本發(fā)明涉及一種檢測(cè)有無火焰的火焰檢測(cè)裝置。
背景技術(shù):
以往,已知有用于在燃燒爐等中根據(jù)從火焰中釋放出的紫外線來檢測(cè)有無火焰的電子管。該電子管包括:密閉容器,其填充封閉有規(guī)定氣體;電極支承銷,其貫穿該密閉容器;以及2塊電極,其通過該電極支承銷而在密閉容器內(nèi)相互平行地被支承。在這種電子管中,當(dāng)在經(jīng)由電極支承銷而對(duì)電極間施加有規(guī)定電壓的狀態(tài)下紫外線被照射至與火焰相對(duì)配置的一電極時(shí),因光電效應(yīng)而從該電極中釋放出電子,這些電子不斷被激發(fā),從而在該電極與另一電極之間形成電子雪崩。因此,通過測(cè)量電極間的阻抗的變化、電極間的電壓的變化、流至電極間的電流等,可檢測(cè)有無火焰。于是提出有用以檢測(cè)有無火焰的各種方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中,提出有如下方法:對(duì)流至電極間的電流進(jìn)行積分,在該積分而得的值為規(guī)定閾值以上的情況下,判定為有火焰,在該積分而得的值小于閾值的情況下,判定為無火焰(例如,參考專利文獻(xiàn)1)。但是,采用該方法的話,由于要對(duì)流至電極間的電流進(jìn)行積分,在消除了火焰時(shí)也花費(fèi)積分時(shí)間,因此直到檢測(cè)到消除火焰都需要時(shí)間,其結(jié)果,難以迅速地檢測(cè)火焰的有無。
為了解決上述那樣的課題,專利文獻(xiàn)2中的火焰檢測(cè)裝置的特征在于,具有:電子管,該電子管設(shè)有一對(duì)電極,在紫外線被照射至電極時(shí)在電極間產(chǎn)生電子的釋放;外加部,其在電極間施加周期性變化的電壓;檢測(cè)部,其檢測(cè)示出電極間的電壓的時(shí)間變化的電壓波形:以及判定部,其基于電壓波形判定有無火焰。這樣,對(duì)示出電子管所具有的電極之間的電壓的時(shí)間變化的電壓波形進(jìn)行檢測(cè),基于該電壓波形判定有無火焰,所以不用耗費(fèi)積分時(shí)間等,因此是能夠更迅速地檢測(cè)有無火焰的發(fā)明。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2011-141290號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平2013-210284號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明要解決的問題
但是,在專利文獻(xiàn)2所記載的現(xiàn)有技術(shù)中,需要監(jiān)測(cè)示出所述電極間的電壓的時(shí)間變化的電壓波形,需要進(jìn)行用于通過觀察該信號(hào)波形而求出上升下降等的模擬的信號(hào)處理,安裝化并不容易。
為了解決該問題,本申請(qǐng)發(fā)明的目的在于,僅通過計(jì)測(cè)從火焰?zhèn)鞲衅髁鬟^來的電信號(hào)的波峰次數(shù)就能夠通過計(jì)算唯一地求出受光量。
解決問題的技術(shù)手段
本申請(qǐng)發(fā)明為一種火焰檢測(cè)系統(tǒng),其由檢測(cè)光的火焰?zhèn)鞲衅骱瓦\(yùn)算裝置構(gòu)成,所述運(yùn)算裝置包括:
外加電壓生成部,其生成驅(qū)動(dòng)所述火焰?zhèn)鞲衅鞯拿}沖;
電壓檢測(cè)部,其測(cè)量流至所述火焰?zhèn)鞲衅鞯碾娦盘?hào);
存儲(chǔ)部,其預(yù)先存儲(chǔ)所述火焰?zhèn)鞲衅魉哂械撵`敏度參數(shù);以及
中央處理部,其使用該靈敏度參數(shù)中的已知的受光量、脈寬及放電概率這些參數(shù)以及根據(jù)實(shí)際的脈寬和測(cè)量到的放電次數(shù)而獲得的放電概率,來求該火焰的受光量。
