KR101419918B1

KR101419918B1 - 다중컬러 센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR101419918B1
Application number: KR1020140008234A
Authority: KR
Inventors: 박석진
Original assignee: 박석진
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2014-07-15

Abstract

본 발명은 버너 화염의 복사 파장 신호를 수집하는 화염 수집부; 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 전달 받아 상기 버너 화염의 복사 파장 신호에 포함된 각기 다른 파장(wavelength) 중 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)를 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하는 제1 광센서장치; 및 상기 제1 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산함으로써 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 메인제어장치(400); 를 포함하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 보일러 현장에 설치된 별도의 분광장치 없이도 버너 화염의 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호에 따라 버너 화염의 상태 및 버너 동작의 상태에 대한 정교하고 고 신뢰도의 모니터링이 가능하도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

Description

다중컬러 센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템{BURNER FLAME MORNITORING SYSTEM APPLIED MULTI-COLOR SENSOR}

본 발명은 버너 화염 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보일러 현장에 설치된 별도의 분광장치 없이도 버너 화염의 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호에 따라 버너 화염의 상태 및 버너 동작의 상태에 대한 정교하고 고 신뢰도의 모니터링이 가능하도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 버너 화염 모니터링 시스템에 관한 것이다.

본 발명과 유사한 장치로는, 버너 화염 감지기 및 총량 제어 버너 공·연비 제어장치가 있지만, 이와 같은 종래의 기술들은 아직까지도 보일러 운용 자들에게 높은 신뢰감을 얻지 못하고 있는 실정이다.

이러한 버너 화염 감지기는 버너 화염 빛의 복사 파장을 검출하는 기술 적용이 보편화 되어있으며, 대표적인 화염 감지 방식으로는 가시광선(VL), 자외선(UV), 적외선(IR) 광 검출 방식이 있다. 상기의 화염 감지기는 상대적으로 가시광선 감지방식이 화염검출 신뢰도가 높은 것으로 인식되고 있으나, 복수개의 버너가 설치되는 보일러에 있어서 자기버너화염 및 인접버너화염과의 구별이 명확하지 않을 뿐만 아니라 버너 초기 기동 시, 이그니션에 의한 스파크 불꽃을 버너화염으로 오인 감지하고 연료가 기준보다 적게 공급되는 버너 초기 운전시와 연료가 기준 값의 100%로 공급하여 정상 운전할 때의 버너화염상태가 많은 차이를 보임에도 불구하고 버너화염검출 조건을 동일하게 설정함으로써, 버너화염 감지의 오 동작이 자주 발생하는 문제점을 갖고 있다.

또한, 자외선 화염 감지 방식은 광학렌즈오염, 짧은 수명 주기, 불완전 연소 시 발생되는 미연분(unburned matter, 未燃分)에 자외선이 흡수되어 외부로 방사되는 자외선 량의 급감으로 인한 버너 화염 검출 실패와, 비 파괴 검사 시 버너화염 감지에 오 동작이 발생되어 신뢰도가 저하되는 것으로 인식되고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 자외선 및 적외선 광 센서를 일체화한 듀얼(Dual) Type의 화염감지기가 개발되어 적용되고 있지만, 적외선 광 센서는 감지하고자 하는 버너가 소화되었음에도 불구하고 인접한 버너화염, 또는 보일러 내부의 고온상태를 오인 감지하는 상황이 자주 발생하여 자외선 광 센서로만 버너화염 감지를 적용해 오고 있다.

또한, 개별버너 시퀀스제어에 있어서도 이그나이터의 절연상태 불량과 고전압의 이그니션 시, 이그나이터 장치와 일체화된 보조 버너의 화염검출장치인 플레임 로드 제어기가 파손되는 경우, 주 버너 점화가 실패하는 오 동작으로 이어져, 초기 보일러 기동이 지연됨으로써 보일러 정상조업의 큰 문제점으로 인식 되고 있다.

한편, 총량 제어 버너 공.연비 제어장치는 기계식과 전자식 공.연비 제어기가 산업용 버너제어에 적용되고 있는데, 전자식 공.연비 제어기가 비교적 제어 신뢰도가 높아서 최근에는 전자식 공.연비 제어기가 주류를 이루고 있는 실정이다.

그러나, 상기 총량제어 버너 공·연비 제어기일지라도 한 개의 보일러 굴뚝에서 발생되는 배기가스 출력을 검출 하는 기존방식은 단독으로 버너가 설치되는 보일러에서는 제어하는데 어려움이 없지만, 복수개의 버너가 설치되는 보일러의 경우는 불완전 연소 및 과잉 공기에 의한 환경유해 물질인 배기가스 발생이 어떤 버너로 인한 것인지 검출하는 것이 어려워 제어하는데 한계가 있다.

현재, 버너의 공·연비 제어는 기계 구조 물리적인 관점에서는 매우 높은 발전을 이루었지만, 보일러의 에너지 절감 및 배기가스 출력 저감에 대한 세밀하고 정성적인 개발동향의 시대적 흐름은 더욱더 많은 성과를 요구하고 있다.

따라서, 버너 공.연비 제어의 기계 구조 물리적인 기술발전이 한계에 도달한 만큼, 전자식 공.연비 제어에서 그 해결방안을 찾기 위한 연구개발이 점차 증가하고 있으며 비교적 안정적인 상업화가 이루어진 것으로 보인다. 그러나, 상기된 전자식 공·연비 제어의 한계성을 극복하기 위해서는 개별 버너 관점에서 다양한 방법으로 버너 화염상태를 판단할 수 있는 개별, 측정장치의 설치가 필요하지만 현장 설치의 부담을 극복하기 어렵고, 상기의 문제점을 해결할 만한 효과적인 측정방법이 나타나지 않고 있다.

그러므로 개별 버너의 안전동작을 감시하기 위해 필수적으로 설치되는 종래의 버너화염 감지기의 고정위치를 활용하여 버너화염 감지 및 버너화염에서 방사되는 근적외선 및 가시광선의 특성을 응용한 광학식 개별버너 공.연비 제어 방법을 적용하여 버너의 공.연비를 제어하는 것이 현실적이고 합리적인 대안으로 판단된다.

따라서, 본 발명의 광학식 개별버너 공연비 제어는 중.소형의 단독버너 운전에 적용하고 산업용 중.대형 보일러의 다중버너 및 화력발전소 보일러, 버너운전의 경우는 다양하게 분석한 버너화염상태를 모니터하여 효율적인 보일러 운전이 가능할 수 있도록 데이터를 제공하는 데에 본 발명의 또, 다른 의의가 있다 할 것이다.

산업용 및 화력 발전소 보일러는 대부분, 설치 년도가 오래되었으며 그 효율이 떨어질 때, 가동을 멈추고 보수 및 예방정비 차원에서 반복적으로 유지 보수하여 보일러가 정상 작동하도록 운용하고 있다.

이와 같은 보일러 운영 시스템은 과거, 보일러를 설치 시공하였던 초기 당시에서 어느 정도 시점까지는 보일러 유지보수에 의하여 그 목표설계 치의 효율 만족도를 달성할 수 있었지만, 산업용 및 화력발전소용 보일러가 폭발적으로 증가하여 화석연료가 장기간, 대량으로 소비되면서 연료의 공급이 수요를 감당할 수 없는 상황에 직면하게 되었다. 이와 같은 이유로, 그 동안 보일러 설치 시공 당시, 보일러 출력 목표 설계 값을 유지하기 위해 적용되었던 양질의 연료조건을 벗어나 가격이 저렴한 악질의 연료를 적용하는 상황이 일반화되고 점차 확대일로에 있다.

악질 연료의 적용이 확대되면서 보일러의 효율은 저하되고 유지보수 비용이 증가하는 것은 물론, 배기가스가 증가하는 등, 많은 문제점을 발생시키고 있다. 그러나 현재 적용되고 있는 연료에 맞게 보일러를 다시 설치 시공하는 것은 기존 보일러를 철거하고 재 설치하는 비용이 막대할 뿐만 아니라, 설치 시공이 완료될 때 까지 제품생산이 멈추게 되는 손실이 발생되므로 현실적인 어려움과 제약이 따를 수 밖에 없다.

또한, 현재 적용되고 있는 악질연료로 인하여 보일러 출력 효율이 저하하고 유지보수 비용의 증가에 대한 원인 분석이 명확하지 않다면, 보일러를 재 설치하여 시공한다는 것은 더더욱 어려울 수 밖에 없다.

그렇다면, 기존의 보일러를 계속, 운용하면서 그 출력효율을 향상시키고 보일러, 유지보수비용의 감소 및 배기가스 출력량을 저감시킬 수 있도록 효과적인 대안을 모색하는 것만이 유일한 대책이 될 수가 있다.

그러나, 상기의 원인을 체계적이고 다양한 방법으로 분석하고 판단할 수 있는 계측제어 장치가 적용되고 있지 않다. 다만, 보일러의 증기압력, 온도, 수관 튜브의 균열상태를 모니터하고, 다중 버너일 때에도 공기 및 연료의 공급량을 일괄 제어하는 총량제어 방식의 전자식 공.연비 제어장치를 통하여 보일러의 유지보수 및 효율을 향상시키기 위한 기존기술이 답습되고 있는 실정이다.

이와 같은 개발동향은 보일러의 출력향상 및 배기가스 저감 측면에서 그 효과가 한계점을 보일수 밖에 없는데, 이러한 한계점을 극복하기 위해서는 보일러의 운전에 가장 핵심적인 역할을 담당하고 보일러의 출력에 직접적인 영향을 주는 버너의 운전조건을 개선할 수 있도록 상기한 광학식으로 개별 버너의 공연비를 자동제어 하는 것만이 가장 확실한 방법이 될 수가 있다.

