサの一対の電極間に加えたときに計数された放電回数ｎとに基づいて、火炎センサが受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求める。

本発明において、火炎センサに加える駆動パルスのパルス幅Ｔは既知であり、基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nも既知の感度パラメータとして記憶されているので、また火炎センサの一対の電極間に印加した駆動パルスのパルス幅Ｔも既知であるので、火炎センサに加えた駆動パルスのパルス数Ｎとこの駆動パルスを受けて火炎センサが放電したと判定された放電回数ｎとから、火炎センサが受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めることができる。そして、この求めた受光量Ｑから火炎の有無を検出することが可能となる。また、本発明において、受光量Ｑの算出に用いられる既知の感度パラメータには正規の放電の確率Ｐ₀だけではなく、正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nも含まれている。これにより、精度よく、火炎の有無を検出することが可能となる。

また、本発明において、印加電圧生成部が生成する駆動パルスのパルス幅Ｔは、駆動パルスのパルス数Ｎと放電回数ｎとから得られる放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように補正される。例えば、記憶部に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および正規の放電以外の放電の確率Ｐ_N）と、受光量演算部で求められた単位時間当たりの受光量Ｑと、目標放電確率Ｐ_TGとを用いて、駆動パルスのパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを求めるようにする。

これにより、常に、放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように駆動パルスのパルス幅Ｔが調整され、この調整されたパルス幅Ｔの駆動パルスが火炎センサに印加されるものとなる。放電確率Ｐが高まると、放電による発熱で火炎センサの電極温度が上昇するため、受光量と放電確率との関係が不定になり、放電確率から推定される受光量の精度が低下する虞がある。本発明では、放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように駆動パルスのパルス幅Ｔが調整されるため、火炎センサの電極温度を一定に保つようにして、放電確率から推定される受光量の精度を向上させることが可能となる。これにより、更に精度よく、火炎の有無を検出することが可能となる。

本発明において、火炎センサの電極温度を検出するようにし、この検出された電極の温度と予め設定された基準電極温度との差に基づいて補正された駆動パルスのパルス幅Ｔを更に補正するようにしてもよい。また、パルス幅補正部において、記憶部に記憶されている既知の感度パラメータと、受光量演算部で求められた単位時間当たりの受光量Ｑと、目標放電確率Ｐ_TGとを用いて、駆動パルスのパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを求めるようにしてもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

以上説明したことにより、本発明によれば、既知の感度パラメータとして記憶されている基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nと、火炎センサの一対の電極間に印加した駆動パルスのパルス幅Ｔおよびパルス数Ｎと、この駆動パルスを火炎センサの一対の電極間に加えたときに計数された放電回数ｎとに基づいて、火炎センサが受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めるようにしたので、また、駆動パルスのパルス数Ｎと放電回数ｎとから得られる放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように駆動パルスのパルス幅Ｔを補正するようにしたので、簡単な構成で、かつ精度よく、火炎の有無を検出することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態の説明に入る前の参考例として示す火炎検出システムの要部を示す図である。 図２は、この火炎検出システムにおける火炎センサに印加される駆動パルスＰＭ、電流検出回路において検出される検出電圧Ｖｐｖおよび火炎の有無を示す波形図である。 図３は、この火炎検出システムにおいて火炎の有無が検出されるまでの動作過程を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態１に係る火炎検出システムの要部を示す図である。 図５は、実施の形態１の火炎検出システムにおける火炎センサに印加される駆動パルスＰＭ、電流検出回路において検出される検出電圧Ｖｐｖおよび火炎の有無を示す波形図である。 図６は、実施の形態１の火炎検出システムにおけるパルス幅補正部で行われる処理動作を示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態２に係る火炎検出システムの要部を示す図である。 図８は、実施の形態２の火炎検出システムにおけるパルス幅補正部およびパルス幅温度補正部で行われる処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、本発明の実施の形態の説明に入る前に、本発明の前段となる火炎検出システムを参考例として説明する。

〔参考例〕
図１は本発明の前段となる火炎検出システム１００（１００Ａ）の要部を示す図である。この火炎検出システム１００Ａは、火炎センサ１と、外部電源２と、火炎センサ１および外部電源２が接続された演算装置３とを備えている。

