JP4195760B2

JP4195760B2 - 火炎監視装置および火炎監視方法

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Publication number: JP4195760B2
Application number: JP25520099A
Authority: JP
Inventors: フリードリヒハウペンタールカール
Original assignee: エレクトロワットテクノロジイイノベイションアクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: EP0985881A3; EP0985881A2; DE19841475C1; DE59909223D1; EP0985881B1; US6486486B1; JP2000088243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火炎監視装置および火炎監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油、ガス、あるいは石炭粉などの火炎を監視するために、赤外線スペクトル領域における火炎の強度変動を利用する火炎監視装置（システム）および火炎監視方法が使用されている。このようなシステムの利点は、あらゆる種類の燃料に適しており、多重燃料バーナーで、たとえば、ガスの場合には紫外線を検出し、あるいは重油の場合には可視光線を検出するといった、燃料固有の監視方式をとる必要がないことである。一方、赤外線を監視する方式の欠点は、アフターグロー現象を起こしている炉壁に現れる緩慢な強度変化、いわゆるシュリーレン（かげろうのように光線がちらちらすること）周波数によって、また一般に商用電源電圧で駆動される光源の速い変化によって火炎が誤って検出されてしまう、ことである。特に、バーナーシステム運転中あるいはバーナシステムのメンテナンス中に人工光線が燃焼室に入射すると、赤外線監視により偽の火炎の存在が検出されてしまう。
【０００３】
シュリーレン周波数のフィルタリングは、３Ｈｚまでは種々の出版物に記載されており、ハイパスフィルタを用いることにより比較的容易に実施することができるが、約１０Ｈｚ程度以上の燃焼過程で発生する火炎周波数はそれによってはカットされない。もちろん、商用電源周波数の調波もフィルタにより抑圧しようとすると、より深刻な問題が生じ、またコスト高になってしまう。この方式では、商用電源周波数の許容誤差が大きな場合、ないし、種々の定格周波数範囲をカバーする必要があるような場合には、必然的に火炎からの情報が失われることになる。火炎監視装置に関連する欧州機器規格ＥＮ２９８では、火炎センサを着脱部から外したときは、火炎センサの対応した着脱機構により火炎センサを遮断させるオプションを認めている。いずれにしても、欧州機器規格ＥＮ２９８による１次障害並びに２次障害を考察するときにも、外来光に対する安全性が保証されなければならない。これを満たすことは、上記方式では、きわめて困難である。というのは、たとえばリミットスイッチが正常に機能するかは、実際に火炎センサを着脱部から取り外さなければテストできないからである。
【０００４】
したがって、それ自体故障が少ない回路を用いたり、あるいは連続運転用に設計された監視システムでは当然ながらバーナーの運転中に周期的なテストを行うことにより、いずれにしても電子的な手段により、電源周波数で変調された外部光源に対して安全であるようにしなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
