KR20180133327A - 화염 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화염 센서의 적절한 교환 시기를 아는 것을 목적으로 한다.
화염 센서(1)에 인가한 구동 펄스 PM의 펄스수 N과, 이 구동 펄스 PM을 받아 화염 센서(1)가 방전되었다고 판정된 방전 횟수 n으로부터, 화염 센서(1)의 현재의 방전 확률 P(P=n/N)를 산출한다(방전 확률 산출부(202)). 이 산출된 화염 센서(1)의 현재의 방전 확률 P에 기초하여 화염 센서(1)의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표(열화 진도 α, 잔여 수명 Tx)를 산출한다(열화 지표 산출부(22)).

Description

화염 검출 시스템{FLAME DETECTING SYSTEM}
본 발명은 화염의 유무를 검출하는 화염 검출 시스템에 관한 것이다.
종래부터, 연소로 등에 있어서 화염으로부터 방출되는 자외선에 기초하여 화염의 유무를 검출하는 것에 이용되는 전자관이 알려져 있다. 이 전자관은, 소정의 가스를 충전 밀봉한 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기의 양단부를 관통하는 2개의 전극 지지핀과, 이 전극 지지핀에 의해 밀폐 용기 내에서 서로 평행하게 지지되는 2장의 전극(한 쌍의 전극)을 구비하는 것이다.
이러한 전자관에서는, 전극 지지핀을 통해 전극 사이에 소정의 전압을 인가한 상태에서, 화염에 대향 배치된 한쪽 전극에 자외선이 조사되면, 광전 효과에 의해 그 전극으로부터 전자가 방출되고, 그 전자가 차례 차례로 여기되어 다른 쪽 전극과의 사이에서 전자 사태(electron avalanche)를 형성한다. 이 때문에, 전극 사이의 임피던스 변화, 전극 사이의 전압 변화, 전극 사이에 흐르는 전류의 변화 등을 계측함으로써, 화염의 유무를 검출할 수 있다. 그래서, 화염의 유무를 검출하기 위한 여러 가지 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2011-141290호 공보 일본 특허 공개 제2013-210284호 공보
이러한 화염 검출 시스템은, 고온로 내의 화염 유무의 검출에 이용되는 경우가 종종 있어, 전술한 전자관은 화염으로부터 발생하는 광을 검출하는 화염 센서로서 이용된다.
그러나, 이러한 현장에 있어서, 화염 센서가 열화하여, 고온로의 운전 중에 화염의 유무를 정확하게 검출할 수 없게 되면, 예측할 수 없는 사태가 발생할지도 모른다. 이 때문에, 종래에 있어서는, 운용 개시로부터 수년에 걸쳐 화염 센서를 교환하는 등, 일률적인 수명 관리와, 정기적인 점검 등의 운용상의 관리로 때우고 있다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 화염 센서의 적절한 교환 시기를 알 수 있는 화염 검출 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 한 쌍의 전극을 가지며, 화염으로부터 발생하는 광을 검출하도록 구성된 화염 센서(1)와, 펄스형의 전압을 주기적으로 생성하여 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 구동 펄스로서 인가하도록 구성된 인가 전압 생성부(12)와, 화염 센서에 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부(15)와, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가 전압 생성부에 의해 생성된 구동 펄스를 인가했을 때에 전류 검출부에 의해 검출된 전류로부터 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에서 방전이 발생했다고 판정되는 방전 횟수를 계수하도록 구성된 방전 횟수 계수부(201)와, 인가 전압 생성부에 의해 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가된 구동 펄스의 펄스수와, 이 구동 펄스를 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가했을 때에 방전 횟수 계수부에 의해 계수된 방전 횟수에 기초하여, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 현재의 방전 확률을 산출하도록 구성된 방전 확률 산출부(202)와, 방전 확률 산출부에 의해 산출된 현재의 방전 확률에 기초하여 화염 센서의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표를 산출하도록 구성된 열화 지표 산출부(22)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에는, 펄스형의 전압이 구동 펄스로서 주기적으로 인가된다. 방전 확률 산출부는, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가된 구동 펄스의 펄스수(N)와, 이 구동 펄스를 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가했을 때에 방전이 발생했다고 판정된 방전 횟수(n)에 기초하여, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 현재의 방전 확률(P=n/N)을 산출한다.
