TWI352942B - Fire detecting apparatus - Google Patents

Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是《於-種使用光電二極體等半導體 2作為_錢發㈣可見麵.光魏單元W焰檢測 【先前技術】 檢測煤《燒器（gasb_r)、燃油器（oilb此 ^的火陷來用於其燃燒（點火）控_火焰_裝 頭和制裝置主體，該感測器如裝有檢測火焰 元，該檢測裝置主體經電繞向上 早认供其购電壓，並經上述電驗測上述光 接，早元社鎌·縣鑛有無火 文獻1、2)。 …、，、寻利 另外’燃油器例如圖4所示那樣，在送風機丄的送風 口 =射管）内設置燃料噴嘴2 ’並接近上述燃料噴嘴2 ㈣=口而設置點火電極3。在用於檢測這種燃油器的火 制其燃燒的火焰檢測裝置中的感測器頭“列如被設 置L位於上述簡噴嘴2職方，用於檢_成於該燃 料喷，2的噴嘴π的火焰發出的可見光。另外，作為裝到 感測㈣4中的光接收單元，綠主要制⑽單元。 广圖匕中點火控制時序所示，燃油器的燃燒控制如下： 接受，_雌指令，首歧魏機m然後使點 火變壓器工作而使點火電極3產生火花，在火花穩定的狀 態下打開燃料閥，從而將從上述燃料噴嘴2噴出的燃料點 1352942 著：然後’在由上述火焰檢測裝置檢測到燃料燃燒產生的 火丈63後止上述點火變壓器的工作，從而完成該點火控 制（例如參照專利文獻3)。 專利文獻1:曰本專利早期公開公報的特開平8— 261443號公報 專利文獻2 :曰本專利第3255442號公報。

專利文獻3:曰本專利早期公開公報的特開平6— 288541號公報。 【發明内容】 近年來’由於 r〇HS ( Restricti〇n 〇f Hazardous Substances ;關於危險物質的限制）指示等化學物質限制，

Cd (，一）的使用受到限制。因此，最近嘗試取代以往的

CdS單元’❿制光電二極體科導體光純元件作為火 焰檢測裝置的光接收單元。但是，⑽單元是無極性的， 而Si光电一極體等半導體光接收元件是有極性的，需要相 對於驅動電源將正極、負極正確地。糾，在將半導 體光接收7〇件反接時，該半導體紐收元件的工作不穩 且其輸出㈣本身不確定。目此，可靠地檢測半導 舌一收元件的反接、防止因反接而引發的問題變得尤為 曾I 〇 一 +=光純轉料如下難：對光雜測靈敏度 ;；、，f!;奸強度μ讀㈣性呈雜，在黑暗（無火 ^狀訂其輸出電流極小，僅為數ηΑ左右1此，存 在攻樣的問題.即使正確連接了半導體光減⑽，也會 7 l352942 在f導體光接收元件發生短路故障時由於不能得到火焰檢 測^號而無法判斯出得不到火焰檢測信號的原因是由 於黑暗（無火焰）狀態還是由於發生短路故障。 鑒於上述問題的存在，本發明的目的在於提供一種姓 構簡單的火焰檢測裝置，其採用光電二極體等半導： ==收單元，尤其是能夠可靠地檢測半導體光 接*1兀件的反接、防止因反接引起的 且 導體光接收树的短路故_魏。 m則+ 雕止i了達到上述目的，本發明的火焰檢測裝置具有半導 ^接收讀和檢測裝置主體，該半導妓接收元則 光出=見光’該檢測裝置主體經電繞向上述半導體 導::::驅動，並經上述電驗測由上述半 ==接收元件的反接的第二間值和 牛¥體先接收兀件的短路的第三間值。 增上述 ^ ’作為上述半導體光接收 組具有光電二極體和將該光電二極例如- 的:件。串聯連接後再與驅動二大裔 ，由上述電_連接;的兩端之 k上述第-電阻器和上述 ^件’通 包1且為對t源電壓進行電阻 8

