专利名称：紫外火检探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种火焰检测探头，主要用于分体式燃烧火焰信号检测系统，尤其是涉及一种适用于以气体为燃料的锅炉内燃烧火焰状况检测分析的紫外火检探头。
背景技术：
火焰检测系统中，一般的一体化探头包括探头放大器等，即是将所有相关的电路都做在一个探头壳体里，电路比较复杂，功耗比较高。而用于火检探头内大多数集成电路的工作温度上限是85°C，致使火检探头的工作环境温度上限不超过65°C ；传统的分体式火检探头采用了光敏电阻作为光电传感器，光敏电阻的温度特性很差，温度升高时其性能急剧下降，导致探头在高温下检测不到火焰信号，且容易损坏；火检探头是安装在锅炉壁上， 靠近燃烧器或油枪，其工况相当恶劣，特别是在一些老旧锅炉上，由于锅炉壁隔热效果不理想，会使探头的工作环境温度较高，时间一长，探头容易老化、受损。另一方面，当被检锅炉中的目标火焰在燃烧或熄灭状态时，锅炉火焰检测探头输出的电信号强度应该有明显的区别，这样有助于锅炉火焰信号放大器准确的识别被检目标火焰的状态。由于气体燃料燃烧时比较干净、明亮，火焰边沿没有像煤粉或燃油燃烧时产生的烟尘，而这种烟尘能够有效地吸收火焰的红外辐射。当使用气体燃料的锅炉在进行火焰检测时，被检的目标火焰熄灭后，由于其他正在燃烧的火焰不产生烟尘，这些火焰的红外辐射没有被有效地吸收，因此，如果利用接收红外辐射的红外线火焰检测探头检测燃气锅炉的气体火焰，虽然目标火焰的红外辐射没有了，但仍然能检测到背景火焰的红外辐射(如对面火焰的红外辐射等)，且这些背景火焰的红外辐射能量与目标火焰燃烧时的能量相当，造成目标火焰熄灭前后，火焰检测探头输出的信号强度没有明显的区别，使得锅炉火焰信号放大器无法识别被检目标火焰已经熄灭，从而产生“偷看”现象。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种紫外火检探头，准确有效地检测目标火焰燃烧或熄灭的状态，避免误检情况的发生，提高探头的可靠性，并保证探头能在非常恶劣的工况下正常稳定地工作。为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下。紫外火检探头，包括紫外光电传感器，与紫外光电传感器相连接的电流电压转换电路，与电流电压转换电路相连接的隔直电路，与隔直电路相连接的电压信号放大电路，与电压信号放大电路相连接的低通滤波电路，还包括与低通滤波电路相连接的模拟开关，所述紫外光电传感器、电流电压转换电路、隔直电路、电压信号放大电路、低通滤波电路和模拟开关均安装在一个封闭的外壳中，该外壳上固定有紫外聚光透镜，被测光线通过紫外聚光透镜聚焦到紫外光电传感器的传感面上。进一步，所述紫外聚光透镜包括依次设置于被测光线传播方向上的聚光透镜和紫
3外透光片。所述外壳上的各接缝处采用环氧树脂密封。本实用新型还包括与所述模拟开关相连接的I/O接口，该I/O接口安装在外壳上并连接到外部设备。 所述紫外光电传感器为光电二极管。所述模拟开关为数控模拟开关。本实用新型的主要优点是如上述结构，本实用新型紫外火检探头，因为电路结构简单，而且全部元器件和电路都置放在全密封的外壳内，因此，探头的耐热温度较高，元器件的工作温度上限可达 125°C，不容易老化和受损，工作稳定可靠。如上述结构，本实用新型紫外火检探头，检测输出的信号通过数控模拟开关输出， 能够有效改进探头自检回路，使探头更安全可靠。如上述结构，本实用新型紫外火检探头，外壳封闭并采用环氧树脂密封，保证了探头的密封性，保障探头的稳定运行。如上述结构，本实用新型紫外火检探头采用光电二极管作为传感器，提高了火检探头的灵敏度、耐热性和稳定性，并降低其功耗，能够起到节能的效果。本实用新型紫外火检探头针对目标火焰中的紫外辐射进行检测，由于气体燃料在燃烧时，会在其火焰边沿产生一层水蒸汽，这层水蒸汽能够有效地吸收火焰的紫外线辐射。 因此，选用紫外火检探头检测气体燃料燃烧的目标火焰时，当目标火焰熄灭时，虽然背景火焰仍在燃烧，但由于水蒸气的吸收作用，紫外线火焰检测探头检测到背景火焰信号能量低于目标火焰燃烧时的信号能量，即紫外线火焰检测探头在火焰燃烧或熄灭时输出的信号强度有明显的区别，从而避免了“偷看”现象的发生。

