JP3143500B2 - 火炎分析器及び火炎特性決定方法 - Google Patents

火炎分析器及び火炎特性決定方法

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  • Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はボイラー、火炉もしくは
類似の燃焼装置と共に使用する火炎センサに関し、より
詳細には多バーナシステムにおける火炎の存在及び特性
の表示を与えるようなセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】大型ボイラ及び火炉は複数の火炎を発生
する数台のバーナを使用している。バーナの電気制御シ
ステムには火炎の存在を検出し火炎特性に関する情報を
提供する機構が含まれていることが多い。このような情
報はコントロールシステムにおいてバーナの安全運転を
調整するのに使用される。このようなコントロールシス
テムには単もしくは多バーナ装置内のバーナ火炎の存否
を検出する火炎スキャナが組み込まれている。バーナが
オンとされてバーナのスロートから燃料が噴射される
と、スキャナが火炎を監視して火炎の状態、強さ及び種
類を表わす信号を発生する。従って、火炎スキャナは被
精査バーナからの火炎と隣接バーナの火炎と他の背景状
態とを識別できることが必要である。
【０００３】さまざまなスキャナが火炎に向けて火炎か
らの光の強さに比例する振幅を有する電気信号を発生す
る光センサを利用している。センサ信号の振幅は、帯域
濾波もしくは高域濾波された後、バーナ火炎のオンオフ
状態間を識別するのに使用される。しかしながら信号の
大きさはダンパ位置、火炎とセンサの近接度、燃料の種
類、及び燃料のＢＴＵ含有量等のいくつかの変数に依存
する。同様に、多バーナシステム内の他の火炎によりセ
ンサ信号内に広範に変動する背景信号成分が生成され
る。振幅依存火炎センサの主要な問題点は火炎オフ及び
火炎オン状態においてセンサ信号の大きさが変動するこ
とである。その結果、火炎オン及び火炎オフ間のセンサ
信号振幅の差が小さ過ぎて火炎状態間の識別を行うため
の信頼度の高い閾値を設定できなくなることがある。
【０００４】スキャナが異なる火炎状態間を適切に識別
できなくなると、コントロールシステムは全バーナを誤
遮断したりオペレータがバーナを始動できなくなること
がある。さらに、被感知近接バーナが点火される表示と
して背景信号成分が誤って解釈されることにより、誤っ
た決定がなされることもある。このような状況では、近
接バーナ火炎は消炎することもあるが、火炎スキャナは
バーナ火炎がオンであることを示す信号をコントロール
システムへ発生する。この誤表示により燃料弁は開放さ
れたままとされバーナ室内に爆発ガスが蓄積されること
になる。従って、コントロールシステムには被感知バー
ナ火炎により生じる信号を多バーナシステム内の他の火
炎による信号から識別する機構を設けなければならな
い。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】火炎分析器が燃焼装置か
らの放射を検出して、例えば火炎の存在等の火炎特性を
感知する。センサが検出された放射を示す電気信号を発
生する。信号は、実施例においてフーリエ変換により、
信号内に存在する周波数成分スペクトルの大きさを表わ
す複数の振幅値へ変換される。これらの周波数成分は火
炎力の時間変化により生成される。火炎特性は複数の周
波数成分振幅値分布の形状により決定される。
【０００６】好ましくは、特性は複数の振幅値に対する
対数値を引き出すことにより決定される。周波数成分振
幅の対数値分布の線型性の度合いが計算される。線型度