進(jìn)而,本申請(qǐng)發(fā)明為一種火焰檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于,所述外加電壓生成部計(jì)算出任意的用于得到放電概率的脈寬,生成已設(shè)為該任意的脈寬的所述火焰?zhèn)鞲衅鞯尿?qū)動(dòng)脈沖。由此,能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)范圍內(nèi)的運(yùn)算。
或者,本申請(qǐng)發(fā)明也可為一種火焰檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于,具有測(cè)量火焰?zhèn)鞲衅鞯闹車鷾囟鹊臏囟葌鞲衅?,根?jù)該溫度來對(duì)所述火焰的受光量進(jìn)行校正。
發(fā)明的效果
根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明,通過使用預(yù)先存儲(chǔ)的已知參數(shù)組以及實(shí)際的操作量和計(jì)測(cè)量的數(shù)字運(yùn)算,可通過計(jì)算來求受光量,因此取得簡(jiǎn)單且迅速地判定有無火焰。
附圖說明
圖1表示本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式的火焰檢測(cè)系統(tǒng)。
圖2為用以說明放電波形的圖。
圖3表示作為本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施的一形態(tài)的中央處理部的流程。
圖4表示作為本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施的第二形態(tài)的中央處理部的流程。
具體實(shí)施方式
(1)本申請(qǐng)發(fā)明的構(gòu)成
將本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式的火焰檢測(cè)系統(tǒng)示于圖1,對(duì)其構(gòu)成進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的火焰檢測(cè)系統(tǒng)包括:火焰?zhèn)鞲衅?;外部電源2;以及運(yùn)算裝置3,其連接有火焰?zhèn)鞲衅?及外部電源2。
火焰?zhèn)鞲衅?由電子管構(gòu)成,所述電子管包括:圓筒狀的管殼,其兩端部被堵住;電極銷,其貫穿該管殼;以及2塊電極,其在管殼內(nèi)部通過電極銷而相互平行地被支承。這種電子管以電極與燃燒器等產(chǎn)生火焰300的裝置相對(duì)的方式加以配置。由此,當(dāng)在電極間被施加有規(guī)定電壓的狀態(tài)下紫外線被照射至電極時(shí),因光電效應(yīng)而從該電極中釋放出電子,這些電子不斷被激發(fā),從而在該電極與另一電極之間形成電子雪崩。由此,使得電極間的電壓、電流、阻抗發(fā)生變化。
外部電源2例如由具有100[V]或200[V]電壓值的交流商用電源構(gòu)成。
運(yùn)算裝置3包括:電源電路11,其與外部電源2連接;與該電源電路11連接的外加電壓生成電路12及觸發(fā)電路13;外加電壓生成電路12的輸出端12a;分壓電阻14,其與火焰?zhèn)鞲衅?的下游的電極銷連接;電壓檢測(cè)電路15,其與該分壓電阻14連接;以及采樣電路16,其連接有該電壓檢測(cè)電路15及觸發(fā)電路13。
電源電路11將從外部電源2輸入的交流電供給至外加電壓生成電路12及觸發(fā)電路13,并獲取運(yùn)算裝置3的驅(qū)動(dòng)用電力。
外加電壓生成電路12使由電源電路11施加的交流電壓升壓至規(guī)定值并施加至火焰?zhèn)鞲衅?。在本實(shí)施方式中,將400[V]的電壓以脈沖狀施加至火焰?zhèn)鞲衅?。