图1是本实用新型紫外火检探头一实施例的结构示意图。图2是本实用新型中紫外光电传感器及紫外聚光透镜一实施例的结构示意图。图3是本实用新型中电流电压转换电路、隔直电路和电压信号放大电路一实施例的电原理图。图4是本实用新型中低通滤波电路和模拟开关一实施例的电原理图。
具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的结构特征。参见图1所示，本实用新型紫外火检探头，包括紫外光电传感器1，与紫外光电传感器1相连接的电流电压转换电路2，与电流电压转换电路2相连接的隔直电路3，与隔直电路3相连接的电压信号放大电路4，与电压信号放大电路4相连接的低通滤波电路5，还包括与低通滤波电路5相连接的模拟开关6，所述紫外光电传感器1、电流电压转换电路2、 隔直电路3、电压信号放大电路4、低通滤波电路5和模拟开关6均安装在一个封闭的外壳 7中，该外壳7上固定有紫外聚光透镜8，被测光线通过紫外聚光透镜8聚焦到紫外光电传感器1的传感面上。[0025]进一步，所述紫外聚光透镜8包括依次设置于被测光线传播方向上的聚光透镜81 和紫外透光片82。所述外壳7上的各接缝处采用环氧树脂密封。在本实施例中，还包括与所述模拟开关6相连接的I/O接口 9，该I/O接口 9安装在外壳7上并连接到外部设备。所述紫外光电传感器1为光电二极管。所述模拟开关6为数控模拟开关。图2是本实用新型中紫外光电传感器1及紫外聚光透镜8 一实施例的结构示意图。如图2所示，在检测火焰时，聚光透镜81 (在本实施例中，聚光透镜81采用石英透镜) 对准锅炉中的目标火焰辐射，将目标火焰辐射光线聚集起来；将紫外透光片82的透光面垂直放置于所述聚光透镜81聚集光线的光路上，使聚集光线全部照射在所述的紫外透光片 82的透光面上，由于紫外透光片82具有很高的紫外线透光率和很低的其他光的透光率，使得目标火焰辐射的光线在通过紫外透光片82后，保留的主要是紫外频谱的光线，而其他频谱的辐射光线能量被大幅降低。经过紫外透光片82滤光的光线进入紫外光电传感器1，所述紫外光电传感器1 (在本实施例中，紫外光电传感器1采用光电二极管)的传感面垂直于所述透镜的光路并位于所述聚光透镜81的聚焦点上，由于紫外光电传感器1对紫外频谱的光线有较高的响应率(即接收紫外辐射光线能转换出较大的电流)，而对紫外频谱以外的光线响应率非常低(即接收其他频段的光线转换的电流极弱)，因此，经过紫外光电传感器1转换后的电流信号频率与目标火焰的紫外辐射光线闪烁频率相同，强度与目标火焰的紫外辐射光线强度成正比。 图3是本实用新型中电流电压转换电路2、隔直电路3和电压信号放大电路3 —实施例的电原理图。在本实施例中，紫外光电传感器1是光电二极管U100。光电二极管UlOO 转换出的电流信号通过由运算放大器U101B、电阻RlOO和电容C108构成的电流电压转换电路2，将微弱的电流信号转换为电压信号，输出给隔直电路3。电容CllO和电阻R102构成隔直电路3，滤除信号中直流分量，并输出给电压信号放大电路4。在本实施例中，电压信号放大电路4采用2级同相放大电路的结构，它包括由运算放大器U101A、电阻R103、电阻 R104和电容Cl 16构成的第1级同相放大电路，由运算放大器U102A、电阻R105、电阻R106、 电阻R107和电容Clll构成的第2级同相放大电路。图4是本实用新型中低通滤波电路5和模拟开关6 —实施例的电原理图。隔直电路3输出的交流信号依次经过第1级同相放大电路和第2级同相放大电路进行信号放大， 输出给低通滤波电路5。