火焰探测装置以及点火控制系统的制作方法

本实用新型涉及火焰探测技术领域，具体涉及一种火焰探测装置以及点火控制系统。

背景技术：

在转炉炼钢生产过程中，会排出大量的可燃有机气体。这些可燃有机气体被排入大气不但会给环境造成污染，还会严重影响人们的身体健康。因此，国内的钢铁企业都在其转炉炼钢的放散塔顶部安装了放散点火装置。放散点火装置如果点火失败或者火焰正常燃烧时突然熄灭，可燃有机气体就会被排入大气，因而探测火焰是否正常燃烧就显得尤为重要。

传统的火焰探测使用热电偶来进行温度监控。但是由于热电偶的延时性，采用热电偶进行温度监控会产生误报和漏报：当点火次数达到设定的点火次数时，由于热电偶升温不及时，会引起误报；当主火炬突然熄灭，由于热电偶温度回落不及时，会引起漏报，从而延误点火时机，可燃有机气体就会被排入大气。因此，使用热电偶不能满足高空火焰检测的要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的是使用热电偶探测放散点火火焰存在误报和漏报的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种火焰探测装置，包括紫外探测器、红外探测器以及微控制器；

所述紫外探测器与所述微控制器连接，用于检测放散火焰发出的紫外光线的强度，并根据所述紫外光线的强度产生脉冲信号；

所述红外探测器与所述微控制器连接，用于检测所述放散火焰的闪烁频率，并根据所述闪烁频率产生频率信号；

所述微控制器用于根据所述脉冲信号和所述频率信号确定所述放散火焰的状态，并根据所述放散火焰的状态产生火焰状态信号。

可选的，所述紫外探测器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、紫外线光敏管、第一稳压二极管、第二稳压二极管以及电压比较器；

所述第一电阻的一端适于接收驱动电压，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述紫外线光敏管的一端，所述紫外线光敏管的另一端连接所述第三电阻的一端、所述第一稳压二极管的阳极、所述第二稳压二极管的阴极、所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端以及所述电压比较器的同相输入端，所述第一稳压二极管的阴极连接所述第四电阻的另一端并适于接收电源电压，所述第一电容的另一端、所述第三电阻的另一端、所述第二稳压二极管的阳极、所述第五电阻的另一端以及所述电压比较器的反相输入端接地，所述电压比较器的输出端适于输出所述脉冲信号。

可选的，所述紫外探测器还包括驱动电压提供电路；

所述驱动电压提供电路用于产生所述驱动电压。

可选的，所述红外探测器包括红外传感器和放大电路；

所述红外传感器与所述放大电路连接，用于将所述闪烁频率转换为模拟电信号；

所述放大电路用于对所述模拟电信号进行放大，获得所述频率信号。

可选的，所述放大电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一运算放大器以及第二运算放大器；

所述第二电容的一端连接所述第六电阻的一端并适于接收所述模拟电信号，所述第二电容的另一端连接所述第七电阻的一端和所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述第八电阻的一端、所述第九电阻的一端以及所述第四电容的一端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第五电容的一端、所述第八电阻的另一端和所述第四电容的另一端，所述第五电容的另一端连接所述第十电阻的一端和所述第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第十一电阻的一端、所述第十二电阻的一端以及所述第七电容的一端，所述第二运算放大器的输出端连接所述第十三电阻的一端、所述第十一电阻的另一端和所述第七电容的另一端，所述第十三电阻的另一端连接所述第十四电阻的一端并适于输出所述频率信号，所述第九电阻的另一端连接所述第三电容的一端，所述第十二电阻的另一端连接所述第六电容的一端，所述第七电阻的另一端连接所述第十电阻的另一端并适于接收所述直流偏置电压，所述第六电阻的另一端、所述第三电容的另一端、所述第六电容的另一端以及所述第十四电阻的另一端接地。

