KR100548158B1

KR100548158B1 - 화염 검출기

Info

Publication number: KR100548158B1
Application number: KR1019990014022A
Authority: KR
Inventors: 포포비크라디보제; 포샤르알렉상드르; 플라나간아드리안; 라크즈로베르트; 마니끄드라간; 울펜부텔라이노트펠릭스
Original assignee: 일렉트로와트 테크놀로지 이노베이션 에이쥐
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2006-01-31
Also published as: DK0953805T3; CN1133967C; EP0953805A1; KR19990083346A; CN1235327A; JP2000055358A; US6346712B1; EP0953805B1; DE59806269D1

Abstract

전자 스펙트럼의 자외선 영역 및/또는 가시 영역에 감도를 갖는 방사선 센서(1)를 구비한 화염 검출기는, 상기 방사선 센서의 출력에 걸린 신호(U₁)로부터, 상기 신호(U₁)의 직류 전압 부분에 비례하는 제1 신호(U₂) 및 상기 신호(U₁)의 교류 전압 부분에 비례하는 제2 신호(U₃)를 도출시킨다. 화염 검출기의 출력 신호(U_A)는 U_A = U_{2 -}U₃인 관계가 성립하는 방식으로 형성된다. 이리하여, 점화 스파크가 효과적으로 억제될 수 있다.

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Description

화염 검출기{Flame detector}

도 1은 방사선 센서의 신호가 시간 경과에 따라 전개된 것과 상기 신호가 서로 다른 성분으로 분리된 것을 보여주는 파형도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화염 검출기를 블록선도로 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 화염 검출기의 회로도이다.

도 4는 도 3의 화염 검출기의 필터 특성을 보여주는 도면이다.

본 발명은 화염 검출기에 관한 것이다.

기존의 화염 검출기는 전자 스펙트럼의 자외선 영역 및/또는 가시 영역에 감도를 갖는 방사선 센서를 구비하고 있다. 이러한 화염 검출기는 노(furnace)의 화염을 모니터링하는 데 사용된다. 화염 검출기의 기능은 화염이 꺼질 때를 가능하면 지체 없이 인지하는 것이다. 화염 검출기들은 노의 안전성 지키기 위한 중요한 요소이다. 화염 검출기와 노에 대한 고신뢰도를 획득하기 위하여, 화염 검출기는 화염의 방사선에만 반응하고 부차적인 방사선에는 감응하지 않을 필요가 있다. 부차적인 방사선의 한 요인은 화염의 점화시 발생하는 스파크이다.

한편으로, 원치 않는 점화 스파크의 검출을 회피하기 위한 기존의 해결 방안으로는 점화 스파크의 방사선이 화염 검출기에 도달하지 못하게 하는 차광(遮光) 방안이 있다. 다른 한편으로 전자 스펙트럼의 적외선 영역에 감도를 갖는 화염 검출기가 사용되는 데, 그 이유는 이러한 영역에서 상기 점화 스파크의 방사선 부분이 무의미하기 때문이다. 이와 같은 후자의 화염 검출기가 가지고 있는 단점은 화염 검출기의 신호가 노의 동작 조건에 매우 의존한다는 것이다.

본 발명의 목적은 전자 스펙트럼의 자외선 영역 및/또는 가시 영역에 감도를 갖는 방사선 센서가 구비되어 있고 출력 신호가 점화 스파크에 그다지 감응하지 않는 화염 검출기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화염 검출기는, 화염으로부터 발생된 방사선을 나타내는 신호(U₁)를 생성하기 위한, 전자 스펙트럼의 자외선 영역 및/또는 가시 영역에 감도를 갖는 방사선 센서; 상기 신호(U₁)의 직류 전압 부분에 비례하는 제1 신호(U₂)를 상기 신호(U₁)로부터 도출시키기 위한 제1 회로; 상기 신호(U₁)의 교류 전압 부분에 비례하는 제2 신호(U₃)를 상기 신호(U₁)로부터 도출시키기 위한 제2회로; 및 화염 검출기의 출력 신호(U_A)를 U_A = U_{2 -}U₃관계가 성립되는 방식으로 형성하기 위한 감산기를 포함한다.

