紫红外双波长复合检测器的制作方法

本发明属于火焰监测器领域，特别涉及一种紫红外双波长复合检测器。

背景技术：

石油、化工、电力钢铁以及环保领域中应用着各种工业炉，火焰监测器是保证工业炉安全运行的核心器件，因此，火焰监测器的性能决定着工业炉系统的性能。

工业炉炉膛中的火焰的特点如下：第一，火焰燃烧时会辐射出大量的光线，火焰光谱连续，范围广，具有较强的脉动性波长从小到大依次为紫外线区、可见光区、远红外线区；第二，随着节能环保及废物利用要求的提高，燃烧的燃料的种类（如气体燃料、液体燃料、固体燃料及其气液相复合燃料）越来越复杂，燃料成分和热值的高低变化。不同的燃烧工况，特别是燃料性质及组分变化比较频繁的工况，对火焰传感器的要求越来越高。单一紫外、红外的火焰传感器难以满足这种复杂工况的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有火焰传感器难以满足复杂工况的需求，提供一种紫红外探头融合、可以满足复杂工况的需求、提高火焰检测的可靠性和准确性的紫红外双波长复合检测器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种紫红外双波长复合检测器，包括中心处理器单元电路和分别与中心处理器单元电路相连的紫外检测电路、红外检测电路、数码显示电路、火焰强度输出电路、有火无火继电器触点开关输出电路、电路故障诊断报警输出电路。

所述中心处理器单元电路包括stm32f103rxt6中心处理器u1和分别与stm32f103rxt6中心处理器u1相连的第一晶振电路、第二晶振电路、复位电路。

在其中一个实施例中，所述stm32f103rxt6中心处理器u1是嵌入式arm处理器，最高72mhz工作频率，且内嵌2个2位的模拟/数字转换器电路。

在其中一个实施例中，所述紫外检测电路探测的是0.19～0.29μm的紫外光线，所述紫外检测电路包括紫外光敏管j1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第一二极管v1和第二二极管v2、第一运放u2-1。

第六电容c6和第七电容c7分别连接在第二电阻r2的两端，第二电阻r2的一端与300v电源相连，另一端与紫外光敏管j1的一端相连，紫外光敏管j1的另一端分别与第三电阻r3、第一二极管v1、第二二极管v2、第八电容c8以及第四电阻r4的一端相连，第三电阻的另一端接地，第一二极管v1的另一端与5v电源相连，第二二极管v2的另一端接地，第八电容c8的另一端接地，第四电阻r4的另一端与第一运放u2-1的3脚相连，第一运放u2-1的1脚分别与第六电阻r6、第七电阻r7以及第九电容c9的一端相连，第九电容c9的另一端与第五电阻r的一端5相连，第一运放u2-1的2脚分别与第五电阻r5和第七电阻r7的另一端相连，第五电阻r5远离第一运放u2-1的2脚的那端接地，第六电阻r6远离第一运放u2-1的1脚的那端与stm32f103rxt6中心处理器u1的pa2脚相连。

在其中一个实施例中，所述红外检测电路探测的是4.20～4.50μm的红外光线，所述红外检测电路包括红外探头j2、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十电容c10、第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13、第二运放u2-2。

红外探头j2分别与5v电源、地、第七电阻r7以及第十电容c10的一端相连，第七电阻r7的另一端接地，第十电容的另一端分别与第十一电容c11、第八电阻r8、第十二电容c12的一端相连，第十二电容c12的另一端与第九电阻r9的一端相连，第九电阻的另一端与第二运放u2-2的5脚相连，第二运放u2-2的7脚分别与第十二电阻r12、第十一电阻r11、第十三电容c13的一端相连，第二运放u2-2的6脚分别与第十一电阻r11、第十三电容c13的另一端以及第十电阻r10的一端相连，第十电阻r10远离第二运放u2-2的6脚的那端接地，第十二电阻r12远离第二运放u2-2的7脚的那端与stm32f103rxt6中心处理器u1的pa4脚相连。

在其中一个实施例中，所述第一晶振电路为由第一晶振x1、第一电容c1、第二电容c2构成的8mhz工作频率电路，第一晶振x1的1脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pc14脚相连，第一晶振x1的2脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pc15脚相连。

所述第二晶振电路为由第二晶振x2、第三电容c3、第四电容c4构成的8mhz工作频率电路，第二晶振x2的1脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pd0脚相连，第二晶振x2的2脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pd1脚相连。

所述复位电路包括第一电阻r1、第五电容c5、手动复位按钮k1，手动复位按钮k1与第五电容c5并联后与第一电阻r1串联，串联的中点与stm32f103rxt6中心处理器u1的7脚相连。

