一種高精度的多通道火焰檢測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高精度的多通道火焰檢測器，包括:N（N<=8）路火焰檢測電路模塊、編碼器、微處理器、弱信號測量模塊和通訊接口模塊，其中：N路火焰檢測電路把當前火焰狀態(tài)的結(jié)果送入編碼器；編碼器把最多八路火焰狀態(tài)編碼成3個信號指示，其結(jié)果送入微處理器；微處理器根據(jù)火焰狀態(tài)再控制火焰大小的精密測量，把結(jié)果顯示在現(xiàn)場屏幕上和通過通信接口上傳到中央控制室；弱信號測量模塊實現(xiàn)微弱信號的精確放大，輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理送入微處理器進行閉環(huán)反饋控制。本發(fā)明不增加新的傳感器情況下，利用火焰離子在燒嘴上的單向?qū)щ娦?，可以檢測火焰狀態(tài)和火焰大小，且火焰離子的檢測方式不受光、熱、磁的干擾，反應(yīng)靈敏，動作迅速。
【專利說明】一種高精度的多通道火焰檢測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃燒監(jiān)測技術(shù)，具體地說，涉及的是一種高精度的多通道火焰檢測器，能夠廣泛應(yīng)用于爐窯、加熱罩等燃燒加熱溫控的容器監(jiān)測。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵行業(yè)的煉鋼煉鐵流程工業(yè)、食品行業(yè)的烘干保溫和水泥行業(yè)的燒制中都
[0003]離不開燃燒加熱這一過程。點燃一個燒嘴需具備以下條件:適量的燃氣+適量的助燃空氣+火源；目前工業(yè)上所用的燃料一般為天燃氣、液化氣、工業(yè)煤氣等介質(zhì)。燃料均屬有害、有毒、易燃、易爆氣體，這就需要考慮引入火焰監(jiān)控儀器儀表，火焰狀態(tài)的判斷必須直接反應(yīng)到執(zhí)行器端。火焰燃燒前伴隨脈沖點火高壓(高達7KV電壓)，需要火焰檢測端能夠抑制瞬態(tài)高壓?；鹧嫒紵a(chǎn)生內(nèi)阻極大的感應(yīng)電動勢，故宏觀表現(xiàn)為在燒嘴上流過微安級電流。目前國內(nèi)外市場上的火焰檢測多采用單通道模式，且無法獲得火焰電流大小的精確值。要實現(xiàn)如此小信號的精確測量，就必須對信號無失真的放大，采用溫漂抑制、濾波、反饋控制等一系列策略。
[0004]中國專利申請?zhí)?CN200920209428.1，該專利提供“一種多通道火焰檢測器，包括:主中央處理器，與主中央處理器相連接的模式轉(zhuǎn)換電路，通過模式轉(zhuǎn)換電路與主中央處理器相連接的從中央處理器，分別與主中央處理器和從中央處理器輸入端相連接的至少2路火焰信號采集通道，與火焰信號采集通道相連接的至少2個火焰采樣處理系統(tǒng)，分別與主中央處理器和從中央處理器輸出端相連接的多路電子開關(guān)，與多路電子開關(guān)相連接的至少2路繼電器開關(guān)。由于采用多通道同時采集多路火焰信號并進行獨立的處理放大，避免了通道間信號的相互影響，同時設(shè)備總數(shù)大為下降，占用空間小，便于維護管理。一旦主處理器異常或故障，從中央處理器能夠自動接替主中央處理器的工作，保障生產(chǎn)安全。”
[0005]該專利與本發(fā)明技術(shù)要點比較:
[0006]1.火焰大小檢測:該專利無法檢測火焰大小的精確值，只能放大火焰信號避免通道間互相干擾。本發(fā)明通過斬波穩(wěn)零技術(shù)可以精確測得火焰大小。
[0007]2.多通道體現(xiàn):該專利的多通道是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路直接連接中央處理器。本發(fā)明通過編碼器，把N個通道的火焰信息通過編碼方式只需占用1g2N的中央處理器管腳。