화염 센서의 열화는 주로, 운용에 따라 전자를 방출하는 전극면이 거칠어져, 전자를 방출하기 어려워지게 되는 것이 원인이라고 여겨진다. 본 발명에 있어서, 화염 센서의 방전 확률은, 화염 센서의 열화가 진행함에 따라 저하되어 간다. 그래서, 본 발명에서는, 방전 확률 산출부에 의해 산출된 현재의 방전 확률에 기초하여, 화염 센서의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표를 산출하도록 한다. 예컨대, 열화 지표로서, 화염 센서의 열화 진도를 산출하거나, 화염 센서의 잔여 수명을 산출하거나 한다.
또한, 상기 설명에서는, 일례로서, 발명의 구성 요소에 대응하는 도면 상의 구성 요소를, 괄호를 붙인 참조 부호에 의해 나타내고 있다.
이상 설명함으로써, 본 발명에 따르면, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가된 구동 펄스의 펄스수와, 이 구동 펄스를 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에 인가했을 때에 방전이 발생했다고 판정된 방전 횟수에 기초하여, 화염 센서의 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 현재의 방전 확률을 산출하도록 하고, 이 산출된 현재의 방전 확률에 기초하여 화염 센서의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표를 산출하도록 하였기 때문에, 화염 센서의 열화 진도를 산출하거나, 화염 센서의 잔여 수명을 산출하거나 하여, 화염 센서의 적절한 교환 시기를 알 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 화염 검출 시스템의 주요부를 나타낸 도면이다.
도 2는 이 화염 검출 시스템에 있어서의 화염 센서에 인가되는 구동 펄스 PM, 전류 검출 회로에 있어서 검출되는 검출 전압 Vpv 및 화염의 유무를 나타낸 파형도이다.
도 3은 화염 센서의 방전 확률이 시간 경과에 따라 저하되어 가는 양태를 나타낸 도면이다.
도 4는 이 화염 검출 시스템에 있어서 화염 유무의 검출 및 열화 지표의 표시가 행해질 때까지의 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 화염 검출 시스템(100)의 주요부를 나타낸 도면이다. 이 화염 검출 시스템(100)은, 화염 센서(1)와, 외부 전원(2)과, 화염 센서(1) 및 외부 전원(2)이 접속된 연산 장치(3)를 구비하고 있다.
화염 센서(1)는, 도시하고 있지는 않지만, 양단부가 막힌 원통형의 외위기(外圍器)와, 이 외위기의 양단부를 관통하는 2개의 전극 핀과, 외위기 내부에서 전극 핀에 의해 서로 평행하게 지지된 2장의 전극(한 쌍의 전극)을 구비한 전자관으로 구성되어 있다.
이러한 전자관은, 한쪽 전극이 버너 등의 화염(300)을 발생시키는 장치에 대향하도록 배치되어 있다. 이에 따라, 전극 사이에 소정의 전압이 인가된 상태에서 자외선이 한쪽 전극에 조사되면, 광전 효과에 의해 그 전극으로부터 전자가 방출되고, 그 전자가 차례 차례로 여기되어 다른 쪽 전극과의 사이에서 전자 사태를 형성한다. 이에 따라, 전극 사이의 전압, 전류, 임피던스가 변화하게 된다.
외부 전원(2)은, 예컨대, 100 [V] 또는 200 [V]의 전압값을 갖는 교류의 상용 전원으로 이루어진다.
연산 장치(3)는, 외부 전원(2)에 접속된 전원 회로(11)와, 이 전원 회로(11)에 접속된 인가 전압 생성 회로(12) 및 트리거 회로(13)와, 화염 센서(1)의 하류측 단자(1b)와 접지 라인(GND) 사이에 직렬로 접속된 저항 R1과 R2로 이루어진 분압 저항(14)과, 이 분압 저항(14)의 저항 R1과 R2의 접속점(Pa)에 생기는 전압(참조 전압) Va를 화염 센서(1)에 흐르는 전류 I로서 검출하는 전류 검출 회로(15)와, 인가 전압 생성 회로(12), 트리거 회로(13) 및 전류 검출 회로(15)가 접속된 처리 회로(16)를 구비하고 있다.
전원 회로(11)는, 외부 전원(2)으로부터 입력되는 교류 전력을, 인가 전압 생성 회로(12) 및 트리거 회로(13)에 공급한다. 또한, 연산 장치(3)의 구동용 전력은, 전원 회로(11)로부터 취득된다(단, 교류/직류에 상관없이 별도의 전원으로부터 구동용 전력을 취득하도록 구성할 수도 있음).