따라서, 보일러 출력의 목표 값에 도달시키기 위하여 버너작동을 개시할 때, 버너의 연소상태가 완전 연소되거나 불완전 연소될 때의 버너 화염 상태를 다양한 방법으로 계측하여 정밀 분석하고 비교하는 것에 의하여 상기의 문제점을 해결할 수 있는 가장 효과적이고 즉각적인 단서를 제공할 수 있을 것이다.

그러나 버너 화염을 장기간 계측하더라도 유지보수에 문제가 없고 그 신뢰도가 객관적으로 보증되는 계측장치가 아니라면 상기의 문제점을 해결하기 위한 좋은 방법이 될 수가 없다.

이와 같은 관점에서 볼 때, 상기의 문제점을 해결하기 위한 가장 효과적이고 적절한 방법은 버너화염을 광학적인 방법으로 계측하여 정밀 분석하는 것이 유일한 대책이 될 수 있을 것이다.

현재, 버너 화염을 광학적으로 측정할 수 있는 장치는 버너화염 감지기가 있는데, 다행스럽게 모든 버너에 버너화염 검출기가 설치되어 있어서 버너 화염 검출기능을 확대 적용하고 응용한다면, 별도로 관련 장치를 설치하는 번거로움이 없이 상기의 문제점을 해결하기 위한 효과적인 방법이 될 수가 있다.

한편, 기존의 버너화염 검출기는 버너의 점화 및 소화를 판단하거나 버너화염의 상태 값을 0~100%로 표시하는 기능으로만 버너제어시스템의 제어부분에 할당되어 있어, 상기의 문제점을 해결하기 위한 좋은 계측 포인트로서의, 선점 효과를 발휘하지 못하고 있을 뿐만 아니라, 다중 버너화염을 검출함에 있어서도 버너의 점화 및 소화 판단 시, 오 동작이 빈번하여 그 판정 결과값을 버너 제어에 활용하려는 측면에서 보일러 운용자들에게 불신을 받고 있는 것이 일반적인 인식이다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하고 현실성을 고려한 버너 화염 모니터링 시스템 개발의 필요성이 시급하다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1187822호 등에 개시되어 있으나, 상술한 문제점에 대한 해결책은 제시되고 있지 못하는 실정이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 모니터링의 대상이 되는 버너 화염의 복사 파장 신호로부터 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR) 또는 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호를 포함하는 3 칼라 신호를 검출하고, 4 칼라 신호 또는 3 칼라 신호에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 산출하는 제1 광센서장치 또는 제2 광센서장치와, 산출된 4 칼라 신호 또는 3 칼라 신호에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 이용하여 버너 화염의 온도 내지 버너 화염의 점화 또는 소화 상태 등을 판단하는 메인제어장치를 포함함으로써, 보일러 현장에 설치된 별도의 분광장치 없이도 버너 화염의 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호에 따라 버너 화염의 상태 및 버너 동작의 상태에 대한 정교하고 고 신뢰도의 모니터링이 가능하도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 제공하기 위함이다.

또한, 버너 화염에 대한 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 및 근적외선(NIR) 또는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 신호를 바탕으로 개별 버너작동 상태 및 다양한 버너화염 분석신호, 개별 버너화염 영상신호와 개별 버너의 공.연비 제어를 위한 이더넷 또는 광통신 직렬통신에 의해 외부로 출력하도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 제공하기 위함이다.

또한, 버너가 설치되는 보일러 현장에서 취급이 용이하도록 소형경량으로 광센서장치(제1 광센서장치 또는 제2 광센서장치)의 제작이 가능하도록 하고, 종래의 버너화염감지기가 갖고 있는 버너 화염 감시 장치의 선점효과를 활용할 수 있도록 하며, 별도의 설치공사 없이 간편하게 설치 되도록 편리성이 제공되도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 제공하기 위함이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 제1 실시예의 특징에 따르면, 본 발명의 제1 실시예는 버너 화염의 복사 파장 신호를 수집하는 화염 수집부; 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 전달 받아 상기 버너 화염의 복사 파장 신호에 포함된 각기 다른 파장(wavelength) 중 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)를 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하는 제1 광센서장치; 및 상기 제1 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산함으로써 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 메인제어장치(400); 를 포함한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 제2 실시예의 특징에 따르면, 본 발명의 제2 실시예는 버너 화염의 영상을 수집하는 화염 수집부; 상기 화염 수집부를 통해 버너 화염의 영상을 전달받아 상기 버너 화염의 영상에 대한 디지털 영상 신호를 생성하는 CCD 카메라 모듈을 포함하고, 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 디지털 영상 신호로부터 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호로 이루어진 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)를 상기 버너 화염 영상을 구성하는 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하는 제2 광센서장치; 및 상기 제2 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산하여 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 메인제어장치; 를 포함한다.

이때, 본 발명의 제1 실시예의 상기 제1 광센서장치(200)는, 상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210); 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 상기 디지털 4칼라 신호를 전송받는 제1 마이크로 프로세서; 및 램프인 제1 표시장치를 포함하고, 상기 제1 마이크로 프로세서는 상기 화염신호 디지털 처리부에서 전송 받은 디지털 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR) 중에서 블루(B, Blue) 신호를 선택하고 상기 블루(B, Blue) 신호 중에서 교류(AC) 성분을 추출하여 임의의 기준 값 이상이면 하이(High, 1)이고 미만이면 로우(Low, 0)의 2 진 디지털 신호를 발생시켜 트랜지스터(TR10)가 자동으로 ON(켜짐) 및 OFF(꺼짐)되도록 함으로써, 상기 제1 표시장치(LED12)가 상기 하이 신호가 발생된 경우 점등하고 로우 신호가 발생된 경우 소등되도록 제어하여, 상기 제1 표시장치의 점등과 소등이 기 설정된 일정 시간 동안 기 설정된 적정 횟수 이상 반복된 경우를 버너 화염 검출의 최적 상태로 판단되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 화염 수집부는, 광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체를 포함하고, 상기 광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체를 통해 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 상기 제1 광센서장치로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 제1 광센서장치는, 상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210); 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 디지털 4 칼라 신호를 전송받고, 상기 디지털 4 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 산출하는 제1 마이크로 프로세서(250); 및 상기 제1 마이크로 프로세서에서 산출된 버너 화염신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제1 광통신부(260); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 제1 광센서장치는, 상기 버너 화염신호를 광신호로 변환하는 광신호 변화장치를 더 포함하고, 상기 변환된 버너 화염신호의 광신호를 상기 메인제어장치로 전송하는 광통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 메인제어장치는, 상기 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값(IH)과 하한값(IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값(FH)과 하한값(FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도가 기 설정된 버너 화염의 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판단하며, 상기 버너의 비정상 상태로 판단되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호, 화염주파수 신호 및 상기 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 판단 신호인 버너 점소화 상태 신호를 포함하는 버너 화염 분석신호 및 상기 버너의 작동상태가 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에 표시되도록 하여 상기 버너 동작에 대한 모니터링 기능이 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 제2 실시예의 상기 화염 수집부는, 광학렌즈 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 포함하고, 상기 광학렌즈 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 통해 상기 수집된 버너 화염의 영상 신호를 상기 CCD 카메라 모듈로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예의 상기 제2 광센서장치는, 상기 버너 화염신호를 광신호로 변환하는 광신호 변화장치를 더 포함하고, 상기 변환된 버너 화염신호의 광신호를 상기 메인제어장치로 전송하는 광통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 상기 제2 광센서장치는, 상기 전송된 버너 화염 영상을 복수 개의 구역으로 분할하고 각 구역 별로 상기 다중 픽셀신호에 대한 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각에 대해 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 상기 각 구역별 화염주파수 신호를 산출하는 제2 마이크로 프로세서(350); 및 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제2 광통신부(360); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 상기 제2 광센서장치(200)는, 램프인 제2 표시장치를 포함하고, 상기 제2 마이크로 프로세서는 CCD모듈(310)에서 생성된 디지털 영상신호를 전송받아 상기 복수 개의 영역들 중 가장 큰 블루(B, Blue) 신호 값을 갖는 구역을 선택하고, 상기 블루(B, Blue) 신호에 포함된 AC(교류) 성분을 추출하여 임의의 기준 값 이상이면 하이(High, 1)이고 미만이면 로우(Low, 0)의 2 진 디지털 신호를 발생시켜 트랜지스터(TR11)가 자동으로 ON(켜짐) 및 OFF(꺼짐)되도록 함으로써, 상기 제2 표시장치(LED12)가 상기 하이 신호가 발생된 경우 점등하고 로우 신호가 발생된 경우 소등되도록 제어하여, 상기 제2 표시장치의 점등과 소등이 기 설정된 일정 시간 동안 기 설정된 적정 횟수 이상 반복된 경우를 버너 화염 검출의 최적 상태로 판단되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 상기 메인제어장치는, 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 전송받고, 상기 복수 개의 구역 중, 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호가 각각 기 설정된 범위 이내에 포함되는 구역을 추출하고, 상기 추출된 구역 중 가장 높은 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제1 기준 구역으로 설정하고, 상기 설정된 제1 기준 구역의 화염의 세기와 화염주파수 값이 기 설정된 점화 상태 조건을 만족하는 경우에만 상기 버너의 점화 상태로 판단하고, 상기 점화 상태 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 버너의 소화 상태로 판단하며, 상기 판단된 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 정보를 상기 디스플레이부에 표시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 상기 메인제어장치는, 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 전송받고, 상기 복수 개의 구역 중, 상기 블루(B, Blue) 신호만에 대해 가장 큰 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제2 기준 구역으로 설정하고, 상기 설정된 제2 기준 구역의 상기 블루(B, Blue) 신호만에 대한 화염의 세기와 화염주파수 값이 기 설정된 점화 상태 조건을 만족하는 경우에만 상기 버너의 점화 상태로 판단하고, 상기 점화 상태 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 버너의 소화 상태로 판단하며, 상기 판단된 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 정보를 상기 디스플레이부에 표시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 상기 메인제어장치는, 상기 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)에 대한 화염세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값과 하한값(IH, IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값과 하한값(FH, FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도가 기 설정된 버너 화염의 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판단하며, 상기 버너의 비정상 상태로 판단되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수, 상기 버너의 점화 또는 소화 상태 판별 신호를 포함하는 버너 화염 분석신호 및 상기 버너의 작동상태가 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에 표시되도록 하여 상기 버너 동작에 대한 모니터링 기능이 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 제1 및 제2 실시예는 상기 버너에 공급되는 공기의 양을 조절하는 공기밸브를 더 포함하고, 상기 메인제어장치는, 상기 블루 파장 신호가 기 설정된 블루 적정 값 이상이면 완전 연소 상태로 판별하여 상기 공기밸브를 현재 상태로 유지되도록 하되, 상기 레드 파장 신호가 기 설정된 레드 적정 값 이상이면 불완전 연소 상태로 판별하고, 상기 레드 파장 신호가 상기 레드 적정 값 미만을 갖도록 그리고 상기 블루 파장 신호가 상기 블루 적정 값 이상을 갖도록 상기 공기밸브에서 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 보일러 현장에 설치된 별도의 분광장치 없이도 버너 화염의 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호에 따라 버너 화염의 상태 및 버너 동작의 상태에 대한 정교하고 고 신뢰도의 모니터링이 가능하도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 버너가 설치되는 보일러 현장에서 취급이 용이하도록 소형경량으로 광센서장치(제1 광센서장치 또는 제2 광센서장치)의 제작이 가능하도록 하고, 종래의 버너화염감지기가 갖고 있는 버너 화염 감시 장치의 선점효과를 활용할 수 있도록 하며, 별도의 설치공사 없이 간편하게 설치 되도록 편리성이 제공되도록 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 보일러 현장에 설치된 상기 버너화염의 복사 파장신호를 이용한 제1 광센서장치 또는 버너화염 영상신호를 이용하는 제2 광센서장치(100)로부터 감지된 버너화염 상태 및 영상신호를 다양하고 정밀하게 분석하여 현장에서 원거리에 위치한 메인 제어장치에 직렬통신 방식으로 전송되도록 하여 메인 제어장치에서 프로그램에 의해 연산하도록 하고, 화염특성분석, 설정 값과 함께 상기 버너화염 영상 디지털 신호 및 상기 연산결과 값의 화면표시는 물론, 버너의 점.소화 상태를 판정하고 아날로그입력에 의해 이그나이터의 절연상태를 감지하고 이그나이터 장치와 일체화된 보조 버너의 점화 시 상기 보조 버너를 시퀀스 제어하고 Optic Fiber Cable과 결합된 화염검출 센서 또는 상기 보조버너의 금속 구조물과 이그나이터 팁 사이에 화염이 존재할 때 저항 값이 감소하는 현상을 측정하여 상기 보조버너의 화염을 검출하는 것과 개별 주 버너를 시퀀스 제어하는 기능을 더 포함하도록 발명의 효과를 구성하였다. 또한, 상기 버너화염 분석 신호와 버너화염 영상 디지털신호, 버너동작 상태를 외부 중앙제어실에서의 HMI(Human Machine Interface) 그래픽 PC화면에 출력할 수 있는 기능을 부가하고 외부 중앙제어실에서 상기 메인 제어장치로 원격조정이 가능하도록 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 종래의 버너화염 검출기가 갖는 선점위치를 계승할 수 있도록 소형 경량화 함으로써 취급 및 관련구조물 인터페이스가 용이한 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템의 제1 광센서장치를 나타낸 회로구성도이다.
도 4은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템의 제2 광센서장치를 나타낸 회로구성도이다.
도 5는 본 발명의 메인 제어장치를 나타낸 회로구성도이다.
도 6 내지 도 12은 각각 메인 제어장치를 구성하는 세부 구성도이다.
도 13는 제1 광센서장치에 의해 화염의 영상이 하나의 구역으로 구획된 것에 대한 예시도이다.
도 14는 제2 광센서장치에 의해 화염의 영상이 복수 개의 구역으로(버너 화염의 검출 면적(S)을 S1~S16까지 16개의 구역으로) 구획된 것에 관한 예시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해 질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예인 제1 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 바람직한 실시예인 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 제1 광센서장치의 예시적이고 구체적인 회로 구성을 나타내는 회로 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 제2 광센서장치의 예시적이고 구체적인 회로 구성을 나타내는 회로 구성도이며, 도 5는 본 발명의 메인 제어장치를 나타낸 회로구성도이고, 도 6 내지 도 12은 각각 메인 제어장치를 구성하는 세부 구성도이며, 도 13는 제1 광센서장치에 의해 화염의 영상이 하나의 구역으로 구획된 것에 대한 예시도이고, 도 14는 제2 광센서장치에 의해 화염의 영상이 복수 개의 구역으로(버너 화염의 검출 면적(S)을 S1~S16까지 16개의 구역으로) 구획된 것에 관한 예시도이다.