電阻器和上述第二電 分壓來生成上述半導體光接收 上述第一電阻器和上述第二電 判斷有無火焰。 * 麻=此構成的火焰檢測裝置，由於在上述半導體光 ：·接收疋件與上述電遭之間串聯插入防止反接用二極體，因 ^:’即使將轉體光接收元件反接職職置主體（驅動 包源上也月匕夠可罪地保護該半導體光接收元件，還能 • 夠防止半導體光接收元件的不穩定工作。對上述檢測裝置 除了设定用於判斷有無上述火焰的第一閥值之外，還設定 用於判斷上料導體錢收元件的反制帛二闊值和用於 =斷上述半導體光接收元件的短路的第三闕值，通過比較 第一閥值、第二閥值與檢測電壓，能夠分別判斷半導體光 ，收元件的反接狀H、該半導體光接收元件的短路故障狀 悲’因此，能夠取得消除了在未檢測到來自半導體光接收 /〇件的火焰檢測信號的狀態下將其誤判為“無火蹈，，等的效 明如下。 【實施方式】 “為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂’下文特舉較佳f施例’並配合所關式，作詳細說 以下， 裝置。 參照附圖賴本發明—㈣施方式的火焰檢測 、圖1示出實施方式的火培檢測裝置的主要部分的概略 構成。在® 1巾，10是安料為檢測火騎㈣可見光的 9 丄352942 光接收單元料導體光接收元件（例 -

而成的感測器頭，20是經魏30向上體）n 件11提供其驅動電麼、並經上述電、雙％ -光接收7L 元件11的火"檢測信咖斷有無 連接Πϊ:20具有例如串聯連接後再與驅動電源 收开杜1卜的間經電L半導體弁接 =4:，;;上述第，電⑽和ΐ=ΐ 件η的=;=Ve:f响4_光接收元

Vd的作用，並土 I’’二上述電境3Q輪出該驅動電塵 還具有如後述二f 一固定電阻21和第二固定電阻22 (火焰檢上;^賴域以件11的輸出 光接收元件 言之，半導雜 接。並且，半導體mtiff=定電阻22並聯連 輸出火焰檢測信號 又火焰發出的可見光， 固定電阻21、π% 、’〈康/、之相伴的阻抗的變化使上述 檢測上述半導的體連光麼發生變化。 號）的檢測兀11的輸出（火焰檢測信 算機構成，被槿成& 2〇中的火路檢測部23例如由微型計 處所產生的電壓變化=:巧定電阻2卜22的連接點 件U的火焰产、、目，丨&咕j畊疋否存在上述半導體光接收元 双’、。尤其是，該火焰檢測部23被構成 阻 先設定的判斷闕值健Vth與在上述固定電 =接點處產生的料進行錄來制有無火培。 20 f 3檢測的控制物件為燃油器時，在上述檢測裝置 】、點』 分功能來檢測部23的微型電腦所具有的—部 光電基^=讀述，在錢铸體光接收元件、例如幻 切樣’在感測器頭i。上，在Si光電二極體所二： 與=裝有暗電流加法電路12和濾波電路13，並插入了 ’、处S!光電二極體u串聯的防止反接用二極體14。