公報ＥＰ０３２００８２Ａ１には、信頼性の有る火炎検出を行なう手段として火炎の交番する光成分のみを測定する火炎監視回路が記載されている。しかし、この解決策では、そこに記載された安全性を保証しようとする周囲光が変動のない光線である場合に限り、偽火炎の検出を防止できるだけである。これに対して多くは交流電圧により駆動される外部光源からの光の場合は火炎として誤検出され、バーナーを安全に運転することができなくなってしまう。さらに、ＩＣの内部素子の故障により、炎が存在しないにもかかわらず燃料バルブの駆動が継続されてしまうという危険もあり、この理由だけでも、連続運転されるバーナーでの使用は差し控えるべきである。
【０００６】
これに関して好適な解決策が、公報ＥＰ０３３４０２７Ａ１に開示されているが、完全な２チャンネル構成のため、価格が必要以上に高価なものとなり、また、周波数選択装置により電源周波数に関連する交流光信号に対する安全性を得ているので、火炎信号の情報が失なわれてしまうという欠点があることは上述した通りである。
【０００７】
また、この欠点を解消する解決策が公報ＥＰ０２２９２６５Ａ１に記載されている。この構成では、商用電源周波数の調波信号は高い選択性により遮断されるので、火炎信号から失われる情報は非常に少なくなっている。しかし、この構成を連続運転のバーナーに適用するのは疑問である。というのは、たとえば偽の火炎を結果として発生させてしまう、例えばフリップフロップのような内部素子の欠陥は運転中では検出することができず、電源周波数に関連する交流光信号に対する安全性はいずれにしてもバーナーの運転停止状態で検出できるに過ぎないからである。
【０００８】
本発明の課題は、火炎信号の情報損失が最少で商用電源周波数の調波入力信号に対して安全性を有し、連続運転のバーナーでの使用に適した火炎監視装置および火炎監視方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、
火炎から放出される放射線を火炎信号に変換する火炎センサと、
火炎信号を出力信号に変換する火炎信号増幅器と、
火炎信号中の周期的な信号の存在を検出する周波数選択装置とを有し、
前記周波数選択装置は、非周期的な火炎信号の存在を検出する周波数検出器を有し、前記火炎信号は前記周波数検出器により矩形波信号に変換され、この矩形波信号が積分器に給電を行う双極性電源の制御信号として用いられ、それにより火炎信号が周期的なときは、前記積分器の出力信号が一定の平均値を中心として変動し、
前記周波数選択装置は、前記積分器の出力信号から非周期的な火炎信号の存在を検出したときは、スイッチング手段を介して前記火炎信号増幅器を作動させ、また周期的な信号を有する火炎信号が存在すること、あるいは火炎信号が存在しないこと、あるいはテスト信号が存在することを検出したときは、スイッチング手段を介して前記火炎信号増幅器の作動を停止させる構成を採用した。
【００１０】
また、本発明によれば、
火炎から放出される放射線が火炎信号に変換され、またこの火炎信号が出力信号に変換され、
周波数選択装置により火炎信号中の周期的な信号の存在が検出される火炎監視方法において、
周期的な火炎信号は該火炎信号を所定周期にわたって積分することにより、および／または一定の平均値を中心として積分することにより検出され、
非周期的な火炎信号が存在するときは、前記火炎信号が出力信号に変換され、周期的な信号を有する火炎信号が存在するとき、あるいは火炎信号が存在しないとき、あるいはテスト信号が存在するときは、前記火炎信号がゼロ信号に変換される構成も採用している。
【００１１】
さらに、従属請求項には本発明の好ましい実施の形態が記載されている。
【００１２】
本発明では、火炎センサにより、まず火炎から放出される放射線（電磁放射線）が火炎信号に変換され、この火炎信号がさらに火炎信号増幅器により出力信号に変換される。また、火炎信号増幅器と並列に配置された周波数選択装置に、同様に火炎信号自体が入力され、それにより周期的な信号が存在するかが検査される。もし、周波数選択装置により非周期的な信号の存在が検出されると、火炎信号増幅器が作動され（火炎信号増幅器が有効になる）、一方周期的な信号が検出された場合、あるいは火炎信号が存在しない場合は火炎信号増幅器の作動は停止される（火炎信号増幅器が無効になる）。また、火炎信号にテスト信号を重畳させることもでき、これにより、火炎信号増幅器の入力並びに周波数選択装置の入力にテスト信号自体を印加させることができるので、火炎監視回路内の故障、たとえば個々の素子の欠陥ないし故障を検出することができる。