は積分線型誤差、勾配差及び線型度回帰相関等の一つ以
上のパラメータにより定義される。
【０００７】火炎の存在を決定するために、計算された
各パラメータに対する一連の値がそのパラメータに対す
る別々の閾値と比較される。閾値よりも上及び下の値の
量が表にされる。実施例において、それぞれの閾値より
も低いパラメータ値の量が平均化されて第１の平均が求
められる。同様に、それぞれの閾値よりも上のパラメー
タ値の量が平均化されて第２の平均が求められる。
【０００８】第１の平均が第１の基準値を越える場合に
は火炎が存在しないと決定され、第２の平均値が第２の
閾値を越える場合には火炎が存在すると決定される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一般的目的はセ
ンサの火炎に対する近接度、煙道ダンパ位置、及び燃料
の種類とそのＢＴＵ含有量により火炎感知が影響を受け
ることのない、火炎特性決定装置及び方法を提供するこ
とである。
【００１０】本発明のもう一つの目的は火炎のフリッカ
周波数スペクトル成分の時間による形状変化に基づいた
火炎検出技術を提供することである。
【００１１】さらにもう一つの目的は火炎センサ信号の
周波数スペクトルの分析、特に周波数成分振幅の対数値
分布の線型性分析を行うことである。
【００１２】
【実施例】図１に本発明に従ったバーナ火炎分析器１０
の電子回路の実施例を示す。硫化鉛検出器等のセンサ１
２が被検出火炎から放出される火放射を受けるように配
置されている。センサ１２は所望の火炎からの放射を受
けるように示されているが、代表的には多バーナ燃焼装
置内の他の火炎からの放射も受けるようにされている。
センサ１２の一方の導線は負バイアス電圧源（−Ｖ）に
接続され、他方の導線は定利得プリアンプ１４の反転入
力に接続されている。プリアンプ１４の非反転入力は抵
抗器１６を介して接地され、プリアンプの出力は帰還抵
抗器１７を介してその反転入力に接続されている。
【００１３】プリアンプ１４の出力はアンプ２０及び付
属部品からなる回路の自動利得制御部に接続されてい
る。特に、プリアンプ１４の出力は抵抗器１８及びコン
デンサ１９の直列接続を介して第１のアンプ２０の反転
入力に接続されている。コンデンサ１９はセンサ２０に
印加される直流バイアス電圧及びプリアンプ１４のオフ
セット電圧が第１のアンプに印加されないように切り離
す。アンプ２０の非反転入力は抵抗器２１を介して接地
されている。第１のアンプ２０の出力は固定抵抗器２２
及びホトレジスタ２４を介して非反転入力に接続されて
いる。ホトレジスタ２４は発光ダイオード２５からの光
を受光し、ホトレジスタ２４の抵抗値は発光ダイオード
２５を流れる電流に逆比例する。
【００１４】抵抗器２６は第１のアンプ２０の出力を第
２のアンプ２８の非反転入力へ接続し、その非反転入力
は抵抗器２９により接地されている。第２のアンプ２
８、ダイオード３０及び３１、及び帰還抵抗器３２によ
り第１のアンプ２０の出力信号が全波整流される。全波
整流された信号は第３のアンプ３４により形成されるロ
ーパスフィルタへ抵抗器３３を介して接続され、整流さ
れた信号はその反転入力へ加えられる。第３のアンプ３
４の非反転入力は抵抗器３５を介して接地される。第３
のアンプ３４の出力は抵抗器３６とコンデンサ３８の並
列接続を介してその反転入力に接続されている。ローパ
ス濾波により第１のアンプ２０からの交番信号の振幅に
比例する直流信号が生成される。
【００１５】この直流信号は抵抗器３９及び４１を介し
て差動アンプ４０の非反転入力へ加えられる。差動アン
プ４０は第３のアンプ３４の出力を、抵抗器４２を介し
て差動アンプ４０の反転入力に加えられる基準電圧Ｖ