在其中一个实施例中，所述数码显示电路包括译码器u6、数码管u4，stm32f103rxt6中心处理器u1通过其61脚和62脚输出数据信号至译码器u6的8脚和1脚，经译码器u6译码后再由译码器u6的3脚、4脚、5脚、6脚、10脚、11脚、12脚、13脚输出，再分别经第十九电阻r19、第二十r20、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第二十五电阻r25、第二十六电阻r26送入数码管u4的3脚、5脚、10脚、1、2脚、4脚、7脚、9脚由数码管u4显示。

数码管u4为二位型，显示位由选位电路确定，第一位的位选端通过第四三极管q4连接stm32f103rxt6中心处理器u1的8脚,第二位的位选端通过第三三极管q3连接stm32f103rxt6中心处理器u1的11脚。

在其中一个实施例中，火焰强度输出电路包括第三运放u3、第一三极管q1、第十三电阻r13、第十四电阻r14，火焰强度信号经stm32f103rxt6中心处理器u1的21脚输出至第三运放u3的+端，负载中的电流在第十四电阻r14上形成压降，在第一三极管q1的集电极与第十三电阻r13之间可以得到4～20ma的信号。

在其中一个实施例中，有火无火继电器触点开关输出电路包括第十六电阻r16、第二继电器ka2，第二继电器ka2的一端通过第十六电阻r16连接5v电源，第二继电器ka2的另一端与stm32f103rxt6中心处理器u1的39脚相连。

在其中一个实施例中，电路故障诊断报警输出电路包括第十五电阻r15、第一继电器ka1，第一继电器ka1的一端通过第十五电阻r15连接5v电源,第一继电器ka1的另一端与stm32f103rxt6中心处理器u1的35脚相连。

本发明的优点及有益效果：

1、本发明利用火焰光谱特征、火焰闪烁特征，分别采用紫、红外探头对不同特征波段上的火焰光进行探测处理；该检测器是专为监测燃烧器火焰而设计的，适用于多燃烧器及单燃烧器工业炉（包括锅炉、反应炉、焚烧炉、加热炉等），适用的燃料包括天然气、废气、燃料油及煤等火焰的检测。

2、本发明提高了火焰检测器的可靠性，光线频谱和脉动频率响应范围宽。本发明采用紫、红外两个不同波长的探头，分别对火焰不同波长区域中的光线信号的采集（紫外检测电路针对火焰中0.19～0.29μm的紫外光线进行探测；红外检测电路针对火焰中4.20～4.50μm的红外光线进行探测。），经由中心处理器内部程序处理并与内存中相关的背景阈值和带宽预存值进行比较、控制，在各种工况条件下均能对有无火焰及火焰强度做出准确地判断和输出。

3、本发明检测器中电路故障诊断报警输出电路的设计具有自诊断功能，作为远传报警信号，能定时对电路自身主要器件进检测诊断输出。

4、本发明数码显示电路进行检测器的工作状态显示输出。

5、本发明采用火焰强度（4～20ma）输出电路作为火焰强度的远传信号。

6、本发明采用有火无火继电器触点开关输出电路作为有火或无火远传信号。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中心处理器单元电路的电路图。

图3为本发明紫外检测电路的电路图。

图4为本发明红外检测电路的电路图。

图5为本发明数码显示电路的电路图。

图6为本发明火焰强度输出电路的电路图。

图7为本发明有火无火继电器触点开关输出电路的电路图。

图8为本发明电路故障诊断报警输出电路的电路图。

图9为本发明中心处理器单元电路的工作流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置”在另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“相连”，它可以是直接连接到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

请参阅图1至图9，一种紫红外双波长复合检测器，包括中心处理器单元电路1和分别与中心处理器单元电路1相连的紫外检测电路2、红外检测电路3、数码显示电路4、火焰强度输出电路5、有火无火继电器触点开关输出电路6、电路故障诊断报警输出电路7。

如图2，中心处理器单元电路1包括stm32f103rxt6中心处理器u1和分别与stm32f103rxt6中心处理器u1相连的第一晶振电路、第二晶振电路、复位电路。（图2中从左至右依次为第一晶振电路、第二晶振电路、复位电路、stm32f103rxt6中心处理器u1）

其中，所述stm32f103rxt6中心处理器u1是最新一代嵌入式arm处理器，最高72mhz工作频率，提供了卓越的计算性能和先进快速的中断系统响应功能；且内嵌2个2位的模拟/数字转换器电路，简化了电路设计。