觸發(fā)電路13檢測(cè)由電源電路11施加的交流電壓的規(guī)定值點(diǎn),并將該檢測(cè)結(jié)果輸入至采樣電路16。在本實(shí)施方式中,觸發(fā)電路13檢測(cè)電壓值達(dá)到最小的最小值點(diǎn)。如此,通過對(duì)交流電壓檢測(cè)規(guī)定值點(diǎn),可檢測(cè)該交流電壓的1周期。
分壓電阻14根據(jù)火焰?zhèn)鞲衅?的下游的端子電壓而生成參考電壓并輸入至電壓檢測(cè)電路15。此處,火焰?zhèn)鞲衅?的端子電壓像上述那樣為400[V]的高電壓,因此,若直接輸入至電壓檢測(cè)電路15,則會(huì)對(duì)電壓檢測(cè)電路15施加較大負(fù)荷。本實(shí)施方式是根據(jù)火焰?zhèn)鞲衅?的端子電壓的時(shí)間變化即每單位時(shí)間的端子間電壓的值的脈沖波形的形狀而不是火焰?zhèn)鞲衅?的端子間電壓的實(shí)際值來判定有無火焰。因此,通過分壓電阻14,火焰?zhèn)鞲衅?的端子間電壓的變化得以表現(xiàn),并生成電壓值較低的參考電壓,將其輸入至電壓檢測(cè)電路15。
電壓檢測(cè)電路15檢測(cè)從分壓電阻14輸入的參考電壓的電壓值并輸入至采樣電路16。
采樣電路16根據(jù)從電壓檢測(cè)電路15輸入的參考電壓的電壓值和從觸發(fā)電路13輸入的觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)來判定有無火焰。在產(chǎn)生火焰而對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?照射有紫外線的情況下,紫外線被照射至電極,因光電效應(yīng)而從該電極中釋放出電子,這些電子不斷被激發(fā),從而在該電極與另一電極之間形成電子雪崩,該電子雪崩使得電流急劇增加,由此產(chǎn)生伴有發(fā)光的電子釋放。于是,采樣電路16根據(jù)這種脈沖狀的電壓波形的形狀,通過計(jì)算來求受光量。這種采樣電路16包括:A/D轉(zhuǎn)換部161,其通過對(duì)所輸入的參考電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換來生成電壓值及電壓波形;中央處理部163,其對(duì)由A/D轉(zhuǎn)換部161生成的電壓值及電壓波形進(jìn)行解析,并進(jìn)行后文敘述的運(yùn)算;以及判定部164,其根據(jù)由該中央處理部163獲得的受光量來判定有無火焰。
(2)火焰檢測(cè)的動(dòng)作
接著,參考圖2,對(duì)本實(shí)施方式的火焰檢測(cè)的概略動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先,運(yùn)算裝置3通過外加電壓生成電路12對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?施加高電壓。在這種狀態(tài)下,從外部電源2輸入至電源電路11的交流電壓即由外加電壓生成電路12施加至火焰?zhèn)鞲衅?的電壓的值從最小值點(diǎn)起上升而觸發(fā)電路13施加觸發(fā)。
當(dāng)外加電壓通過最小值點(diǎn)時(shí),會(huì)施加如圖2所示的表示電壓值的時(shí)間變化的電壓波形。作為一例,若每隔0.1[msec]檢測(cè)電壓值,且外部電源2的頻率設(shè)為60[Hz],則1周期為16.7[msec],因此,所檢測(cè)的電壓值在一周期內(nèi)成為167個(gè)樣本,其數(shù)據(jù)被輸入至中央處理部163。