인가 전압 생성 회로(12)는, 전원 회로(11)에 의해 인가되는 교류 전압을 소정의 값까지 승압시켜 화염 센서(1)에 인가한다. 본 실시형태에서는, 처리 회로(16)로부터의 직사각형 펄스 PS와 동기한 200 [V]의 펄스형 전압(화염 센서(1)의 방전 개시 전압 VST 이상의 전압)을 구동 펄스 PM으로서 생성하고, 이 생성된 구동 펄스 PM을 화염 센서(1)에 인가한다. 도 2의 (a)에, 화염 센서(1)에 인가되는 구동 펄스 PM을 나타낸다. 이 구동 펄스 PM은, 처리 회로(16)로부터의 직사각형 펄스 PS와 동기하고 있고, 그 펄스폭 T는 직사각형 펄스 PS의 펄스폭과 같다. 처리 회로(16)로부터의 직사각형 펄스 PS에 대해서는 후술한다.
트리거 회로(13)는, 전원 회로(11)에 의해 인가되는 교류 전압의 소정의 값 점을 검출하고, 이 검출 결과를 처리 회로(16)에 입력한다. 본 실시형태에 있어서, 트리거 회로(13)는, 전압값이 최소가 되는 최소값 점을 소정의 값 점(트리거 시점)으로서 검출한다. 이와 같이 교류 전압에 대해서 소정의 값 점을 검출함으로써, 그 교류 전압의 1주기를 검출하는 것이 가능해진다.
분압 저항(14)은, 저항 R1과 R2의 분압 전압으로서 참조 전압 Va를 생성하여, 전류 검출 회로(15)에 입력한다. 여기서, 화염 센서(1)의 상류측 단자(1a)에 인가되는 구동 펄스 PM의 전압값은, 전술한 바와 같이 200 [V]라는 고전압으로 되어 있기 때문에, 화염 센서(1)의 전극 사이에 전류가 흘렀을 때에 그 하류측의 단자(1b)에 생기는 전압을 그대로 전류 검출 회로(15)에 입력하면 전류 검출 회로(15)에 큰 부하가 걸리게 된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 분압 저항(14)에 의해 전압값이 낮은 참조 전압 Va를 생성하고, 이것을 전류 검출 회로(15)에 입력하도록 하고 있다.
전류 검출 회로(15)는, 분압 저항(14)으로부터 입력되는 참조 전압 Va를 화염 센서(1)에 흐르는 전류 I로서 검출하고, 이 검출된 참조 전압 Va를 검출 전압 Vpv로서 처리 회로(16)에 입력한다.
처리 회로(16)는, 직사각형 펄스 생성부(17)와, A/D 변환부(18)와, 감도 피라미터 기억부(19)와, 수광량 산출 처리부(20)와, 판정부(21)와, 열화 지표 산출부(22)와, 열화 지표 표시부(23)를 구비하고 있다.
직사각형 펄스 생성부(17)는, 트리거 회로(13)가 트리거 시점을 검출할 때마다, 즉 전원 회로(11)로부터 트리거 회로(13)에 인가되는 교류 전압의 1주기마다, 펄스폭 T의 직사각형 펄스 PS를 생성한다. 이 직사각형 펄스 생성부(17)가 생성하는 직사각형 펄스 PS가 인가 전압 생성 회로(12)로 보내진다.
A/D 변환부(18)는, 전류 검출 회로(15)로부터의 검출 전압 Vpv를 A/D 변환하여, 수광량 산출 처리부(20)로 보낸다. 감도 파라미터 기억부(19)에는, 화염 센서(1)가 갖는 기지의 감도 파라미터로서, 후술하는 기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0이 기억되어 있다.
수광량 산출 처리부(20) 및 열화 지표 산출부(22)는, 프로세서나 기억 장치로 이루어진 하드웨어와, 이들 하드웨어와 협동하여 각종 기능을 실현시키는 프로그램에 의해 실현되고, 수광량 산출 처리부(20)는, 방전 판정부(201)와 방전 확률 산출부(202)와 수광량 산출부(203)를 구비하고 있으며, 열화 지표 산출부(22)는, 방전 확률 초기값 기억부(221)와 방전 확률 허용 한계값 기억부(222)와 열화 진도 산출부(223)와 잔여 수명 산출부(224)를 구비하고 있다.