如图3，所述紫外检测电路2探测的是0.19～0.29μm的紫外光线。紫外检测电路2包括紫外光敏管j1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第一二极管v1和第二二极管v2、第一运放u2-1。

具体的，第六电容c6和第七电容c7分别连接在第二电阻r2的两端。第二电阻r2的一端与300v电源相连，另一端与紫外光敏管j1的一端相连，紫外光敏管j1的另一端分别与第三电阻r3、第一二极管v1、第二二极管v2、第八电容c8以及第四电阻r4的一端相连，第三电阻的另一端接地，第一二极管v1的另一端与5v电源相连，第二二极管v2的另一端接地，第八电容c8的另一端接地，第四电阻r4的另一端与第一运放u2-1的3脚相连，第一运放u2-1的1脚分别与第六电阻r6、第七电阻r7以及第九电容c9的一端相连，第九电容c9的另一端与第五电阻r的一端5相连，第一运放u2-1的2脚分别与第五电阻r5和第七电阻r7的另一端相连，第五电阻r5远离第一运放u2-1的2脚的那端接地，第六电阻r6远离第一运放u2-1的1脚的那端与stm32f103rxt6中心处理器u1的pa2脚相连。

具体的，300v的直流电压经限流第二电阻r2加在紫外光敏管j1的两端，使紫外光敏管j1内两极板形成一稳定的电势场，当紫外光敏管j1接收到紫外线照射时，使紫外光敏管j1管内气体原子电离，释放出自由电子在电场的作用下作定向流动形成电流，电流的大小与紫外光的照射强度成正比。紫外电流信号经第三电阻r3变成电压信号施加于运放u2-1的3脚，经u2-1的1脚输出再经第六电阻r6加载在stm32f103rxt6中心处理器u1的pa2脚。第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8和第九电容c9为通交隔直的滤波电容，第七电阻r7、第五电阻r5为运放u2-1的负反馈回路电阻，第一二极管v1和第二二极管v2为钳位二极管。

如图4，红外检测电路3探测的是4.20～4.50μm的红外光线。红外检测电路3包括红外探头j2、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十电容c10、第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13、第二运放u2-2。

具体的，红外探头j2分别与5v电源、地、第七电阻r7以及第十电容c10的一端相连，第七电阻r7的另一端接地，第十电容的另一端分别与第十一电容c11、第八电阻r8、第十二电容c12的一端相连，第十二电容c12的另一端与第九电阻r9的一端相连，第九电阻的另一端与第二运放u2-2的5脚相连，第二运放u2-2的7脚分别与第十二电阻r12、第十一电阻r11、第十三电容c13的一端相连，第二运放u2-2的6脚分别与第十一电阻r11、第十三电容c13的另一端以及第十电阻r10的一端相连，第十电阻r10远离第二运放u2-2的6脚的那端接地，第十二电阻r12远离第二运放u2-2的7脚的那端与stm32f103rxt6中心处理器u1的pa4脚相连。

具体的，红外检测电路3，由于热电红外探头，对波长没有依存性，通常是通过探头前方的感光玻璃过滤出4.20～4.50μm红外光线，而火焰起伏燃烧的，火焰起伏频率在10hz到30hz之间，因此，其探测出来的信号也是交变的。5v直流加在红外探头j2一端与地之间形成电势场，经红外光照射输出，在第七电阻r7上形成一交变电压，经第十电容c10、第十二电容c12隔直作用，经运放u2-2的放大处理，再经第十二电阻r12匹配后送stm32f103rxt6中心处理器u1的pa4脚。第十一电容c11为信号反馈电容，第八电阻r8为稳压电阻，第十电阻r10、第十一电阻r11、第十三电容c13为负反馈回路。

如图2，第一晶振电路为由第一晶振x1、第一电容c1、第二电容c2构成的8mhz工作频率电路，第一晶振x1的1脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pc14脚相连，第一晶振x1的2脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pc15脚相连。

如图2，第二晶振电路为由第二晶振x2、第三电容c3、第四电容c4构成的8mhz工作频率电路，第二晶振x2的1脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pd0脚相连，第二晶振x2的2脚与stm32f103rxt6中心处理器u1的pd1脚相连。

如图2，复位电路包括第一电阻r1、第五电容c5、手动复位按钮k1，手动复位按钮k1与第五电容c5并联后与第一电阻r1串联，串联的中点与stm32f103rxt6中心处理器u1的7脚相连。

如图5，数码显示电路4包括译码器u6、数码管u4。stm32f103rxt6中心处理器u1通过其61脚和62脚输出数据信号至译码器u6的8脚和1脚，经译码器u6译码后再由译码器u6的3脚、4脚、5脚、6脚、10脚、11脚、12脚、13脚输出，再分别经第十九电阻r19、第二十r20、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第二十五电阻r25、第二十六电阻r26送入数码管u4的3脚、5脚、10脚、1、2脚、4脚、7脚、9脚由数码管u4显示。