REF により定まる設定点と比較する。差動アンプ４０の
出力は帰還抵抗器４３を介して非反転入力へ接続され
る。差動アンプの出力は基準電圧ＶREF とそれ自体が第
１のアンプ２０の信号出力に比例する第３のアンプ３４
からの直流電圧との差に比例するエラー電圧を与える。
【００１６】エラー電圧は発光ダイオード（ＬＥＤ）２
５のアノードに接続された抵抗器４４を介してエラー電
流信号へ変換される。ＬＥＤ２５を駆動するこのエラー
電流信号により第１のアンプ２０の負帰還利得制御が行
われる。その結果、プリアンプ１４からの信号の交流振
幅が低下するため、第１のアンプ２０の利得が増大す
る。制御利得の変化率はローパスフィルタの抵抗器３６
及びコンデンサ３８により形成されるＲＣ回路網の時定
数により定まる。この時定数は火炎分析に使用される最
低周波数よりも５倍緩く選定される。回路設計により５
０の利得制御を行って異なるタイプの火炎及び点火条件
により生成される広範な火炎に対して良好な信号／ノイ
ズ比が維持される。
【００１７】第３のアンプ３４の反転入力は抵抗器４６
を介して第１のアンプ２０の出力ノード４８に接続され
ている。ノード４８は自動利得制御アンプ回路の出力を
形成し、マイクロコンピュータ５０のアナログ入力に接
続されている。マイクロコンピュータはマイクロプロセ
ッサの他に、アナログ入力が接続されたアナログ／デジ
タルコンバータを含む集積回路である。マイクロコンピ
ュータ５０は１組のデータ・アドレス及びコントロール
バス５１，５２，５３がそれぞれ接続された並列入出力
ポートも含んでいる。前記したように、火炎分析を行う
のにマイクロコンピュータは読取専用メモリ（ＲＯＭ）
５４内に記憶されたプログラムを実行する。マイクロコ
ンピュータ５０のアナログ入力に受信される信号で表わ
されるセンサ１２からのデータはランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）５６内に記憶される。さらに、ランダムア
クセスメモリ５６はマイクロプロセッサ５０が行う分析
の中間及び最終結果の記憶場所も提供する。処理結果
は、入出力インターフェイス回路５８を介して、燃焼装
置のバーナ制御回路等の外部装置へ与えられる。ＲＯＭ
５４，ＲＡＭ５６及び入出力インターフェイス回路５６
はバス５１〜５３へ接続されている。
【００１８】図１に示す火炎分析器１０の動作中に、セ
ンサ１２はバーナ組立体からの放射を電気信号へ変換す
る。センサ１２の出力は時間と共に変動する直流信号で
あり、それは火炎力に比例する。信号の時間変動部分は
コンデンサ１９を介して直流成分から引き離され、第１
のアンプ２０の出力信号は火炎力の変化の差に等しくな
るようにされる。この出力信号は一般的に“火炎フリッ
カ”と呼ばれる、火炎の形状もしくは強さの時間変化に
より生成される。火炎フリッカは火炎の存在及び安定度
等のいくつかの特性を決定するのに使用できる。
【００１９】ノード４８におけるセンサ信号の時間変動
部分はマイクロコンピュータ５０のアナログ入力に加え
られ、アナログ信号の大きさを表わす１０桁の１０進数
へデジタル化される。マイクロコンピュータは規則的間
隔で割込みが行われ、アナログ／デジタルコンバータの
出力をサンプルしてデジタルサンプルをＲＡＭ５６内の
リング型バッファに格納するためのソフトウェアルーチ
ンを実行する。例えば、マイクロコンピュータ５０は毎
秒３００の火炎信号サンプルを取得するように割込ま
れ、リングバッファは定期的に取り込まれるデータサン
プルが格納される６００の記憶場所を有している。ＲＡ
Ｍ５６内のもう一つの記憶場所には最近のデジタル数が
記憶されているリング型バッファの記憶場所のポインタ
が記憶されている。このポインタは後のデータ処理ステ