【００１３】
このために、周波数選択装置は周波数検出器を有し、この周波数検出器により非周期的な火炎信号の存在が検出され、対応するスイッチ手段を介して火炎信号増幅器が作動されあるいは作動が停止される。これは種々の方法により実現できる。
【００１４】
一つの方法は、火炎信号をまず増幅し、続いて矩形波信号に変換することである。その場合、この変換に際して任意の基準信号を用いることができる。この矩形波信号を、双極性電源（電流源ないし電圧源）の制御信号として用い、それにより積分器に給電を行うと、積分器の出力信号は、周波数検出器の入力信号が周期的な場合には一定の平均値を中心に変動する。別の言葉で表現すれば、入力または火炎信号の変動幅に応じて双極性電源により積分器が充電または放電されるので、入力信号が周期的な場合には、平均された積分値はほぼゼロになる。
【００１５】
更に、周波数選択装置は、結合回路（カプラ）またはスイッチを有し、それによりまず周波数検出器の出力信号、つまり入力信号の積分値が所定の平均値を中心にして所定のスイッチングしきい値以内となっているかが検出され、続いてスイッチが作動されて火炎信号増幅器が作動されたり、ないしはその作動が停止される。周波数検出器により純粋に周期的な信号の存在が検出された場合、上記スイッチングしきい値によって、一定の平均値を中心とする積分信号の残留変動、ないしゼロ値を中心とする僅かな変動（積分器のカットオフ周波数に応じて純粋に周期的な入力信号によっても発生してしまう）があってもそれは無視できるようになる。
【００１６】
他の方法は、周波数検出器によって入力信号、たとえば火炎信号を、あらかじめ定めた所定周期にわたって積分することである。周波数選択装置はこの積分された出力信号を用いてスイッチを制御し火炎信号増幅器を作動させまたはその作動を停止させる。このように所定周期にわたって積分を行なうことにより、通常、商用電源周波数の倍数となっているディスクリートな周波数を狭帯域特性でフィルタ処理することができるので、商用電源の交流電圧周波数に対応する外部の光成分をシャープに除去することができる。それにより、他の周波数成分、つまり特に火炎信号を損失なく検出することができるようになる。なお、周波数検出器を、所定周期の一周期にわたる積分ごとに初期状態にリセットするのが望ましい。もしそうしなければ、積分出力電圧のドリフトにより偽の火炎が検出され、これはテスト時において素子の故障と判断されてしまうものである。
【００１７】
火炎信号に周期的なテスト信号を重畳することができるので、周波数検出器によりテスト信号を検出し、それにより回路の正常性のチェックを行なうことができ、個々の構成素子の故障を検出することができる。
【００１８】
周波数検出器は、スイッチを次のように、すなわち非周期な火炎信号の場合には火炎信号増幅器により有効な出力信号が出力され、一方周波数検出器で周期的な入力信号が検出された場合には、火炎信号増幅器の作動が停止されて、有効な出力信号が火炎信号増幅器の出力に供給されなくなる、ように駆動する。
【００１９】
周期的なテスト信号は好ましくは規則的な時間間隔で印加され、それにより火炎監視回路が正常に機能しているかに関する情報を常に持つことが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は火炎監視システムないし火炎監視装置を示す。火炎センサ１で検出され、電気信号、すなわち信号電圧Ｕ₁に変換された火炎からの放射線（電磁放射線）は、まずハイパス特性を有する第１の入力増幅器２により増幅（ブースト）され、さらにシュミットトリガ３の入力に供給される。なお、信号電圧Ｕ₁は接地（アース）電位ｍを基準とするものである。シュミットトリガ３の出力に現れる信号電圧Ｕ₂により双極性電源（電流源ないし電圧源）４が駆動され、この電源により第１の積分器５が基準電圧Ｕ_Refを基準として正にあるいは負に充電される。それぞれの充電サイクルの極性および期間は、シュミットトリガ３の出力状態、つまりセンサ１の信号電圧Ｕ₁に直接関係する。積分器５はローパス特性を有しており、ローパスのカットオフ周波数は、代表的には約８０Ｈｚ程度である。