우선, 본 발명의 바람직한 실시예인 제1 실시예에 관한 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템에 관해 구체적으로 설명한 후, 본 발명의 다른 바람직한 실시예인 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템에 관해 설명하도록 한다.

제1 실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템은, 버너 화염의 복사 파장 신호를 수집하는 화염 수집부(100)와, 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 전송 받아 상기 버너 화염의 복사 파장 신호에 포함된 각기 다른 파장(wavelength) 중 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)를 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하는 제1 광센서장치(200), 및 상기 제1 광센서장치(200)에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염세기 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산함으로써 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이를 포함하는 메인제어장치(400)를 포함한다.

상기 디스플레이에는 상기 제1 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호에 의한 상기 버너 화염의 영상이 더 표시될 수 있다.

이때, 상기 제1 광센서장치(200)는 상기 버너 화염의 영상이 표시되는 제1 표시장치를 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템은 화염 수집부(100), 제1 광센서장치(200) 및 메인제어장치(400)를 포함한다.

상기 화염 수집부(100)는 버너 화염의 복사 파장을 수집하는 수단으로, 광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체로 구성될 수 있다.

즉, 상기 화염 수집부(100)는 광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체를 포함하고, 상기 광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체를 통해 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 상기 제1 광센서장치(200)로 전달하는 수단이다.

상기 제1 광센서장치(200)는 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 전송 받아 상기 버너 화염의 복사 파장 신호에 포함된 각기 다른 파장(wavelength) 중 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)를 검출한다.

또한, 상기 제1 광센서장치(200)는 상기 검출된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출한다.

즉, 상기 제1 광센서장치는 상기 화염 수집부(100)로부터 전달받은 버너 화염의 복사 파장에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 각각 검출하고, 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출한다.

이때, 상기 버너 화염신호는 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호 값과 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염주파수 신호 값에 대한 정보이거나, 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호의 총 합산 값과 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염주파수 신호의 총 합산 값일 수 있다.

이때, 상기 제1 광센서장치(200)는 모니터링의 대상이 되는 상기 버너 화염에 대한 영상이 표시되는 제1 표시장치를 포함하는 것이 바람직하다. 이는, 오퍼레이터 내지 설치자가 상기 화염 수집부(100)의 방향이 상기 버너 화염을 정확하게 향하도록 조정함으로써, 상기 버너 화염의 복사 파장 신호를 정확하게 수집할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 제1 광센서장치(200)는, 상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210)와, 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 상기 디지털 4칼라 신호를 전송받는 제1 마이크로 프로세서, 및 램프인 제1 표시장치를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 마이크로 프로세서는 상기 화염신호 디지털 처리부에서 전송 받은 디지털 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR) 중에서 블루(B, Blue) 신호를 선택하고 상기 블루(B, Blue) 신호 중에서 교류(AC) 성분을 추출하여 임의의 기준 값 이상이면 하이(High, 1)이고 미만이면 로우(Low, 0)의 2 진 디지털 신호를 발생시켜 트랜지스터(TR10)가 자동으로 ON(켜짐) 및 OFF(꺼짐)되도록 함으로써, 상기 제1 표시장치(LED12)가 상기 하이 신호가 발생된 경우 점등하고 로우 신호가 발생된 경우 소등되도록 제어하여, 상기 제1 표시장치의 점등과 소등이 기 설정된 일정 시간 동안 기 설정된 적정 횟수 이상 반복된 경우를 버너 화염 검출의 최적 상태로 판단되도록 한다.

이는 오퍼레이터가 상기 제1 표시장치를 통해 현재 버너 화염에 대한 신호가 정확하게 검출되고 있는지 판단할 수 있다.

상기 메인제어장치(400)는 상기 제1 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염세기 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산함으로써 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하는 수단이다.

이때, 상기 버너 화염신호에는 상기 버너 화염에 대한 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 각각에 대한 화염의 세기 신호 정보가 포함되어 있으므로, 그에 따른 색 온도를 산출하게 된다.

이때, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 각각에 대한 화염의 세기 신호로부터 색 온도를 산출하는 알고리즘은 기존의 다양한 방법이 사용될 수 있을 것이다.

또한, 상기 메인제어장치(400)는 상기 산출된 버너 화염의 색 온도로부터 버너 화염의 온도를 산출한다. 색 온도에 따른 실제 온도 산출은 기존의 변환 테이블에 의해 쉽게 가능할 것이다.

상기 제1 광센서장치(200)는, 디지털 처리부(210), 제1 마이크로 프로세서(250) 및 제1 광 통신부(260)을 포함한다.

즉, 상기 제1 광센서장치(200)는 상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210)와, 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 디지털 4 칼라 신호를 전송받고, 상기 디지털 4 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 산출하는 제1 마이크로 프로세서(250) 및, 상기 제1 마이크로 프로세서에서 산출된 버너 화염신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제1 광통신부(260)를 포함한다.