[수광량 산출 처리부]
수광량 산출 처리부(20)에 있어서, 방전 판정부(201)는, 화염 센서(1)에 구동 펄스 PM이 인가될 때마다(직사각형 펄스 PS가 생성될 때마다), A/D 변환부(18)로부터 입력되는 검출 전압 Vpv와 미리 정해져 있는 임계값 전압 Vth를 비교하고(도 2의 (b) 참조), 검출 전압 Vpv가 임계값 전압 Vth를 초과했을 경우에 화염 센서(1)가 방전되었다고 판정한다.
방전 확률 산출부(202)는, 화염 센서(1)에 인가된 구동 펄스 PM의 펄스수가 N에 도달할 때마다(직사각형 펄스 PS의 펄스수가 N에 도달할 때마다), 방전 판정부(201)에 있어서 방전되었다고 판정된 방전 횟수 n을 취득하고, 이 취득된 방전 횟수 n과 화염 센서(1)에 인가한 구동 펄스 PM의 펄스수 N으로부터 화염 센서(1)의 방전 확률 P(P=n/N)를 구한다.
수광량 산출부(203)는, 감도 파라미터 기억부(19)에 기억되어 있는 기지의 감도 파라미터(기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0)와, 화염 센서(1)에 인가한 구동 펄스 PM의 펄스폭 T(직사각형 펄스 PS의 펄스폭 T)와, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 방전 확률 P(P=n/N)로부터, 후술하는 (7)식을 이용하여, 화염 센서(1)가 받은 광의 단위 시간당 수광량 Q를 구한다.
또한, 이 (7)식을 이용한 수광량 Q의 산출은, 방전 확률 P가 0<P<1이었을 경우에 행하며, 방전 확률 P가 0일 경우에는 수광량 Q를 0으로 하고, 방전 확률 P가 1일 경우에는 대상외로 한다.
수광량 산출부(203)에서 구해진 수광량 Q는 판정부(21)로 보내진다. 판정부(21)는, 수광량 산출부(203)로부터의 수광량 Q와 미리 정해져 있는 임계값 Qth를 비교하고, 수광량 Q가 임계값 Qth를 초과했을 경우에 화염 있음으로 판정한다.
[감도 파라미터에 대해서]
화염 센서(1)에 광자가 1개 충돌했을 때에 방전될 확률을 P1로 하고, 광자가 2개 충돌했을 때에 방전될 확률을 P2로 한다. P2는 1번째 광자라도 2번째 광자라도 방전되지 않을 확률의 반대가 되기 때문에, P1과 P2의 관계는 하기 (1)식과 같이 표현된다.
Figure pat00001
일반적으로, n개의 광자가 닿았을 때에 방전될 확률과 m개의 광자가 닿았을 때에 방전될 확률을, 각각 Pn, Pm으로 하면, 상기한 (1)식과 마찬가지로 하기의 (2)식과 (3)식이 성립된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
(2)식과 (3)식으로부터, Pn과 Pm의 관계로서, 하기의 (4), (5)식을 유도할 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
방전에 기여하는 광자수는, 화염 센서(1)의 전극에 단위 시간당 도래하는 광자수(단위 시간당의 수광량) Q와, 방전 개시 전압 VST 이상의 전압을 화염 센서(1)에 인가하는 시간 T(펄스폭 T)와의 곱에 의해 결정된다. 이 경우, 기준 수광량 Q0과 기준 펄스폭 T0을 정하고, 이때의 방전 확률을 P0으로 정의하면, 광량 Q, 펄스폭 T와, 그 때의 방전 확률 P는, 하기의 (6)식이 된다.
Figure pat00006
이 (6)식으로부터, 화염 센서(1)가 받은 광의 단위 시간당 수광량 Q는, 하기 (7)식을 이용하여 구할 수 있게 된다.
Figure pat00007
이 (7)식에 있어서, 펄스폭 T는 화염 센서(1)에 인가하는 구동 펄스 PM의 펄스폭(직사각형 펄스 PS의 펄스폭)이라서 기지이기 때문에, 기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0이 기지인 것으로 하면, 미지수는 측정중인 수광량 Q와 방전 확률 P뿐이다.