在本例中,在未產(chǎn)生火焰的情況下,對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?的電極施加的電壓波形(端子12a)像圖2的符號(hào)a所示那樣具有正弦波狀的平緩的形狀(以下,稱為“普通波形”)。另一方面,在產(chǎn)生火焰而對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?照射有紫外線的情況下,如圖2的符號(hào)b所示,具有如下特征性形狀:電壓值在正極值附近下降,該下降后的位置被維持規(guī)定時(shí)間,之后恢復(fù)至正弦波狀(以下,稱為“放電波形”)。通過電壓檢測(cè)電路15捕獲該最大電壓=放電開始電壓的波峰,捕獲為放電次數(shù)之一,這是本申請(qǐng)發(fā)明的特征之一。再者,在圖2的上部所示的矩形脈沖中,以T標(biāo)記驅(qū)動(dòng)火焰?zhèn)鞲衅?的脈寬。
另外,由于實(shí)際的電路構(gòu)成適宜以直流形式進(jìn)行,因此電源電路11或外加電壓生成電路12內(nèi)置AC/DC轉(zhuǎn)換器,將其DC電壓輸出施加至火焰?zhèn)鞲衅?。繼而,按如下順序求放電概率。
1.當(dāng)中央處理部163將控制為脈寬T的矩形的觸發(fā)施加至外加電壓生成電路12時(shí),與觸發(fā)同步地將外加電壓施加至火焰?zhèn)鞲衅?。
2.在火焰?zhèn)鞲衅?不放電的情況下,電流不會(huì)流至火焰?zhèn)鞲衅?,且其下游的電阻14與接地連接,所以不會(huì)產(chǎn)生電壓。
3.在火焰?zhèn)鞲衅?放電的情況下,電流流至火焰?zhèn)鞲衅?,從而在電阻14的兩端產(chǎn)生電位差。
4.利用電壓檢測(cè)電路15檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅?的下游是否產(chǎn)生了電壓。
5.中央處理部163根據(jù)送至外加電壓生成電路12的矩形觸發(fā)的數(shù)量和電壓檢測(cè)電路15檢測(cè)到規(guī)定電壓的次數(shù)來計(jì)算放電概率。
(3)本申請(qǐng)發(fā)明的基本原理
利用光電效應(yīng)的火焰檢測(cè)系統(tǒng)按照如下動(dòng)作原理來求受光量,因此,對(duì)其原理進(jìn)行說明。
將1個(gè)光子碰撞至光電傳感器時(shí)產(chǎn)生放電的概率設(shè)為P1,2個(gè)光子碰撞至光電傳感器時(shí)產(chǎn)生放電的概率設(shè)為P2。P2與第1個(gè)光子和第2個(gè)光子均不產(chǎn)生放電的概率為相反關(guān)系,因此P2與P1的關(guān)系表現(xiàn)為數(shù)式1。
【數(shù)式1】
(1-P2)=(1-P1)2
通常而言,若將n個(gè)光子碰撞時(shí)產(chǎn)生放電的概率和m個(gè)光子碰撞時(shí)產(chǎn)生放電的概率分別設(shè)為Pn、Pm,則與數(shù)式1一樣,數(shù)式2和數(shù)式3成立。
【數(shù)式2】
(1-Pn)=(1-P1)n
【數(shù)式3】
(1-Pm)=(1-P1)m
根據(jù)數(shù)式2和數(shù)式3,可導(dǎo)出數(shù)式4至數(shù)式6作為Pn與Pm的關(guān)系。
【數(shù)式4】
【數(shù)式5】
【數(shù)式6】
繼而,若將每單位時(shí)間飛來至電極的光子數(shù)設(shè)為E、施加放電開始電壓以上的電壓的時(shí)間(以下稱為“脈寬”)設(shè)為T,則每一次電壓施加時(shí)碰撞至電極的光子數(shù)以E*T表示。
因此,使同一火焰?zhèn)鞲衅髟谀骋粭l件A和另一條件B下動(dòng)作時(shí)的E、T及概率P的關(guān)系如數(shù)式7所示。進(jìn)而,此處,若將作為基準(zhǔn)的光子數(shù)定為E0,并設(shè)定Q=E/E0,則導(dǎo)出數(shù)式8。將該Q稱為受光量。每一條件的受光量為QA、QB。