火炎センサ１は、図示してはいないが、両端部が塞がれた円筒状の外囲器と、この外囲器の両端部を貫通する２本の電極ピンと、外囲器内部において電極ピンにより互いに平行に支持された２枚の電極（一対の電極）とを備えた電子管から構成されている。

このような電子管は、一方の電極がバーナ等の火炎３００を発生させる装置に対向するように配置されている。これにより、電極間に所定の電圧が印加された状態において紫外線が一方の電極に照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、その電子が次々と励起されて他方の電極との間で電子なだれを形成する。これにより、電極間の電圧、電流、インピーダンスが変化することとなる。

外部電源２は、例えば、１００［ Ｖ ］ または２００［ Ｖ ］の電圧値を有する交流の商用電源からなる。

演算装置３は、外部電源２に接続された電源回路１１と、この電源回路１１に接続された印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３と、火炎センサ１の下流側の端子１ｂと接地ラインＧＮＤとの間に直列に接続された抵抗Ｒ１とＲ２とからなる分圧抵抗１４と、この分圧抵抗１４の抵抗Ｒ１とＲ２との接続点Ｐａに生じる電圧（参照電圧）Ｖａを火炎センサ１に流れる電流Ｉとして検出する電流検出回路１５と、印加電圧生成回路１２，トリガ回路１３および電流検出回路１５が接続された処理回路１６とを備えている。

電源回路１１は、外部電源２から入力される交流電力を、印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３に供給する。また、演算装置３の駆動用の電力は、電源回路１１より取得される（ただし、交流／直流を問わず別電源から駆動用の電力を取得するように構成することもできる）。

印加電圧生成回路１２は、電源回路１１により印加される交流電圧を所定の値まで昇圧させて火炎センサ１に印加する。この火炎検出システム１００Ａでは、処理回路１６からの矩形パルスＰＳと同期した２００［ Ｖ ］のパルス状の電圧（火炎センサ１の放電開始電圧Ｖ_ST以上の電圧）を駆動パルスＰＭとして生成し、この生成した駆動パルスＰＭを火炎センサ１に印加する。図２（ａ）に火炎センサ１に印加される駆動パルスＰＭを示す。この駆動パルスＰＭは、処理回路１６からの矩形パルスＰＳと同期しており、そのパルス幅Ｔは矩形パルスＰＳのパルス幅と等しい。処理回路１６からの矩形パルスＰＳについては後述する。

トリガ回路１３は、電源回路１１により印加される交流電圧の所定の値点を検出し、この検出結果を処理回路１６に入力する。この火炎検出回路１００Ａにおいて、トリガ回路１３は、電圧値が最小となる最小値点を所定の値点（トリガ時点）として検出する。このように交流電圧について所定の値点を検出することにより、その交流電圧の１周期を検出することが可能となる。

分圧抵抗１４は、抵抗Ｒ１とＲ２との分圧電圧として参照電圧Ｖａを生成し、電流検出回路１５に入力する。ここで、火炎センサ１の上流側の端子１ａに印加される駆動パルスＰＭの電圧値は、上述したように２００［ Ｖ ］という高電圧となっているので、火炎センサ１の電極間に電流が流れた時にその下流側の端子１ｂに生じる電圧をそのまま電流検出回路１５に入力すると電流検出回路１５に大きな負荷がかかることとなる。このため、この火炎検出システム１００Ａでは、分圧抵抗１４によって電圧値が低い参照電圧Ｖａを生成し、これを電流検出回路１５に入力するようにしている。

電流検出回路１５は、分圧抵抗１４から入力される参照電圧Ｖａを火炎センサ１に流れる電流Ｉとして検出し、この検出した参照電圧Ｖａを検出電圧Ｖｐｖとして処理回路１６に入力する。

