专利名称：智能小型一体化火焰检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用高精度数字信号处理器DSP处理数据，检测和鉴别红外线、紫外线火焰强度及燃烧状态的火焰探测器，尤其是指智能小型一体化火焰检测装置，属于火焰信号分析处理非接触测量技术领域。
背景技术：
由于不同种类的燃料燃烧时的火焰特征状态不同，且在每种火焰特征状态下，火焰的强度也不一样，因此要准确检测、控制燃料燃烧状况，必须对锅炉内燃烧火焰的各个参数进行检测，才能很好地对锅炉进行控制。特别，在大型锅炉中，燃烧情况更为复杂。对大型锅炉中的煤或油燃烧情况进行探测，控制炉内火焰燃烧质量，对降低生产成本、提高生产效益、保障生产安全十分重要。然而，目前电力、石化行业使用的分体式火焰检测器比较落后，检测器主要由检测探头和检测处理放大器两个部分组成。检测器的体积大、成本高，不利于生产和现场安装。检测器使用时，探头将被测火焰信号传向处理放大器，还会受到现场恶劣环境的影响和干扰。同时，这种火焰检测器采用的微处理器控制方式，不能植入火焰“时-频”域辨识算法。因此，实际使用中，火焰检测器对主体火焰和背景火焰的辨识检测效果不理想，难以准确控制炉内火焰的燃烧质量，也不安全。为了克服这种火焰检测器存在的不足，本发明通过改进，研制提供了一种智能小型一体化火焰检测装置。
发明内容
本发明的目的是，通过采用高精度数字信号处理器DSP，植入火焰燃烧状态辨识算法，对火焰进行检测控制，从而使检测器在检测主体火焰和背景火焰时，效果非常理想。另外，检测器采用多层一体化结构，不仅缩小了体积，而且提高了抗干扰能力。
本发明智能小型一体化火焰检测装置主要由多层一体化组合电路印制板和高精度数字信号处理器DSP，植入火焰燃烧状态辨识算法构成。其中，组合多层电路印制板包括模/数A/D、数/模D/A转换电路印制板；数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板；485串行通讯电路印制板；电源电路印制板和LED显示电路印制板。模/数A/D、数/模D/A转换电路印制板由模/数A/D、数/模D/A转换电路、电压转换电路、16线电平转换电路、运算放大器和光电传感器构成；数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板由电压转换电路、与非门电路、DSP高精度数字信号处理器、晶体振荡器、16线电平转换电路、FLASH闪存器、FPGA现场可编程门阵列电路以及RAM存储器构成；485串行通讯电路印制板由继电器电路、光电耦合器、串行通讯芯片、单路光电耦合器和电流驱动器构成；电源电路印制板由电压转换电路、电感和电容器构成；LED显示电路印制板由LED数码显示器电路构成。本发明智能小型一体化火焰检测装置工作时，先上电，当+24伏电源接通后，24伏/5伏转换器将5伏电压加到相应的芯片工作。5伏/3.3伏～1.8伏转换器将5伏电压转换为3.3伏和1.8伏电压，供给DSP高精度数字信号处理器和用3.3伏电源的芯片工作。晶体振荡器提供时钟源。检测装置上电后，高精度数字信号处理器DSP开始执行内部程序，完成固定的初始化过程。电路工作时，光电传感器接受火焰光源信号，并输出一个强度和频率随光源变化的电流信号，电流信号经运算放大器放大后得到幅值在-5伏～+5伏之间的电压信号，经模/数A/D转换电路，输入16线电平转换器转换后，交给高精度数字信号处理器DSP处理。处理时，高精度数字信号处理器DSP调用火焰辨识算法以区别主火焰和背景火焰信号。同时，高精度数字信号处理器DSP接到火焰转换电压信号之后，将信号转换为火焰燃烧质量信号，经现场可编程门阵列FPGA和数/模D/A通道输出4～20毫安电流。数据存储器RAM存储采样和处理的数据FLASH闪存器存储程序代码。这时，高精度数字信号处理器DSP根据火焰燃烧品质，通过现场可编程门阵列FPGAH和光电耦合器在无火时将无火继电器置位，清除有火继电器。相反，在有火时将有火继电器置位，清除无火继电器。继电器输出不同状态可供上位控制室能明确所检火焰当前状况。同时，高精度数字信号处理器DSP通过现场可编程门阵列FPGA对485串行通道进行控制。485串行通讯电路完成火焰检测器同上位控制微机的通讯，实现数据共享，多点控制。此外，本装置还采用点阵型LED显示器控制状态，由高精度数字信号处理器DSP通过现场可编程门阵列FPGA电路，经信号连接器控制数码显示器LED，显示各种运行状态和参数。
本发明智能小型一体化火焰检测装置的优点显而易见。采用多层一体化结构，体积不仅缩小，而且提高了抗干扰能力；采用高精度数字信号处理器DSP，可植入火焰燃烧状态辨识算法，检测主体火焰和背景火焰，效果非常理想。此外，由于检测装置对锅炉内燃烧火焰的各个参数进行了检测，因此可有效控制锅炉。特别，对大型锅炉中煤或油燃烧火焰参数的检测，为控制炉内火焰燃烧质量，降低生产成本、提高生产效益、保障生产安全提供了一种准确检测，有效控制燃烧状况的智能小型一体化火焰检测装置。