【００２２】
シュミットトリガ３の出力の信号電圧Ｕ₂はさらに回路６により処理され、スイッチとして動作するｎチャンネルのＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジスタ）７を制御する。この回路６は、２つのコンデンサと２つのダイオードから成るチャージポンプとして構成され、この回路によりシュミットトリガ３の交流波形の出力信号Ｕ₂が負極性の直流電圧信号Ｕ₃に変換される。この直流電圧信号Ｕ₃は、積分器５の出力信号Ｕ₄により制御される第２のスイッチ８を介してＪＦＥＴ７の制御入力端子に入力される。このＪＦＥＴ７の制御入力端子はコンデンサ９を介して基準電圧Ｕ_Refと接続されており、制御電圧を平滑化させる。図示の例では、第２のスイッチ８は、フォトカプラ１０の受光側として構成され、このフォトカプラ１０の送光側には積分器５の出力の信号電圧Ｕ₄が整流器１１を介して入力されている。
【００２３】
整流器１１とその後段に接続されたフォトカプラ１０は積分器５に対して負荷となる。積分器５は、シュミットトリガ３の出力の状態に応じて電源４により不規則的な間隔で充放電される。一方、積分器５には、その出力信号電圧Ｕ₄の大きさがフォトカプラ１０のスイッチングしきい値を超える場合には、負荷が接続される。信号電圧Ｕ₁の周波数が積分器５のローパスのカットオフ周波数より小さい場合には、電源４から積分器５に供給される充電電流は、整流器１１とフォトカプラ１０による負荷に基づく放電電流よりもかなり大きくなるので、積分器５は比較的高い正電位または負電位に充電される。一方、信号電圧Ｕ₁の周波数が積分器５のローパスのカットオフ周波数を超えている場合には、整流器１１およびフォトカプラ１０による負荷に基づく放電電流は電源４から供給される充電電流よりもかなり大きくなるので、積分器５の出力信号電圧Ｕ₄はフォトカプラ１０のスイッチングしきい値よりも小さい値に留まることになる。
【００２４】
また、信号電圧Ｕ₁は、ハイパス特性を有する第２の入力増幅器１２に入力され、第２の整流器１３により整流され、第２の積分器１４に入力される。ＪＦＥＴ７が非導通の状態では、信号電圧Ｕ₁は第２の入力増幅器１２により増幅され、第２の積分器１４の出力電圧Ｕ₅は接地電位ｍとは異なる値となる。一方、ＪＦＥＴ７が導通すると、入力増幅器１２の入力信号電圧Ｕ₁が無効となるので、積分器１４の出力電圧Ｕ₅は接地電位ｍとなる。
【００２５】
なお、図１において、２から５の回路により周波数検出器１８が構成され、６、１７、１８、１９などのブロックにより周波数選択装置が構成される。
【００２６】
図２は、火炎から放出される放射線のみがセンサ１に入射している場合の信号電圧（火炎信号）Ｕ₁、Ｕ₂およびＵ₄の状態を示している。シュミットトリガ３の出力には幅の異なるパルス１５が発生する。パルス１５がある場合には、積分器５は電源４により充電され、一方、パルス１５間の休止期間において積分器１５は放電される。このとき、上述のように、通常信号電圧Ｕ₄は、フォトカプラ１０のスイッチングしきい値１６よりも大きくなっている。しかし、図から明らかなように、フォトカプラ１０は不規則的な間隔でオンオフされる。コンデンサ９によりフォトカプラ１０の出力信号が平滑されるために、ＪＦＥＴ７は非導通のままであるので、火炎信号Ｕ₁が第２の入力増幅器１２に達し、第２の積分器１４の出力電圧Ｕ₅は「火炎が存在する」を意味する値をとる。
【００２７】
