專利名稱：智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP處理數(shù)據(jù)，檢測(cè)和鑒別紅外線、紫外線火焰強(qiáng)度及燃燒狀態(tài)的火焰探測(cè)器，尤其是指智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置，屬于火焰信號(hào)分析處理非接觸測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于不同種類的燃料燃燒時(shí)的火焰特征狀態(tài)不同，且在每種火焰特征狀態(tài)下，火焰的強(qiáng)度也不一樣，因此要準(zhǔn)確檢測(cè)、控制燃料燃燒狀況，必須對(duì)鍋爐內(nèi)燃燒火焰的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，才能很好地對(duì)鍋爐進(jìn)行控制。特別，在大型鍋爐中，燃燒情況更為復(fù)雜。對(duì)大型鍋爐中的煤或油燃燒情況進(jìn)行探測(cè)，控制爐內(nèi)火焰燃燒質(zhì)量，對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、保障生產(chǎn)安全十分重要。然而，目前電力、石化行業(yè)使用的分體式火焰檢測(cè)器比較落后，檢測(cè)器主要由檢測(cè)探頭和檢測(cè)處理放大器兩個(gè)部分組成。檢測(cè)器的體積大、成本高，不利于生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝。檢測(cè)器使用時(shí)，探頭將被測(cè)火焰信號(hào)傳向處理放大器，還會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的影響和干擾。同時(shí)，這種火焰檢測(cè)器采用的微處理器控制方式，不能植入火焰“時(shí)—頻”域辨識(shí)算法。因此，實(shí)際使用中，火焰檢測(cè)器對(duì)主體火焰和背景火焰的辨識(shí)檢測(cè)效果不理想，難以準(zhǔn)確控制爐內(nèi)火焰的燃燒質(zhì)量，也不安全。為了克服這種火焰檢測(cè)器存在的不足，本實(shí)用新型通過(guò)改進(jìn)，研制提供了一種智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是，通過(guò)采用高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法，對(duì)火焰進(jìn)行檢測(cè)控制，從而使檢測(cè)器在檢測(cè)主體火焰和背景火焰時(shí)，效果非常理想。另外，檢測(cè)器采用多層一體化結(jié)構(gòu)，不僅縮小了體積，而且提高了抗干擾能力。
本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置主要由多層一體化組合電路印制板和高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法構(gòu)成。其中，組合多層電路印制板包括模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板；數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板；485串行通訊電路印制板；電源電路印制板和LED顯示電路印制板。模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板由模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、16線電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器和光電傳感器構(gòu)成；數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、與非門電路、DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器、晶體振蕩器、16線電平轉(zhuǎn)換電路、FLASH閃存器、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路以及RAM存儲(chǔ)器構(gòu)成；485串行通訊電路印制板由繼電器電路、光電耦合器、串行通訊芯片、單路光電耦合器和電流驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成；電源電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、電感和電容器構(gòu)成；LED顯示電路印制板由LED數(shù)碼顯示器電路構(gòu)成。本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置工作時(shí)，先上電，當(dāng)+24伏電源接通后，24伏/5伏轉(zhuǎn)換器將5伏電壓加到相應(yīng)的芯片工作。5伏/3.3伏～1.8伏轉(zhuǎn)換器將5伏電壓轉(zhuǎn)換為3.3伏和1.8伏電壓，供給DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器和用3.3伏電源的芯片工作。晶體振蕩器提供時(shí)鐘源。檢測(cè)裝置上電后，高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP開(kāi)始執(zhí)行內(nèi)部程序，完成固定的初始化過(guò)程。電路工作時(shí)，光電傳感器接受火焰光源信號(hào)，并輸出一個(gè)強(qiáng)度和頻率隨光源變化的電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后得到幅值在-5伏～+5伏之間的電壓信號(hào)，經(jīng)模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換電路，輸入16線電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，交給高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP處理。處理時(shí)，高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP調(diào)用火焰辨識(shí)算法以區(qū)別主火焰和背景火焰信號(hào)。同時(shí)，高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP接到火焰轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)之后，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為火焰燃燒質(zhì)量信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和數(shù)/模D/A通道輸出4～20毫安電流。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM存儲(chǔ)采樣和處理的數(shù)據(jù)FLASH閃存器存儲(chǔ)程序代碼。這時(shí)，高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP根據(jù)火焰燃燒品質(zhì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGAH和光電耦合器在無(wú)火時(shí)將無(wú)火繼電器置位，清除有火繼電器。相反，在有火時(shí)將有火繼電器置位，清除無(wú)火繼電器。繼電器輸出不同狀態(tài)可供上位控制室能明確所檢火焰當(dāng)前狀況。同時(shí)，高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA對(duì)485串行通道進(jìn)行控制。485串行通訊電路完成火焰檢測(cè)器同上位控制微機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，多點(diǎn)控制。此外，本裝置還采用點(diǎn)陣型LED顯示器控制狀態(tài)，由高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA電路，經(jīng)信號(hào)連接器控制數(shù)碼顯示器LED，顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。