在本实施例中，低通滤波电路5采用2级有源低通滤波的结构，它包括由运算放大器U102B、电阻R108、电阻R109、电阻R110、电阻Rlll电容C112和电容C113 构成的第1级有源低通滤波电路，由运算放大器U102C、电阻R112、电阻R113、电阻R114电阻R115、电容C114和电容C115构成的第2级有源低通滤波电路，根据火焰检测中的信号特点，所述第1级有源低通滤波电路和第2级有源低通滤波电路的通带截止频率选为200Hz， 通过低通滤波电路5的2级有源低通滤波，可以将信号中由电缆连线引入的高频干扰滤除，将信号中的高频干扰信号衰减-40分贝，滤波后的信号通过由运算放大器U102D、电阻 Rl 16、电阻Rl 17、电阻Rl 19和电阻R120构成的同相放大输出电路输出给模拟开关6。在本实施例中，模拟开关6为数控式模拟开关，用于探头自检，其状态由外部的自检控制信号控制。当自检数控输入端(CONTROL SIGNAL端)为高电平时，即输入端为逻辑 “ 1 ”状态，三极管3DG12饱和导通，R124被接地，选取R121=R122=R123=R124=10K，则运算放大器U102E两输入端信号相等，由于运算放大器U102E的共模抑制比高达70-100dB，因此输出信号近似为零。当数控输入端为地电位时，输入端为逻辑“0”状态，三极管截止，运算放大器U102E的同相输入端处于不接地状态，即运算放大器U102E处于差模输入状态，此时输入信号通过运算放大器U102E，FLAME端的输出信号等于来自低通滤波电路5的输入信号， 并由FLAME端输出给I/O接口 9，由I/O接口 9连接到外部设备。探头工作时，由数控输入端(CONTROL SIGNAL端)输入自检控制信号“ 1”，关闭模拟开关6，使输出信号降为0，外部处理器比较模拟开关6在关断前后探头输出信号的大小来判断探头的工作状态是否正常，使探头更安全可靠。在本实施例中，当三极管3DG12处于截止状态时，运算放大器U102E输入端有直流电平，并引起输出也有直流电平，因此要求在输入、输出端加隔直电容C118、C119 ；为了抑制共模抑制比，要求R121-R124严格匹配，因此选用精密电阻；为降低饱和压降，在控制信号输入端采用三极管3DG12。
权利要求1.紫外火检探头，包括紫外光电传感器，与紫外光电传感器相连接的电流电压转换电路，与电流电压转换电路相连接的隔直电路，与隔直电路相连接的电压信号放大电路，与电压信号放大电路相连接的低通滤波电路，其特征是，包括与低通滤波电路相连接的模拟开关，所述紫外光电传感器、电流电压转换电路、电压信号放大电路、隔直电路、低通滤波电路和模拟开关均安装在一个封闭的外壳中，该外壳上固定有紫外聚光透镜，被测光线通过紫外聚光透镜聚焦到紫外光电传感器的传感面上。
2.如权利要求1所述的紫外火检探头，其特征是，所述紫外聚光透镜包括依次设置于被测光线传播方向上的聚光透镜和紫外透光片。
3.如权利要求1所述的紫外火检探头，其特征是，所述外壳上的各接缝处采用环氧树脂密封。
4.如权利要求1所述的紫外火检探头，其特征是，还包括与所述模拟开关相连接的I/O 接口，该I/O接口安装在外壳上并连接到外部设备。
5.如权利要求1所述的紫外火检探头，其特征是，所述紫外光电传感器为光电二极管。
6.如权利要求1或4所述的紫外火检探头，其特征是，所述模拟开关为数控模拟开关。
专利摘要紫外火检探头，包括紫外光电传感器，与紫外光电传感器相连接的电流电压转换电路，与电流电压转换电路相连接的隔直电路，与隔直电路相连接的电压信号放大电路，与电压信号放大电路相连接的低通滤波电路，还包括与低通滤波电路相连接的模拟开关，所述紫外光电传感器、电流电压转换电路、隔直电路、电压信号放大电路、低通滤波电路和模拟开关均安装在一封闭外壳中，外壳上固定有紫外聚光透镜，被测光线通过紫外聚光透镜聚焦到紫外光电传感器的传感面上。火检探头电路简单，且由密封外壳防护，更耐热不易老化，工作稳定可靠。检测输出的信号通过模拟开关输出，改善探头自检回路，更安全可靠。还能针对火焰的紫外辐射进行检测，避免发生“偷看”现象。
文档编号G01J1/04GK201964955SQ201020692528
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者沈明英 申请人:上海神明控制工程有限公司