Si光電二滅u，在此表純是採用在光 h二1體設有其負載電阻山和用於放大其輪出 θ 12 Ub的、所謂複合型光1C的例子。但當然也 粟到=載^lla及放大器115分別作為單體部件而組 11上。上述暗電流加法電路12例如由* 11並聯連接的固定電阻構成。上述淚 波電路13由將電阻13a和電容器13卜以組合而成的f 源低通濾波賴成。該濾波電路13具有使光電二極體^ 的火焰檢測信號延遲而輸出到上述電境30的作用，並且右 防止由於疊加在上述魏3G上的雜訊引起的上述p二 1352942 鋪Γ此的的功能，即具有除去雜訊功能。 單元的半導體光二=】;加f電路12。用作光接收 特性A上回，度快數"秒，並且具有如圖2中 性的輪出雷流特性於其51光強度（亮度）為大致線 火焰）時ι輸出強度較低時，尤其是在黑暗（無 焰發出的可見光而其受光強度增大為J二接受火 差方面』;:;途中’這樣的輸出電流特性在降低測量誤 但疋，上述的輪出電流特性意 的半導體光接收元件（光電二極體）u，的焰）時 30將上述半導體光接收元件（光電 = 成^。在經 在檢測器主體20上的結構的火焰檢測裝^肢）11連接 收元件（光電二極體）U的阻抗較高時、，~ +導體光接 (佈線）容易受到雜訊的影響，會 =3〇的走線 導體光接收元件(光電二極體川的:芯^即:在半 暗狀態），僅由於疊加在電鏡30上的微小^(黑 該電缓30檢測的上述半導體光接收元。^使通過 的輪出發生較大變動。而且，如上所 電二極體）11 收元件（光電二極體）U本身多配 t半導體光接 變壓器（點火電極）32等雜訊發生源==機31或點火 因此，在該火焰檢測裝置中，在半導坪 _ 電二極體）11的跟前連接與該半導體光接收光 12 1352942 極體）11並聯的固定電m，意圖降低在從檢測裝置主 侧經電，變30觀察上述半導體光接收元件（光電二極 時的黑暗狀態下的阻抗，由此使該半導體光接收元件i 電二極體）η難以受到.外來雜訊的影響。具體而言， 】所不，在半導體光接收元件（光電二極體）η的附近圖 對該丰導體光接收元件（光電二極體）u並聯連接 電流加法電路12的固定電阻，在此基礎上，經電變心; 導上體光接收科（光電二極體）11連接到檢測裝置 =來，由於與半導體光接收 η並聯連接的固定電阻，在半導體光接收 = 體）11的阻抗高於該固定電阻的電阻值時，在^電H :半收元件(光電二極體) 動：二。 收元件（光電二極體）並且，隨著半導體光接 件（光電二極體）u的^抗交低’該半導體光接收元 η* , 、輪出電流增加。於是，即使在里暗 流特性Β那樣，剛3。流 光接收元件（光電^可增趣賴如觀察上述半導體 半導體光接收元件一(二）。時的暗電流。如上所述，與 阻’在表觀上起到使該】二 的固定電 二極體）11的阻抗的^用Y曰化丰導體光接收元件（光電 果即使在黑暗時，也能夠將半導體光接收元件 13 入有魏3G，也能夠抑制雜訊的混 件（光L二極轉通過該電境30在對上述半導體光接收元 的誤檢=1的輸出進行檢測時因混入雜訊而發生 法電代t述固定電阻，按如下方式構成暗 電流加 =而:變(光電二極體) 放大哭11“二b 的增m使黑暗時的 體光i收-杜如可相應於半導 兀（光電二極體）11的輸出而改變放大哭lib 屋广’使其電流輪出特性(增益)發生變化；可， 收元件使用微處理器或A/D轉換器將半導體光接 如f (先電—極體）11的輸出進行數位轉換後，經電纜 二極=)其5位信號時’依據上述半導體絲收元件（光電 π版^ 11的輸出來使A/D轉換特性自身可變。 ♦ 一，是，即使如上述那樣通過在半導體光接收 =亟體）1丨的輸出中加上暗電流 ::在卿上也會重叠有外來雜訊。== 由於該外抵抗外來雜訊的能力弱， 命因=摘火麟職置中，在半賴光狀元 二二，…η的附近設置濾波電路U，來避免上述 先接收元件（光電二極體）η㈣經電、€3g所施 14 、防止上述半導體光接收元件（光電-極鱗） 11的鎖疋專誤動作。 电一極體） 導體光接收元件(光電二極13使從半 培檢測信號延遲，由此 所輪出的火 導體光㈣件（輕：等引起半 性與以往的的回應特 火焰的晃動而稍有變動，就會靈敏地==; =。:二==光接 f 可能誤將其檢測為消培。〜*幻的火ώ痛而降低，也 中，:上所述’在該火培檢測裝置 波電路13,r而(光電一極體）11的跟前設置遽 3 <而使快速響應的上述半導體光接 電:極體)丨“職（火焰檢測信號)延遲，由此牛 的回應波形平緩後，輸出賴30。換4々 =ΓΓ，使半導體光接收元件(光電二極體^ 應特性延遲。由上述攄波電路13，除去從上 器等雜訊發生源重疊於上糊3。的火花雜 ^的使上述半導體光接收元件（光電二極體） 地檢在檢測裝置主體2〇側，可不受火焰晃動影響 t 狀況下的半導體光接收元件（光電二極 " 輪出（火焰檢測信號）變化作為遲緩的回應信號， 1352942 因此，可穩定地進行火焰檢測。尤其是將濾波電路13設置 於半導體光接收元件（光電二極體）u的附近，從而能夠 實現防止由雜訊導致半導體光接收元件（光電二極體）n 發生誤動作的功能、並實現該半導體光接收元件（光電二 ；· 極體）Π的回應性的改善。 上述的感測器頭10、即半導體光接收元件（光電二極 體）11和檢測裝置主體20是僅經雙芯電纜30而相連接 • 的。因此，存在將半導體光接收元件（光電二極體）11相 對=檢測裝置主體20反接的可能性。由於以往的CdS單 凡疋無極性的’所以相對於檢測裝置主體2〇的連接極性不 存在問題。但是’若將半導體光接收元件（光電二極體） ^反接，則該半導體光接收元件（光電二極體）η的工作 變得不穩定，而且其輸出信號自身也不確定。 —因此，在該火焰制裝置中，在半導體光接收元件（光 電二極體）11的跟前串聯插入防止反接用的二極體14，並 • 在仏測裝置主體20上設置檢測半導體光接收元件（光電二 極體）11反接的反接檢測功能及檢測該半導體光接收元件 上光電二極體）11短路故障的短路故障檢測功能 。該反接 私測功能和短路故障檢測功能是通過將在上述第一固定電 _與第二固定電阻22的連接點產生的電壓與預先設置 . ，值相比較的功能來實現的，上述閥值與後述的用於判 斷有無火焰的閥值不同。 . ^卩，在該火焰檢縣置巾’通過在半導體光接收元件 (光電二減）丨1與之間串雜人防止反接用的 16 1352942 二極體14，使在反接時來自檢 壓Vd不施加於半導體光接、裒置主體20側的驅動電 而禁止半導體光接收件(光電二觸η，從 不會得到非本意的輸出（火趋自身的工作’ 半導體光接收元件（光電二極、^) 之’在將 光接收元件（光電二極體η 1反接時，將該半導體 總是“無火焰，，的檢測狀態。 '輪出設為T ’從而成為 在該火焰檢測裒置中，座 二極體14相結合，上述穿H那樣設置防止反接用的 焰的功能之外，還設有半導^^體2G除了觸有無火 11的反接檢測魏及短路故障件（光電二極體） 能及短路故障檢測功能中，能。ΐ述反接檢測功 一固定電阻21及第二同—香5所不，當將根據上述第