可选的，所述火焰探测装置还包括与所述微控制器连接的第一显示装置；

所述第一显示装置用于显示所述放散火焰的状态。

可选的，所述火焰探测装置还包括与所述微控制器连接的温度传感器和加热装置；

所述温度传感器用于检测环境温度，获得温度信号；

所述微控制器还用于根据所述温度信号产生加热控制信号；

所述加热装置用于根据所述加热控制信号确定是否进行加热。

可选的，所述加热装置为电阻丝。

基于同样的发明构思，本实用新型还提供一种点火控制系统，包括第一光耦、可编程逻辑控制器、第二光耦以及上述火焰探测装置；

所述第一光耦连接在所述微控制器和所述可编程逻辑控制器之间，用于将所述火焰状态信号传输给所述可编程逻辑控制器；

所述可编程逻辑控制器用于根据所述火焰状态信号产生点火控制信号；

所述第二光耦连接在所述可编程逻辑控制器和点火装置之间，用于将所述点火控制信号传输给所述点火装置。

可选的，所述点火控制系统还包括与所述可编程逻辑控制器连接的第二显示装置；

所述第二显示装置用于显示所述放散火焰的状态。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型提供的火焰探测装置，利用紫外探测器检测放散火焰辐射出的紫外光谱获得紫外光线的强度，同时利用红外探测器检测放散火焰辐射出的红外光谱获得闪烁频率，从而根据所述紫外光线的强度和所述闪烁频率综合判断放散火焰的状态，可以直接、准确、高效、可靠地对放散火焰进行监控，克服传统型火焰探测器误报和漏报率高的问题，提高放散火焰识别的准确率。本实用新型提供的点火控制系统，可以通过设置在现场的火焰探测装置探测放散火焰的状态，并通过设置在中控站的可编程逻辑控制器实现长距离点火控制，用来监控放散点火设备非常方便和有效。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例的火焰探测装置的电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例的紫外探测器的电路图；

图3是本实用新型实施例的红外探测器的电路图；

图4是本实用新型实施例的点火控制系统的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例提供一种火焰探测装置，图1是所述火焰探测装置的电路结构示意图，所述火焰探测装置包括紫外探测器11、红外探测器12以及微控制器13。

具体地，所述紫外探测器11与所述微控制器13连接，用于检测放散火焰发出的紫外光线的强度，并根据所述紫外光线的强度产生脉冲信号。紫外线光敏管是利用物质在光的照射下发射电子的外光电效应而制成的光电器件，其阴极涂有光电发射材料，当特定波段内的紫外光照射到阴极上时就会有电子逸出，阳极可收集逸出的电子，在外电场的作用下形成电流。

本实施例提供所述紫外探测器11的一种具体电路，所述紫外探测器11的电路图如图2所示，所述紫外探测器11包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一电容c1、紫外线光敏管d0、第一稳压二极管d1、第二稳压二极管d2以及电压比较器cmp。

所述第一电阻r1的一端适于接收驱动电压vdc，所述第一电阻r1的另一端连接所述第二电阻r2的一端和所述第二电阻r2的一端，所述第二电阻r2的另一端连接所述紫外线光敏管d0的一端，所述紫外线光敏管d0的另一端连接所述第三电阻r3的一端、所述第一稳压二极管d1的阳极、所述第二稳压二极管d2的阴极、所述第四电阻r4的一端、所述第五电阻r5的一端以及所述电压比较器cmp的同相输入端，所述第一稳压二极管d1的阴极连接所述第四电阻r4的另一端并适于接收电源电压vcc，所述第一电容c1的另一端、所述第三电阻r3的另一端、所述第二稳压二极管d2的阳极、所述第五电阻r5的另一端以及所述电压比较器cmp的反相输入端接地，所述电压比较器cmp的输出端适于输出所述脉冲信号。

当紫外光存在时，所述第一电容c1在电路中会重复进行充放电过程，从而产生尖峰脉冲。为了便于检测，电路对尖峰脉冲通过所述电压比较器cmp对其整形，获得所述脉冲信号。当紫外光饱和时，所述脉冲信号的脉冲数目很多且密集；当紫外光变弱时，所述脉冲信号的脉冲数目减少且变稀疏；当无紫外光时，所述紫外线光敏管d0由于存在一定的本底噪声，所述脉冲信号的脉冲数目极为稀少，而且脉冲间隔时间相对很长。因此，可以将所述脉冲信号的脉冲数目作为确定所述放散火焰的状态的一个判断依据。

在本实施例中，所述电源电压vcc和所述驱动电压vdc可根据实际需求进行设置。例如，所述电源电压vcc可以为3.3v直流电压，所述驱动电压vdc可以为300v直流电压。进一步，所述紫外探测器11还可以包括驱动电压提供电路，所述驱动电压提供电路用于产生所述驱动电压vdc。例如，所述驱动电压提供电路可以为dc-dc转换电路或者ac-dc转换电路。