其中，数码管u4为二位型，显示位由选位电路确定，第一位的位选端（即数码管u4的6脚）通过第四三极管q4连接stm32f103rxt6中心处理器u1的8脚,第二位的位选端（即数码管u4的8脚）通过第三三极管q3连接stm32f103rxt6中心处理器u1的11脚。具体的，第一位的显示由第十八电阻r18和第四三极管q4确定，第四三极管q4的集电极与数码管u4的6脚相连，其发射极接地，其基极与第十八电阻r18相连，第十八电阻r18的输入端与stm32f103rxt6中心处理器u1的8脚相连。第二位的显示由第十七电阻r17和第三三极管q3确定，第三三级管q3的集电极与数码管u4的8脚相连，其发射极接地，其基极与第十七电阻r17相连，第十七电阻r17的输入端与stm32f103rxt6中心处理器u1的11脚相连。

如图6，火焰强度输出电路5包括第三运放u3、第一三极管q1、第十三电阻r13、第十四电阻r14。火焰强度信号经stm32f103rxt6中心处理器u1的21脚输出至第三运放u3的+端，负载中的电流在第十四电阻r14上形成压降，在第一三极管q1的集电极与第十三电阻r13之间可以得到4～20ma的信号。

如图7，有火无火继电器触点开关输出电路6包括第十六电阻r16、第二继电器ka2，第二继电器ka2的一端通过第十六电阻r16连接5v电源，第二继电器ka2的另一端与stm32f103rxt6中心处理器u1的39脚相连。

如图8，电路故障诊断报警输出电路7包括第十五电阻r15、第一继电器ka1，第一继电器ka1的一端通过第十五电阻r15连接5v电源,第一继电器ka1的另一端与stm32f103rxt6中心处理器u1的35脚相连。

本发明的工作过程及其工作原理

本发明采用紫、红外两个不同波长的探头，分别对火焰不同波长区域中的光线信号的采集（紫外检测电路2针对火焰中0.19～0.29μm的紫外光线进行探测；红外检测电路3针对火焰中4.20～4.50μm的红外光线进行探测。），经由中心处理器内部程序处理并与内存中相关的背景阈值和带宽预存值进行比较、控制，在各种工况条件下均能对有无火焰及火焰强度做出准确地判断和输出。电路故障诊断报警输出电路7的设计具有自诊断功能，能定时对电路自身主要器件进检测诊断输出，作为远传报警信号。

如图9为中心处理器单元电路的工作流程示意图。

本发明的优点及有益效果：

1、本发明利用火焰光谱特征、火焰闪烁特征，分别采用紫、红外探头对不同特征波段上的火焰光进行探测处理；该检测器是专为监测燃烧器火焰而设计的，适用于多燃烧器及单燃烧器工业炉（包括锅炉、反应炉、焚烧炉、加热炉等），适用的燃料包括天然气、废气、燃料油及煤等火焰的检测。

2、本发明光线频谱和脉动频率响应范围宽。本发明采用紫、红外两个不同波长的探头，分别对火焰不同波长区域中的光线信号的采集（紫外检测电路2针对火焰中0.19～0.29μm的紫外光线进行探测；红外检测电路3针对火焰中4.20～4.50μm的红外光线进行探测。），经由中心处理器内部程序处理并与内存中相关的背景阈值和带宽预存值进行比较、控制，在各种工况条件下均能对有无火焰及火焰强度做出准确地判断和输出。

3、本发明检测器中电路故障诊断报警输出电路7，作为远传报警信号，具有自诊断功能，能定时对电路自身主要器件进检测诊断输出。

4、本发明数码显示电路4进行检测器的工作状态显示输出。

5、本发明采用火焰强度（4～20ma）输出电路5作为火焰强度的远传信号。

6、本发明采用有火无火继电器触点开关输出电路6作为有火或无火远传信号。

紫红外融合探头融合技术是提高火焰传感器可靠性的一种有效方法，即利用紫、红外融合探头采集信号并进行综合处理。每一种探头都能检测到不同特征的信号，例如火焰脉动速度快或速度慢的、连续的或非连续的、稳定的或不稳定的。紫红外融合传感器信息感触原理，就是模仿人脑思考时考虑多方面信息的场能和方法，综合两种不同的传感器的信息，并对这些信息运用一定的法则进行处理后使用获得一个统一的描述，从而提高火焰检测的可靠性和准确性。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。