图1是本发明智能小型一体化火焰检测装置示意图。其中，1-外壳，2-电路印制板，3-外接电缆插头，4-接受、传输火焰光信号的光纤。
图2是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的模/数A/D、数/模D/A转换电路印制板示意图。其中，5-接插件，6-A/D模/数转换器，7-接插件，8-运算放大器，9-光电传感器，10-电压转换器，11-D/A数/模转换器，12-16线电平转换器，13-接插件。
图3是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板正面示意图。其中，14-电压转换芯片，15-与非门电路，16-接插件，17-DSP高精度数字信号处理器，18-晶体振荡器，19-16线电平转换器，20-电压转换芯片，21-接插件。
图4是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板背面示意图。其中，22-接插件，23-FLASH闪存器，24-FPGA现场可编程门阵列电路，25-接插件，26-RAM存储器，27-接插件，28-接插件。
图5是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的485串行通讯电路印制板示意图。其中，29-接插件，30-接插件，31-继电器，32-继电器，33-串行通讯芯片，34-电流驱动器，35-光电耦合器，36、37-单路光电耦合器，38-接插件。
图6是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的电源电路印制板正面示意图。其中，39-电压转换芯片，40-电感。
图7是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的电源电路印制板背面示意图。其中，41、42-电容器，43-接插件。
图8是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的LED显示电路印制板正面示意图。其中，44、45-LED数码显示管。
图9是本发明智能小型一体化火焰检测装置中的LED显示电路印制板背面示意图。其中，46-信号连接器接插件。
图10是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理框图。
图11是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理图(一)。
图12是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理图(二)。
图13是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理图(三)。
图14是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理图(四)。
图15是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理图(五)。
图16是本发明智能小型一体化火焰检测装置电路原理图(六)。
实施方式下面结合附图进一步说明本发明实施例。
实施例本发明智能小型一体化火焰检测装置实施时，先构建五块电路印制板2，然后组合接插连接五块电路印制板2，并在DSP高精度数字信号处理器17中植入火焰燃烧状态辨识算法，构成本发明一体化火焰检测器。再将构成的一体化火焰检测器安装在外壳1内，制造成本发明智能小型一体化火焰检测装置。检测装置中的多层结构电路印制板2共分五块，五块电路印制板接插组合后的作用是，将原来的分体火焰检测器改进发展为一体化智能火焰检测器，从而使火焰检测器体积大大缩小、抗干扰能力大为增加。构建五块电路印制板2时，由模/数A/D、数/模D/A转换电路6、11、电压转换电路10、16线电平转换电路12、运算放大器8和光电传感器9，配上接插件5、7、13构成模/数A/D、数/模D/A转换电路印制板；由电压转换电路14、20、与非门电路15、DSP数字信号处理器17、晶体振荡器18、16线电平转换电路19、FLASH闪存器23、FPGA现场可编程门阵列电路24以及RAM存储器26，配上接插件16、21、22、25、27、28构成数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板；由继电器31、32电路、光电耦合器35、串行通讯芯片33、单路光电耦合器36、37和电流驱动器34，配上接插件29、30、38构成485串行通讯电路印制板；由电压转换芯片39、电感40和电容器41、42，配上接插件43构成电源电路印制板；由LED数码显示管44、45电路，配上信号连接器接插件46构成LED数码显示电路印制板。