ップにおいて被処理データをリングのどこへ入れるかを
示す表示として使用される。
【００２０】リング型バッファに２５６のデータサンプ
ルが格納されると、マイクロコンピュータ５０は連続的
に背景分析タスクを実行開始する。図２Ａを参照とし
て、分析の第１ステップ６０においてＲＡＭ５６に記憶
されたデータは時間領域から周波数領域へ変換される。
こうすることにより、従来の高速フーリエ変換ソフトウ
ェアルーチンを使用してデータサンプルに２５６点変換
を行って、０〜１４９Ｈｚの火炎データのベクトル表示
周波数スペクトルを表わす、１２８の複素数が得られ
る。これらの複素数はＲＡＭ５６内に一時記憶される。
変換が完了すると、プログラムの実行はステップ６２へ
進みそこでマイクロコンピュータ５０は各複素周波数ベ
クトルの大きさを計算する。これは複素数の実数部の二
乗プラス虚数部の二乗の平方根をとって行うことができ
る。各ベクトルの大きさはセンサ信号の周波数成分の振
幅を表わす。周波数領域への変換を行うのにフーリエ分
析が使用されるが、他の技術を使用することもできる。
ステップ６４においてこれらの各振幅値に対する底ｅの
対数が計算されＲＡＭ５６内のアレイに記憶される。次
に、ステップ６６において対数値をデジタルローパス濾
波することによりそのデータが平滑化される。
【００２１】図３は活性火炎により生じるセンサ信号に
対する対数周波数成分振幅値の分布を表わすグラフであ
る。０〜１４９Ｈｚの周波数成分は火炎形状の時間変
化、すなわち火炎フリッカにより生じる。このグラフは
振幅が高い周波数に対して数学的に予測可能な、レシオ
メトリック関係で低減することを示している。対数振幅
値分布全体にわたって、一般的に線型関係が存在する。
【００２２】被感知火炎が消炎してセンサ１２が、多バ
ーナシステムの他の火炎等の、背景火炎源からの放射を
検出する場合には、周波数成分対数振幅値の分布は図４
のグラフに示すものと同様なものとなる。この場合、振
幅は周波数と共に低減するが、振幅値の対数と周波数と
の関係は線型とはならなくなる。従って、火炎が存在す
る場合と消炎する場合とでは周波数スペクトルデータの
数学的関係が違ってくる。
【００２３】火炎の存在、種類及び状態は火炎信号の周
波数スペクトルに基づいてマイクロコンピュータ５０に
より決定される。フーリエ変換された振幅値の対数が導
出されてＲＡＭ５６に記憶されると、対数振幅の周波数
による変化（勾配）の連続性及び均一性が（例えば、０
〜１００Ｈｚの）所定帯域幅にわたってテストされる。
連続度及び均一度は量子化されて火炎安定度に比例する
数が得られる。スペクトルの線型性はいくつかの要因に
より変動する火炎信号振幅及び火炎力に対応する火炎信
号利得に無関係であることが判っている。簡単に言え
ば、火炎サイズはスペクトル周波数成分の形状分布に影
響を及ぼさない。従って、センサ１２からの火炎信号の
振幅ではなくスペクトル線型性に依存する本システムに
より、ダンパ位置、燃料圧、噴霧圧、燃料充填率、空燃
比、ＢＴＵ含有量、燃料タイプ、及び他の変数が分析に
及ぼす影響が著しく低減される。バーナ火炎がオンとさ
れて比較的安定しておれば、周波数成分振幅の勾配分布
は実質的に線型且つ均一になる。
【００２４】図３のグラフの縦座標は対数であるため、
点火火炎のスペクトルは周波数領域内のセンサ信号を次
式で表わせることを示唆している。
【００２５】
【数２】Ｓ（ｆ）＝Ａｅkf （１）
【００２６】直線に対して、この式のｅを底とする対数
は次のようになり、
【００２７】
【数３】 Ｌｏｇ〔Ｓ（ｆ）〕＝ｋｆ＋Ｌｏｇ〔Ａ〕 （２）
【００２８】ここに、Ｓ（ｆ）は周波数の関数としての
信号振幅、Ａは０Ｈｚ（ＤＣ）における電圧振幅、ｅは
１の逆自然対数、ｋはデータの勾配（減衰定数）、ｆは