所述红外探测器12与所述微控制器13连接，用于检测所述放散火焰的闪烁频率，并根据所述闪烁频率产生频率信号。所述放散火焰的闪烁表面上看是杂乱无章的，但其频谱特征有着特有的规律。通过获得所述放散火焰的闪烁频率，就可以将所述闪烁频率作为确定所述放散火焰的状态的另一个判断依据。

本实施例提供所述红外探测器12的一种具体电路，所述红外探测器12的电路图如图3所示，所述红外探测器12包括红外传感器31和放大电路。所述红外传感器31与所述放大电路连接，用于将所述闪烁频率转换为模拟电信号；所述放大电路用于对所述模拟电信号进行放大，获得所述频率信号。所述红外传感器31可以采用松下pn102型光敏三极管，也可以采用碳酸锂红外传感器。在本实施例中，所述红外传感器31采用碳酸锂红外传感器。所述放大电路包括第六电阻r6、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、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一运算放大器a1以及第二运算放大器a2。

所述第二电容c2的一端连接所述第六电阻r6的一端并适于接收所述模拟电信号，即所述第二电容c2的一端和所述第六电阻r6的一端连接所述红外传感器31的输出端，所述第二电容c2的另一端连接所述第七电阻r7的一端和所述第一运算放大器a1的同相输入端，所述第一运算放大器a1的反相输入端连接所述第八电阻r8的一端、所述第九电阻r9的一端以及所述第四电容c4的一端，所述第一运算放大器a1的输出端连接所述第五电容c5的一端、所述第八电阻r8的另一端和所述第四电容c4的另一端，所述第五电容c5的另一端连接所述第十电阻r10的一端和所述第二运算放大器a2的同相输入端，所述第二运算放大器a2的反相输入端连接所述第十一电阻r11的一端、所述第十二电阻r12的一端以及所述第七电容c7的一端，所述第二运算放大器a2的输出端连接所述第十三电阻r13的一端、所述第十一电阻r11的另一端和所述第七电容c7的另一端，所述第十三电阻r13的另一端连接所述第十四电阻r14的一端并适于输出所述频率信号ir，所述第九电阻r9的另一端连接所述第三电容c3的一端，所述第十二电阻r12的另一端连接所述第六电容c6的一端，所述第七电阻r7的另一端连接所述第十电阻r10的另一端并适于接收所述直流偏置电压vbias，所述第六电阻r6的另一端、所述第三电容c3的另一端、所述第六电容c6的另一端以及所述第十四电阻r14的另一端接地。

由于碳酸锂红外传感器的输出信号为模拟量且较为微弱，因而所述放大电路设置了两级放大。放大时加入所述直流偏置电压vbias，所述直流偏置电压vbias的电压值可根据实际需求进行设置。在本实施例中，所述直流偏置电压vbias为2.5v直流电压。为了使直流信号不被放大，使用所述第二电容c2、所述第三电容c3、所述第五电容c5以及所述第六电容c6进行隔直。放大后的信号经过所述第十三电阻r13和所述第十四电阻r14分压后，即获得所述频率信号ir。

所述微控制器13用于根据所述脉冲信号和所述频率信号确定所述放散火焰的状态，并根据所述放散火焰的状态产生火焰状态信号。一方面，所述微控制器13用于对所述脉冲信号中的脉冲进行计数，并将计数获得的脉冲数与预设数量进行比较；另一方面，所述微控制器13还用于依次对所述频率信号进行模数转换、数字滤波以及快速傅里叶变换，将所述频率信号从时域变换至频域，并将变换至频域获得的频率值与预设频率范围进行比较。在计数获得的脉冲数大于所述预设数量且变换至频域获得的频率值在所述预设频率范围内时，可确定所述放散火焰的状态为燃烧状态，否则确定所述放散火焰的状态为熄灭状态。在所述放散火焰的状态为燃烧状态时，所述火焰状态信号为燃烧状态信号；在所述放散火焰的状态为熄灭状态时，所述火焰状态信号为熄灭状态信号。进一步，所述微控制器13可以通过输出模拟电压信号作为所述火焰状态信号，采用不同电压值对所述放散火焰的状态进行区分。例如，可以在所述放散火焰的状态为燃烧状态时，所述火焰状态信号为0v电压；在所述放散火焰的状态为熄灭状态时，所述火焰状态信号为大于0v的电压。当然，也可以在所述放散火焰的状态为熄灭状态时，所述火焰状态信号为0v电压；在所述放散火焰的状态为燃烧状态时，所述火焰状态信号为大于0v的电压。在本实施例中，所述微控制器13可以由stc12c5410ad及其外围电路组成。需要说明的是，本领域技术人员知晓如何进行脉冲计数、模数转换、数字滤波以及快速傅里叶变换，且脉冲计数、模数转换、数字滤波以及快速傅里叶变换也并非本方案的关键发明点，因而本实施例不再赘述如何进行脉冲计数、模数转换、数字滤波以及快速傅里叶变换。

