KR19990083346A - 화염검출기 - Google Patents

Abstract

전자기파 스펙트럼의 자외선 및/또는 가시영역에 민감한 복사 센서(1)를 구비한 화염 검출기는, 상기 복사 센서의 출력 신호 U₁으로부터, 신호 U₁의 직류 전압부에 비례하는 제1신호 U₂및 신호 U₁의 교류 전압부에 비례하는 제2신호 U₃를 형성한다. 화염 검출기의 출력 신호 U_A는 U_A= U_{2 -}U₃가 되도록 형성된다. 따라서, 점화 스파크가 효과적으로 억제된다.

Description

화염 검출기{Flame detector}

본 발명은 화염 검출기에 관한 것이다.

기존의 화염 검출기는 전자기파 스펙트럼의 자외선 및/또는 가시영역에 민감한 복사 센서를 구비한다. 이러한 화염 검출기들은 노의 화염을 모니터링하는 데 사용된다. 그들의 임무는 가능하면 지연없이 화염이 꺼질 때를 인지하는 것이다. 화염 검출기들은 노의 안전개념에 있어서 주요 구성요소이다. 화염 검출기와 노에 대한 고신뢰도를 획득하기 위하여, 화염 검출기는 화염의 방사에만 반응하고 기생 효과에는 민감하지 않을 필요가 있다. 기생 효과의 한가지 소스는 화염이 점화될 때 발생하는 스파크이다.

한편으로 점화 스파크의 원치않는 검출을 피하기 위한 기존의 해결책은 점화 스파크의 방사가 화염 검출기에 도달하는 것을 방지하는 광학 차폐이다. 다른 한편으로 화염 검출기들은 전자기파 스펙트럼의 적외선 영역에 민감한 곳에 사용되는 데, 그것은 이 영역에 있는 점화 스파크의 복사 부분이 중요하지 않기 때문이다. 이들 후자의 화염 검출기들이 가지고 있는 단점은 그들의 신호가 노의 동작 조건에 매우 의존한다는 것이다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 전자기파 스펙트럼의 자외선 및/또는 가시영역에 민감한 복사 센서가 구비되고 출력 신호가 점화 스파크에 매우 둔감한 화염 검출기를 제공하는 것이다.

도 1은 복사 센서의 신호와 그것의 다른 부분들로의 분리된 신호의 시간에 대한 전개를 도시한 파형도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 화염 검출기를 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 화염 검출기의 회로도이다.

도 4는 도 3의 필터의 특성을 도시한 도면이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 화염 검출기는, 화염으로부터의 복사를 나타내는 신호 U₁을 발생하기 위한, 전자기파 스펙트럼의 자외선 및/또는 가시영역에 민감한 복사 센서; 신호 U₁의 직류 전압부에 비례하는 제1신호 U₂를 신호 U₁으로부터 생성하기 위한 제1회로; 신호 U₁의 교류 전압부에 비례하는 제2신호 U₃를 신호 U₁으로부터 생성하기 위한 제2회로; 및 최종 출력 신호 U_A를 U_A= U_{2 -}U₃가 되도록 형성하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

점화 스파크는 복사 센서에, 직류신호가 존재하는 곳까지 화염의 직류신호와 겹치는 교류 신호를 유도한다. 이 교류 신호의 시간에 대한 특성은 장기간 비교적 일정하고 안정하다. 본 발명은, 그것이 복사 센서 신호의 교류 전압부를 결정하고, 점화 스파크가 상기 복사 센서 신호에서 발생시키는 직류 전압와 동일한 값인 그것으로부터 직류 신호를 유도한다는 점을 이용한다. 상기 복사 센서 신호의 전체 직류 전압부에서 상기 교류 전압부로부터 유도된 상기 직류 신호를 감산함으로써, 결과적으로 상기 화염으로부터 발생되는 부분만을 나타내는 신호가 생성된다.