周波数Ｈｚである。
【００２９】消炎した火炎に対するセンサ信号周波数成
分分布を表わす図４は、周波数対対数振幅値の非線型す
なわち断片線型グラフを示している。このスペクトルデ
ータの粗適合により、センサ信号は次の形式を有するこ
とが示唆され、
【００３０】
【数４】 Ｓ（ｆ）＝Ａｅaf＋Ｂｅbf （３）
【数５】 Ｌｏｇ〔Ｓ（ｆ）〕＝ａｆ＋Ｌｏｇ〔Ａ〕＋ｂｆ＋Ｌｏｇ〔Ｂ〕 （４） ここに、“ａ”は低周波データの勾配、“ｂ”は高周波
データの勾配である。火炎オフ状態では、係数“ａ”は
低周波黒体すなわち対流放射から引き出され、係数
“ｂ”は高周波ホワイトノイズすなわち他の隣接バーナ
火炎から引き出される。
【００３１】図２Ａの火炎分析プログラムフロー図の残
りの部分により、対数振幅値対周波数分布の線型度が決
定される。ステップ６８で開始して、マイクロコンピュ
ータ５０は最小二乗法及び周波数スペクトルデータを次
のような形式の３次多項式へ適合させる行列式を使用す
るルーチンを実行する。
【００３２】
【数６】 ｓ＝ａ＋ｂｆ＋ｃｆ2 ＋ｄｆ3 （５）
【００３３】バーナ火炎がオンで安定しておれば、周波
数分布は線型に漸減して係数ｃ及びｄはゼロに近ずき、
直線式ｓL ＝ａ＋ｂｆ．となる。しかしながら、火炎が
不安定となったり消えたりする場合、係数ｃ及びｄは一
層重要となる。これらの係数により次の３つのパラメー
タを決定することができ、積分線型誤差（Ｅ）、勾配差
（ｍd ）及び線型度回帰相関（Ｒ）、これらによって勾
配の連続度及び均一度が定まる。
【００３４】第１のパラメータ、積分線型誤差、により
周波数成分振幅分布を一つの勾配係数により満足に記述
できるかどうかが決定される。このパラメータを決定す
るには、ステップ７０において３次式（５）の導関数を
計算して比較的低い第１の周波数ｆ1 （例えば、２０Ｈ
ｚ）における勾配が求められる。ステップ７２において
この勾配を使用して第１の周波数におけるスペクトルグ
ラフの接線の公式が引き出され、次にこの公式を投影し
てそのＹ座標値が決定される。これにより、次式が得ら
れ、
【００３５】
【数７】 ｓt ＝ａt ＋ｂt ｆ1 （６）
【００３６】ここに、ａt は座標値、ｂt は接線の勾配
である。これを図５に示し、ここで実線は周波数成分振
幅値を表わし、破線は２０Ｈｚのｆ1 における周波数成
分振幅分布への接線を表わす。
【００３７】全スペクトルにわたって周波数成分振幅値
の分布を一つの勾配係数により満足に描くことができる
（すなわち、スペクトルが線型である）場合には、全て
の周波数成分振幅値に対して（６）式が適合できなけれ
ばならない。積分線型誤差（Ｅ）、すなわち接線式の適
合度は周波数成分振幅値曲線と接線間の０〜１００Ｈｚ
までの面積を求めることにより決定される。この面積は
次式で与えられる。
【００３８】
【数８】
【００３９】これを３次多項式で表わすと次のようにな
る。
【００４０】
【数９】
【００４１】積分線型誤差（Ｅ）はステップ７４におい
て計算され、ＲＡＭ５６に格納される。
【００４２】図２の分析プログラムの実行は次にステッ
プ７６へ進み、そこで第２のパラメータ、勾配差、が周
波数スペクトル勾配連続性のもう一つの表示として計算
される。こうすることにより、第１の周波数点（２０Ｈ
ｚ）における勾配計算に使用したのと同じ方法で、第２
の周波数（例えば、８０Ｈｚ）におけるスペクトルデー
タの勾配が計算される。２つのスペクトル勾配間の差が
計算されてＲＡＭ５６に記憶される。
【００４３】勾配の連続性及び均一性を示す最後のパラ
メータは周波数成分対数振幅分布に対する線型度回帰相
関である。２次元データアレイの所与数ｎの対データ点
（ｆ 1 ，ｓ1 ），（ｆ2 ，ｓ2 ），…（ｆn ，ｓn ）に