Vin判斷右 > —疋電阻22的連接點所產生的電壓

Vm判斷有热火焰的闕值賦予為卿時， - =用闕值Vth2賦予高於該閥值施的電 情 ^ ^ mi ；；^： 元件裝置主體2Q上經钱3G未連接半導體光接收 純一 ^一極體）11時，若設在上述第一固定電阻21 疋電阻22的連接點所產生的電麗vdg5v，則 田、’’工电、k 30將半導體光接收元件（光電二極體）η正常 該檢測裝置主體2〇上時，在黑暗（無火焰）的狀態 ^ 上述暗電流加法電路12增加的暗電流部分的電 /爪之上t讀30經由感測器頭10流過’因此，在上述第 17 (光電二極n) u ，上述轉體光接收元件 丟於僅八固定電阻22產生並聯作用，相 i檢測上柄加的暗電流部分的電流，因此導致上 、ln比驅動電壓Vd稍低一些。

因二產件(光電:極體)11檢測到 時，而輸出火焰檢測信號，其阻抗降低 思在上处弟一固定電阻21和上述第二固定電阻U =5=生广電覆％進一步降低。上述判斷有無火 而發ί變化==為可識別檢職Vin因有無該受光 與此不同，在將半導體光接收元件（光電二極體）^ 反接時，由上述防止反接用二極體14切 :件(光電二極體)U供電、進而切斷對感測器頭= '、電，因此’上述暗電流加法電路12不會發揮作用，因此， p:吏在黑暗（無火焰）狀態下，在上述第一固定電阻2ι 和第二JU定電阻22的連接點所產生的電壓心也不會從上 述驅動電；t Vd降低。上述反接檢測關值糧2被設定為 y識別檢測霞Vin时無該反接而發生變化的差異的電 壓值。在反接的狀態下，即使存在火焰，由於半導體光接 收元件（光電二極體）u自身不工作，所以不能得到其輪 出，因此，施加於驅動電壓Vd的檢測電壓vin不會發生 ’交化。因此，通過用上述反接檢測用閥值Vth2判斷這樣的 狀‘癌，可檢測出感測器頭1〇、即半導體光接收元件（光電 1352942 二極體）11的反接β ^將半導體光接收元件（光電二極體）u正常連接在 置主上時，只要該半導體光接收元件（光電二 二JL纟發揮作用，就存在包括上述暗電流加法電路 一 3的内部阻抗，因此，即使半導體光純元件（光電 -^)11輸出最大的火焰檢測信號（電流），在上述第 :·固定電：21和第二固定電阻22的連接點所產生的電壓 極二ΐ是’若半導體光接收元件(光電二 ' χ 2㈣’則無論是否存在暗電流加法電路 ，弟二固定電阻22的兩端之間經防止反接用二極體14 而短路，因此，上述第-固定電阻21及第二固定電阻22 的連接點所產生的電壓Vin—下子降低至Qv。上述短路故 障檢測用閥值Vth3被設定為可識別檢測電壓νώ因有益該 半導體光接收元件（光電二鋪）n的轉輯而發= 化的差異的電壓值。 職-來，純測裝置主體20中，如上述那樣根據在 上述第-固定電阻21和第二固定電阻22的連接點所產生 的電壓Vin來判斷有無火焰，並設置分別判斷半導體光接 收元件（光電二極體）11的反接及短路故障的功能，從而， 既能確認火焰檢測裝置的工作可靠性，又能確實執行^火焰 檢測。因此，能夠可靠性良好地且穩定地執行炽油哭= 燃燒控制。 、〜寻的 而且’本發明不限於上述實施方式。例如對於上、成 第-〜第三閥值vth卜爐' v咖，可以時分別依擄^導 19 1352942 體光接，元件（光電二極體）u的輪出特性、其驅動條件 等而設定。#然也可以將防止反接用的二極體14的插入位 置取為正極電源線。對於適於採用除了 Si以外的其他半導 體光搂收7L件料光触單元的情況仙樣㈣適甩。另 外’在不本發明要關棚内，可對本發明進 變形來加以實施。

