JPH11142238A - 紫外線情報伝送装置および火炎監視装置 - Google Patents

紫外線情報伝送装置および火炎監視装置

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JPH11142238A
JPH11142238A JP9302841A JP30284197A JPH11142238A JP H11142238 A JPH11142238 A JP H11142238A JP 9302841 A JP9302841 A JP 9302841A JP 30284197 A JP30284197 A JP 30284197A JP H11142238 A JPH11142238 A JP H11142238A
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JP
Japan
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light
ultraviolet
wavelength
optical fiber
flame
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Application number
JP9302841A
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English (en)
Inventor
Keiichiro Fukuda
啓一郎 福田
Masaharu Mogi
昌春 茂木
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外線情報を光ファイバを劣化させない波長
の光線に変換して伝送できる紫外線情報伝送装置を提供
する。 【解決手段】 鏡筒10の光入射端に蛍光発生板11が
取り付けられている。蛍光発生板11は、紫外線の入射
により蛍光を発生する物質を板状にしたものである。蛍
光発生板11で発生した蛍光は、レンズ系12で集光さ
れて、光ファイバ部7に入射される。したがって、入射
端から入射された紫外線は、可視光に変換されて、光フ
ァイバ部7で伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線による情報
を可視光の波長以上の波長の光線に変換して伝送する紫
外線情報伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】紫外線による情報、例えば、火炎から発
生する紫外線を検出して、燃焼状態を検知することが行
なわれている。例えば、特開昭61−139726号公
報に記載された火炎検知装置は、火炎の発する光を光フ
ァイバで検出するとともに、検知した光の伝送を光ファ
イバを用いて行ない、伝送された周波数を分析するもの
である。
【0003】特開昭62−237221号公報に記載さ
れたマルチバーナの燃焼状態監視方法では、各バーナの
少なくとも1本にイメージファイバを、他の複数のバー
ナに光ファイバを配設し、イメージファイバによる計測
結果を用いて、マルチバーナ火炎を監視するものであ
る。
【0004】特開昭60−169015号公報に記載さ
れた燃焼状態診断方法は、ボイラ運転中の火炎から少な
くとも二つの波長の発光量あるいは輝度分布を検出しそ
の相関を求めることにより、燃焼状態を連続的に監視し
診断するものである。火炎からの光の伝送には、光ファ
イバやイメージファイバを用いている。
【0005】特開昭57−59124号公報に記載され
た火炎検知器は、バーナの火炎の実像光を集光して、光
ファイバを介して光電変換素子へ伝送させることによ
り、低NOX 対策がされたバ一ナに対しても確実な火炎
検知を可能とするものである。
【0006】特開平6−294512号公報に記載され
た燃焼診断装置では、マルチバーナより生じる火炎の発
光を、光プローブで受光して、中継ファイバを介して光
チョッパに導き、光プローブごとに異なった周波数の光
に変調して、変調光を光合波器によって合成して、さら
に中継ファイバを介して伝送し、分光分析装置に導くも
のである。光チョッパは、一定間隔のスリットが設けら
れた回転円盤により構成されるものであり、検出光の波
長そのものを変えるものではない。
【0007】ところで、発電用ボイラ等の燃焼炉は、環
境対策の面から窒素酸化物、すす、一酸化炭素等を発生
させないことが望まれており、ボイラ内の温度分布や燃
焼生成物の検出といった燃焼状態診断簑置や火炎検知器
が必要とされている。上述した燃焼状態を監視する技術
においては、バーナ等の火炎から放出される紫外線、可
視光線、赤外線のスペクトル強度を分光分析して求めた
色温度から燃焼状熊を診断するものや、火炎の実像光を
検出して火炎の有無や火炎の揺らぎ等を検知するもので
あるが、いずれも、検出光を光ファイバを介して伝送す
るものが多い。しかし、火炎の発する光の波長は、紫外
線から赤外線まで多岐にわたり、光の波長成分に対する
光ファイバの透過率が経時的に劣化するため、使用中に
正確な火炎情報が得られなくなることがある。特に、紫
外光に含まれる燃焼情報の伝送能カが不足するという問
題がある。
【0008】例えば、ボイラの燃焼生成物のラジカルか
らの発光は、OH(306.4nm)、CH(388.