処理回路１６は、矩形パルス生成部１７と、Ａ／Ｄ変換部１８と、感度パラメータ記憶部１９と、中央処理部２０と、判定部２１とを備えている。

矩形パルス生成部１７は、トリガ回路１３がトリガ時点を検出する毎に、すなわち電源回路１１からトリガ回路１３に印加される交流電圧の１周期毎に、パルス幅Ｔの矩形パルスＰＳを生成する。この矩形パルス生成部１７が生成する矩形パルスＰＳが印加電圧生成回路１２へ送られる。

Ａ／Ｄ変換部１８は、電流検出回路１５からの検出電圧ＶｐｖをＡ／Ｄ変換し、中央処理部２０へ送る。感度パラメータ記憶部１９には、火炎センサ１が有する既知の感度パラメータとして、後述する基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および正規の放電以外の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3）が記憶されている。以下、正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nを非正規の放電の確率Ｐ_Nと呼ぶ。

中央処理部２０は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、放電判定部２０１と、放電確率演算部２０２と、受光量演算部２０３とを備えている。

中央処理部２０において、放電判定部２０１は、火炎センサ１に駆動パルスＰＭが印加される毎（矩形パルスＰＳが生成される毎）に、Ａ／Ｄ変換部１８から入力される検出電圧Ｖｐｖと予め定められている閾値電圧Ｖｔｈとを比較し（図２（ｂ）参照）、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に火炎センサ１が放電したと判定する。

放電確率演算部２０２は、火炎センサ１に印加された駆動パルスＰＭのパルス数がＮに達する毎（矩形パルスＰＳのパルス数がＮに達する毎）に、放電判定部２０１において放電したと判定された放電回数ｎを取得し、この取得した放電回数ｎと火炎センサ１に印加した駆動パルスＰＭのパルス数Ｎとから火炎センサ１の放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）を求める。

受光量演算部２０３は、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））と、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ（矩形パルスＰＳのパルス幅Ｔ）と、放電確率演算部２０２によって演算された放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）とから、後述する（８）式を用いて、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求める。

なお、この（８）式を用いての受光量Ｑの算出は、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１であった場合に行い、放電確率Ｐが０の場合には受光量Ｑを０とし、放電確率Ｐが１の場合は対象外とする。

受光量演算部２０３で求められた受光量Ｑは判定部２１へ送られる。判定部２１は、受光量演算部２０３からの受光量Ｑと予め定められている閾値Ｑｔｈとを比較し、受光量Ｑが閾値Ｑｔｈを超えた場合に火炎有りと判定する。

〔感度パラメータについて〕
火炎センサ１に光子が１個衝突したときに放電する確率をＰ₁とし、光子が２個衝突したときに放電する確率Ｐ₂とする。Ｐ₂は１個目の光子でも２個目の光子でも放電しない確率の逆になるので、Ｐ₁とＰ₂の関係は下記（１）式のように表される。

一般に、ｎ個の光子が当たったときに放電する確率とｍ個の光子が当たったときに放電する確率を、それぞれＰ_n，Ｐ_mとすると、上記の(１)式と同様に下記の（２）式と（３）式が成り立つ。

（２）式と（３）式から、Ｐ_nとＰ_mの関係として、下記の（４），（５）式が導ける。

放電に寄与する光子数は、火炎センサ１の電極に単位時間当たりに到来する光子数（単位時間当たりの受光量）Ｑと、放電開始電圧Ｖ_ST以上の電圧を火炎センサ１に印加している時間Ｔ（パルス幅Ｔ）との積によって決まる。今、基準の基準の受光量Ｑ₀と基準のパルス幅Ｔ₀を定め、この時の放電確率をＰ₀と定義すると、光量Ｑ、パルス幅Ｔと、その時の放電確率Ｐは、下記の（６）式となる。

しかし、火炎センサ１は、上記の放電確率Ｐ₀で発生する放電（火炎センサ１の受光量を基準の受光量Ｑ₀、火炎センサ１に印加する駆動パルスのパルス幅を基準のパルス幅Ｔ₀としたときに、一対の電極の間で発生する放電）を正規の放電とした場合、次の３種類の非正規の放電を起こす。なお、非正規の放電とは、正規の放電以外の放電のことを意味する。