本实施例提供的火焰探测装置，利用紫外探测器检测放散火焰辐射出的紫外光谱获得紫外光线的强度，同时利用红外探测器检测放散火焰辐射出的红外光谱获得闪烁频率，从而根据所述紫外光线的强度和所述闪烁频率综合判断放散火焰的状态。由于利用所述紫外探测器可消除所述红外探测器中许多干扰，而所述红外探测器可消除所述紫外探测器的本地噪声影响，因而可以直接、准确、高效、可靠地对放散火焰进行监控，克服传统型火焰探测器误报和漏报率高的问题，提高放散火焰识别的准确率。

在一种可选实现方式中，所述火焰探测装置还包括与所述微控制器13连接的第一显示装置14。所述第一显示装置14用于显示所述放散火焰的状态，进一步，所述第一显示装置14可以为液晶显示器。

所述火焰探测装置需要设置在监控现场，在一些低纬度地区，监控现场的温度往往是低于零摄氏度的，而所述紫外探测器11和所述红外探测器12通常需要在零摄氏度以上的环境中工作。因此，在一种可选实现方式中，所述火焰探测装置还包括与所述微控制器13连接的温度传感器15和加热装置16。所述温度传感器15用于检测环境温度，获得温度信号；所述微控制器13还用于根据所述温度信号产生加热控制信号；所述加热装置16用于根据所述加热控制信号确定是否进行加热。在所述环境温度低于预设温度时，所述微控制器13产生的加热控制信号控制所述加热装置16进行加热；在所述环境温度不低于预设温度时，所述微控制器13产生的加热控制信号控制所述加热装置16不工作。进一步，所述加热装置16可以为电阻丝。通过设置所述温度传感器15和所述加热装置16，可以使所述火焰探测装置不受环境温度的影响，如安装在低纬度地区时，冬季气温虽然低于零摄氏度，仍可保证所述火焰探测装置保持在工作温度环境中，不影响所述火焰探测装置的工作性能。

实施例2

本实施例提供一种点火控制系统，图4是所述点火控制系统的电路结构示意图。所述点火控制系统包括第一光耦41、可编程逻辑控制器42、第二光耦43以及火焰探测装置，所述火焰探测装置为实施例1提供的火焰探测装置。其中，所述火焰探测装置设置在监控现场，所述第一光耦41、所述可编程逻辑控制器42以及第二光耦43设置在监控中心。

所述第一光耦41连接在所述微控制器13和所述可编程逻辑控制器42之间，用于隔离所述微控制器13和所述可编程逻辑控制器42，并将所述火焰状态信号传输给所述可编程逻辑控制器42。所述可编程逻辑控制器42用于根据所述火焰状态信号产生点火控制信号。所述第二光耦43连接在所述可编程逻辑控制器42和点火装置之间，用于隔离所述可编程逻辑控制器42和所述点火装置，并将所述点火控制信号传输给所述点火装置。具体地，在所述放散火焰的状态为熄灭状态时，所述点火控制信号控制所述点火装置进行点火；在所述放散火焰的状态为燃烧状态时，所述点火控制信号控制所述点火装置不工作。

本实施例提供的点火控制系统，可以通过设置在现场的火焰探测装置探测放散火焰的状态，并通过所述可编程逻辑控制器42实现长距离点火控制，用来监控放散点火设备非常方便和有效。

在一种可选实现方式中，所述点火控制系统还包括与所述可编程逻辑控制器42连接的第二显示装置44，所述第二显示装置44用于显示所述放散火焰的状态。进一步，所述第二显示装置44可以为液晶显示器。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。