상기 화염신호 디지털 처리부(210)는 상기 전달받은 버너 화염의 복사 파장 신호로부터 검출된 아날로그 신호인 4 칼라 신호 각각을, 즉 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각을 디지털 신호로 변환하는 수단이다.

상기 제1 마이크로 프로세서(250)은 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 디지털 4 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 산출하는 수단이다.

또한, 상기 제1 광통신부(260)은 상기 제1 마이크로 프로세서에서 산출된 버너 화염신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 수단이다.

상기 제1 센서장치는 버너의 설치 위치와 인접한 곳에 주로 설치되고, 상기 메인제어장치는 버너와 제1 센서장치와 이격된 별도 공간에 설치되므로, 상기 제1 광통신부는 상기 제1 센서장치에서 산출된 버너 화염신호 등을 광 신호로 변환하여 이격된 공간에 위치한 메인제어장치로 정보손실 없이 안정적으로 전송하기 위한 수단이다.

이때, 상기 제1 광센서장치는, 상기 버너 화염신호를 광신호로 변환하는 광신호 변화장치를 더 포함하고, 상기 변환된 버너 화염신호의 광신호를 상기 메인제어장치로 전송하는 광통신모듈을 포함할 수 있다.

상기 메인제어장치(400)는 상기 버너의 점화 또는 소화 상태를 판단하는 기능을 더 수행한다.

즉, 상기 메인제어장치는 상기 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값(IH)과 하한값(IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값(FH)과 하한값(FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도가 기 설정된 버너 화염의 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판단한다.

이때, 상기 메인제어장치는 상기 버너의 비정상 상태로 판단되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 한다.

또한, 상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호, 화염주파수 신호 및 상기 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 판단 신호인 버너 점소화 상태 신호를 포함하는 버너 화염 분석신호를 상기 버너의 작동상태가 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에서 표시되도록 하여 상기 버너 동작에 대한 모니터링 기능을 수행할 수 있다.

이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은 상기 버너에 공급되는 공기의 양을 조절하는 공기밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 메인제어장치(400)는 상기 블루 파장 신호가 기 설정된 블루 적정 값 이상이면 완전 연소 상태로 판별하여 상기 공기밸브를 현재 상태로 유지되도록 하되, 상기 레드 파장 신호가 기 설정된 레드 적정 값 이상이면 불완전 연소 상태로 판별하고, 상기 레드 파장 신호가 상기 레드 적정 값 미만을 갖도록 그리고 상기 블루 파장 신호가 상기 블루 적정 값 이상을 갖도록 상기 공기밸브에서 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 제어하도록 하여, 버너 화염의 상태가 최적의 상태를 유지하도록 상기 공기밸브의 동작을 제어한다.

이때, 상기 버너에 공급되는 연료의 양을 조절하는 연료밸브를 더 포함하고, 상기 메인제어장치(400)는 상기 블루 파장 신호가 기 설정된 블루 적정 값 이상이면 완전 연소 상태로 판별하여 상기 공기밸브를 현재 상태로 유지되도록 하되, 상기 레드 파장 신호가 기 설정된 레드 적정 값 이상이면 불완전 연소 상태로 판별하고, 상기 레드 파장 신호가 상기 레드 적정 값 미만을 갖도록 그리고 상기 블루 파장 신호가 상기 블루 적정 값 이상을 갖도록 상기 공기밸브에서 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 제어하는 동시에 상기 연료밸브에서 상기 버너로 공급되는 연료의 양을 함께 제어하도록 하여, 버너 화염의 상태가 최적의 상태를 유지하도록 상기 공기밸브 및 연료밸브의 동작을 제어한다.

이하는, 본 발명의 다른 바람직한 실시예인 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템의 구성에 관해 구체적으로 설명하도록 한다.

제2 실시예

본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은, 버너 화염의 영상을 수집하는 화염 수집부(100)와, 상기 화염 수집부를 통해 버너 화염의 영상을 전달받아 상기 버너 화염의 영상에 대한 디지털 영상 신호를 생성하는 CCD 카메라 모듈을 포함하고, 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 디지털 영상 신호로부터 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호로 이루어진 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)를 상기 버너 화염 영상을 구성하는 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하며, 상기 버너 화염의 영상이 표시되는 제2 표시장치를 포함하는 제2 광센서장치(300), 및 상기 제2 광센서장치(300)에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산하여 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 메인제어장치(400)를 포함한다.

이때, 상기 제2 광센서장치(300)에서의 색 온도 산출 방법과 색 온도로부터 버너 화연의 실제 온도를 산출하는 방법 등은 상기 제1 실시예의 제1 광센서장치(200) 부분에서 설명한 것과 같은 원리이므로, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하고, 상기 제2 광센서장치가 상기 제1 센서장치와 구별되는 구성에 관해서만 설명하도록 한다. 다만, 제2 실시예와 제1 실시예에서의 동일한 구성 명칭 및 도면부호 등은 각 실시예별로 각각 구별되는 것으로 한다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은 화염 수집부(100), 제2 광센서장치(300) 및 메인제어장치(400)를 포함한다.

상기 디스플레이에는 상기 제2 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호에 의한 상기 버너 화염의 영상이 더 표시될 수 있다.

이때, 상기 제2 광센서장치(300)는 상기 버너 화염의 영상이 표시되는 제2 표시장치를 포함할 수 있다.

상기 화염 수집부(100)는 버너 화염의 영상을 수집하는 수단이다.

이때, 상기 화염 수집부는 광학렌즈 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 포함하고, 상기 광학렌즈 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 통해 상기 수집된 버너 화염의 영상 신호를 상기 CCD 카메라 모듈로 전달하는 수단이다.

상기 제2 광센서장치(300)는 상기 화염 수집부를 통해 버너 화염의 영상을 전달받아 상기 버너 화염의 영상에 대한 디지털 영상 신호를 생성하는 CCD 카메라 모듈을 포함한다.

즉, 상기 CCD 카메라 모듈에 의해 버너 화염의 영상이 디지털 버너 화염 영상 신호로 가공 처리된다.

이때, 상기 제2 광센서장치는 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 디지털 영상 신호로부터 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호로 이루어진 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)를 상기 버너 화염 영상을 구성하는 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출한다.

즉, 상기 제2 광센서장치는 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 버너 화염 영상에 대한 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호를 버너 화염 영상을 구성하는 LCD 또는 LED 등 화면의 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출한다.

이때, 상기 제2 광센서장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출한다.

상기 제2 광센서장치(200)는, 램프인 제2 표시장치를 포함하고, 상기 제2 마이크로 프로세서는 CCD모듈(310)에서 생성된 디지털 영상신호를 전송받아 상기 복수 개의 영역들 중 가장 큰 블루(B, Blue) 신호 값을 갖는 구역을 선택하고, 상기 블루(B, Blue) 신호에 포함된 AC(교류) 성분을 추출하여 임의의 기준 값 이상이면 하이(High, 1)이고 미만이면 로우(Low, 0)의 2 진 디지털 신호를 발생시켜 트랜지스터(TR11)가 자동으로 ON(켜짐) 및 OFF(꺼짐)되도록 함으로써, 상기 제2 표시장치(LED12)가 상기 하이 신호가 발생된 경우 점등하고 로우 신호가 발생된 경우 소등되도록 제어하여, 상기 제2 표시장치의 점등과 소등이 기 설정된 일정 시간 동안 기 설정된 적정 횟수 이상 반복된 경우를 버너 화염 검출의 최적 상태로 판단되도록 한다.

이는 오퍼레이터가 상기 제2 표시장치를 통해 현재 버너 화염에 대한 신호가 정확하게 검출되고 있는지 판단할 수 있다.

상기 메인제어장치는, 상기 제2 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산하여 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함한다.

상기 제2 광센서장치(300)는 상기 버너 화염신호를 광신호로 변환하는 광신호 변화장치를 더 포함하고, 상기 변환된 버너 화염신호의 광신호를 상기 메인제어장치로 전송하는 광통신모듈을 포함한다.

상기 광통신모듈은 버너 주변에 설치되는 제2 센서장치로부터 버너 및 제2 광센서장치로부터 이격된 공간에 설치되는 메인제어장치로 버너 화염신호 등의 정보가 정확하고 안정적이며 실시간적으로 전송되도록 하기 위한 수단이다.

이때, 상기 제2 광센서장치는 제2 마이크로 프로세서(350)와 제2 광통신부(360)을 포함할 수 있다.

즉, 상기 제2 광센서장치는 상기 전송된 버너 화염 영상을 복수 개의 구역으로 분할하고 각 구역 별로 상기 다중 픽셀신호에 대한 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각에 대해 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 상기 각 구역별 화염주파수 신호를 산출하는 제2 마이크로 프로세서(350), 및 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제2 광통신부(360)를 포함한다.

도 14는 제2 마이크로 프로세서가 상기 전송된 버너 화염 영상을 복수 개의 구역으로 분할한 예시도로서, 전송받은 버너 화염 영상을 S1 ~ S16까지 16개의 구역으로 분할한 예시도이다.

상기 제2 마이크로 프로세서는 상기 버너 화염 영상을 복수 개의 구역으로 분할, 즉 구획하고, 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 디지털 영상 신호로부터 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호로 이루어진 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)를 상기 버너 화염 영상을 구성하는 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출하는 수단이다.

즉, 상기 제2 마이크로 프로세서는 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 버너 화염 영상에 대한 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호를 버너 화염 영상을 구성하는 LCD 또는 LED 등 화면의 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출한다.

또한, 상기 제2 마이크로 프로세서는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출한다.