本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。采用多層一體化結(jié)構(gòu)，體積不僅縮小，而且提高了抗干擾能力；采用高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP，可植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法，檢測(cè)主體火焰和背景火焰，效果非常理想。此外，由于檢測(cè)裝置對(duì)鍋爐內(nèi)燃燒火焰的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，因此可有效控制鍋爐。特別，對(duì)大型鍋爐中煤或油燃燒火焰參數(shù)的檢測(cè)，為控制爐內(nèi)火焰燃燒質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、保障生產(chǎn)安全提供了一種準(zhǔn)確檢測(cè)，有效控制燃燒狀況的智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置。


圖1是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置示意圖。其中，1-外殼，2-電路印制板，3-外接電纜插頭，4-接受、傳輸火焰光信號(hào)的光纖。
圖2是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板示意圖。其中，5-接插件，6-A/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，7-接插件，8-運(yùn)算放大器，9-光電傳感器，10-電壓轉(zhuǎn)換器，11-D/A數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，12-16線電平轉(zhuǎn)換器，13-接插件。
圖3是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板正面示意圖。其中，14-電壓轉(zhuǎn)換芯片，15-與非門電路，16-接插件，17-DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器，18-晶體振蕩器，19-16線電平轉(zhuǎn)換器，20-電壓轉(zhuǎn)換芯片，21-接插件。
圖4是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板背面示意圖。其中，22-接插件，23-FLASH閃存器，24-FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路，25-接插件，26-RAM存儲(chǔ)器，27-接插件，28-接插件。
圖5是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的485串行通訊電路印制板示意圖。其中，29-接插件，30-接插件，31-繼電器，32-繼電器，33-串行通訊芯片，34-電流驅(qū)動(dòng)器，35-光電耦合器，36、37-單路光電耦合器，38-接插件。
圖6是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的電源電路印制板正面示意圖。其中，39-電壓轉(zhuǎn)換芯片，40-電感。
圖7是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的電源電路印制板背面示意圖。其中，41、42-電容器，43-接插件。
圖8是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的LED顯示電路印制板正面示意圖。其中，44、45-LED數(shù)碼顯示管。
圖9是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置中的LED顯示電路印制板背面示意圖。其中，46-信號(hào)連接器接插件。
圖10是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理框圖。
圖11是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理圖(一)。
圖12是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理圖(二)。
圖13是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理圖(三)。
圖14是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理圖(四)。
圖15是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理圖(五)。
圖16是本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置電路原理圖(六)。
實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例。
實(shí)施例本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置實(shí)施時(shí)，先構(gòu)建五塊電路印制板2，然后組合接插連接五塊電路印制板2，并在DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17中植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法，構(gòu)成本實(shí)用新型一體化火焰檢測(cè)器。再將構(gòu)成的一體化火焰檢測(cè)器安裝在外殼1內(nèi)，制造成本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置。檢測(cè)裝置中的多層結(jié)構(gòu)電路印制板2共分五塊，五塊電路印制板接插組合后的作用是，將原來(lái)的分體火焰檢測(cè)器改進(jìn)發(fā)展為一體化智能火焰檢測(cè)器，從而使火焰檢測(cè)器體積大大縮小、抗干擾能力大為增加。構(gòu)建五塊電路印制板2時(shí)，由模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路6、11、電壓轉(zhuǎn)換電路10、16線電平轉(zhuǎn)換電路12、運(yùn)算放大器8和光電傳感器9，配上接插件5、7、13構(gòu)成模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板；由電壓轉(zhuǎn)換電路14、20、與非門電路15、DSP數(shù)字信號(hào)處理器17、晶體振蕩器18、16線電平轉(zhuǎn)換電路19、FLASH閃存器23、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路24以及RAM存儲(chǔ)器26，配上接插件16、21、22、25、27、28構(gòu)成數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板；由繼電器31、32電路、光電耦合器35、串行通訊芯片33、單路光電耦合器36、37和電流驅(qū)動(dòng)器34，配上接插件29、30、38構(gòu)成485串行通訊電路印制板；由電壓轉(zhuǎn)換芯片39、電感40和電容器41、42，配上接插件43構(gòu)成電源電路印制板；由LED數(shù)碼顯示管44、45電路，配上信號(hào)連接器接插件46構(gòu)成LED數(shù)碼顯示電路印制板。將五塊印制板插接組合成本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)器后，連接安裝露在外殼1上的，用以接受、傳輸火焰光的光纖4和外接電纜插頭3，完整制造成本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置。裝置工作時(shí)，先上電，當(dāng)+24伏電源接通后，24伏/5伏電壓轉(zhuǎn)換器10工作，將5伏電壓加到相應(yīng)的芯片。5伏/3.3伏～1.8伏轉(zhuǎn)換器14、20將5伏電壓轉(zhuǎn)換為3.3伏和1.8伏電壓，供DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17和3.3伏電源的芯片使用。晶體振蕩器18提供時(shí)鐘源。