그래서, 본 실시형태에서는, 화염 센서(1)에 구동 펄스 PM을 N개 인가하여, 이 N개의 구동 펄스 PM의 각각에 대하여 화염 센서(1)가 방전되었는지 여부를 판정하도록 하고, 화염 센서(1)에 인가한 구동 펄스 PM의 펄스수 N과 이 구동 펄스 PM을 받아 화염 센서(1)가 방전된 횟수(방전되었다고 판정된 방전 횟수) n으로부터 방전 확률 P를 P=n/N으로서 구하여, 이 구해진 방전 확률 P와 기지의 기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0과 펄스폭 T를 (7)식에 대입함으로써, 화염 센서(1)가 받은 광의 단위 시간당 수광량 Q를 구하도록 한다.
여기서, 기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0에 대해서는, 예컨대 출하 검사시에 측정해 두는 것으로 한다. 그리고, 이 측정된 기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0을 화염 센서(1)의 기지의 감도 파라미터로 하여, 감도 파라미터 기억부(19)에 기억시켜 두는 것으로 한다.
[열화 지표 산출부]
열화 지표 산출부(22)에 있어서, 방전 확률 초기값 기억부(221)에는 화염 센서(1)의 방전 확률의 초기값 PST가 기억되어 있고, 방전 확률 허용 한계값 기억부(222)에는 화염 센서(1)의 방전 확률의 허용 한계값 Y가 기억되어 있다. 화염 센서(1)의 열화는 주로, 운용에 따라 전자를 방출하는 전극면이 거칠어져, 전자를 방출하기 어려워지게 되는 것이 원인이 된다. 이 경우, 화염 센서(1)의 방전 확률 P는, 화염 센서(1)의 열화가 진행함에 따라 저하되어 간다(도 3 참조).
본 실시형태에서는, 이 화염 센서(1)의 운용 개시시의 방전 확률 P를 방전 확률의 초기값 PST로서 방전 확률 초기값 기억부(221)에 기억시켜 두고, 화염 센서(1)가 수명을 다한 것으로 예상될 때의 방전 확률 P를 방전 확률의 허용 한계값 Y로서 방전 확률 허용 한계값 기억부(222)에 기억시켜 둔다.
열화 지표 산출부(22)에 있어서, 열화 진도 산출부(223)는, 방전 확률 초기값 기억부(221)에 기억되어 있는 방전 확률의 초기값 PST와, 방전 확률 허용 한계값 기억부(222)에 기억되어 있는 방전 확률의 허용 한계값 Y와, 방전 확률 산출부(202)에 의해 산출된 현재의 방전 확률 P(PR)를 하기 (8)식에 대입하여, 화염 센서(1)의 열화 진도 α를 산출한다.
α=(PR-Y)/(PST-Y) … (8)
열화 지표 산출부(22)에 있어서, 잔여 수명 산출부(224)는, 열화 진도 산출부(223)에 의해 산출된 화염 센서(1)의 열화 진도 α와, 화염 센서(1)의 운용 개시시로부터의 경과 시간 Tα를 하기 (9)식에 대입하여, 화염 센서(1)의 잔여 수명 Tx를 산출한다.
Tx=(α·Tα)/(1-α) … (9)
열화 진도 산출부(223)에서 구해진 화염 센서(1)의 열화 진도 α 및 잔여 수명 산출부(224)에서 구해진 화염 센서(1)의 잔여 수명 Tx는 열화 지표 표시부(23)로 보내진다. 열화 지표 표시부(23)는, 열화 진도 산출부(223)로부터 보내져 오는 열화 진도 α를 제1 열화 지표로서, 잔여 수명 산출부(224)로부터 보내져 오는 잔여 수명 Tx를 제2 열화 지표로서 화면에 표시한다.
이와 같이 하여, 본 실시형태에서는, 화염 센서(1)의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표로서 화염 센서(1)의 열화 진도 α나 잔여 수명 Tx가 표시되기 때문에, 화염 센서(1)의 적절한 교환 시기를 알 수 있게 된다. 이 경우, 도 3에 도시된 방전 확률 P와 경과 시간 t의 관계를 나타내는 그래프와 함께 열화 진도 α나 잔여 수명 Tx를 표시하도록 하면, 오퍼레이터의 이해도가 더욱 깊어진다.