将五块印制板插接组合成本发明智能小型一体化火焰检测器后，连接安装露在外壳1上的，用以接受、传输火焰光的光纤4和外接电缆插头3，完整制造成本发明智能小型一体化火焰检测装置。装置工作时，先上电，当+24伏电源接通后，24伏/5伏电压转换器10工作，将5伏电压加到相应的芯片。5伏/3.3伏～1.8伏转换器14、20将5伏电压转换为3.3伏和1.8伏电压，供DSP高精度数字信号处理器17和3.3伏电源的芯片使用。晶体振荡器18提供时钟源。上电后，DSP高精度数字信号处理器17开始执行内部程序，完成固定的初始化过程。当光源光线到达光电传感器9时，光电传感器9输出一个强度和频率随光源变化的电流信号。信号经运算放大器8放大之后得到幅值在-5伏～+5伏之间的电压信号，经16线电平转换器12、19转换后交给DSP高精度数字信号处理器17处理。DSP高精度数字信号处理器17调用火焰辨识算法以区别主火焰和背景火焰信号。其中，RAM数据存储器26存储采样和处理的数据FLASH闪存器23存储程序代码。在DSP高精度数字信号处理器17接到火焰的转换电压信号之后，信号转换为火焰燃烧质量信号，经FPGA现场可编程门阵列24和D/A数/模转换电路11通道输出4～20毫安电流。DSP高精度数字信号处理器17根据火焰燃烧品质，通过FPGAH现场可编程门阵列24和光电耦合器35在无火时将无火继电器32置位，同时清除有火继电器31。相反，在有火时将有火继电器31置位，清除无火继电器32。继电器31、32的不同状态输出，可供上位控制室能明确所检火焰的当前状况。同时，DSP高精度数字信号处理器17还通过FPGA现场可编程门阵列24对485串行芯片33、单路光电耦合器36、37通道进行控制，完成火焰检测器同上位控制微机的通讯，实现数据共享，多点控制。本发明检测装置中采用点阵型LED显示器显示控制状态，由DSP高精度数字信号处理器17通过FPGA现场可编程门阵列24，经信号连接器接插件46控制点阵型LED数码显示器44、45，显示各种运行状态和参数。本发明智能小型一体化火焰检测装置采用多层一体化结构，体积不仅缩小，而且提高了抗干扰能力；采用高精度数字信号处理器DSP，植入火焰燃烧状态辨识算法，检测主体火焰和背景火焰，效果非常理想。
权利要求
1.一种智能小型一体化火焰检测装置，包括火焰信号、光纤、外壳、光电传感器、模/数A/D、数/模D/A转换电路、电压转换电路、16线电平转换电路、运算放大器、DSP数字信号处理器、晶体振荡器、FLASH闪存器、FPGA现场可编程门阵列电路、RAM存储器、485串行通讯电路、继电器、光电耦合器、串行通讯芯片、单路光电耦合器、电流驱动器、电感、电容和LED数码管，其特征在于有可植入火焰燃烧状态辨识算法控制模式的DSP高精度数字信号处理器以及组合成小型一体化火焰检测器的五块电路印制板。
2.根据权利要求1所述的智能小型一体化火焰检测装置，其特征在于组合成小型一体化火焰检测器的五块电路印制板是，模/数A/D、数/模D/A转换电路印制板；数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板；485串行通讯电路印制板；电源电路印制板和LED显示电路印制板。
3.根据权利要求1或2所述的智能小型一体化火焰检测装置，其特征在于模/数A/D、数/模D/A转换电路印制板由模/数A/D、数/模D/A转换电路、电压转换电路、16线电平转换电路、运算放大器和光电传感器构成；数字信号处理器-现场可编程门阵列DSP-FPGA控制电路印制板由电压转换电路、与非门电路、DSP数字信号处理器、晶体振荡器和16线电平转换电路、FLASH闪存器、FPGA现场可编程门阵列电路以及RAM存储器构成；485串行通讯电路印制板由继电器电路、光电耦合器、串行通讯芯片、单路光电耦合器、和电流驱动器构成；电源电路印制板由电压转换电路、电感和电容器构成；LED显示电路印制板由LED数码显示管电路构成。
4.根据权利要求1所述的智能小型一体化火焰检测装置，其特征在于适用于检测和鉴别的火焰信号为红外线、紫外线火焰信号。
全文摘要
本发明涉及一种适用于检测和鉴别红外线、紫外线火焰信号的小型智能一体化火焰检测装置。主要由多层结构电路印制板组合构成小型一体化检测器。装置采用高精度数字信号处理器DSP，植入火焰燃烧状态辨识算法控制方式，检测主体火焰和背景火焰，效果非常理想。此外，由于检测器采用多层组合一体化结构，体积大大减小、抗干扰能力大为增加。特别，在对大型锅炉中煤或油燃烧火焰参数检测时，为有效控制大型锅炉中火焰燃烧质量，降低生产成本、提高生产效益、保障生产安全提供了一种准确检测、控制燃料燃烧状况的智能小型一体化火焰检测装置。
文档编号G01N21/00GK1677084SQ200410017328
公开日2005年10月5日 申请日期2004年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者王国亮, 张献辉, 樊凯凯, 陈伟彬, 黄志高 申请人:上海神明控制工程有限公司