（１）駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ内での単位時間当たりの発生確率が一定で、火炎センサ１が受ける光子数に依存せずに発生するノイズ放電Ｎ１（第１種の非正規の放電）。
（２）駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔによらず駆動パルスＰＭ１つ当たり一定の確率で発生し、火炎センサ１が受ける光子数に従って発生するノイズ放電Ｎ２（第２種の非正規の放電）。
（３）駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔによらず駆動パルスＰＭ１つ当たり一定の確率で発生し、火炎センサ１が受ける光子数に依存せずに発生するノイズ放電Ｎ３（第３種の非正規の放電）。

これら３種類のノイズ放電の発生確率Ｐ_Nを次のように定義する。
（１）ノイズ放電Ｎ１が、単位時間当たりに発生する確率を第１種の非正規の放電の確率Ｐ_N1。
（２）ノイズ放電Ｎ２が、光子数Ｑのときの、駆動パルスＰＭ１つ当たりに発生する確率を第２種の非正規の放電の確率Ｐ_N2。
（３）ノイズ放電Ｎ３が、駆動パルスＰＭ１つ当たりに発生する確率を第３種の非正規の放電の確率Ｐ_N3。

このとき、Ｐ₀を正規の放電の確率として表されれた式（６）は、下記の（７）式のように修正される。

この（７）式より、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑは、下記（８）式を用いて求められるものとなる。

この（８）式において、パルス幅Ｔは火炎センサ１に加える駆動パルスＰＭのパルス幅（矩形パルスＰＳのパルス幅）なので既知であるから、基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀，非正規の放電の確率Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3が既知であるものとすれば、未知数は測定中の受光量Ｑと放電確率Ｐのみとなる。

そこで、この火炎検出システム１００Ａでは、火炎センサ１に駆動パルスＰＭをＮ個加え、このＮ個の駆動パルスＰＭのそれぞれに対して火炎センサ１が放電したか否かを判定するようにし、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス数Ｎとこの駆動パルスＰＭを受けて火炎センサ１が放電した回数（放電したと判定された放電回数）ｎとから放電確率ＰをＰ＝ｎ／Ｎとして求め、この求めた放電確率Ｐと既知の基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電確率Ｐ₀，非正規の放電の確率Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3とパルス幅Ｔを（８）式に代入することによって、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めるようにする。

ここで、基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電確率Ｐ₀，非正規の放電の確率Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3については、例えば出荷検査において測定しておくものとする。そして、この測定した基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電確率Ｐ₀，非正規の放電の確率Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3を火炎センサ１の既知の感度パラメータとして、感度パラメータ記憶部１９に記憶させておくものとする。

〔火炎の有無の検出〕
この火炎検出システム１００Ａにおいて、火炎の有無が検出されるまでの動作の過程を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

トリガ回路１３がトリガ時点を検出すると、矩形パルス生成部１７が矩形パルスＰＳを生成し、この生成した矩形パルスＰＳを印加電圧生成回路１２へ送る。これにより、矩形パルスＰＳと同一のパルス幅Ｔの駆動パルスＰＭを印加電圧生成回路１２が生成し、この生成されたパルス幅Ｔの駆動パルスＰＭが火炎センサ１に印加される（ステップＳ１０１）。

火炎センサ１に駆動パルスＰＭ（放電開始電圧Ｖ_ST以上の電圧）が印加され、火炎センサ１の電極間に電流Ｉが流れると、この火炎センサ１の電極間に流れた電流Ｉが電流検出回路１５において検出電圧Ｖｐｖとして検出され、Ａ／Ｄ変換部１８を介して放電判定部２０１へ送られる。

放電判定部２０１は、この電流検出回路１５からの検出電圧Ｖｐｖと予め定められている閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に火炎センサ１が放電したと判定する。放電判定部２０１は、火炎センサ１が放電したと判定すると、これを１回として放電回数ｎをカウントする（ステップＳ１０２）。

このステップＳ１０１での駆動パルスＰＭの火炎センサ１への印加、ステップＳ１０２での火炎センサ１の放電回数ｎのカウントは、駆動パルスＰＭの火炎センサ１への印加回数が予め定められた回数Ｎに達するまで繰り返される。