[화염 유무의 검출 및 열화 지표의 표시]
이 화염 검출 시스템(100)에 있어서, 전술한 화염 유무의 검출 및 열화 지표의 표시가 행해질 때까지의 처리 과정을, 도 4에 도시된 흐름도를 이용하여 설명한다.
트리거 회로(13)가 트리거 시점을 검출하면, 직사각형 펄스 생성부(17)가 직사각형 펄스 PS를 생성하고, 이 생성된 직사각형 펄스 PS를 인가 전압 생성 회로(12)로 보낸다. 이에 따라, 직사각형 펄스 PS와 동일한 펄스폭 T의 구동 펄스 PM을 인가 전압 생성 회로(12)가 생성하고, 이 생성된 펄스폭 T의 구동 펄스 PM이 화염 센서(1)에 인가된다(단계 S101).
화염 센서(1)에 구동 펄스 PM(방전 개시 전압 VST 이상의 전압)이 인가되고, 화염 센서(1)의 전극 사이에 전류 I가 흐르면, 이 화염 센서(1)의 전극 사이에 흐른 전류 I가 전류 검출 회로(15)에서 검출 전압 Vpv로서 검출되어, A/D 변환부(18)를 통해 방전 판정부(201)로 보내진다.
방전 판정부(201)는, 이 전류 검출 회로(15)로부터의 검출 전압 Vpv와 미리 정해져 있는 한계값 전압 Vth를 비교하고, 검출 전압 Vpv가 한계값 전압 Vth를 초과한 경우에 화염 센서(1)가 방전되었다고 판정한다. 방전 판정부(201)는, 화염 센서(1)가 방전되었다고 판정하면, 이것을 1회로 하여 방전 횟수 n을 카운트한다(단계 S102).
이 단계 S101에서의 구동 펄스 PM의 화염 센서(1)에의 인가, 단계 S102에서의 화염 센서(1)의 방전 횟수 n의 카운트는, 구동 펄스 PM의 화염 센서(1)에의 인가 횟수가 미리 정해진 횟수 N에 도달할 때까지 반복된다.
그리고, 화염 센서(1)에의 구동 펄스 PM의 인가 횟수가 N에 도달하면(단계 S103의 YES), 방전 확률 산출부(202)는, 방전 판정부(201)에서 카운트된 방전 횟수 n을 취득하고, 이 취득된 방전 횟수 n과 화염 센서(1)에 인가한 구동 펄스 PM의 인가 횟수 N으로부터 화염 센서(1)의 방전 확률 P(P=n/N)를 산출한다(단계 S104).
이 방전 확률 산출부(202)에서 산출된 방전 확률 P는 수광량 산출부(203)로 보내진다. 수광량 산출부(203)는, 방전 확률 P가 0<P<1인지 여부를 확인하고, 방전 확률 P가 0<P<1인 경우(단계 S105의 YES), 전술한 (7)식을 이용하여 수광량 Q를 산출한다(단계 S106).
즉, 감도 파라미터 기억부(19)에 기억되어 있는 기지의 감도 파라미터(기준 수광량 Q0, 기준 펄스폭 T0, 기준 방전 확률 P0)와, 화염 센서(1)에 인가한 구동 펄스 PM의 펄스폭 T와, 방전 확률 산출부(202)에 의해 연산된 방전 확률 P(P=n/N)로부터, 화염 센서(1)가 받은 광의 단위 시간당 수광량 Q를 구한다.
이와 반대로, 방전 확률 P가 0<P<1이 아닌 경우(단계 S105의 NO), 즉 방전 확률 P가 0 혹은 1인 경우, 수광량 산출부(203)는 수광량 예외 처리를 행한다(단계 S107). 이 수광량 예외 처리에서는, 방전 확률 P가 0인 경우에는 수광량 Q를 0으로 하고, 방전 확률 P가 1인 경우에는 대상외로 한다.
이 수광량 산출부(203)에서 구해진 수광량 Q는 판정부(21)로 보내진다. 판정부(21)는, 수광량 산출부(203)로부터의 수광량 Q와 미리 정해져 있는 임계값 Qth를 비교하고, 수광량 Q가 임계값 Qth를 초과한 경우에(단계 S108의 YES), 화염 있음으로 판정한다(단계 S109). 수광량 Q가 임계값 Qth를 초과하지 않은 경우에는(단계 S108의 NO), 화염 없음으로 판정한다(단계 S110).