9nmおよび431.5nm)、C2 (473.7n
m)が比較的強く、分光分析による燃焼診断が行われて
いる。この波長領域の光の伝送媒体には、石英系の光フ
ァイバが使用されるが、火炎から発する放射光の波長成
分には、300nm以下の紫外線が含まれるため、石英
ファイバといえども、200〜300nmの短波長紫外
線により透過率の劣化(ソラリゼーション)が起こり、
上述したように、経時的に紫外線に含まれる燃焼情報の
伝送能カが劣化する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、紫外線情報を光ファイバを
劣化させない波長の光線に変換して伝送できる紫外線情
報伝送装置および火炎感知装置を提供することを目的と
するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、紫外線情報伝送装置において、紫外線を可視光の波
長以上の波長の光線に変換する光線変換手段と、光ファ
イバとを有し、該光ファイバは少なくとも前記光線変換
手段により変換された光線を伝送するものであることを
特徴とするものである。
【0011】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の紫外線情報伝送装置において、前記光線変換手段は、
紫外線を可視光の波長以上の波長の蛍光に変換する蛍光
体であることを特徴とするものである。
【0012】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の紫外線情報伝送装置において、前記光線変換手段は、
紫外線を可視光の波長以上の波長の蛍光に変換するとと
もに、可視〜近赤外の波長領域の光線を透過する蛍光体
であり、かつ、前記光ファイバは前記蛍光体よりの蛍光
と前記蛍光体を透過した光線を伝送するものであること
を特徴とするものである。
【0013】請求項4に記載の発明は、請求項1ないし
3のいずれか1項に記載の紫外線情報伝送装置におい
て、前記光線変換手段は、ファイバ状であることを特徴
とするものである。
【0014】請求項5に記載の発明は、請求項1ないし
4のいずれか1項に記載の紫外線情報伝送装置におい
て、前記光線変換手段の入光端側に、変換されるべき特
定の波長領域の紫外線を透過し、前記特定の波長領域外
の近傍の紫外線を除去する除去手段を有することを特徴
とするものである。
【0015】請求項6に記載の発明は、請求項1ないし
5のいずれか1項に記載の紫外線情報伝送装置におい
て、前記光線変換手段の入光端側に前記変換された光線
の波長と同じ波長領域の光を除去する除去手段を有する
ことを特徴とするものである。
【0016】請求項7に記載の発明は、火炎より発する
紫外線を監視する火炎監視装置であって、請求項1ない
し6のいずれか1項に記載の紫外線情報伝送装置を用い
ることを特徴とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態を説
明するための燃焼装置の概念図である。図中、1は燃焼
機関、2はバーナ、3は加熱用バーナ、3aは火炎、4
は着火用バーナ、4aは火炎、5,6は火炎検出部、
7,8は光ファイバ部、9は観測装置である。
【0018】ボイラー等の燃焼機関1には、加熱用バー
ナ3と着火用バーナ4を有するバーナ2が備えられてお
り、それぞれの火炎3a,4aは、火炎検出部5,6で
検出される。火炎検出部5,6で検出された光線は、光
ファイバ部7,8で観測装置9に伝送される。観測装置
9は、光電変換素子からなるセンサ部と制御部から構成
され、光強度の情報に基づく制御信号をバーナ2にフィ
ードバツクして、加熱用バーナ3と着火用バーナ4の燃
焼状態を制御する。なお、光ファイバ部7,8は、光フ
ァイバ束でも単心の光ファイバを用いてもよい。
【0019】図2は、火炎検出部の実施の形態の一例を
示す構成図である。図中、図1と同様の部分には同じ符
号を付して説明を省略する。10は鏡筒、11は蛍光発
生板、12はレンズ系である。鏡筒10の光入射端に蛍
光発生板11が取り付けられている。蛍光発生板11
は、紫外線の入射により蛍光を発生する物質を板状、例
えば、3mm厚の板状体を鏡筒10に固定できるように
切削したものである。蛍光発生板11で発生した蛍光
は、レンズ系12で集光されて、光ファイバ部7に入射
される。光ファイバ部7は、通常の石英系の光ファイバ