センサ１（図１）がその装着部から外され、バーナの傍に置かれ、たとえば基本周波数が１００Ｈｚ程度のネオン管から発生する光がセンサ１に入射すると、シュミットトリガ３の出力には、周期的なパルス１５の列からなりそのデューティ比が１となる信号電圧Ｕ₂が発生する。このパルス１５により、積分器５は電源４を介してそれぞれ等しい期間で充電および放電されるので、積分器５の出力信号電圧Ｕ₄は短時間後には３角波電圧となるが、そのピーク値は積分器５のローパス特性によってフォトカプラ１０のスイッチングしきい値１６よりも小さい値となる。これによりフォトカプラ１０が継続的に遮断され、ＪＦＥＴ７が導通する。これにより、火炎信号は第２の入力増幅器１２により増幅されなくなり、第２の積分器１４の出力電圧Ｕ₅は「火炎無し」を意味する接地電位ｍの値をとる。
【００２８】
図２は、時刻ｔ₁において、センサ１（図１）が装着部から外された場合の信号電圧Ｕ₄の波形を示している。また、フォトカプラ１０のスイッチングしきい値が符号１６により示されている。信号電圧Ｕ₄は、時刻ｔ₁において偶然に大きな値を有するので、ＪＦＥＴ７は非導通であるが、その後、積分器５のローパス特性により除々に減少し、最終的にはフォトカプラ１０を駆動できなくなる。
【００２９】
図１には、さらに、信号電圧Ｕ₁にテスト信号Ｔを重畳させることができる制御入力端子が図示されている。このようなテスト信号Ｔは、たとえば１００Ｈｚの信号であり、交流電源により駆動される光源をシミュレートするためのものである。このテスト信号Ｔを時刻ｔ₁において印加すると、積分器５の出力信号Ｕ₄は、結合回路１９、すなわち、整流器１１およびフォトカプラ１０の減衰作用により、基準電圧Ｕ_Refに向って下降し、その場合、スイッチングしきい値１６を下回りかつ期間Δｔが経過した後、火炎信号増幅器４０の出力電圧Ｕ₅は接地電位ｍの値をとる。これにより、図２のごとく、火炎センサ１が人工光により強力に照明されているにもかかわらず、「火炎は存在しない」との情報を出力する信号が発生する。
【００３０】
なお、火炎の有無を報知するだけではなく、火炎センサ１が検出した火炎からの放射線の強さを示す出力信号が所望される場合も多い。この理由から、実際の火炎信号増幅器４０は、ブロック１２、１３および１４からなる純アナログ的な処理回路として構成される。
【００３１】
ブロック１８、１９、並びにブロック６および１７は以下の２つの課題を実行する。
【００３２】
１．有効な火炎信号Ｕ₁が存在するか否か、つまり、入力信号の周波数、したがってシュミットトリガ３のオンオフ比が継続的に変化しているかどうかを信号化すること。
【００３３】
２．火炎センサ１により一定周波数の信号が出力されるかあるいは信号が出力されないとき、積分器１４のアナログ出力電圧Ｕ₅がゼロとなることを検出すること。その場合、テスト信号電圧Ｕ_Tを印加したときはその結果としてこのような検出がなされるべきものである。
【００３４】
図１による解決策は、所定の周波数を遮断するのみに限定されるものではなく、原理的には、周波数が一定であればどの周波数でも、積分器５において平均値０が形成される。しかし、瞬間的な電圧は、入力信号Ｕ₁の周波数に応じて、また積分器５の時定数に応じて、多少の差はあっても大きな値に達するので、結合回路１９を周期的にパルス状に駆動することは所定のシステム条件において可能となる。この場合、積分器５に直列抵抗を追加して、簡単なＲＣのローパス回路を構成したり、また電源４を電圧源、たとえば双極性電圧源として構成するのが好ましい。それにより、シュミットトリガパルスがデューティ比１である場合には、カットオフ周波数以上では１オクターブ当り６ｄｂの強さの適度な減衰特性が得られる。しかし、高周波数領域においてパルスデューティ比の１からのずれが大きくなるに従って、減衰特性はそれだけ少なくなる。火炎信号Ｕ₁の時間的な変化に応じて、積分器５のコンデンサには、振幅および極性が頻繁に交互する電圧が発生する。商用電源で駆動される光源の放射線周波数が商用電源周波数の２倍、たとえば１００Ｈｚ程度であると仮定した場合でも、火炎の有効信号と、たとえば１００Ｈｚのノイズ信号を充分正確に識別できるようにするためには、上記の簡単なローパス回路のカットオフ周波数を低く設定しておく必要がある。この場合、ＳＮ比を同程度としたまま有効信号の帯域幅を拡大するために、高次のローパス回路を入力増幅器２の出力に接続するのが好ましい。