또한, 방전 확률 산출부(202)에서 산출된 현재의 방전 확률 P(PR)는 열화 진도 산출부(223)로 보내진다. 열화 진도 산출부(223)는, 방전 확률의 초기값 PST와 방전 확률의 허용 한계값 Y와 현재의 방전 확률 PR로부터, 화염 센서(1)의 열화 진도 α를 산출한다(단계 S111). 이 열화 진도 산출부(223)에서 산출된 열화 진도 α는 잔여 수명 산출부(224)로 보내진다. 잔여 수명 산출부(224)는, 화염 센서(1)의 열화 진도 α와 화염 센서(1)의 운용 개시시로부터의 경과 시간 Tα로부터, 화염 센서(1)의 잔여 수명 Tx를 산출한다(단계 S112).
열화 진도 산출부(223)에서 구해진 화염 센서(1)의 열화 진도 α 및 잔여 수명 산출부(224)에서 구해진 화염 센서(1)의 잔여 수명 Tx는 열화 지표 표시부(23)로 보내진다. 열화 지표 표시부(23)는, 열화 진도 산출부(223)로부터 보내져 오는 열화 진도 α를 제1 열화 지표로 하고, 잔여 수명 산출부(224)로부터 보내져 오는 잔여 수명 Tx를 제2 열화 지표로 하여 화면에 표시한다(단계 S113).
또한, 전술한 실시형태에서는, 인가 전압 생성 회로(12)가 생성하는 구동 펄스 PM을 직사각형 펄스 생성부(17)가 생성하는 직사각형 펄스 PS로 치환하여, 이 직사각형 펄스 PS의 펄스수 N이나 펄스폭 T를 구동 펄스 PM의 펄스수 N이나 펄스폭 T로서 사용하는 것으로 하였지만, 인가 전압 생성 회로(12)가 생성하는 실제의 구동 펄스 PM의 펄스수 N이나 펄스폭 T를 사용하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 화염 센서(1)의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표로서 열화 진도 α와 잔여 수명 Tx를 구하도록 하였지만, 열화 진도 α만을 구하도록 하여도 좋고, 잔여 수명 Tx만을 구하도록 하여도 좋다. 이 경우, 잔여 수명 Tx는, 열화 진도 α를 구하지 않아도, 하기 (10)식으로부터 구하는 것이 가능하다.
(PR-Y)·Tα/(PST-PR) … (10)
또한, 전술한 실시형태에서는, 화염 센서가 받은 광의 단위 시간당 수광량으로부터 화염의 유무를 검출하는 화염 검출 시스템을 예를 들어 설명하였지만, 다른 방식을 채용하여 화염의 유무를 검출하는 화염 검출 시스템에도 적용할 수 있다.
[실시형태의 확장]
이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러 가지 변경을 할 수도 있다.
예컨대, 화염 센서의 외위부에 셔터 기능을 마련하여 유사 화염을 검출하는 타입의 화염 검출 시스템에 이용할 수도 있다. 그러한 설계 사항적인 변형을 행했다고 해도, 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
예컨대, 상기한 실시형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 외부 전원(2)을 교류의 상용 전원으로 하였지만, 대신에 직류 전원으로 하여도 좋다. 그 경우, 전원 회로(11)는 소정의 전압값의 직류 전압을 인가 전압 생성 회로(12) 및 트리거 회로(13)에 인가하고, 트리거 회로(13)는 인가된 직류 전류를 소정의 주기로 온/오프시킴으로써 직사각형 펄스 생성부(17)에 소정의 직사각형파의 직류 전압을 인가하며, 직사각형 펄스 생성부(17)에서는 그 직사각형파의 직류 전압으로부터 직사각형 펄스 PS를 생성하고, 출력하도록 구성하면 좋다.
또한, 화염 센서에 유효 전극 면적의 개념을 도입하여도 좋다. 그렇게 하면, 유효 전극 면적으로 수광량을 나눔으로써, 화염의 밝기를 산출할 수 있다. 또한, 유효 전극 면적이란 화염 센서의 전극 면적 중 광이 닿는 면적을 의미하기 때문에, 화염 센서에 고유한 파라미터이다.