이때, 상기 메인제어장치는, 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 전송받고, 상기 복수 개의 구역 중, 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호가 각각 기 설정된 범위 이내에 포함되는 구역을 추출하고, 상기 추출된 구역 중 가장 높은 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제1 기준 구역으로 설정한다. 이는, 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호 각각에 대한 적정 범위 값을 설정하고, 상기 복수 개의 구역 중 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호가 그 적정 범위 값에 해당되는 구역을 선별한 후, 그 선별된 구역 중 가장 높은 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제1 기준 구역으로 추출함으로써, 추출된 제1 기준 구역에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호만을 기준으로 버너의 점화 또는 소화 등 버너 화염에 대한 정보를 얻기 위함이다. 즉, 버너 화염 영상에 대한 전체 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 기준으로 하지 않고, 제1 기준 구역만에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 기준으로 설정하는 것은, 상기 버너에 대한 모니터링 시, 모니터링의 대상이 되는 상기 버너의 화염이 상기 버너와 인접한 다른 버너의 화염에 의한 간섭을 받지 않는 구역을 특정 선별하여 모니터링을 수행하여 보다 정확한 버너 화염에 대한 모니터링이 수행될 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 상기 메인제어장치는 상기 설정된 제1 기준 구역의 화염의 세기와 화염주파수 값이 기 설정된 점화 상태 조건을 만족하는 경우에만 상기 버너의 점화 상태로 판단하고, 상기 점화 상태 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 버너의 소화 상태로 판단하며, 상기 판단된 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 정보를 상기 디스플레이부에 표시되도록 한다.

상기 메인제어장치는, 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 전송받고, 상기 복수 개의 구역 중, 상기 블루(B, Blue) 신호만에 대해 가장 큰 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제2 기준 구역으로 설정하고, 상기 설정된 제2 기준 구역의 상기 블루(B, Blue) 신호만에 대한 화염의 세기와 화염주파수 값이 기 설정된 점화 상태 조건을 만족하는 경우에만 상기 버너의 점화 상태로 판단하고, 상기 점화 상태 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 버너의 소화 상태로 판단하며, 상기 판단된 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 정보를 상기 디스플레이부에 표시되도록 한다. 이는, 상기 버너 화염의 블루 신호가 가장 강하게 나타나는 버너 화염의 뿌리 부분에 대한 블루 신호 값을 기준으로 상기 버너의 점화 또는 소화 상태를 판단하도록 함으로써, 상기 버너와 인접한 다른 버너의 화염에 의한 판단 오류를 최소화하면서 상기 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 판단이 정확하게 이루어지도록 하기 위함이다.

상기 메인제어장치는, 상기 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)에 대한 화염세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값과 하한값(IH, IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값과 하한값(FH, FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도가 기 설정된 버너 화염의 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판단하며, 상기 버너의 비정상 상태로 판단되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 한다.

이때, 상기 상기 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)에 대한 화염세기 신호와 화염주파수 신호는 상기 버너 화염 영상 전체에 대한 상기 3 칼라(Color) 신호(R, G, B) 각각의 화염세기 신호 총 값과 화염주파수 신호 총 값이 기준으로 될 수 있다.

상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수, 상기 버너의 점화 또는 소화 상태 판별 신호를 포함하는 버너 화염 분석신호 및 상기 버너의 작동상태가 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에 표시되도록 하여 상기 버너 동작에 대한 모니터링 기능이 수행되도록 한다.

상기 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은 공기밸브 또는 공기밸브와 연료밸브를 더 포함할 수 있고, 이에 관한 설명은 상기 본 발명의 제1 실시예에서 상술한 바와 같다.

이하는, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 관한 부가 설명을 각 실시예에 관한 별도 구분 없이 설명하도록 한다.

본 발명은 제1광센서장치에 의해 버너화염의 복사 파장을 감지함에 있어서, 도 3의 100(110,120)과 같이, 도 3의 렌즈(BL10) 또는 광파이버조립체(OF10)에 의해 전송된 버너화염신호는 도 3의 4 컬러센서(210)에서 OF10의 검출각도 위치 고정 상태에 따라서 결정된 버너화염 뿌리부분의 화염면적 한 개에 대한 복사 파장 중에서 R(Red), G(Green), B(Blue), NIR의 4컬러신호로 선별해서 I2C통신으로 제1 마이크로프로세서(250)에 전송하고 센서케이스의 내부 온도 및 습도 DATA는 별도의 아날로그 입력 포트를 통해 제1 마이크로프로세서(250)에서 가공 연산 후, 화염의 세기로써 R(Red), G(Green), B(Blue), NIR 신호 4가지 종류 및 상기 R, G, B, NIR에 대한 화염주파수 신호 4가지 종류와 상기 온·습도 신호 2가지 종류를 더 포함하여 모두 10종류 DATA를 프로그램 방식으로 연산토록 하였다. 또한, 제1 마이크로프로세서(250)에서 버너의 작동상태를 버너화염의 명멸현상(Flame Flicker)으로 연산 출력하여 드라이버(TR10)를 거쳐서 표시장치(LED10)에서 모니터 되도록 하였으며 상기 연산결과의 10종류 DATA는 이더넷 변환기(261)를 거쳐서 랜PORT(262) 또는 광신호 변환장치(263)를 사용자가 선택하여 직렬 통신할 수 있도록 하였다.

또한 본 발명은 버너화염의 영상신호를 감지함에 있어서도, 도 4의 렌즈(BL20) 또는 이미지 파이버 조립체(IF20)에 의해 전송된 버너화염 영상 신호는 도 4의 CCD모듈(310)에서 도12의 S1~S16 화염면적을 포함한 S의 형상으로 버너화염 영상신호를 입력 받은 후, 디지털신호로 변환하여 제2 마이크로프로세서(350)에 전송되도록 하였다. 대량의 디지털 영상신호 처리를 위하여 외부메모리FLASH(351)와 SDRAM(352)을 부가하고 센서케이스의 내부온도 및 습도 DATA를 온·습도센서(320)에서 측정하여 별도의 아날로그 입력 포트를 통해 제2 마이크로프로세서(350)에 입력되도록 하였다. 또한 버너의 작동상태를 표시함에 있어서 제2 마이크로프로세서(350)에서 버너화염의 명멸현상(Flame Flicker)으로 연산 출력하여 드라이버(TR11)를 거쳐서 표시장치(LED12)를 통하여 모니터 되도록 하였다. 상기 연산결과의 디지털 영상신호 및 온·습도 DATA는 이더넷변환기(361)를 거쳐서 랜PORT(362) 또는 광신호변환장치(363)를 사용자가 선택하여 직렬 통신할 수 있도록 하였다. 상기의 모든 기술적인 표현들은 상기 도2, 도3의 결과에 의한 직렬통신 신호로써 사용자의 선택에 따라서 통신접속 할 수 있도록 장치를 구성 하고 상기 선택된 직렬통신 신호가 광신호변환장치(403)와 이더넷변환기(402)를 통해서 연산 처리하는 메인마이크로프로세서(410)를 구비한 메인제어장치를 포함하여 상기 하드웨어에 의해 소프트웨어적인 연산이 가능한 다중컬러 센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템의 발명에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은 제1광센서장치 또는 제2광센서장치, 메인제어장치, 디스플레이부를 포함한다. 이때, 메인마이크로프로세서(410)가 상기 제1 광센서장치로부터 버너화염 신호를 수신하는 경우, 메인제어장치에서 상기 화염의 세기(R, G, B, NIR)로부터 네 가지 색상 및 색 온도 표준 테이블과, 외부에서 측온한 버너화염 온도 테이블 값을 비교함으로써 버너화염의 색상과 온도DATA를 프로그램연산하고 화염의 세기로써 R(Red), G(Green), B(Blue), NIR 신호 4가지 종류 및 상기 R, G, B, NIR에 대한 화염주파수 신호 4가지 종류와 상기 온.습도 신호 2가지 종류를 직렬통신 방식으로 수신하여 프로그램 연산하고 스위치 입력 신호 변환부(415)의 조작에 따라 상기 화염의 세기 및 화염주파수, 화염의 색상, 화염의 온도에 대한 상.하한값 설정이 가능한 모드설정기능과 상기 화염의 세기 및 화염주파수, 화염의 색상, 화염의 온도, 제1광센서장치 케이스 내부의 온.습도, 메인제어장치의 내부 온도의 변화 상태를 표시할 수 있도록 상기 메인제어장치에서 표기한 디스플레이부와 결합되도록 하였다.

상기 메인마이크로프로세서(410)과 디스플레이부의 결합에 의해 연산 표시된 화염의 세기(I_R=Intensity Red, I_G=Intensity Green, I_B=Itensity Blue) 3종류 및 화염주파수(F_R=Frequency Red, F_G=Frequency Green, F_B=Frequency Blue) 3종류로써, 모두 6가지 신호(I_R, I_G, I_B, F_R, F_G, F_B)는 화염의 세기에 대한 다른 평균값으로써 (I_R+I_G)/2, (I_R+I_B)/2, (I_G+I_B)/2, (I_R+I_G+I_B)/3과 화염주파수 값으로써 (F_R+F_G)/2, (F_R+F_B)/2, (F_G+F_B)/2, (F_R+F_G+F_B)/3의 연산결과, 또는 상기 근적외선(NIR)의 독립적인 것에 의하거나 상기 14가지 경우와 조합하여 화염의 세기 및 화염주파수 연산 값 중에서 자기버너화염 및 인접버너화염의 구별력이 가장 뛰어난 연산 값을 선택한 뒤, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호, 상기 화염의 온도신호가 모두 기 설정된 화염의 세기 상·하한값(IL,IH) 및 화염주파수 상·하한값(FL,FH), 상기 화염의 온도 상·하한값(TL,TH) 사이에 존재할 때 상기 버너의 점화 상태로 판별하고 도4의 RY1을 릴레이Driver(240)로 여자시켜 버너가 점화된 것으로 판단하고 상기와 반대되는 경우, RY1을 비 여자 시켜서 버너가 소화되었음을 외부로 알려주는 버너 점.소화상태 알림 기능과 도12의 A 화염면적 한개에 대한 화염의 세기로써 R(Red), G(Green), B(Blue), NIR 신호 4가지 종류 및 상기 R, G, B, NIR에 대한 화염주파수 신호 4가지 종류와 상기 제1광센서장치케이스 내부 온도 및 습도, 메인제어장치의 케이스내부 온도 DATA를 더 포함하고 버너화염의 색상과 온도 까지 상기 분석한 DATA를 도4의 디스플레이부에 표시토록 하는 것은 물론, 상기 메인제어장치의 이더넷변환기(405)를 통하여 외부에 위치한 DCS(Distributed Control System)에서 HMI(Human Machine Interface)모니터링을 위한 통신 입.출력기능을 갖추었으며 도 4의 메인제어장치에서 표기한 것과 같이 두 가지 연료에 대한 선택기능과 4~20mA 입·출력 기능, 제1광센서장치의 고장판단 기능을 함께 부가하여 버너 점.소화 및 운전 상태에 대한 다각적인 진단과 분석이 가능한 원천적인 정보를 제공하고 있다.