そして、火炎センサ１への印加回数がＮに達すると（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、放電確率演算部２０２は、放電判定部２０１でカウントされた放電回数ｎを取得し、この取得した放電回数ｎと火炎センサ１に印加した駆動パルスＰＭの印加回数Ｎとから火炎センサ１の放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）を算出する（ステップＳ１０４）。

この放電確率演算部２０２で算出された放電確率Ｐは受光量演算部２０３へ送られる。受光量演算部２０３は、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１であるか否かを確認し、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１であった場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、前述した（８）式を用いての受光量Ｑの算出を行う（ステップＳ１０６）。

すなわち、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））と、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔと、放電確率演算部２０２によって演算された放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）とから、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求める。

これに対して、放電確率Ｐが０＜Ｐ＜１でなかった場合（ステップＳ１０５のＮＯ）、すなわち放電確率Ｐが０あるいは１であった場合、受光量演算部２０３は受光量例外処理を行う（ステップＳ１０７）。この受光量例外処理では、放電確率Ｐが０の場合には受光量Ｑを０とし、放電確率Ｐが１の場合は対象外とする。

この受光量演算部２０３で求められた受光量Ｑは判定部２１へ送られる。判定部２１は、受光量演算部２０３からの受光量Ｑと予め定められている閾値Ｑｔｈとを比較し、受光量Ｑが閾値Ｑｔｈを超えた場合に（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、火炎有りと判定する（ステップＳ１０９）。受光量Ｑが閾値Ｑｔｈを超えていなかった場合には（ステップＳ１１０８のＮＯ）、火炎無しと判定する（ステップＳ１１０）。

以上の説明から分かるように、この火炎検出システム１００Ａでは、火炎センサ１に加えた駆動パルスＰＭのパルス数Ｎとその間の放電回数ｎとから放電確率Ｐ（Ｐ＝ｎ／Ｎ）を求めるのみで、火炎センサ１が受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めることができる。

そして、この求めた受光量Ｑから火炎の有無を検出することが可能となる。また、受光量Ｑの算出に用いられる既知の感度パラメータには、正規の放電の確率Ｐ₀だけではなく、非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3）も含まれている。これにより、精度よく、火炎の有無を検出することが可能となる。

〔実施の形態１〕
しかしながら、図１に参考例として示した火炎検出システム１００Ａでは、放電確率Ｐが高まると、放電による発熱で火炎センサ１の電極温度が上昇するため、受光量と放電確率との関係が不定になり、放電確率Ｐから推定される受光量Ｑの精度が低下する虞がある。

そこで、本発明の実施の形態１に係る火炎検出システム１００（１００Ｂ）では（図４参照）、中央処理部２０に、駆動パルスＰＭのパルス数Ｎと放電回数ｎとから得られる放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように、火炎センサ１に加えられる駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔを補正するパルス幅補正部２０４を設けている。なお、図４において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

具体的には、パルス幅補正部２０４において、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））と、受光量演算部２０２で求められた受光量Ｑと、予め設定されている目標放電確率Ｐ_TGとから、下記の（９）式を用いて、駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを求めるようにしている。

この（９）式は、前記の（８）式から得られた式であり、この（９）式のＰに目標放電確率Ｐ_TGを代入すれば、感度パラメータ記憶部１に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））と、受光量演算部２０２で求められた前回の受光量Ｑとから、目標放電確率Ｐ_TGが得られると予測される駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ_newを得ることができる。

パルス幅補正部２０４は、この（９）式から求められたパルス幅Ｔ_newをパルス幅Ｔの補正値として、矩形パルス生成部１７へ送る。これにより、矩形パルス生成部１７が生成する矩形パルスＰＳのパルス幅ＴがＴ_newとされ、印加電圧生成回路１２が生成する駆動パルスＰＭのパルス幅ＴがＴ_newに補正（調整）される。

すなわち、図５に示すように、火炎センサ１に印加された前回の駆動パルスＰＭのパルス幅ＴをＴ_oldとした場合、放電確率演算部２０２で求められる次回の放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように、火炎センサ１に加えられる次回の駆動パルスＰＭのパルス幅ＴがＴ_newに調整されるものとなる。