【００３５】
しかし、商用電源周波数の調波によるノイズ信号と無関係な火炎信号の帯域幅を得るためには、ノイズ周波数を無限に狭い帯域幅でカットすることが必要になる。
【００３６】
図３は、商用電源周波数の所定の調波、たとえば５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚなどの周波数を遮断するように構成された実施形態を示している。ここでは、平均値が各商用電源周期にわたって新たに形成され、それが読み出されて、商用電源周波数の調波によるセンサ信号が常に値０となり、一方それと周波数が異なる信号は、ゼロの値と異なる値になり、それにより有効な火炎信号Ｕ₁が検出できるようになる。この原理によれば、積分時間は実際の商用電源周波数に直接関係し、それにより有効信号とノイズ信号をシャープに識別することができる。
【００３７】
ローパス特性を有する入力増幅器２０はセンサ信号Ｕ₁を前置増幅するとともに、同時に高周波のノイズ電圧を減衰させる機能を有する。さらに、入力増幅器２０の後段には、ハイパス特性の増幅器２１が設けられており、これにより前述の低周波のシュリーレン周波数が減衰される。
【００３８】
この増幅器２１の出力信号は、種々の目的のために異なる３つの部分を介して処理される。平均値形成回路２２において商用電源のそれぞれ１周期にわたって積分が行われる。平均値形成回路２２（積分器）は、各積分期間終了時に平均値形成回路２２中に図示したスイッチによりゼロにリセットされる。このリセット直前に、スイッチ２３を閉成することにより、積分器の実際値が読み出され、全波整流器２４を介してトリガパルスとして単安定マルチバイブレータ２５の入力に供給される。微分器２６により単安定マルチバイブレータ２５の立ち上りエッジから積分器ないし平均値形成回路２２のリセットスイッチを制御する制御信号が得られる。
【００３９】
読み出しスイッチ２３の制御用にシュミットトリガ３０において商用電源ハム電圧ΔＵから単安定マルチバイブレータ２９のトリガパルスが生成され、このトリガパルスにより読み出しスイッチ２３が電源に同期して作動される。ここで、積分器２２のリセットパルスが単安定マルチバイブレータ２５の立ち上りエッジに関係し、たとえば読み出しスイッチ２３の制御パルスに直接関係しないことにより、積分器２２の内容がリセットパルスにより消去される前に、それを常に読み出すことができるようになる。
【００４０】
図１の原理と同様に、積分器２２の出力信号Ｕ₄を用いて、センサ信号Ｕ₁（本実施形態の場合は前置増幅されている）を有効にし後段の処理に供している。
【００４１】
このために、まず、前置増幅されたセンサ信号Ｕ₁がシュミットトリガ２８に入力され、この出力パルスを用いてチャージポンプ６により負の電圧が生成される。図１の場合と同様、この負の電圧を用いて自己導通型のＪＦＥＴ７が遮断され、これによってアクティブフィルタ回路３３の入力がイネーブルになり、前置増幅されたセンサ信号Ｕ₁が処理される。アクティブフィルタ回路３３も、ハイパス特性を有しており、それによりシュリーレン周波数が減衰される。後段の積分コンデンサを有する全波整流器３４により、前置増幅されたセンサ信号Ｕ₁からアナログ出力電圧Ｕ₅が得られる。
【００４２】
商用電源周波数の調波を含んだセンサ信号Ｕ₁が現れたとき出力信号Ｕ₅を遮断できるか否かをテストするために、増幅器供給電圧Ｕ_sの平均値が運転電圧Ｕ_Bからテスト電圧Ｕ_Tに引き上げられ、それによりツェナーダイオード３１のしきい値を超えるようになり、スイッチ３２が閉成される。これにより供給電圧Ｕ_Tに重畳された商用電源ハム電圧ΔＵがセンサ信号Ｕ₁に重畳され、このようにして商用電源周波数のノイズ信号が入力される（第４図）。このように強制的にセンサ信号に商用電源ハム電圧を重畳することにより、積分器２２において各電源周期にわたって平均される値はゼロとなるので、結局スイッチ１７、すなわちＪＦＥＴ７が導通して出力電圧Ｕ₅も同様にゼロとなる。