を単心またはバンドルとしたものであるが、伝送距離に
より多成分系ガラスファイバ、プラスチツクファイバな
どを用いることができる。
【0020】図3は、火炎検出部の実施の形態の他の一
例を示す構成図である。図中、図1,図2と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。13は蛍光発生
体である。この実施の形態では、蛍光発生体13は、フ
ァイバ状に形成されており、光ファイバ部7の光ファイ
バの端面に接続されている。光ファイバ部7として、光
ファイバのバンドルとした場合には、ファイバ状の蛍光
発生体は、バンドルを構成する各光ファイバのそれぞれ
に接続されている。ファイバ状の蛍光発生体13を用い
ることで、伝送用の光ファイバ部との結合効率が上げら
れる。バンドルファイバ状もしくはイメージファイバ状
とすれば、火炎を画像としてとらえることもできる。
【0021】このように、蛍光を利用して紫外線を可視
光の波長以上の波長の光線に変換するようにした場合
は、分光分析による燃焼状態の診断や、火炎の実像光を
検出する方法に応用できる。しかし、本発明では、紫外
線を可視光の波長以上の波長の光線に変換することが要
件であり、必ずしも蛍光を利用したものに限られるもの
ではない。
【0022】また、紫外線を可視光の波長以上の波長の
蛍光に変換する蛍光体を用いた場合には、蛍光体とし
て、可視〜近赤外の波長領域の光線を透過することもで
きる蛍光体を用いるようにしてもよい。そして、光ファ
イバ部は、蛍光体よりの蛍光と、蛍光体を透過した光線
を伝送する特性のものを選択する。これにより、火炎等
から放射される光線のうち、紫外線は、蛍光体により可
視光の波長の光線に変換されて伝送されるとともに、火
炎から放射される可視〜近赤外の波長領域の光線も光フ
ァイバ部により伝送されるから、観測装置においては、
スペクトル分析により、火炎から放射される紫外線成分
と他の適宜の波長成分との対比をするなどによ火炎の状
態を観測できる。
【0023】火炎検出部の入光端側に、変換されるべき
特定の波長領域の紫外線を透過し、この特定の波長領域
外の近傍の紫外線を除去するようなフィルター等を設
け、これを透過した紫外線を変換することにより、特定
の波長領域の紫外線を分離して検出することができる。
【0024】また、火炎検出部の入光端側に、紫外線が
変換される光線の波長領域と同じ波長領域の光を除去す
るフィルター等を設けることもできる。外部からの光線
のうち、紫外線が変換される光線の波長領域と同じ波長
領域の光が光ファイバ部を伝送されることがなく、紫外
線が変換される光線を精度よく観測することができる。
【0025】図4は、紫外線スペクトルおよび蛍光スペ
クトルの一例を示す線図である。蛍光ガラスは、図4
(A)のスペクトル分布の紫外線を吸収し、図2(B)
の蛍光スペクトルを発する。蛍光発生体としては、紫外
線を吸収し、可視領域で発光する物質、例えば、希土類
をドープしたガラスやフッ化カルシウムのようなフッ化
物結晶等、あるいは、CdWO4 等のシンチレータ結晶
が適している。特に蛍光ガラスは、ファイバ化が可能で
あり、伝送用の光ファイバとの結合効率が向上できる利
点がある。
【0026】火炎の主な分光成分が、200〜400n
mの場合は、光学活性なEu3+イオンのような希土類イ
オンをドープした蛍光ガラスが適している。Eu2+イオ
ンをドープした蛍光ガラスは、発生する蛍光の波長が比
較的長い610nm程度の波長領域にあるため、フォト
ダイオード等の安価な受光素子を用いることができる利
点がある。なお、ガラス板厚によって蛍光強度が変わる
ため、火炎の発光強度に応じた板厚を選ぶのが望まし
い。
【0027】なお、上述した実施の形態では、火炎検知
について説明したが、本発明は、火炎検知に限られるも
のではなく、紫外線情報を光ファイバで伝送する種々の
装置に適用できるものである。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1,2に記載の発明によれば、紫外線情報を伝送する場
合、光ファイバ以降の装置は、紫外線が変換された伝送
光の主成分が可視光以上の波長領域の光線であるから、
紫外線を直接検出する際に必要である光電子増倍管(紫
外光電管)等の高価な受光装置は不要である。また、画
像伝送用の光ファイバや発光分光分析用の光ファイバに
本発明を応用することで、先行技術で生じていた光ファ