[0008]中國專利申請?zhí)?CN200710109770.X，專利名稱為:一種火焰檢測裝置和火焰檢測方法，該專利提供“一種通過對火焰區(qū)域的紅外圖象進行實時的連續(xù)成像和模式識別來檢測火焰的裝置和方法。來自該區(qū)域的紅外輻射穿過寬視場透鏡，并由對近紅外范圍敏感的電荷耦合元件陣列檢測。該系統(tǒng)隨后將圖象數(shù)字化，從測量結(jié)果中提取出特性參數(shù)，并存儲用于模式識別的圖象和特性信息。為了實現(xiàn)模式識別的功能，將得出的當前測量結(jié)果的實時特性與預(yù)先存儲的模式進行統(tǒng)計比較，預(yù)先存儲的模式表示已知火焰狀況出現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)時從該區(qū)域發(fā)出的輻射的圖象。基于這種比較，作出評估以確定存在或不存在火焰。該特性測量結(jié)果也用于評價火焰的品質(zhì)?！?br> [0009]該專利與本發(fā)明技術(shù)要點比較:[0010]火焰檢測原理不同:該專利利用CCD獲得的當前圖像信息和預(yù)先存儲的模式進行統(tǒng)計比較來判斷火焰的存在與否。本發(fā)明不增加新的傳感器情況下，利用火焰離子在燒嘴上的單向?qū)щ娦裕梢詸z測火焰狀態(tài)和火焰大小，且火焰離子的檢測方式不受光、熱、磁的干擾，反應(yīng)靈敏，動作迅速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是針對單路火焰檢測器的資源浪費，提供一種高精度的多通道火焰檢測器，并用編碼器能追蹤到具體某一路火焰信號的狀態(tài)，通過微弱信號的精密檢測電路，能消除對信號干擾常見的溫漂和環(huán)境噪聲。
[0012]為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所述的高精度的多通道火焰檢測器，包括N (N〈=8)路火焰檢測電路模塊、編碼器、微處理器、弱信號測量模塊和通訊接口模塊，N路火焰檢測電路模塊分別與編碼器和弱信號測量模塊相連，微處理器分別與弱信號測量模塊、編碼器、顯示屏和通信接口模塊連接。其中:N路火焰檢測電路把當前火焰狀態(tài)(有無火焰)的結(jié)果送入編碼器；編碼器把最多八路火焰狀態(tài)編碼成3個信號指示，其結(jié)果送入微處理器；微處理器根據(jù)火焰狀態(tài)再控制火焰大小的精密測量，把結(jié)果顯示在現(xiàn)場屏幕上和通過通信接口上傳到中央控制室；弱信號測量模塊實現(xiàn)微弱信號的精確放大，輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理送入微處理器進行閉環(huán)反饋控制。
[0013]本發(fā)明在不增加新的傳感器情況下，利用火焰離子在燒嘴上的單向?qū)щ娦?，可以檢測火焰狀態(tài)和火焰大小，且火焰離子的檢測方式不受光、熱、磁的干擾，反應(yīng)靈敏，動作迅速。為了達到一個檢測器監(jiān)測多路火焰燃燒狀態(tài)的目的，設(shè)計了多通道編碼地址模式，使得控制端能用少量端口區(qū)分多路信號各自的狀態(tài)。
[0014]另外，為了實現(xiàn)微弱信號的精確放大，弱信號測量模塊采用SPWM波控制輸入模擬開關(guān)進行斬波調(diào)制，調(diào)制后信號經(jīng)第一級運放放大后進行同步解調(diào)，解調(diào)得到的信號進行第二級運放放大，輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理送入微處理器進行閉環(huán)反饋控制，補償溫漂提聞系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0015]進一步的，所述弱信號測量模塊由SPWM發(fā)生器、輸入輸出模擬開關(guān)、兩級運放和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。所述SPWM發(fā)生器用于SPWM斬波調(diào)制解調(diào)，并通過輸出TTL電平的SPWM波來控制模擬開關(guān)的通斷頻率；待測的微弱信號經(jīng)過輸入模擬開關(guān)調(diào)制后進入第一級運放，第一級運放出來的信號進入同步解調(diào)的輸出模擬開關(guān)，輸出模擬開關(guān)的信號出來后進入第二級運放，第二級運放輸出信號一路經(jīng)過兩個電阻的線性分壓反饋到輸入模擬開關(guān)端，第二級運放另一路輸出信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到微處理器，微處理器用來控制SPWM發(fā)生器和火焰邏輯判斷。