점화 스파크는 방사선 센서에, 화염이 미치는 범위까지 화염의 직류 신호와 겹치는 교류 신호를 발생시킨다. 이러한 교류 신호의 시간에 따른 특성은 비교적 일정하고 장기간 안정하다. 본 발명은 이러한 교류 신호를 이용하는 데, 그 이유는 상기 교류 신호가 방사선 센서의 신호 중 교류 전압 부분을 결정하고, 점화 스파크에 의해 상기 방사선 센서의 신호에서 발생하는 직류 전압 부분과 동일한 값인 직류 신호를 상기 교류 신호로부터 도출시키기 때문이다. 상기 교류 전압 부분으로부터 도출된 그러한 직류 신호를 상기 방사선 센서 신호의 전체 직류 전압 부분에서 감산함으로써, 결과적으로는 단지 상기 화염으로부터 발생되는 부분만을 나타내는 신호가 생성된다.

상기 점화 스파크 발생기가 상업용 전원(mains) 전압으로 동작하기 때문에, 점화 스파크에 의해 화염 검출기에서 생성되는 신호는 상업용 전원 주파수와 2배의 상업용 전원 주파수에서 최대가 되는 주파수 스펙트럼을 가진다. 상업용 전원 주파수 부분에서 최대값을 갖는 화염 검출기 신호를 발생시키는 제1 형태의 점화 스파크 발생기와, 2배의 상업용 전원 주파수 부분에서 최대값을 갖는 화염 검출기 신호를 발생시키는 제2 형태의 점화 스파크 발생기가 있다. 그러므로, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 2배의 상업용 전원 주파수의 경우에 대하여는 상업용 전원 주파수의 경우보다도 소정의 배수 만큼 높은 투과 특성을 갖는 필터를 사용하여 방사선 센서 신호의 교류 전압 부분이 도출된다. 이 경우에는, 상기 필터의 출력에 걸린 신호가 상기 제1 형태의 점화 스파크 발생기와 상기 제2 형태의 점화 스파크 발생기 모두에 의해 발생되는 직류 전압 부분에 대응한다.

이하 첨부 도면과 연관지어 언급된 본 발명의 실시예들에 대한 상세한 설명으로부터 위에서 언급된 본 발명의 목적 및 다른 목적, 특징 및 이점이 자명해질 것이다.

도 1은 (제1 형태의) 점화 스파크 발생기가 동작하여 점화 스파크를 생성할 때, 그리고 화염이 이미 일어나고 있을 때 노에 설치된 방사선 센서(1; 도 2 참조)의 신호(U₁)의 시간 경과에 따른 전개를 곡선(a)으로 보여준 것이다. 전체 신호의 직류 전압 부분은 곡선(b)으로 도시되어 있으며, 상기 곡선(b)은 화염에 기초한 부분(c)과 점화 스파크에 기초한 부분(d)을 포함하고 있다. 마지막으로는, 상업용 전원 주파수에 대응하는 주파수인 점화 스파크에 기초한 교류 주파수 부분이 곡선(e)으로서 도시되어 있다. 직류 전압 부분(부분(d))의 진폭과 교류 전압 부분(곡선(e))의 진폭과의 비는 다른 형태의 점화 스파크 발생기들마다 상이하다. 이후에 언급되겠지만, 이러한 편차는 교류 전압 부분의 결정적인 주파수들이 또한 상이할 때 적합한 필터에 의해 보상될 수 있다. 이로인해 다른 점화 스파크 발생기들에 대해 동일한 화염 발생기를 사용하는 것이 가능하게 된다.