雖”、、:本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何m技藝者，在不脫離本發明之精 當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之:護 乾圍田視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 成圖圖1是本發明—個實施方式的火焰檢職置的概略構 受光導體光接收元件(光電二極體)相對於 九強度的輸出電流特性的圖。 圖3是表示火培判斷閥值糧卜反接判斷閥值 且=，值Vth3相對於火焰檢測電壓％的關係的圖。 ΐί不煤氣燃燒器的概略構成與火焰檢測農置的 U森頭，裝部位之間關係的圖。 圖5是表示煤氣燃燒器中點火控制時序 【主要元件符號說明】 送風機 燃料噴嘴 點火電極 20 2 1352942 4:感測器頭 10 :感測器頭 11 :半導體光接收元件（光電二極體） • 11a :負載電阻 _ lib :放大器 ' 12:暗電流加法電路 13 :濾波電路 13a :電阻 13b、13c :電容器 14 :防止反接用二極體 20 :檢測裝置主體 21 :第一固定電阻 22 :第二固定電阻 23 :火焰檢測部 24 :燃燒控制裝置 30 :電纜 • 31 :送風機 32 :點火變壓器 33 :燃料閥 V d :驅動電麼

Vin:第一固定電阻21及第二固定電阻22的連接點所 產生的電壓 - Vthl :判斷有無火焰的閥值 . Vth2 :反接檢測用閥值 21 1352942

Vth3 :短路檢測用閥值

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Claims (1)

1. 丄叫942 26468pifl 修正曰期:1〇〇年6月7日 爲第96146332號中文專利範圍無劃線修正本 十、申請專利範圍： 1.一種火焰檢測裝置，具有半導體光接收元件和檢測 裝置主體，該半導體光接收元件用於檢測火焰發出的可見 光，該檢測裝置主體通過電纜向上述半導體光接收元件提 供驅動電壓，並且通過上述電纜檢測上述半導體光接收元 件的火焰檢測信號來判斷有無火焰，其中： 在上述半導體光接收元件與上述電纜之間串聯插入防 止反接用二極體，並且對上述檢測裝置主體除了設定有用 於判，有無上述火焰的第一閥值之外，還設定有用於判斷 亡述半導體光接收元件的反接的第二閥值和用於判斷上述 半導體光接收元件的短路的第三閥值。 2. 如申请專利範圍第i項所述的火焰檢測裝置，其中： 上述半導體光接收元件具有光電二極體和用於將該光 電一極體的輸出放大的放大器。 3. 如申請專利範圍第1項所述的火焰檢測裝置，其中： ㈣亡ΐ檢?裝置域具有㈣連接後再無動電源連接 二電阻二:t第二電阻器，在上述第一電阻器或上述第 體光接二Γ之間通過上糊而並聯連接有上述半導 通過上述第一電阻器和上述第二電阻器對造 述半導體光接收元件的驅動電壓ί 上產生 23 1352942 線修正本 爲第96146332中文圖式無劃 修正日期:100年4月19曰:i 火焰檢測部 24 Vc_ 21. 燃燒控

   Vc

   13

   31 32 33 *4别-IT iJatO -4111

   10mA ΙηιΑ 100 μ A 10 μ A luA B -f 〆 〆 y 0 •1 1 10 100 1000 照度（k) 無火焰的判斷範圍有火焰的判斷範圍 2 1352942 1 ς\/. 0V Vin Π\7 , 1 h反接 -無火焰 r 1 i \ vtni 〜有火焰 『 Vths , 1 卜感測器短路t > 3 〇

   眷 4 點火變壓器ON 7 燃燒器啟動V 燃燒器點火▽· 燃料閥ON? 點 火 完 成 送風機 點火變壓器 燃料閥 火格

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