상기 점화 스파크 발생기가 주 전압으로 동작하기 때문에, 상기 화염 검출기의 점화 스파크에 의해 생성되는 신호는 상기 주 주파수에서 최대이고 상기 주 주파수의 배수인 주파수 스펙트럼을 가진다. 주 주파수에서 명확한 최대값을 갖는 상기 화염 검출기 신호를 발생하는 제1 형태의 점화 스파크 발생기들과 상기 주 주파수의 2배의 주파수에서 명확한 최대값을 갖는 상기 화염 검출기 신호를 발생하는 제2 형태의 점화 스파크 발생기들이 있다. 그러므로, 본 발명의 다른 개념에 의하면, 상기 복사 센서 신호의 교류 전압부는, 주 주파수보다 주 주파수의 2배의 주파수에 대한 소정의 요소에 의해 더 높은 투명도를 갖는 특성을 구비한 필터에 의해 유도된다. 그러면, 상기 필터의 출력 신호는 상기 제1 형태의 점화 스파크 발생기와 상기 제2 형태의 점화 스파크 발생기 모두에 의해 발생되는 상기 직류 전압부에 대응한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 화염 검출기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 (제1 형태의) 점화 스파크 발생기가 동작중이고 점화 스파크를 생성할 때, 그리고 화염이 이미 발생하고 있을 때 노에 설치된 복사 센서(1)(도 2)의 신호(U₁)의 시간에 대한 전개를 곡선 a로 보여준다. 전체 신호의 적류 전압부가, 상기 화염으로부터 유래되는 c 부분과 상기 점화 스파크로부터 유래되는 d 부분을 구비하는 곡선 b로서 도시된다. 마지막으로, 상기 주 주파수에 대응하는 주파수인 점화 스파크로부터 유래되는 교류 주파수부가 곡선 e로서 도시된다. 상기 직류 전압부(d 부분)의 진폭에 대한 상기 교류 전압부(곡선 e)의 진폭비는 다른 형태의 점화 스파크 발생기들에서는 다르다. 후술되는 바와 같이, 이 변화는 교류 전압부의 결정적인 주파수들이 또한 상이할 때 적합한 필터에 의해 보상될 수 있다. 이것은 다른 점화 스파크 발생기들에 대해 동일한 화염 발생기를 사용할 수 있도록 한다.

도 2는 노의 화염에 의해 방사되는 복사선의 검출을 위한 센서로서 전자기파 스펙트럼의 자외선 및/또는 가시영역에 민감한 복사 센서(1)가 구비되는 화염 검출기의 예를 도시한 것이다. 복사 센서(1)의 출력 신호(U₁)은 한편으로 저역 통과 필터(2)에 의해 통상적으로 필터링되고 신호(U₂)를 형성하기 위하여 다음의 증폭기(3)에 의해 증폭된다. 다른 한편으로, 신호(U₁)은 고역 통과 필터(4)에 의해 필터링되고 제2증폭기(5)에 의해 증폭되며, 정류기(6)에 의해 정류되고 제2 저역 통과 필터(7)에 의해 평활화된다. 결과적으로 신호(U2)는 복사 센서(1)의 출력 신호(U₁)의 직류 전압부에 비례하고, 반면에 저역 통과 필터(7)의 출력 신호(U₃)는 신호(U₁)의 교류 전압부에 비례한다. 감산수단(8)은 신호(U₂)와 신호(U₃)로부터 화염 검출기의 출력 신호(U_A)인 U_A= U₂- U₃를 형성한다.

제1 증폭기(3)의 증폭도와 비교하여 제2 증폭기(5)의 증폭도는, 점화 스파크에 의해 유도된 신호의 직류 전압부(도 1, 진폭 d)에 대한 교류 전압부(도 1, 곡선 e)의 비에 따라 조정되어야 하고, 직류 출력 신호(U_A)의 값이 점화 스파크가 신호(U₁)에 기여하는 것에 상관없도록 필터들(2, 4, 7)의 특성을 고려하여 조정되어야 한다.

도 3은 화염 검출기의 다른 예를 도시한 회로도인 데, 저항들, 커패시터들, 다이오드들, 연산증폭기들 및 트랜지스터들에 대해 사용된 심볼들은 전자공학에서 통상적으로 사용되는 심볼들에 대응한다. 본 실시예에서, 화염 검출기의 출력신호는 전압(U_A)이 아니라 그대신 전압(U_A)에 대응하는 전류(I_A)이다. 복사 센서(1)은 자외선 영역에 민감한 UV 다이오드(9)와, UV 다이오드(9)의 극히 약한 신호를 직접 증폭하는 증폭기(10)를 구비하고 있다. 기준 전위는 m으로 표기된다. 능동 소자들에 대한 전원은 명확성을 위해서 도시되지 않는다.