【００４３】
図４には、供給電圧Ｕ_sを運転電圧Ｕ_Bからテスト電圧Ｕ_Tへ、あるいはその逆へ切り換える状態が図示されている。このような切り換え動作はマイクロプロセッサ装置を用いて制御するようにしてもよい。故障検出は、図１に関して説明したのと同じ原理に基いて行われる。
【００４４】
増幅器供給電圧Ｕ_Sは運転電圧Ｕ_Bと商用電源ハム電圧ΔＵの和に等しい。図４には運転期間とテスト期間が図示されており、テスト電圧は時点ｔ'〜ｔ"の期間に印加されている。
【００４５】
図５には、積分器すなわち平均値形成回路２２の値が図示されている。センサ信号Ｕ₁が異なる場合、積分器２２の出力にはそれぞれ異なる値ａ、ｂ、ｃおよびｄを有する異なる出力信号Ｕ₄が読み出される。積分電圧Ｕ₄の波形から、ゼロ点対称なノイズ信号の場合は、一定の周期ΔＴにわたって積分されたときには、常にゼロの値となることが分かる。もちろん、積分周期ΔＴは好ましくは商用電源周期あるいは対応する商用電源周期の倍数である。なお、この意味では、どの時刻で積分期間を開始するかは重要ではない。読み出し開始からリセット終了まで、すなわち次の積分期間の開始までの時間は、商用電源周期長さΔＴ、つまり積分期間それ自体に比して短かくし、これにより前後するそれぞれの商用電源周期における積分にもかかわらず、「測定誤差」を無視できるようにすることができる。
【００４６】
図３に示した回路には種々の変形例が考えられ、図６は、図３の回路の変形例を示している。たとえば、シュミットトリガ３０の出力信号をチャージポンプ６を駆動するのに用い、それによりシュミットトリガ２８を省略することができる。この変形例では、構成部品を省略できる利点に加え、ポンピング周波数が一定になるので、自己導通形ＪＦＥＴ７に対するゲート電圧をより一様かつ、より高信頼度をもって生成することができる、という利点がある。もちろん、ハイパス特性をもつチャージポンプ６により、図３のように有効信号に関係している場合には、上述したように、シュリーレン周波数の検出に対してさらに安全性が得られる、というある種の利点も有する今ある特性は失われてしまうことになる。
【００４７】
また、シュリーレン周波数の減衰がハイパス特性の増幅器２１で充分であり、偽火炎検出を防止できる場合には、アクティブフィルタ回路３３を省略することも考えられる。また、単安定マルチバイブレータ２９は直接商用電源ハム電圧ΔＵで駆動できるので、シュミットトリガ３０も必要でない。
【００４８】
さらに、シュミットトリガ２８を省略する他の変形例は、チャージポンプ６を単安定マルチバイブレータ２５で駆動する例である。その結果、トランジスタ２７を省略することができるので、チャージポンプ６の放電時定数を充分小さくでき、テストを与えられた時間内で行なうことができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、火炎信号を積分して火炎信号が周期的かどうかを検出し、非周期的な火炎信号を検出した場合に火炎信号増幅器を作動させ、また周期的な火炎信号を検出した場合、あるいは火炎信号が存在しない場合、あるいはテスト信号が存在する場合には火炎信号増幅器を不作動にするように制御しているので、商用電源周波数の調波信号に対して火炎の誤検出がなくなるとともに、火炎信号の情報損失が極めて少なくなり、バーナの連続運転においても安全に使用することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用した火炎監視装置の構成を示したブロック図である。
【図２】図１の火炎監視装置の火炎信号の処理を示した信号波形図である。