図６にパルス幅補正部２０４で行われる処理動作のフローチャートを示す。パルス幅補正部２０４は、受光量演算部２０３で受光量Ｑが求められる毎に、このフローチャートに従った処理動作を実行する。

パルス幅補正部２０４は、受光量演算部２０３で受光量Ｑが求められると、この求められた受光量Ｑを前回の受光量Ｑとして取得する（ステップＳ２０１）。

また、パルス幅補正部２０４は、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））を取得する（ステップＳ２０２）。また、予め設定されている目標放電確率Ｐ_TGを取得する（ステップＳ２０３）。なお、この目標放電確率Ｐ_TGは、感度パラメータ記憶部１９に記憶させておいてもよい。

そして、パルス幅補正部２０４は、ステップＳ２０１で取得した前回の受光量Ｑと、ステップＳ２０２で取得した既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））と、ステップＳ２０３で取得した目標放電確率Ｐ_TGとを前記の（９）式に代入し、パルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを求める（ステップＳ２０４）。

そして、パルス幅補正部２０４は、この求めたパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを矩形パルス生成部１７に送る（ステップＳ２０５）。これにより、矩形パルス生成部１７にパルス幅Ｔ_newが設定され、印加電圧生成回路１２が生成する駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ（火炎センサ１に印加される駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ）が、パルス幅補正部２０４で求められた補正値Ｔ_newに調整されるものとなる。

このようにして、実施の形態１の火炎検出システム１００Ｂでは、放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔが調整されるものとなり、火炎センサ１の電極温度を一定に保つようにして、放電確率Ｐから推定される受光量Ｑの精度を向上させることができるようになる。これにより、図１に参考例として示した火炎検出システム１００Ａよりも、更に精度よく、火炎の有無を検出することが可能となる。

〔実施の形態２〕
図７に本発明の実施の形態２に係る火炎検出システム１００（１００Ｃ）の要部を示す。同図において、図４と同一符号は図４を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

この火炎検出システム１００Ｃでは、火炎センサ１の電極温度を検出する温度センサ２２を設け、中央処理部２０にパルス幅温度補正部２０５を設け、温度センサ２２が検出する火炎センサ１の電極温度ｔｐｖをパルス幅温度補正部２０５へ送るようにしている。

また、パルス温度補正部２０５において、温度センサ２２からの火炎センサ１の電極温度ｔｐｖと予め設定されている基準電極温度ｔｓｐとを比較し、この電極温度ｔｐｖと基準電極温度ｔｓｐとの差が零となるように、パルス幅補正部２０４からの矩形パルス生成部１７へのパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを更に補正し、補正値Ｔ_new’として矩形パルス生成部１７へ送るようにしている。

図８にパルス幅補正部２０４とパルス幅温度補正部２０５とで行われる処理動作のフローチャートを示す。パルス幅補正部２０４およびパルス幅温度補正部２０５は、受光量演算部２０３で受光量Ｑが求められる毎に、このフローチャートに従う処理動作を実行する。

パルス幅補正部２０４は、受光量演算部２０３で受光量Ｑが求められると、この求められた受光量Ｑを前回の受光量Ｑとして取得する（ステップＳ３０１）。

また、パルス幅補正部２０４は、感度パラメータ記憶部１９に記憶されている既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））を取得する（ステップＳ３０２）。また、予め設定されている目標放電確率Ｐ_TGを取得する（ステップＳ３０３）。なお、この目標放電確率Ｐ_TGは、感度パラメータ記憶部１９に記憶させておいてもよい。

そして、パルス幅補正部２０４は、ステップＳ３０１で取得した前回の受光量Ｑと、ステップＳ３０２で取得した既知の感度パラメータ（基準の受光量Ｑ₀，基準のパルス幅Ｔ₀，正規の放電の確率Ｐ₀および非正規の放電の確率Ｐ_N（Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3））と、ステップＳ３０３で取得した目標放電確率Ｐ_TGとを前記の（９）式に代入し、パルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを求め（ステップＳ３０４）、この求めたパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newをパルス幅温度補正部２０５へ送る（ステップＳ２０５）。