유럽에서, 주 주파수는 통상적으로 50 Hz이고 미국에서는 60 Hz이다. 실시예에 주어진 도면들은 유럽 장치에 맞춘 것이다. 교류 전압부(U₃)를 획득하기 위하여 복사 센서(1)의 출력 신호(U₁)이 커패시터와 저항으로 이루어진 고역 통과 필터(4)에 공급되고, 제2 증폭기(5)에 의해 증폭되며, 신호(U₁)의 100 Hz 성분(주 주파수의 2배 주파수)이 신호(U₁)의 50 Hz 성분(주 주파수)보다 소정 요소에 의해 더 강하게 증폭되고 그후에 피크 검출기로서 동시에 동작하는 전압/전류 변환기(11)에 의해 전류(I₃)로 변환되도록 2차 체비세프(Chebyshev) 필터와 같은 제2 고역통과 필터(4a)에 의해 필터링된다.

신호(U₁)의 직류 전압부(U₂)를 획득하기 위하여, 신호(U₁)는 임피던스 변환기로서 전환되는 연산증폭기(12), RC 구성요소(13) 및 전압/전류 변환기(14)로 구성된 회로 모듈에서 필터링되고 증폭된다. 전압/전류 변환기(14)의 트랜지스터(15)는, 2개의 트랜지스터(17, 18) 간의 접점(16)에서의 전압이 연산 증폭기(12)의 비반전입력에 있는 복사 센서(1)로부터 전달되는 전압(U₁)의 직류 전압부(U₂)와 동일해지도록 연산증폭기(12)에 의해 제어된다. 접점(16)에는 또한, 전류(I₃)가 공급되는 데, 그 결과 트랜지스터(15)를 통해 흐르는 전류(I_A)는 전류(I₃)에 의해 감소된다. 전압/전류 변환기(14)는 결과적으로 감산 요소(8)(도 2)의 기능을 동시에 만족한다. 결과적으로 화염 검출기의 출력은 전류 I_A- I₂- I₃를 전달하고 여기서 전류(I₂)는 전압(U₂)에 비례하는 전류이다. 따라서, 트랜지스터(15)를 통해 흐르는 전류(I_A)는 화염에 의해 방사되고 UV 다이오드(9)에 의해 측정된 복사선에 비례한다.

도 4는 도 3에 도시된 회로 설계에 의한 고역 통과 필터(4), 증폭기(5) 및 제2 고역 통과 필터(4a)에 의해 전체적으로 생성된 필터 특성을 보여준다. 바람직하게는 2차 체비세프 필터로서 구현되는 고역 통과 필터(4a)는 100 Hz 주파수(주 주파수의 2배 주파수)가 50 Hz(주 주파수)보다 약 5배인 진폭을 갖도록 설계된다. 이것은 제1형태 및 제2형태 모두의 점화 스파크 발생기들에 대해 상기 화염 검출기를 사용할 수 있도록 한다.

또한, 화염 검출기는 예를 들어, 복사 센서(1)(도 2)의 신호에서 주 주파수의 교류 전압부 또는 그것의 하모닉 주파수를 발생하는 네온관과 같은 다른 광원들로부터의 신호를 억제한다. 교류 전압부의 진폭에 따라 상이한 크기의 부분이 신호(U₃)로부터 감산된다. 이 부분은 네온관에 의해 유도된 직류 전압부를 전적으로 보상하기에 더 충분한 것으로 밝혀지고 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 화염 검출기는, 점화 스파크가 효과적으로 억제되는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 화염으로부터의 복사를 나타내는 신호 U₁을 발생하기 위한, 전자기파 스펙트럼의 자외선 및/또는 가시영역에 민감한 복사 센서;

   신호 U₁의 직류 전압부에 비례하는 제1신호 U₂를 신호 U₁으로부터 생성하기 위한 제1회로;

   신호 U₁의 교류 전압부에 비례하는 제2신호 U₃를 신호 U₁으로부터 생성하기 위한 제2회로; 및

   최종 출력 신호 U_A를 U_A= U_{2 -}U₃가 되도록 형성하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 U₁의 상기 교류 전압부로부터 유도된 상기 제2신호 U₃는 신호 U₁의 점화 스파크에 의해 발생된 상기 직류 전압부와 대략 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제2회로는 상기 주 주파수에 대한 투과도 보다 상기 주 주파수의 2배의 주파수에 대해 소정 요소에 의한 더 큰 투과도를 갖는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 U_A, U₂및 U₃는 전압인 것을 특징으로 하는 화염 검출기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 U_A, U₂및 U₃는 전류인 것을 특징으로 하는 화염 검출기.