도 2는 노의 화염에 의해 방출되는 방사선을 검출하기 위한 센서로서 전자 스펙트럼의 자외선 영역 및/또는 가시 영역에 감도를 갖는 방사선 센서(1)가 구비된 화염 검출기의 일례를 도시한 것이다. 방사선 센서(1)의 출력에 걸린 신호(U₁)는 한편으로 종래 방식대로 저역 통과 필터(2)에 의해 필터링되고 다음의 증폭기(3)에 의해 증폭되어 신호(U₂)를 형성한다. 다른 한편으로, 신호(U₁)는 고역 통과 필터(4)에 의해 필터링되고, 제2 증폭기(5)에 의해 증폭되며, 정류기(6)에 의해 정류되고, 제2 저역 통과 필터(7)에 의해 평활화되어 신호(U₃)를 형성한다. 결과적으로 신호(U₂)는 방사선 센서(1)의 출력에 걸린 신호(U₁)의 직류 전압 부분에 비례하고, 반면에 저역 통과 필터(7)의 출력에 걸린 신호(U₃)는 신호(U₁)의 교류 전압 부분에 비례한다. 감산 수단(8)은 신호(U₂)와 신호(U₃)로부터 화염 검출기의 출력 신호(U_A)를 U_A = U₂ - U₃ 인 관계가 성립되는 방식으로 형성한다.

제1 증폭기(3)의 증폭률과 비교하여, 제2 증폭기(5)의 증폭률은, 점화 스파크에 의해 발생된 신호의 직류 전압 부분(도 1의 진폭(d))에 대한 교류 전압 부분(도 1의 곡선(e))의 비에 따라, 그리고 직류 출력 신호(U_A)의 값이 점화 스파크가 신호(U₁)에 기여하는 지의 여부와는 상관없도록 필터(2,4,7)들의 특성을 고려하여 설정되어야 한다.

도 3은 화염 검출기의 다른 예를 보여주는 회로도인 데, 상기 회로도에서는 저항기, 커패시터, 다이오드, 연산 증폭기 및 트랜지스터용으로 사용된 기호가 전자 회로에서 일반적으로 사용되는 기호에 대응한다. 본 실시예에서, 화염 검출기의 출력 신호는 전압(U_A)이 아니라 그대신 전압(U_A)에 대응하는 전류(I_A)이다. 방사선 센서(1)는 자외선 영역에 감도를 갖는 UV 다이오드(9)와, UV 다이오드(9)의 미약한 신호를 직접 증폭하는 증폭기(10)를 구비하고 있다. 기준 전위는 m으로 표기된다. 능동 소자들에의 급전(給電)에 대하여는 명확성을 위해서 도시되어 있지 않다.

상업용 전원 주파수가, 유럽에서는 50Hz이고 미국에서는 60Hz인 것이 일반적이다. 본 실시예로 제공된 도면들은 유럽의 장치에 맞게 이루어진 것이다. 교류 전압 부분(U₃)을 획득하기 위하여, 방사선 센서(1)의 출력에 걸린 신호(U₁)가 커패시터와 저항기에 의해 형성된 고역 통과 필터(4)에 공급되고, 제2 증폭기(5)에 의해 증폭되며, 예를 들면 2차의 체비세프(Chebyshev) 필터인 제2 고역 통과 필터(4a)에 의해 필터링됨으로써, 신호(U₁)의 100Hz 성분(2배의 상업용 전원 주파수)이 신호(U₁)의 50Hz 성분(상업용 전원 주파수)보다 소정의 배수만큼 더 강력하게 증폭되게 이루어지고, 이어서 동시에 피크 검출기로서 동작하는 전압/전류 변환기(11)를 사용하여 전류(I₃)로 변환된다.