パルス幅温度補正部２０５は、パルス幅補正部２０４からパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newが送られてくると、温度センサ２２からの火炎センサ１の電極温度ｔｐｖを取得する（ステップＳ３０６）。また、予め設定されている基準電極温度ｔｓｐを取得する（ステップＳ３０７）。なお、この基準電極温度ｔｓｐは、感度パラメータ記憶部１９に記憶させておいてもよい。

そして、パルス幅温度補正部２０５は、ステップＳ３０６で取得した電極温度ｔｐｖとステップＳ３０７で取得した基準電極温度ｔｓｐとの差が零となるように、パルス幅補正部２０４からのパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを更に補正し（ステップＳ３０８）、この補正したパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newをＴ_new’として、矩形パルス生成部１７へ送る（ステップＳ３０９）。

これにより、矩形パルス生成部１７にパルス幅Ｔ_new’が設定され、印加電圧生成回路１２が生成する駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ（火炎センサ１に印加される駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔ）が、パルス幅温度補正部２０５で更に補正された補正値Ｔ_new’に調整されるものとなる。

このようにして、実施の形態２の火炎検出システム１００Ｃでは、放電確率Ｐが目標放電確率Ｐ_TGとなるように、また火炎センサ１の電極温度ｔｐｖが基準電極温度ｔｓｐとなるように、駆動パルスＰＭのパルス幅Ｔが調整されるものとなり、火炎センサ１の電極温度ｔｐｖを基準電極温度ｔｓｐに保つようにして、放電確率Ｐから推定される受光量Ｑの精度を向上させることができるようになる。これにより、実施の形態１の火炎検出システム１００Ｂよりも、更に精度よく、火炎の有無を検出することが可能となる。

なお、上述した実施の形態１，２では、非正規の放電の確率Ｐ_Nとして第１種の非正規の放電の確率Ｐ_N1と第２種の非正規の放電の確率Ｐ_N2と第３種の非正規の放電の確率Ｐ_N3とを用いたが、必ずしも非正規の放電の確率Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3の全てを用いなくてもよい。すなわち、何れか１つのみを用いてもよく、何れか２つの組み合わせを用いるものとしてもよい。

例えば、第１種の非正規の放電の確率Ｐ_N1のみを用いる場合には、上記（８）式において第２種の非正規の放電の確率Ｐ_N2および第３種の非正規の放電の確率Ｐ_N3を０とすればよい。また、第２種の非正規の放電の確率Ｐ_N2のみを用いる場合には、上記（８）式において第１種の非正規の放電の確率Ｐ_N1および第３種の非正規の放電の確率Ｐ_N3を０とすればよい。また、第３種の非正規の放電の確率Ｐ_N3のみを用いる場合には、上記（８）式において第１種の非正規の放電の確率Ｐ_N1および第２種の非正規の放電の確率Ｐ_N2を０とすればよい。

また、本発明において、非正規の放電の確率Ｐ_Nは、上述によって定義された非正規の放電（ノイズ放電Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）の確率Ｐ_N1，Ｐ_N2，Ｐ_N3に限られるものでもない。

また、上述した実施の形態１，２では、印加電圧生成回路１２が生成する駆動パルスＰＭを矩形パルス生成部１７が生成する矩形パルスＰＳに置き換え、この矩形パルスＰＳのパルス数Ｎやパルス幅Ｔを駆動パルスＰＭのパルス数Ｎやパルス幅Ｔとして使用するものとしたが、印加電圧生成回路１２が生成する実際の駆動パルスＰＭのパルス数Ｎやパルス幅Ｔを使用するものとしてもよい。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記の実施の形態１，２では、図１、図４，および、図７に示すように外部電源２を交流の商用電源としたが、代わりに直流電源としてもよい。その場合、電源回路１１は所定の電圧値の直流電圧を印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３へ印加し、トリガ回路１３は印加された直流電流を所定の周期でオンオフさせることにより矩形パルス生成部１７に所定の矩形波の直流電圧を印加し、矩形パルス生成部１７ではその矩形波の直流電圧から矩形パルスＰＳを生成し、出力するように構成すればよい。