[0016]為了保證火焰有無狀態(tài)能被有效傳遞，除設(shè)置了通信接口傳遞火焰的完整情況外，還冗余設(shè)置了繼電器接口傳遞火焰有無的信息來保證生產(chǎn)安全。
[0017]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用火焰離子在燒嘴上的單向?qū)щ娦詠頇z測火焰的大小，這樣的檢測方式不受光、熱、磁的干擾，反應(yīng)靈敏，動作迅速。通過斬波穩(wěn)零技術(shù)不僅放大了火焰信號避免了通道間互相干擾還可以精確測得火焰大小。通過編碼器把N個通道的火焰信息通過編碼方式只需占用1g2N的中央處理器管腳即可識別到具體腳位信息?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0018]圖1高精度的多通道火焰檢測器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2火焰檢測電路原理圖。
[0020]圖3微弱信號精密測量結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖4多通道火焰檢測器流程圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的解釋，但是以下的內(nèi)容不用于限定本發(fā)明的保護范圍。
[0023]本實施例針對單路火焰檢測器的資源浪費，特設(shè)計了高精度多通道火焰檢測器，并用編碼器能追蹤到具體某一路火焰信號的狀態(tài)，通過微弱信號的精密檢測電路，能消除對信號干擾常見的溫漂和環(huán)境噪聲。
[0024]如圖1所示，高精度多通道火焰檢測器包括N (N〈=8)路火焰檢測電路模塊、編碼器、微處理器、弱信號測量模塊和通訊接口模塊，N路火焰檢測電路模塊分別與編碼器和弱信號測量模塊相連，弱信號測量模塊與編碼器連接，編碼器與微處理器連接，微處理器與通信接口模塊連接。
[0025]N路火焰檢測電路把當前火焰狀態(tài)(有無火焰)的結(jié)果送入編碼器，把最多八路火焰狀態(tài)編碼成3個信號指示，其結(jié)果送入微處理器。微處理器根據(jù)火焰狀態(tài)再控制火焰大小的精密測量，把結(jié)果顯示在現(xiàn)場屏幕上和通過通信接口上傳到中央控制室。
[0026]如圖2所示，火焰檢測電路模塊，其電路組成為:保險絲Fl的一端與開關(guān)SI的一端連接，開關(guān)SI的另一端分別與發(fā)光二極管D7的正極、高壓瓷片電容C4的一端和變壓器Tl的第I腳相連，發(fā)光二極管D7的負極與限流電阻R8的一端連接，限流電阻R8的另一端分別與高壓瓷片電容C4的另一端和變壓器Tl的第5腳相連，變壓器Tl第3腳和第4腳短接，變壓器Tl的第10腳分別與變壓器Tl的第6腳、儲能電容C2的正極、電阻R4的一端、穩(wěn)壓二極管Dl的負極、儲能電容Cl的一端、濾波電容C3的一端、分壓電阻Rl的一端、MOS管的漏極端和二極管D3的負極相連，電阻R4的另一端分別與電阻R7的一端和電阻R3的一端相連，電阻R7的另一端和電阻R5的一端連接，電阻R3的另一端分別與穩(wěn)壓二極管Dl的正極、儲能電容Cl的另一端、濾波電容C3的另一端和分壓電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端分別與MOS管的門極端和電阻Rl的另一端相連，MOS管的源極端與發(fā)光二極管D6的正極連接，發(fā)光二極管的負極分別與穩(wěn)壓二極管D2的負極和繼電器Kl控制端的一極相連，穩(wěn)壓二極管D2的正極分別與繼電器Kl控制端的另一極、二極管D5的正極和儲能電容C2的負極相連，變壓器Tl的第9腳與二極管D5的負極連接，變壓器Tl的第7腳與檢測取樣電阻R6的一端連接,檢測取樣電阻R6的另一端與放電管RV3的一端連接,放電管RV3的另一端與電阻R5的另一端連接。