【數(shù)式7】
【數(shù)式8】
【實(shí)施例】
接著,通過中央處理部163的動(dòng)作來說明構(gòu)成本申請(qǐng)發(fā)明的主要部分的受光量運(yùn)算流程。再者,中央處理部163由CPU構(gòu)成。
<實(shí)施例1>
根據(jù)圖3的流程來進(jìn)行說明(將圖中步驟稱為Snn)。
中央處理部163在利用脈沖電壓來驅(qū)動(dòng)火焰?zhèn)鞲衅?,并根據(jù)火焰?zhèn)鞲衅?的驅(qū)動(dòng)結(jié)果來算出火焰的受光量中發(fā)揮作用。
·收到規(guī)定的觸發(fā)而開始(S00)。
·火焰?zhèn)鞲衅鞯尿?qū)動(dòng)是使外加電壓生成電路12進(jìn)行動(dòng)作,以某一脈寬的矩形脈沖T對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?施加放電開始電壓以上的電壓(S01)。
·利用通過電壓檢測(cè)電路15而獲得的信號(hào)來對(duì)因反復(fù)某次數(shù)對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?施加脈沖T而使得火焰?zhèn)鞲衅?產(chǎn)生放電的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)(S02)。
·根據(jù)產(chǎn)生放電的次數(shù)和所施加的脈沖數(shù)來算出放電概率P(S03)。
·根據(jù)放電概率來算出受光量(S04)。再者,在放電概率為0或1以外的情況下,利用下述數(shù)式10,通過數(shù)字運(yùn)算來求受光量。
·在放電概率為0的情況下,設(shè)定受光量為0。在放電概率為1的情況下,則當(dāng)作非對(duì)象進(jìn)行處理(S05)。
【數(shù)式9】
【數(shù)式10】
在以上數(shù)式9、10中,設(shè)定某一動(dòng)作條件下的受光量Q0、這時(shí)的脈寬T0下的放電概率P0為已知。關(guān)于受光量Q0和脈寬T0,例如在火焰?zhèn)鞲衅?的出廠檢查中測(cè)定好規(guī)定的受光量和脈寬下的放電概率并將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部162中。
此時(shí),受光量Q、脈寬T、放電概率P的關(guān)系是通過數(shù)式9來求出,因此,將Q0、T0、P0稱為火焰?zhèn)鞲衅?的靈敏度參數(shù)。現(xiàn)在,Q0、T0、P0為已知且被存儲(chǔ)好。脈寬T是實(shí)際地由中央處理部163從外加電壓生成電路12輸出的脈寬,因此為已知數(shù),實(shí)際施加多次脈沖,并對(duì)這時(shí)的放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來求放電概率P即可。如此一來,可利用數(shù)式10唯一地算出作為未知數(shù)的受光量Q。
進(jìn)一步地,以下對(duì)第二實(shí)施例進(jìn)行說明。該實(shí)例是具有如下特征的火焰檢測(cè)系統(tǒng):所述外加電壓生成部計(jì)算出任意的用于計(jì)算放電概率的脈寬,生成已設(shè)為該任意的脈寬的所述火焰?zhèn)鞲衅鞯尿?qū)動(dòng)脈沖。即,能夠通過調(diào)整脈寬,來擴(kuò)寬光量的可測(cè)量范圍。
<實(shí)施例2>
在上述數(shù)式8中的條件A下,脈寬T以及放電概率P為已知。在某受光量下,以脈寬T多次啟動(dòng)火焰?zhèn)鞲衅?,放電概率為P。此時(shí),在施加下一個(gè)脈沖時(shí)(將其設(shè)為條件C),想要將放電概率調(diào)整為任意的值Pc。這樣的話,條件A與條件C的關(guān)系如數(shù)式11那樣。但是,假設(shè)受光量Q不變。變形而求出數(shù)式12。