例えば、火炎センサの外囲部にシャッター機能を設けて疑似火炎を検出するタイプの火炎検出システムに利用することも可能である。そのような、設計事項的な変形を行ったとしても、本発明の範囲に属するものである。

また、火炎センサに有効電極面積の概念を持ち込むようにしてもよい。そうすれば、有効電極面積で受光量を除することで、火炎の明るさを算出することができる。なお、有効電極面積とは火炎センサの電極面積のうち光が当たっている面積を意味するので、火炎センサに固有のパラメータである。

１…火炎センサ、２…外部電源、３…演算装置、１１…電源回路、１２…印加電圧生成回路、１３…トリガ回路、１４…分圧抵抗、１５…電流検出回路、１６…処理回路、１７…矩形パルス生成部、１８…Ａ／Ｄ変換部、１９…感度パラメータ記憶部、２０…中央処理部、２１…判定部、２２…温度センサ、１００（１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ）…火炎検出システム、２０１…放電判定部、２０２…放電確率演算部、２０３…受光量演算部、２０４…パルス幅補正部、２０５…パルス幅温度補正部、３００…火炎。

Claims (3)

1. 一対の電極を有し、火炎から生じる光を検出するように構成された火炎センサと、
   パルス状の電圧を周期的に生成し前記火炎センサの前記一対の電極間に駆動パルスとして印加するように構成された印加電圧生成部と、
   前記火炎センサに流れる電流を検出するように構成された電流検出部と、
   前記火炎センサが有する既知の感度パラメータとして、前記火炎センサの基準の受光量Ｑ₀と、前記火炎センサの前記一対の電極間に印加する前記駆動パルスの基準のパルス幅Ｔ₀と、前記火炎センサの受光量を前記基準の受光量Ｑ₀、前記火炎センサに印加する前記駆動パルスのパルス幅を前記基準のパルス幅Ｔ₀としたときに、前記一対の電極の間で発生する正規の放電の確率Ｐ₀と、前記正規の放電以外の放電の確率Ｐ_Nとを少なくとも記憶する記憶部と、
   前記火炎センサの前記一対の電極間に前記印加電圧生成部によって生成された前記駆動パルスを印加したときに前記電流検出部によって検出された電流から前記火炎センサの前記一対の電極の間で放電が発生したと判定される放電回数ｎを計数するように構成された放電回数計数部と、
   前記記憶部に記憶されている前記既知の感度パラメータと、前記印加電圧生成部によって前記火炎センサの前記一対の電極間に印加された前記駆動パルスのパルス幅Ｔおよびパルス数Ｎと、この駆動パルスを前記火炎センサの前記一対の電極間に加えたときに前記放電回数計数部によって計数された放電回数ｎとに基づいて、前記火炎センサが受けた光の単位時間当たりの受光量Ｑを求めるように構成された受光量演算部と、
   前記駆動パルスのパルス数Ｎと前記放電回数ｎとから得られる放電確率Ｐが予め設定された目標放電確率Ｐ_TGとなるように、前記印加電圧生成部が生成する前記駆動パルスのパルス幅Ｔを補正するように構成されたパルス幅補正部
   を備えることを特徴とする火炎検出システム。
2. 請求項１に記載された火炎検出システムにおいて、
   前記火炎センサの電極温度を検出するように構成された電極温度検出部と、
   前記電極温度検出部によって検出された電極の温度と予め設定された基準電極温度との差に基づいて前記パルス幅補正部によって補正された前記駆動パルスのパルス幅Ｔを更に補正するように構成されたパルス幅温度補正部と
   をさらに備えることを特徴とする火炎検出システム。
3. 請求項１又は２に記載された火炎検出システムにおいて、
   前記パルス幅補正部は、
   前記記憶部に記憶されている前記既知の感度パラメータと、前記受光量演算部で求められた単位時間当たりの受光量Ｑと、前記目標放電確率Ｐ_TGとを用いて、前記駆動パルスのパルス幅Ｔの補正値Ｔ_newを求めるように構成されている
   ことを特徴とする火炎検出システム。

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