특히, 상기 제 2광센서장치로부터 버너화염 신호를 수신하는 경우, 도 4의 렌즈(BL20) 또는 이미지 파이버 조립체(IF20)에 의해 전송된 버너화염 영상 신호는 도 4의 CCD모듈(310)에서 도 14의 S1~S16 화염면적을 포함한 S의 형상으로 버너화염 영상신호를 입력 받은 후 디지털신호로 변환하여 제2 마이크로프로세서(350)에 전송하고 있다.

또한, 제2 광센서장치 내부온도 및 습도 DATA를 온. 습도센서(320)에서 측정하여 별도의 아날로그 입력 포트를 통해 제2 마이크로프로세서(350)로 입력시키고 있으며 버너의 작동상태를 표시함에 있어서도 제2 마이크로프로세서(350)에서 버너화염의 명멸현상(Flame Flicker)으로 연산 출력하여 드라이버(TR11)를 거쳐서 표시장치(LED12)에서 모니터 되도록 하고 있다. 대용량의 디지털 영상신호를 처리하기 위하여 외부메모리FLASH(351)와 SDRAM(352)을 부가하고 상기 연산결과의 디지털 영상신호 및 온도와 습도 DATA는 이더넷변환기(361)를 거쳐서 랜PORT(362) 또는 광신호변환장치(363)를 사용자가 선택하여 직렬통신 할 수 있도록 하였으며 상기 연산결과는 메인제어장치로 전송되어 S의 화염 영상신호로 부터 상기 S1~S16으로 화염면적을 분할하여 각 화염면적에 대한 빛의 정보 중에서 다중 컬러센서에 의한 수광 DATA를 평균하여 한 개의 수광면 구조를 갖고 있는 3컬러센서로 치환한 뒤, 메인제어장치에서 상기 화염의 세기(R, G, B)로부터 세 가지 색상 및 색 온도 표준 테이블과, 외부에서 측온한 버너화염 온도 테이블 값을 비교함으로써 버너화염의 색상과 온도DATA를 프로그램연산 하고 상기 각 색상에 대한 화염의 세기 및 화염주파수 값으로도 연산 하고 있다.

이와 같은 화염의 세기(I_R=Intensity Red, I_G=Intensity Green, I_B=Itensity Blue) 3종류 및 화염주파수(F_R=Frequency Red, F_G=Frequency Green, F_B=Frequency Blue) 3종류로써, 모두 6가지 신호(I_R, I_G, I_B, F_R, F_G, F_B)는 화염의 세기에 대한 다른 평균값으로써 (I_R+I_G)/2, (I_R+I_B)/2, (I_G+I_B)/2, (I_R+I_G+I_B)/3과 화염주파수 값으로써 (F_R+F_G)/2, (F_R+F_B)/2, (F_G+F_B)/2, (F_R+F_G+F_B)/3을 연산하여 모두 14가지 또는 상기 근적외선(NIR)의 독립적인 것에 의하거나 상기 14가지 경우와 조합하여 화염의 세기 및 화염주파수 연산 값 중에서 자기버너화염 및 인접버너화염의 구별력이 가장 뛰어난 연산 값을 선택한 뒤, 화염의 세기와 화염주파수 에 대해 각각 기 설정된 하한값 및 상한값 과 비교함으로써, 화염의 세기 및 화염주파수 값이 각각 상기 기 설정된 화염세기의 하한값과 상한값 사이에 있을 때와 상기 기 설정된 화염주파수의 하한값과 상한값 사이에 있을 때에, 화염의 세기 및 화염주파수에 대해 LOGIC=1, 그 반대일 경우는 LOGIC=0 으로 정의한다.

이때, 상기 화염의 온도신호도 화염 온도신호에 대해 기 설정된 하한값과 상한값 사이에 있을 때 LOGIC=1, 그 반대일 경우는 LOGIC=0으로 정의한다.

또는, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호를 각각 선택하여 두 가지 경우 모두, 상기 화염의 온도신호가 각각 기 설정된 화염의 세기 상·하한값(IL, IH) 및 화염주파수 상·하한값(FL, FH) 사이에 존재하거나 상기 버너화염의 온도 상.하한값(TL,TH) 이상 일사이에 존재할 때(즉, 화염의 세기 및 화염주파수에 대한 앤드로직(AND LOGIC) 값이 1인 때) 상기 버너의 점화 상태로 판별하고 도4의 RY1을 릴레이Driver(240)로 여자시켜 버너가 점화된 것으로 판단하고, 그렇지 않을 때(즉, 화염의 세기 및 화염주파수에 대한 앤드로직(AND LOGIC) 값이 0인 때) 상기 RY1이 비 여자 되었을 때 상기 RY1을 비 여자 시켜서 버너가 소화되었음을 외부로 알려주는 버너 점.소화상태 알림 기능을 갖도록 하였다.

상기 버너 점·소화상태 판단은 제2 광센서장치의 경우 도 14과 같은 버너화염 영상을 감지하는 S1~S16의 화염면적에 따라 모두 16가지의 독립된 상기 버너 점·소화상태 판단기능을 실행하는 것과 다수의 화염면적을 합산하여 평균을 취하는 것에 의한 버너 점·소화상태 판단기능을 더 부가하였다. 당연히 상기 화염면적의 합산 후 평균을 취하는 기준은 자기버너화염 및 인접버너화염의 구별력이 가장 뛰어난 연산 값을 선택하는 것을 원칙으로 한 것 이다. 상기의 버너화염에 대한 다양한 분석 결과는 도 4의 디스플레이부를 TFT컬러LCD로 교체 적용하여 도 14의 S에 대한 버너화염 영상 신호와 함께 TFT컬러LCD에 화면출력하고 상기 한 개의 화염면적에 대한 화면 출력 뿐만아니라 상기 S1~S16의 화염면적으로 분할된 각 화염면적과 또는 몇 개의 그룹으로 묶어서 상기 S1~S16으로 분할된 화염면적을 합산 후, 평균을 취한 전체 화염면적에 대하여 각각, 버너화염의 색상과 온도, 상기 화염의 세기 및 화염 주파수에 대해서도 상기 버너 점·소화상태 판단을 실행하고 있다. 또한, 도 14에서 S의 화염면적을 S1~S16으로 분할하였지만 필요에 따라 그 이상의 화염면적으로 분할하여 상기 방법에 의한 화염면적의 연산까지도 본 발명의 범주 안에 두었다. 상기의 버너 화염영상 디지털신호 및 다양하게 분석한 버너화염신호, 버너 점·소화 상태 판단 결과는 TFT컬러LCD에 화면출력 하는 것은 물론, 상기 메인제어장치의 이더넷변환기(405)를 통하여 HMI(Human Machine Interface) 모니터링을 위한 통신출력기능을 갖추었으며 도 5의 메인제어장치에서 표기한 것과 같이 두 가지 연료에 대한 선택기능과 4~20mA 입·출력 기능, 제1광센서장치의 고장판단 기능을 함께 부가하여 버너 점·소화 및 운전 상태에 대한 다각적인 진단과 분석이 가능한 원천적인 정보를 제공하고 있다.

또한, 상기 제1광센서장치 및 제2광센서장치와 메인제어장치와 결합되는 두 가지 경우 모두 DCS(Distributed Control System)와 연계된 HMI 모니터링을 위한 직렬통신 출력은 물론, DCS에서 원격으로 상기 메인제어장치를 제어할 수 있는 기능을 더 부가하였다. 메인제어장치에서 직렬통신 방식으로 전송된 신호는 DCS가 갖추어진 중앙제어실의 산업용 컴퓨터에서 DATA BASE화 및 트랜드 값의 표현 및 버너장치의 작동상태를 PC화면에 출력하여 HMI 모니터링이 가능한 DATA와 광학식 공.연비 개별버너 제어가 가능한 신호를 사용자의 선택에 따라 직렬통신 출력 할 수 있는 기능을 구비토록 함으로써 다중컬러 센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템의 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 따른 다중컬러 센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은 버너에서 발생된 화염의 영상 또는 복사 파장신호를 수집하는 화염 수집부(100)와, 상기 수집된 버너 화염의 영상 또는 버너 화염의 복사 파장신호를 전송받아 상기 버너 화염의 영상 또는 버너 화염의 복사 파장신호에 포함된 각기 다른 파장(wavelength) 중 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 각각 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)를 검출하고, 상기 검출된 4 칼라 신호로부터 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 산출하는 광센서장치, 및 상기 광센서장치로부터 상기 버너 화염신호를 전송받아 상기 버너의 점화 또는 소화 상태를 판별하여 디스플레이부에 표시하되, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산함으로써 상기 버너의 소화 또는 점화 상태를 판별하도록 하는 메인제어장치(400) 포함할 수 있다.