【図３】本発明による異なる火炎監視装置の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図４】図３の火炎監視装置のテスト信号を示した信号波形図である。
【図５】図３の火炎監視装置の火炎信号並びにその積分を示した信号波形図である。
【図６】図３の火炎監視装置を簡略化した実施形態の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１火炎センサ
３シュミットトリガ
４双極性電源
５積分器
６チャージポンプ
７ＪＦＥＴ
１０フォトカプラ
１１整流器
１２入力増幅器
１３整流器
１４積分器
２１増幅器
２２平均値形成回路
２４全波整流器
２５単安定マルチバイブレータ
２６微分器
２８シュミットトリガ
２９単安定マルチバイブレータ
３０シュミットトリガ
３１ツェナーダイオード
３３アクティブフィルタ回路
３４全波整流器

Claims

火炎から放出される放射線を火炎信号に変換する火炎センサと、
火炎信号を出力信号に変換する火炎信号増幅器と、
火炎信号中の周期的な信号の存在を検出する周波数選択装置とを有し、
前記周波数選択装置は、非周期的な火炎信号の存在を検出する周波数検出器を有し、前記火炎信号は前記周波数検出器により矩形波信号に変換され、この矩形波信号が積分器に給電を行う双極性電源の制御信号として用いられ、それにより火炎信号が周期的なときは、前記積分器の出力信号が一定の平均値を中心として変動し、
前記周波数選択装置は、前記積分器の出力信号から非周期的な火炎信号の存在を検出したときは、スイッチング手段を介して前記火炎信号増幅器を作動させ、また周期的な信号を有する火炎信号が存在すること、あるいは火炎信号が存在しないこと、あるいはテスト信号が存在することを検出したときは、スイッチング手段を介して前記火炎信号増幅器の作動を停止させることを特徴とする火炎監視装置。
前記周波数選択装置は結合回路を有し、この結合回路は、前記周波数検出器の出力信号が前記一定の平均値を中心にして所定のスイッチングしきい値以内にあるときは、前記火炎信号増幅器の作動を停止させるスイッチング手段を作動させることを特徴とする請求項１に記載の火炎監視装置。
前記周波数検出器は前記火炎信号を所定周期にわたって積分し、前記周波数選択装置はその積分された出力信号を用いてスイッチング手段を作動させ、そのスイッチング手段により前記火炎信号増幅器が作動されまたはその作動が停止されることを特徴とする請求項１に記載の火炎監視装置。
前記周波数検出器は前記所定周期の一周期にわたる積分ごとに初期状態にリセット可能であることを特徴とする請求項３に記載の火炎監視装置。
前記所定周期が商用電源周期の倍数となっていることを特徴とする請求項３または４に記載の火炎監視装置。
前記火炎信号に周期的なテスト信号が重畳可能であり、前記周波数検出器によりこのテスト信号が検出されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の火炎監視装置。
火炎から放出される放射線が火炎信号に変換され、またこの火炎信号が出力信号に変換され、
周波数選択装置により火炎信号中の周期的な信号の存在が検出される火炎監視方法において、
周期的な火炎信号は該火炎信号を所定周期にわたって積分することにより、および／または一定の平均値を中心として積分することにより検出され、
非周期的な火炎信号が存在するときは、前記火炎信号が出力信号に変換され、周期的な信号を有する火炎信号が存在するとき、あるいは火炎信号が存在しないとき、あるいはテスト信号が存在するときは、前記火炎信号がゼロ信号に変換されることを特徴とする火炎監視方法。
前記積分された火炎信号がほぼゼロであるか、または一定の平均値を中心にして所定のスイッチングしきい値以内にある場合は、前記火炎信号がゼロ信号に変換されることを特徴とする請求項７に記載の火炎監視方法。
周期的なテスト信号が規則的な時間間隔で印加され、前記ゼロ信号が発生するかが検査されることを特徴とする請求項７または８に記載の火炎監視方法。