【數(shù)11】
【數(shù)12】
根據(jù)數(shù)式12,能夠求出在條件C下應(yīng)該設(shè)定的脈寬Tc。能夠?qū)⒔酉聛淼亩啻蚊}沖Tc的放電概率調(diào)整為任意的(最佳的)值Pc。由此,將放電概率P調(diào)整為任意的值,從而能夠由此求出同一受光量Q,能夠期待最佳的動(dòng)作條件。
基于圖4的流程進(jìn)行敘述(將圖中的步驟稱為Snn)
本調(diào)整邏輯為,與實(shí)施例1的受光量運(yùn)算非同步地動(dòng)作,但仍然由中央處理部163來執(zhí)行。
·開始調(diào)整處理(S10)。
·設(shè)定欲調(diào)整的所期望的放電概率Pc(S11)。
·從存儲(chǔ)部162中獲取已知的脈寬T、放電概率P等靈敏度參數(shù)(S12)。
·根據(jù)數(shù)式12計(jì)算出應(yīng)該設(shè)定的脈寬Tc(S13)。
·為了設(shè)定脈寬Tc,通過任務(wù)間通信或者存儲(chǔ)部單元等將該參數(shù)交給實(shí)施例1中的
受光量計(jì)算的主程序(S14)。
另外,以脈寬Tc執(zhí)行求出實(shí)際的受光量的主程序的結(jié)果為,即使放電概率沒有準(zhǔn)確地變?yōu)镻c,也會(huì)通過如實(shí)施例1中那樣的受光量計(jì)算過程,根據(jù)數(shù)式10求出放電概率PD時(shí)的受光量QD。
<其他的實(shí)施例>
考慮有如下的火焰檢測(cè)系統(tǒng):具有測(cè)定火焰?zhèn)鞲衅鞯闹車鷾囟鹊臏囟葌鞲衅鳎鶕?jù)該溫度來校正所述火焰的受光量。是在現(xiàn)場(chǎng)與準(zhǔn)備靈敏度參數(shù)時(shí)的周圍溫度存在差異的情況下的校正功能。這是由于,火焰?zhèn)鞲衅?的靈敏度參數(shù)中包含有溫度特性,在受光量運(yùn)算中也需要考慮溫度特性。
該情況下的火焰檢測(cè)系統(tǒng)也可以在圖1所示的實(shí)施方式1所涉及的火焰檢測(cè)系統(tǒng)中追加溫度傳感器(省略圖示)。溫度傳感器是對(duì)火焰?zhèn)鞲衅?的設(shè)置環(huán)境的溫度進(jìn)行測(cè)量的器件。該溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果被輸出至中央處理部163。然后,基于所取得的靈敏度參數(shù)以及由溫度傳感器所測(cè)量的溫度,對(duì)動(dòng)作進(jìn)行校正以使得在存在同等的火焰的情況下受光量同等。另外,溫度傳感器可以內(nèi)置在火焰?zhèn)鞲衅?中,也可以與火焰?zhèn)鞲衅?分開設(shè)置。
作為其他的實(shí)施例,也可以在火焰?zhèn)鞲衅?中帶入有效電極面積的概念。這樣的話,通過用受光量除以有效電極面積,可以計(jì)算出火焰300的亮度。另外,有效電極面積是指火焰?zhèn)鞲衅?的電極面積中光照射到的面積,所以是火焰?zhèn)鞲衅?固有的參數(shù)。
工業(yè)上的可利用性
可實(shí)施其他各種變形。雖然本例中未提及,但本發(fā)明也可用于在火焰?zhèn)鞲衅?的外圍部設(shè)置遮光器功能來檢測(cè)疑似火焰的類型的火焰檢測(cè)系統(tǒng)。
即便進(jìn)行了這種設(shè)計(jì)事項(xiàng)上的變形,也屬于本申請(qǐng)發(fā)明的范圍。
符號(hào)說明
1 火焰?zhèn)鞲衅?/p>
2 外部電源
3 運(yùn)算裝置
11 電源電路
12 外加電壓生成電路
13 觸發(fā)電路
14 分壓電阻
15 電壓檢測(cè)電路
16 采樣電路
161 A/D轉(zhuǎn)換部
162 存儲(chǔ)部
163 中央處理部
164 判定部
300 燃燒器火焰。