対して、線型度回帰相関Ｒは次式で表わされ、
【００４４】
【数１０】 ここに、Ｓi は周波数成分ｆi の対数振幅である。線型
度回帰相関が１であれば、線型度及び相関は完全であ
る。しかしながら、線型度回帰相関値が１よりも小さけ
れば、非線型で相関が悪いことを示す。ステップ７８で
計算される相関値はＲＡＭ５６に記憶される。
【００４５】図２Ｂで開始される火炎分析背景プログラ
ムの残部は３つの火炎スペクトル形状パラメータ値を解
釈して火炎の存在及び安定性に関する決定に達する。背
景分析プログラムの連続ループにより１組の新しいスペ
クトル形状パラメータが毎秒数回計算される。各パラメ
ータに対する一連の値がＲＡＭ５６内の別々のリング型
バッファ内に保持される。各バッファのサイズは、ユー
ザが設定する、失炎応答時間（ＦＦＲＴ）を指定した構
成パラメータにより決定される。ＦＦＲＴは火炎がオン
であるかオフであるかを分析器１０が決定するための最
大時間を定める。各火炎形状パラメータバッファ内のサ
ンプル記憶場所数はＦＦＲＴに単位時間当りの高速フー
リエ変速数を乗じた値に等しい。
【００４６】各火炎スペクトル形状パラメータバッファ
内に記憶されたデータは平均化されて標準偏差が計算さ
れる。各算術平均及び標準偏差によりパラメータのガウ
ス分布曲線が定められる。一般的に“Ｌｏｗｅｒ−Ｔｏ
ｉｌ Ｔｅｓｔ”と呼ばれる統計法を適用して、そのパ
ラメータの臨界閾値よりも上及び下のデータの％が決定
される。火炎オン決定に達するのにデータサンプルの６
０％を閾値以上とし、且つ火炎オフの決定を行うのにデ
ータサンプルの６０％を閾値以下とすることにより形状
パラメータ閾値に関するヒステリシスが与えられる。
【００４７】図２Ｂの分析プログラムプログラムのフロ
ー図を参照として、ステップ８０においてＲＡＭ５６内
の対応するリングバッファ内に記憶されている積分線型
誤差に対する算術平均及び標準偏差がマイクロコンピュ
ータ５０により計算される。次に、これらの統計値を使
用して、積分線型誤差に対する所定の閾値よりも上及び
下のバッファ値の％が決定される。ステップ８４〜８６
及び８８〜９０において同様な統計処理を行って、勾配
差に対するこのような％及びこれら別々の閾値に対する
線型度回帰相関値が引き出される。こうして求められる
％はＲＡＭ５６に記憶される。
【００４８】特定燃焼装置に対する分析器１０の設定中
にパラメータ閾値を経験的に決定した。その時に、火炎
を点火させ一連の火炎スペクトル分析を実施した。この
一連の分析に対して、積分線型誤差、勾配差、線型度回
帰相関パラメータの最大値を求めた。次に、火炎を消炎
して、さらに一連の火炎スペクトル分析を実施した。次
に、３つの線型度パラメータの最大及び最小値を求め
た。各パラメータに対する最大及び最小値の中点がパラ
メータ閾値となる。
【００４９】ステップ９２における火炎分析プログラム
実行に戻って、３つのパラメータ値の閾値よりも上の％
を平均化し、３つのパラメータ値の閾値よりも下の％を
平均化した。“上”の％の平均をステップ９４において
平均化して６０％よりも大きいかどうかを決定し、大き
い場合にはプログラム実行をステップ９８へ分岐してフ
ラグを設定し火炎がオンであることを表示する。次に、
プログラム実行をステップ６０へ戻し、新しく取得した
データを使用して再度分析する。平均化された“上”の
％がステップ９４において６０％よりも大きくない場合
には、プログラムはステップ９５へ進む。ここで“下”
の％の平均を調べて６０％よりも大きいかどうかを決定
し、大きい場合にはプログラム実行はステップ９６へ分
岐して火炎オンフラグをリセットしステップ６０へ戻る
前に消炎したことを表示する。ステップ９４及び９５に