신호(U₁)의 직류 전압 부분(U₂)을 획득하기 위하여, 신호(U₁)는 임피던스 변환기로서 전환되는 연산 증폭기(12), RC 구성 요소(13) 및 전압/전류 변환기(14)로 구성된 회로 모듈에서 필터링 및 증폭된다. 전압/전류 변환기(14)를 구성하는 트랜지스터(15)는, 2개의 저항기(17,18) 간의 접점(16)에 걸린 전압이 연산 증폭기(12)의 비반전 입력에 걸리는, 방사선 센서(1)로부터 전달된 전압(U₁)의 직류 전압 부분(U₂)과 동일해지도록 연산증폭기(12)에 의해 제어된다. 현재, 접점(16)에는 전류(I₃)도 공급되기 때문에, 그 결과 트랜지스터(15)를 통해 흐르는 전류(I_A)는 전류(I₃) 만큼 감소된다. 따라서, 전압/전류 변환기(14)는 또한 감산기(8)(도 2 참조)의 기능을 갖는다. 결과적으로, 화염 검출기의 출력에는 전류(I_A = I₂ - I₃)가 흐르는 데, 이 경우에는 전류(I₂)가 전압(U₂)에 비례하는 전류이다. 따라서, 트랜지스터(15)를 통해 흐르는 전류(I_A)는 화염에 의해 방출되고 UV 다이오드(9)로 측정된 방사선에 비례한다.

도 4는 도 3에 도시된 회로 설계에 의한 고역 통과 필터(4), 증폭기(5) 및 제2 고역 통과 필터(4a)에 의해 대체로 생성되는 필터 특성을 보여준다. 바람직하게는 2차의 체비세프 필터로서 구현되는 고역 통과 필터(4a)는 100Hz 주파수(2배의 상업용 전원 주파수)가 50Hz(상업용 전원 주파수)보다 약 5배인 진폭을 갖도록 설정된다. 이로인해 제1형태 및 제2형태 모두의 점화 스파크 발생기들에 대해 상기 화염 검출기를 사용하는 것이 가능하게 된다.

또한, 화염 검출기는 예를 들어, 방사선 센서(1; 도 2 참조)의 신호에서 상업용 전원 주파수의 교류 전압 부분 또는 그의 고조파를 발생시키는, 예를 들면 네온관과 같은 다른 광원들로부터의 신호를 억압한다. 교류 전압 부분의 진폭에 따라, 신호(U₃)로부터 상이한 크기의 부분이 감산된다. 이 부분은 네온관에 의해 발생된 직류 전압 부분을 완전히 보상하고도 남을 정도로 충분한 것으로 알려져 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 본 발명에 의한 화염 검출기는, 방사선 센서의 신호에서 다른 광원들로부터의 신호를 효과적으로 억압하여, 화염으로부터 방출되는 방사선에 거의 비례하는 화염에 관한 신호를 도출시키는 것이 가능하다.

Claims

화염으로부터 발생된 방사선을 나타내는 신호(U₁)를 생성하기 위한, 전자 스펙트럼의 자외선 영역 및/또는 가시 영역에 감도를 갖는 방사선 센서;

상기 신호(U₁)의 직류 전압 부분에 비례하는 제1 신호(U₂)를 상기 신호(U₁)로부터 도출시키기 위한 제1 회로;

상기 신호(U₁)의 교류 전압 부분에 비례하는 제2 신호(U₃)를 상기 신호(U₁)로부터 도출시키기 위한 제2 회로; 및

화염 검출기의 출력 신호(U_A)를 U_A = U_{2 -}U₃관계가 성립되는 방식으로 형성하기 위한 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
제1항에 있어서, 상기 신호(U₁)의 교류 전압 부분으로부터 도출된 제2 신호( U₃)는 점화 스파크에 의해 상기 신호(U₁)에서 발생된 직류 전압 부분과 거의 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
제1항에 있어서, 상기 제2 회로는 2배의 상업용 전원 주파수의 경우에 대하여 상업용 전원 주파수의 경우보다 소정의 배수만큼 큰 투과 특성을 갖는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
제1항에 있어서, 상기 신호(U_A,U₂,U₃)는 전압인 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
제1항에 있어서, 상기 신호(U_A,U₂,U₃)는 전류인 것을 특징으로 하는 화염 검출기.