상기 알고리즘은, 예컨대 상기 광센서장치로부터 상기 버너 화염신호를 전송받아 상기 버너의 점화 또는 소화 상태를 판별하여 디스플레이부에 표시하되, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호 중 모두 기 설정된 화염의 세기 하한값(IL) 및 화염주파수 하한값(FL) 이상으로 판단되면 상기 버너의 점화 상태로 판별하고 하나 이상이 미만으로 판단되면 상기 버너의 소화 상태로 판별하도록 기 프로그래밍될 수 있다.

이때, 상기 화염 수집부(100)는, 광파이버(Optical Fiber) 조립체(120) 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체(130)를 포함하고, 상기 광파이버(Optical Fiber) 조립체 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 통해 상기 센처장치로 상기 수집된 화염의 영상 또는 이미지를 전송하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 광센서장치는, 상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210)와, 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 디지털 4 칼라 신호를 전송받고, 상기 디지털 4 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 산출하는 제1 마이크로 프로세서(250), 및 상기 제1 마이크로 프로세서에서 산출된 버너 화염신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제1 광통신부(260)를 포함하는 제1 광센서장치(200)일 수 있다.

예컨대, 상기 제1 광센서장치는 상기 수집된 화염의 영상 또는 복사 파장신호를 전송 받아 상기 화염의 제1광센서장치에 의해 버너화염의 복사 파장을 감지하여 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 와 같은 가시 광선과 근적외선(NIR) 파장(Wavelength) 신호를 디지털 신호로 각각 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210)와, 상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 디지털 신호를 전송받고, 상기 디지털 신호로 산출된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue), 근적외선(NIR) 신호로부터 각각의 신호 세기에 대한 화염의 세기 신호와 각각의 신호주파수에 대한 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 산출하는 제1 마이크로 프로세서(250), 및 상기 제1 마이크로 프로세서에서 산출된 버너 화염신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제1 광통신부(260)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 디지털 처리부는, 상기 수집된 화염의 영상 또는 이미지를 전송받아 상기 화염의 영상 또는 이미지에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호를 추출하는 포토 다이오드(Photo Diode, 211)와, 상기 포토 다이오드에서 추출된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호를 전송받아 디지털 신호로 각각 변환하는 디지털 변환기(212, 213)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 광통신부는, 상기 제1 마이크로 프로세서에서 각각 산출된 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각의 화염세기 신호와 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각의 화염주파수 신호를 광신호로 변환하는 광신호 변환장치(263)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인제어장치는, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호를 각각 프로그램 연산하되, 상기 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호가 각각 상기 기 설정된 화염의 세기 하한값(IL)과 화염의 주파수 하한값(FL) 이상인 경우에는 화염의 세기 로직(LOGIC) 1과 화염 주파수 로직(LOGIC) 1을 각각 발생시키고, 미만인 경우에는 화염의 세기 로직(LOGIC) 0과 화염 주파수 로직(LOGIC) 0을 각각 발생시킨 후, 상기 발생된 화염의 세기 로직과 화염 주파수 로직이 모두 1인 경우에는 상기 버너가 점화된 것으로 판단하여 상기 버너의 점화 표시가 상기 디스플레이부에 표시되도록 하고, 상기 발생된 화염의 세기 로직과 화염 주파수 로직 중 하나 이상이 0인 경우에는 상기 버너가 소화된 것으로 판단하여 상기 버너의 소화 표시가 상기 디스플레이부에 표시되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제1 광센서장치는 상기 화염의 영상 또는 이미지에 포함된 근적외선(NIR) 신호를 더 검출하고, 상기 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호에는 상기 근적외선 신호의 세기와 주파수 신호가 각각 더 포함되도록 상기 버너 화염신호를 산출할 수 있다.

또한, 상기 제1 광센서장치는, 상기 버너에서 발생된 화염의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 버너 화염신호는 상기 온도센서에서 측정되는 화염온도 신호가 더 포함되도록 산출되며, 상기 메인제어장치는, 상기 화염신호에 포함된 화염온도 신호가 기 설정된 화염온도 하한값(TL) 이상으로 더 판단되면 상기 버너의 점화 상태로 판별하고, 미만으로 판단되면 상기 버너의 소화 상태로 판별하도록 프로그래밍된 될 수 있다.

특히, 상기 제1 광통신부는, 상기 제1 마이크로 프로세서에서 각각 산출된 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각의 화염세기 신호와 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue)신호 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각의 화염주파수 신호를 광신호로 변환하는 광신호 변환장치(263)를 포함하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 제2 광센서장치는 상기 수집된 버너 화염 영상을 전송받아 상기 검출된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각을 다중 픽셀신호에 대한 디지털 신호로 변환하는 CCD 모듈(310)과, 상기 전송된 버너 화염 영상을 복수 개의 구역으로 분할하고 각 구역별로 상기 다중 픽셀신호에 대한 디지털 신호로 변환된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호를 산출하여, 상기 다중 픽셀신호에 대한 디지털 신호로 변환된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각에 대한 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 상기 다중 픽셀신호에 대한 디지털 신호로 변환된 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각에 대한 상기 각 구역별 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 상기 각 구역별로 산출하는 제2 마이크로 프로세서(350), 및 상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제2 광통신부(360)를 포함하는 제2 광센서장치(300)일 수도 있다.

이때, 상기 제1 마이크로프로세서는 상기 디지털 4 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호로부터 기 프로그래밍된 색 온도 연산식에 의해 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 대응되는 상기 버너 화염의 온도 값을 산출하고, 상기 메인제어장치는 상기 산출된 버너 화염의 온도 값을 전송받아 상기 디스플레이에 표시함으로써, 버너 화염의 온도를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.

또는, 상기 제2 마이크로프로세서는 상기 디지털 3 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호로부터 기 프로그래밍된 색 온도 연산식에 의해 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 대응되는 상기 버너 화염의 온도 값을 산출하고, 상기 메인제어장치는 상기 산출된 버너 화염의 온도 값을 전송받아 상기 디스플레이에 표시함으로써. 버너 화염의 온도를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.

또한, 상기 메인제어장치는, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값과 하한값(IH, IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값과 하한값(FH, FL) 사이에 각각 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판별하며, 상기 버너의 비정상 상태로 판별되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 함으로써, 버너의 정성 또는 비정상 동작 상태에 대한 모니터링이 일괄적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또는, 상기 메인제어장치는, 상기 화염세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값과(IH) 하한값(IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값(FH)과 하한값(FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도 값이 기 설정된 버너 화염 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재하는 경우에만 상기 버너가 정상적으로 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판별하며, 상기 버너의 비정상 상태로 판별되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 함으로써, 버너의 정성 또는 비정상 동작 상태에 대한 모니터링이 일괄적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 상기 각 구역별 화염의 세기 신호 및 화염주파수 신호는 상기 각 구역에 포함된 모든 픽셀에 대한 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호주파수 각각을 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호별로 합산하여 각 구역에 포함된 픽셀 총 수로 각각 나눈 평균 화염세기 및 화염주파수 값으로 산출될 수 있다.

또한, 상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수, 상기 버너의 점화 또는 소화 상태 판별신호를 포함하는 버너 화염 분석신호를 및 상기 버너의 작동상태를 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에서 모니터링되도록 하는 기능이 구비되는 것이 바람직하다.

예컨대, 아날로그입력에 의해 이그나이터의 절연상태를 감지하고 이그나이터 장치와 일체화된 보조 버너의 점화 시 상기 보조 버너를 시퀀스 제어하고 Optic Fiber Cable과 결합된 화염검출 센서 또는 상기 보조버너의 금속 구조물과 이그나이터 팁 사이에 화염이 존재할 때 저항 값이 감소하는 현상을 측정하여 상기 보조버너의 화염을 검출하거나 개별 주 버너를 시퀀스 제어하는 기능을 더 포함함으로써 상기의 버너화염의 다양한 분석에 의한 버너 자동제어를 실행하고 상기 개별 버너제어 결과를 포함한 버너화염검출 및 상기 다양한 버너화염 분석 데이터를 상기 메인제어장치에서 직렬통신 수단으로 전송한 후, PC기반에서 모니터링하여 효율적인 보일러 운전이 되도록 할 수 있다.

또한, 상기 버너에 연료와 공기를 각각 공급하는 연료밸브와 공기밸브를 더 포함하고, 상기 메인제어장치는, 상기 블루 파장 신호가 기 설정된 블루 적정 값 이상이면 완전 연소 상태로 판별하여 상기 공기밸브를 현재 상태로 유지되도록 하되, 상기 레드 파장 신호가 기 설정된 레드 적정 값 이상이면 불완전 연소 상태로 판별하고, 상기 레드 파장 신호가 상기 레드 적정 값 미만으로 그리고 상기 블루 파장 신호가 상기 블루 적정 값 이상을 갖도록 상기 공기밸브의 개도 여부를 제어하는 것이 바람직하다.