[0027]火焰檢測電路的設(shè)計符合工業(yè)生產(chǎn)的實際需求。在合上開關(guān)時，電路得電，上電指示燈亮起；點火變壓器次級的兩組線圈分別產(chǎn)生230V的交流電和20V交流電，其中230V交流電加載到檢測電極兩端，在有火焰燃燒時，將產(chǎn)生火焰電動勢作用在檢測回路上打開MOS管產(chǎn)生繼電器動作，20V交流電邊整形成28V左右直流電給相關(guān)元件供電；當火焰燃燒時，有火指示燈亮起且繼電器閉合通知微處理器。在脈沖高壓點火時，點火電極對放電回路產(chǎn)生近7kV高壓，采用放電管來抑制瞬態(tài)高能，防止高壓對電路造成擊穿損壞和對檢測電路的干擾。當有火焰時，連接點uA【5】和連接點PE【7】間形成虛擬直流通路，電阻R4上形成微安電流的直流分壓，穩(wěn)壓管Dl鉗制電壓在IVgsI的2倍以上，則電阻Rl、R2分壓得到PMOS Ql的Vgs控制MOS管的開關(guān)。
[0028]如圖3所示，弱信號測量模塊由用于SPWM斬波調(diào)制解調(diào)的SPWM發(fā)生器、兩級運放、閉環(huán)反饋補償和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。微處理器采用NXP公司的32位ARM7系列的LPC2214，它主要用來控制SPWM發(fā)生器和火焰邏輯判斷。SPWM發(fā)生器采用MITEL公司的SPWM波專用集成芯片SA4828，它可以發(fā)生高達24KHz的三角載波信號，輸出TTL電平的SPWM波控制模擬開關(guān)的通斷頻率。輸入模擬開關(guān)采用Hittite公司的HMC484MS8G開關(guān)芯片，待測的微弱信號經(jīng)過輸入模擬開關(guān)調(diào)制后進入第一級運放，第一級運放采用TI公司的0P27放大器芯片。第一級運放出來的信號進入同步解調(diào)的輸出模擬開關(guān)，型號同輸入模擬開關(guān)。第二級運放采用TI公司的0P27放大器芯片，輸出模擬開關(guān)的信號出來后進入第二級運放，輸出信號一路經(jīng)過兩個電阻的線性分壓反饋到輸入模擬開關(guān)端，輸出信號另一路進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD公司的12位AD芯片。[0029]圖4示出了多通道火焰檢測器的工作流程。多通道火焰檢測器上電后，電源指示燈亮，首先檢測電路判斷通道是否有火焰燃燒，若無，則一直循環(huán)判斷是否有火，若有則點亮現(xiàn)場火焰指示燈，微處理器被觸發(fā)SPWM波的控制信號送入SPWM專用集成芯片發(fā)生調(diào)制的SPWM波，然后再經(jīng)同步解調(diào)得到火焰大小的精密測量信號，采集的信號被用作現(xiàn)場屏幕顯示同時被通過通訊接口模塊遠傳到中央控制器。
[0030]綜上，本實施例利用火焰離子在燒嘴上的單向?qū)щ娦詠頇z測火焰的大小，這樣的檢測方式不受光、熱、磁的干擾，反應(yīng)靈敏，動作迅速。通過斬波穩(wěn)零技術(shù)不僅放大了火焰信號避免了通道間互相干擾還可以精確測得火焰大小。通過編碼器把N個通道的火焰信息通過編碼方式只需占用log2N的中央處理器管腳即可識別到具體腳位信息。
[0031]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于包括:N路火焰檢測電路模塊、編碼器、微處理器、弱信號測量模塊和通訊接口模塊，N路火焰檢測電路模塊分別與編碼器和弱信號測量模塊相連，微處理器分別與弱信號測量模塊、編碼器、顯示屏和通信接口模塊連接，N<=8 ;其中:N路火焰檢測電路把當前火焰狀態(tài)的結(jié)果送入編碼器；編碼器把最多八路火焰狀態(tài)編碼成3個信號指示，其結(jié)果送入微處理器；微處理器根據(jù)火焰狀態(tài)再控制火焰大小的精密測量，把結(jié)果顯示在現(xiàn)場屏幕上和通過通信接口上傳到中央控制室；弱信號測量模塊實現(xiàn)微弱信號的精確放大，輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理送入微處理器進行閉環(huán)反饋控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述火焰檢測電路模塊，其電路組成為:保險絲Fl的一端與開關(guān)SI的一端連接，開關(guān)SI的另一端分別與發(fā)光二極管D7的正極、高壓瓷片電容C4的一端和變壓器Tl的第I腳相連，發(fā)光二極管D7的負極與限流電阻R8的一端連接，