上電后，DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17開(kāi)始執(zhí)行內(nèi)部程序，完成固定的初始化過(guò)程。當(dāng)光源光線到達(dá)光電傳感器9時(shí)，光電傳感器9輸出一個(gè)強(qiáng)度和頻率隨光源變化的電流信號(hào)。信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器8放大之后得到幅值在-5伏～+5伏之間的電壓信號(hào)，經(jīng)16線電平轉(zhuǎn)換器12、19轉(zhuǎn)換后交給DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17處理。DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17調(diào)用火焰辨識(shí)算法以區(qū)別主火焰和背景火焰信號(hào)。其中，RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器26存儲(chǔ)采樣和處理的數(shù)據(jù)FLASH閃存器23存儲(chǔ)程序代碼。在DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17接到火焰的轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)之后，信號(hào)轉(zhuǎn)換為火焰燃燒質(zhì)量信號(hào)，經(jīng)FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列24和D/A數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路11通道輸出4～20毫安電流。DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17根據(jù)火焰燃燒品質(zhì)，通過(guò)FPGAH現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列24和光電耦合器35在無(wú)火時(shí)將無(wú)火繼電器32置位，同時(shí)清除有火繼電器31。相反，在有火時(shí)將有火繼電器31置位，清除無(wú)火繼電器32。繼電器31、32的不同狀態(tài)輸出，可供上位控制室能明確所檢火焰的當(dāng)前狀況。同時(shí)，DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17還通過(guò)FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列24對(duì)485串行芯片33、單路光電耦合器36、37通道進(jìn)行控制，完成火焰檢測(cè)器同上位控制微機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，多點(diǎn)控制。本實(shí)用新型檢測(cè)裝置中采用點(diǎn)陣型LED顯示器顯示控制狀態(tài)，由DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器17通過(guò)FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列24，經(jīng)信號(hào)連接器接插件46控制點(diǎn)陣型LED數(shù)碼顯示器44、45，顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。本實(shí)用新型智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置采用多層一體化結(jié)構(gòu)，體積不僅縮小，而且提高了抗干擾能力；采用高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法，檢測(cè)主體火焰和背景火焰，效果非常理想。
權(quán)利要求1.一種智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置，包括火焰信號(hào)、光纖、外殼、光電傳感器、模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、16線電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、晶體振蕩器、FLASH閃存器、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路、RAM存儲(chǔ)器、485串行通訊電路、繼電器、光電耦合器、串行通訊芯片、單路光電耦合器、電流驅(qū)動(dòng)器、電感、電容和LED數(shù)碼管，其特征在于有可植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法控制模式的DSP高精度數(shù)字信號(hào)處理器以及組合成小型一體化火焰檢測(cè)器的五塊電路印制板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置，其特征在于組合成小型一體化火焰檢測(cè)器的五塊電路印制板是，模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板；數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板；485串行通訊電路印制板；電源電路印制板和LED顯示電路印制板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置，其特征在于模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板由模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、16線電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器和光電傳感器構(gòu)成；數(shù)字信號(hào)處理器-現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、與非門電路、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、晶體振蕩器和16線電平轉(zhuǎn)換電路、FLASH閃存器、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列電路以及RAM存儲(chǔ)器構(gòu)成；485串行通訊電路印制板由繼電器電路、光電耦合器、串行通訊芯片、單路光電耦合器、和電流驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成；電源電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、電感和電容器構(gòu)成；LED顯示電路印制板由LED數(shù)碼顯示管電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置，其特征在于適用于檢測(cè)和鑒別的火焰信號(hào)為紅外線、紫外線火焰信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種適用于檢測(cè)和鑒別紅外線、紫外線火焰信號(hào)的小型智能一體化火焰檢測(cè)裝置。主要由多層結(jié)構(gòu)電路印制板組合構(gòu)成小型一體化檢測(cè)器。裝置采用高精度數(shù)字信號(hào)處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識(shí)算法控制方式，檢測(cè)主體火焰和背景火焰，效果非常理想。此外，由于檢測(cè)器采用多層組合一體化結(jié)構(gòu)，體積大大減小、抗干擾能力大為增加。特別，在對(duì)大型鍋爐中煤或油燃燒火焰參數(shù)檢測(cè)時(shí)，為有效控制大型鍋爐中火焰燃燒質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、保障生產(chǎn)安全提供了一種準(zhǔn)確檢測(cè)、控制燃料燃燒狀況的智能小型一體化火焰檢測(cè)裝置。
文檔編號(hào)G01G1/00GK2697639SQ20042002143
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者王國(guó)亮, 張獻(xiàn)輝, 樊凱凱, 陳偉彬, 黃志高 申請(qǐng)人:上海神明控制工程有限公司