예컨대, 본 발명에 따른 다중컬러 센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템은 제1 또는 제2광센서장치 및 메인장치의 마이크로프로세서(410)에서 화염의 세기 값 중, 가시광선 파장(Red, Green, Blue)의 단일 픽셀 또는 화염의 영상과 같은 가시광선 파장(Red, Green, Blue)의 다중 픽셀을 상기 하나의 단일 픽셀로 치환 추출하여 상기 값들로부터 버너화염의 색상, 버너화염의 온도, 화염주파수(Flame Fliker) 값을 연산하는 것을 포함하고 상기 버너에 연료와 공기를 각각 자동 조절하여 공급하는 연료밸브와 공기밸브를 더 포함하고, 버너화염 복사 파장의 화염세기 중에서 Blue 화염의 세기가 높으면 완전연소효율이 높고 상기, Red 화염의 세기가 높으면 불완전 연소가 진행되는 것으로 판단하여 연소상태에 따라 상기 버너의 공기밸브 개도를 각각 자동 조절하고 상기 연산된 화염온도로써 화염온도의 제어 목표 값과 비교하여 상기 버너의 연료밸브 개도를 각각 조절할 수 있도록 피드벡 제어가 가능한 개별 버너의 광학식 공.연비 제어 기능을 실행하도록 하고 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 및 의미 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 버너화염신호 수신부
200: 제1 광센서장치
300: 제2 광센서장치
400: 메인제어장치

Claims

버너 화염의 복사 파장 신호를 수집하는 화염 수집부;
상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 전달 받아 상기 버너 화염의 복사 파장 신호에 포함된 각기 다른 파장(wavelength) 중 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호를 포함하는 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)를 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하는 제1 광센서장치; 및
상기 제1 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산함으로써 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 메인제어장치(400); 를 포함하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
버너 화염의 영상을 수집하는 화염 수집부;
상기 화염 수집부를 통해 버너 화염의 영상을 전달받아 상기 버너 화염의 영상에 대한 디지털 영상 신호를 생성하는 CCD 카메라 모듈을 포함하고, 상기 CCD 카메라 모듈에서 생성된 디지털 영상 신호로부터 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호로 이루어진 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)를 상기 버너 화염 영상을 구성하는 각 픽셀에 대한 다중픽셀 신호로 검출하고, 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 포함하는 버너 화염신호를 산출하는 제2 광센서장치; 및
상기 제2 광센서장치에서 산출된 버너 화염신호를 전송받고, 상기 화염의 세기 신호 신호를 기 프로그래밍된 알고리즘에 따라 연산하여 상기 버너 화염의 색 온도를 산출하고, 상기 산출된 색 온도 값에 따라 버너 화염의 온도를 산출하며, 상기 산출된 버너 화염의 온도가 표시되는 디스플레이부를 포함하는 메인제어장치; 를 포함하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 광센서장치(200)는,
상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210);
상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 상기 디지털 4칼라 신호를 전송받는 제1 마이크로 프로세서; 및
램프인 제1 표시장치를 포함하고,
상기 제1 마이크로 프로세서는 상기 화염신호 디지털 처리부에서 전송 받은 디지털 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR) 중에서 블루(B, Blue) 신호를 선택하고 상기 블루(B, Blue) 신호 중에서 교류(AC) 성분을 추출하여 임의의 기준 값 이상이면 하이(High, 1)이고 미만이면 로우(Low, 0)의 2 진 디지털 신호를 발생시켜 트랜지스터(TR10)가 자동으로 ON(켜짐) 및 OFF(꺼짐)되도록 함으로써, 상기 제1 표시장치(LED12)가 상기 하이 신호가 발생된 경우 점등되고 로우 신호가 발생된 경우 소등되도록 제어하여, 상기 제1 표시장치의 점등과 소등이 기 설정된 일정 시간 동안 기 설정된 적정 횟수 이상 반복된 경우를 버너 화염 검출의 최적 상태로 판단되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 화염 수집부는,
광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체를 포함하고, 상기 광학렌즈 또는 광파이버(Optical Fiber) 조립체를 통해 상기 수집된 버너 화염의 복사 파장 신호를 상기 제1 광센서장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 광센서장치는,
상기 검출된 4 칼라 신호 각각을 디지털 신호로 변환하여 디지털 4 칼라 신호를 산출하는 화염신호 디지털 처리부(210);
상기 화염신호 디지털 처리부에서 산출된 디지털 4 칼라 신호를 전송받고, 상기 디지털 4 칼라 신호에 포함된 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR, near_infrared ray) 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 검출하여 상기 버너 화염신호를 산출하는 제1 마이크로 프로세서(250); 및
상기 제1 마이크로 프로세서에서 산출된 버너 화염신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제1 광통신부(260); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 광센서장치는,
상기 버너 화염신호를 광신호로 변환하는 광신호 변화장치를 더 포함하고, 상기 변환된 버너 화염신호의 광신호를 상기 메인제어장치로 전송하는 광통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 메인제어장치는,
상기 4 칼라(Color) 신호(R, G, B, NIR)에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값(IH)과 하한값(IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값(FH)과 하한값(FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도가 기 설정된 버너 화염의 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판단하며,
상기 버너의 비정상 상태로 판단되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green), 블루(B, Blue) 및 근적외선(NIR) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호, 화염주파수 신호 및 상기 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 판단 신호인 버너 점소화 상태 신호를 포함하는 버너 화염 분석신호 및 상기 버너의 작동상태가 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에 표시되도록 하여 상기 버너 동작에 대한 모니터링 기능이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 화염 수집부는,
광학렌즈 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 포함하고, 상기 광학렌즈 또는 이미지파이버(Image Fiber) 조립체를 통해 상기 수집된 버너 화염의 영상 신호를 상기 CCD 카메라 모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제2 광센서장치는,
상기 버너 화염신호를 광신호로 변환하는 광신호 변화장치를 더 포함하고, 상기 변환된 버너 화염신호의 광신호를 상기 메인제어장치로 전송하는 광통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제2 광센서장치는,
상기 전송된 버너 화염 영상을 복수 개의 구역으로 분할하고 각 구역 별로 상기 다중 픽셀신호에 대한 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 신호 각각에 대해 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 상기 각 구역별 화염주파수 신호를 산출하는 제2 마이크로 프로세서(350); 및
상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 광 신호로 변환하여 상기 메인제어장치로 전송하는 제2 광통신부(360); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제2 광센서장치(200)는,
램프인 제2 표시장치를 포함하고,
상기 제2 마이크로 프로세서는 CCD모듈(310)에서 생성된 디지털 영상신호를 전송받아 상기 복수 개의 영역들 중 가장 큰 블루(B, Blue) 신호 값을 갖는 구역을 선택하고, 상기 블루(B, Blue) 신호에 포함된 AC(교류) 성분을 추출하여 임의의 기준 값 이상이면 하이(High, 1)이고 미만이면 로우(Low, 0)의 2 진 디지털 신호를 발생시켜 트랜지스터(TR11)가 자동으로 ON(켜짐) 및 OFF(꺼짐)되도록 함으로써, 상기 제2 표시장치(LED12)가 상기 하이 신호가 발생된 경우 점등되고 로우 신호가 발생된 경우 소등되도록 제어하여, 상기 제2 표시장치의 점등과 소등이 기 설정된 일정 시간 동안 기 설정된 적정 횟수 이상 반복된 경우를 버너 화염 검출의 최적 상태로 판단되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너화염 모니터링 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 메인제어장치는,
상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 전송받고, 상기 복수 개의 구역 중, 상기 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호가 각각 기 설정된 범위 이내에 포함되는 구역을 추출하고, 상기 추출된 구역 중 가장 높은 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제1 기준 구역으로 설정하고,
상기 설정된 제1 기준 구역의 화염의 세기와 화염주파수 값이 기 설정된 점화 상태 조건을 만족하는 경우에만 상기 버너의 점화 상태로 판단하고, 상기 점화 상태 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 버너의 소화 상태로 판단하며, 상기 판단된 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 정보를 상기 디스플레이부에 표시하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 메인제어장치는,
상기 제2 마이크로 프로세서에서 산출된 각 구역별 화염의 세기 신호와 각 구역별 화염주파수 신호를 전송받고, 상기 복수 개의 구역 중, 상기 블루(B, Blue) 신호만에 대해 가장 큰 화염의 세기 신호와 화염주파수 신호를 갖는 구역을 제2 기준 구역으로 설정하고,
상기 설정된 제2 기준 구역의 상기 블루(B, Blue) 신호만에 대한 화염의 세기와 화염주파수 값이 기 설정된 점화 상태 조건을 만족하는 경우에만 상기 버너의 점화 상태로 판단하고, 상기 점화 상태 조건을 만족하지 못하는 경우에는 상기 버너의 소화 상태로 판단하며, 상기 판단된 버너의 점화 또는 소화 상태에 대한 정보를 상기 디스플레이부에 표시하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 메인제어장치는,
상기 3 칼라(Color) 신호(R, G, B)에 대한 화염세기 신호와 화염주파수 신호가 기 설정된 화염 세기의 상한값과 하한값(IH, IL) 그리고 기 설정된 화염주파수의 상한값과 하한값(FH, FL) 사이에 각각 존재하거나 상기 산출된 버너 화염의 온도가 기 설정된 버너 화염의 온도의 상한값(TH)과 하한값(TL) 사이에 존재할 경우에만 상기 버너가 점화된 것으로 판별하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 버너의 비 정상 상태로 판단하며,
상기 버너의 비정상 상태로 판단되는 경우, 상기 버너의 비정상 상태에 대한 알람이 상기 디스플레이부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 메인제어장치는 상기 레드(R, Red), 그린(G, Green) 및 블루(B, Blue) 파장 신호 각각에 대한 화염의 세기 신호와 화염주파수, 상기 버너의 점화 또는 소화 상태 판별 신호를 포함하는 버너 화염 분석신호 및 상기 버너의 작동상태가 중앙제어실의 산업용 컴퓨터 디스플레이부에 표시되도록 하여 상기 버너 동작에 대한 모니터링 기능이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 버너에 공급되는 공기의 양을 조절하는 공기밸브를 더 포함하고,
상기 메인제어장치는,
상기 블루 파장 신호가 기 설정된 블루 적정 값 이상이면 완전 연소 상태로 판별하여 상기 공기밸브를 현재 상태로 유지되도록 하되,
상기 레드 파장 신호가 기 설정된 레드 적정 값 이상이면 불완전 연소 상태로 판별하고,
상기 레드 파장 신호가 상기 레드 적정 값 미만을 갖도록 그리고 상기 블루 파장 신호가 상기 블루 적정 값 이상을 갖도록 상기 공기밸브에서 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 컬러센서를 적용한 버너 화염 모니터링 시스템.