限流電阻R8的另一端分別與高壓瓷片電容C4的另一端和變壓器Tl的第5腳相連，變壓器Tl第3腳和第4腳短接，變壓器Tl的第10腳分別與變壓器Tl的第6腳、儲能電容C2的正極、電阻R4的一端、穩(wěn)壓二極管Dl的負極、儲能電容Cl的一端、濾波電容C3的一端、分壓電阻Rl的一端、MOS管的漏極端和二極管D3的負極相連，電阻R4的另一端分別與電阻R7的一端和電阻R3的一端相連，電阻R7的另一端和電阻R5的一端連接，電阻R3的另一端分別與穩(wěn)壓二極管Dl的正極、儲能電容Cl的另一端、濾波電容C3的另一端和分壓電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端分別與MOS管的門極端和電阻Rl的另一端相連，MOS管的源極端與發(fā)光二極管D6的正極連接，發(fā)光二極管的負極分別與穩(wěn)壓二極管D2的負極和繼電器Kl控制端的一極相連，穩(wěn)壓二極管D2的正極分別與繼電器Kl控制端的另一極、二極管D5的正極和儲能電容C2的負極相連，變壓器Tl的第9腳與二極管D5的負極連接，變壓器Tl的第7腳與檢測取樣電阻R6的一端連接，檢測取樣電阻R6的另一端與放電管RV3的一 端連接，放電管RV3的另一端與電阻R5的另一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述弱信號測量模塊采用SPWM波控制輸入模擬開關(guān)進行斬波調(diào)制，調(diào)制后信號經(jīng)第一級運放放大后進行同步解調(diào)，解調(diào)得到的信號進行第二級運放放大，輸出信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換處理送入微處理器進行閉環(huán)反饋控制，補償溫漂提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述弱信號測量模塊由SPWM發(fā)生器、輸入輸出模擬開關(guān)、兩級運放和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成；所述SPWM發(fā)生器用于SPWM斬波調(diào)制解調(diào)，并通過輸出TTL電平的SPWM波來控制模擬開關(guān)的通斷頻率；待測的微弱信號經(jīng)過輸入模擬開關(guān)調(diào)制后進入第一級運放，第一級運放出來的信號進入同步解調(diào)的輸出模擬開關(guān)，輸出模擬開關(guān)的信號出來后進入第二級運放，第二級運放輸出信號一路經(jīng)過兩個電阻的線性分壓反饋到輸入模擬開關(guān)端，第二級運放另一路輸出信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到微處理器，微處理器用來控制SPWM發(fā)生器和火焰邏輯判斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述SPWM發(fā)生器采用MITEL公司的SPWM波專用集成芯片SA4828，它可以發(fā)生高達24KHz的三角載波信號，輸出TTL電平的SPWM波控制模擬開關(guān)的通斷頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述輸入模擬開關(guān)采用Hittite公司的HMC484MS8G開關(guān)芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述第一級運放、第二級運放采用TI公司的0P27放大器芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD公司的12位AD芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的高精度的多通道火焰檢測器，其特征在于:所述微處理器采用NXP公司的32位ARM7系列的LPC2214。
【文檔編號】G01J1/44GK103575390SQ201210281081
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】許煜, 顧懿, 聞?chuàng)P, 張燦鋒, 甘惠忠 申請人:上海寶信軟件股份有限公司