1 : 화염 센서, 2 : 외부 전원, 3 : 연산 장치, 11 : 전원 회로, 12 : 인가 전압 생성 회로, 13 : 트리거 회로, 14 : 분압 저항, 15 : 전류 검출 회로, 16 : 처리 회로, 17 : 직사각형 펄스 생성부, 18 : A/D 변환부, 19 : 감도 파라미터 기억부, 20 : 수광량 산출 처리부, 21 : 판정부, 22 : 열화 지표 산출부, 23 : 열화 지표 표시부, 100 : 화염 검출 시스템, 201 : 방전 판정부, 202 : 방전 확률 산출부, 203 : 수광량 산출부, 221 : 방전 확률 초기값 기억부, 222 : 방전 확률 허용 한계값 기억부, 223 : 열화 진도 산출부, 224 : 잔여 수명 산출부, 300 : 화염

Claims (5)

  1. 한 쌍의 전극을 가지며, 화염으로부터 발생하는 광을 검출하도록 구성된 화염 센서와,
    펄스형의 전압을 주기적으로 생성하여 상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에 구동 펄스로서 인가하도록 구성된 인가 전압 생성부와,
    상기 화염 센서에 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출부와,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에 상기 인가 전압 생성부에 의해 생성된 상기 구동 펄스를 인가했을 때에 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류로부터 상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 방전이 발생했다고 판정되는 방전 횟수를 계수하도록 구성된 방전 횟수 계수부와,
    상기 인가 전압 생성부에 의해 상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에 인가된 상기 구동 펄스의 펄스수와, 이 구동 펄스를 상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에 인가했을 때에 상기 방전 횟수 계수부에 의해 계수된 방전 횟수에 기초하여, 상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 현재의 방전 확률을 산출하도록 구성된 방전 확률 산출부와,
    상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 현재의 방전 확률에 기초하여 상기 화염 센서의 현재의 열화 상태를 나타내는 열화 지표를 산출하도록 구성된 열화 지표 산출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 화염 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열화 지표 산출부는,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 확률의 초기값을 기억하는 방전 확률 초기값 기억부와,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 확률의 허용 한계값을 기억하는 방전 확률 허용 한계값 기억부와,
    상기 방전 확률 초기값 기억부에 기억되어 있는 상기 방전 확률의 초기값과, 상기 방전 확률 허용 한계값 기억부에 기억되어 있는 상기 방전 확률의 허용 한계값과, 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 현재의 방전 확률에 기초하여, 상기 열화 지표로서 상기 화염 센서의 열화 진도를 산출하도록 구성된 열화 진도 산출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 화염 검출 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열화 지표 산출부는,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 확률의 초기값을 기억하는 방전 확률 초기값 기억부와,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 확률의 허용 한계값을 기억하는 방전 확률 허용 한계값 기억부와,
    상기 방전 확률 초기값 기억부에 기억되어 있는 상기 방전 확률의 초기값과, 상기 방전 확률 허용 한계값 기억부에 기억되어 있는 상기 방전 확률의 허용 한계값과, 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 현재의 방전 확률과, 상기 화염 센서의 운용 개시시로부터의 경과 시간에 기초하여, 상기 열화 지표로서 상기 화염 센서의 잔여 수명을 산출하도록 구성된 잔여 수명 산출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 화염 검출 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열화 지표 산출부는,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 확률의 초기값을 기억하는 방전 확률 초기값 기억부와,
    상기 화염 센서의 상기 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 방전 확률의 허용 한계값을 기억하는 방전 확률 허용 한계값 기억부와,
    상기 방전 확률 초기값 기억부에 기억되어 있는 상기 방전 확률의 초기값과, 상기 방전 확률 허용 한계값 기억부에 기억되어 있는 상기 방전 확률의 허용 한계값과, 상기 방전 확률 산출부에 의해 산출된 현재의 방전 확률에 기초하여, 제1 상기 열화 지표로서 상기 화염 센서의 열화 진도를 산출하도록 구성된 열화 진도 산출부와,
    상기 열화 진도 산출부에 의해 산출된 상기 화염 센서의 열화 진도와, 상기 화염 센서의 운용 개시시로부터의 경과 시간에 기초하여, 제2 상기 열화 지표로서 상기 화염 센서의 잔여 수명을 산출하도록 구성된 잔여 수명 산출부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 화염 검출 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열화 지표 산출부에 의해 산출된 상기 화염 센서의 열화 지표를 표시하도록 구성된 열화 지표 표시부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 화염 검출 시스템.
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