イバの紫外線による劣化の問題を解決できるという効果
がある。
【0029】請求項3に記載の発明によれば、光線変換
手段が可視〜近赤外の波長領域の光線を透過する蛍光体
であることにより、蛍光体よりの出射光は、紫外線の変
換光だけでなく、外部からの可視〜近赤外の波長領域の
光線も出射させることができ、これらを伝送して、可視
・赤外線領域に含まれる情報を損なうことなく検出でき
る。
【0030】請求項4に記載の発明によれば、光線変換
手段がファイバ状であることによって、伝送用の光ファ
イバとの結合効率が向上できる。
【0031】請求項5に記載の発明によれば、光線変換
手段の入光端側に、変換されるべき特定の波長領域の紫
外線を透過し、前記特定の波長領域外の近傍の紫外線を
除去する除去手段を有することにより、所望の波長領域
の紫外線成分をS/N比を良好に検出できる。
【0032】請求項6に記載の発明によれば、光線変換
手段の入光端側に前記変換された光線の波長と同じ波長
領域の光を除去する除去手段を有することにより、変換
された波長領域の光線が入射光の影響を受けることを防
止できる。
【0033】請求項7に記載の発明によれば、請求項1
ないし6のいずれか1項に記載の紫外線情報伝送装置を
用いて、火炎より発する紫外線を監視することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための燃焼装置
の概念図である。
【図2】火炎検出部の実施の形態の一例を示す構成図で
ある。である。鏡筒10の光入射端に蛍光発生板11が
取り付けられて
【図3】火炎検出部の実施の形態の他の一例を示す構成
図である。
【図4】紫外線スペクトルおよび蛍光スペクトルの一例
を示す線図である。
【符号の説明】
1…燃焼機関、2…バーナ、3…加熱用バーナ、3a…
火炎、4…着火用バーナ、4a…火炎、5,6…火炎検
出部、7,8…光ファイバ部、9…観測装置、10…鏡
筒、11…蛍光発生板、12…レンズ系、13…蛍光発
生体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04B 10/00

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外線を可視光の波長以上の波長の光線
    に変換する光線変換手段と、光ファイバとを有し、該光
    ファイバは少なくとも前記光線変換手段により変換され
    た光線を伝送するものであることを特徴とする紫外線情
    報伝送装置。
  2. 【請求項2】 前記光線変換手段は、紫外線を可視光の
    波長以上の波長の蛍光に変換する蛍光体であることを特
    徴とする請求項1に記載の紫外線情報伝送装置。
  3. 【請求項3】 前記光線変換手段は、紫外線を可視光の
    波長以上の波長の蛍光に変換するとともに、可視〜近赤
    外の波長領域の光線を透過する蛍光体であり、かつ、前
    記光ファイバは前記蛍光体よりの蛍光と前記蛍光体を透
    過した光線を伝送するものであることを特徴とする請求
    項1に記載の紫外線情報伝送装置。
  4. 【請求項4】 前記光線変換手段は、ファイバ状である
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記
    載の紫外線情報伝送装置。
  5. 【請求項5】 前記光線変換手段の入光端側に、変換さ
    れるべき特定の波長領域の紫外線を透過し、前記特定の
    波長領域外の近傍の紫外線を除去する除去手段を有する
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記
    載の紫外線情報伝送装置。
  6. 【請求項6】 前記光線変換手段の入光端側に前記変換
    された光線の波長と同じ波長領域の光を除去する除去手
    段を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
    か1項に記載の紫外線情報伝送装置。
  7. 【請求項7】 火炎より発する紫外線を監視する火炎監
    視装置であって、請求項1ないし6のいずれか1項に記
    載の紫外線情報伝送装置を用いることを特徴とする火炎
    監視装置。
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