おいて行われるテストがいずれも真でない場合には、火
炎オンフラグ状態を変えることなくプログラムは直接ス
テップ６０へ戻り、前に決定した状態がそのまま残され
る。
【００５０】もう一つの背景ソフトウェアルーチンが火
炎オンフラグを定期的に調べ、フラグ状態を示す信号を
Ｉ／Ｏインターフェイス回路５８を介して適切な外部装
置へ送る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み入れた火炎分析器の電子回路図。
【図２】火炎分析ソフトウェアのフロー図。
【図３】図１の火炎分析器により生成される安定バーナ
火炎に対する信号の周波数成分スペクトルを示す図。
【図４】被感知火炎が消炎する場合に背景放射により生
成される信号の、図３と類似の、スペクトルを示す図。
【図５】火炎信号分析における１ステップのグラフ表示
の図面。
【符号の説明】
１０ バーナ火炎分析器 １２ センサ １４ 定利得プリアンプ １６ 抵抗器 １７ 抵抗器 １８ 抵抗器 １９ コンデンサ ２０ アンプ ２１ 抵抗器 ２２ 固定抵抗器 ２４ ホトレジスタ ２５ 発光ダイオード ２６ 抵抗器 ２８ アンプ ２９ 抵抗器 ３０ ダイオード ３１ ダイオード ３２ 帰還抵抗器 ３３ 抵抗器 ３４ アンプ ３５ 抵抗器 ３６ 抵抗器 ３８ コンデンサ ３９ 抵抗器 ４０ 差動アンプ ４１ 抵抗器 ４２ 抵抗器 ４３ 帰還抵抗器 ４６ 抵抗器 ４８ 出力ノード ５０ マイクロコンピュータ ５１ コントロールバス ５２ コントロールバス ５３ コントロールバス ５４ ＲＯＭ ５６ ＲＡＭ ５８ インターフェイス回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/42 F23M 11/04 102

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 火炎により生じる放射を検出して放射を
    示す電気信号を発生するセンサと、電気信号を火炎力の
    時間変化により生じる電気信号の複数の周波数成分から
    なるスペクトルへ変換する手段を具備し、各周波数成分
    は振幅を有し、さらに、スペクトル全体にわたって周波
    数成分振幅分布の線型度を決定する手段と、線型度に応
    答して火炎の存否を決定する手段、を具備する火炎分析
    器。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の火炎分析器において、前
    記電気信号変換手段は電気信号に対してフーリエ変換を
    行う手段を具備する火炎分析器。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の火炎分析器において、前
    記線型度決定手段は少くともスペクトルの２つの周波数
    において周波数成分振幅分布の勾配差を決定する手段を
    具備する火炎分析器。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の火炎分析器において、前
    記線型度決定手段は次式で与えられる周波数成分振幅分
    布に対する線型度回帰相関（Ｒ）を決定し、 【数１】 ここに、ｉは周波数成分番号、Ｓｉは周波数成分ｆ１
    の振幅である火炎分析器。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の火炎分析器において、前
    記線型度決定手段は、１組の周波数成分に対して各々が
    周波数成分振幅分布の所与の点における接線の公式によ
    り定まるデータ値を引き出す手段と、前記変換手段によ
    り生じる振幅と１組の周波数成分の各要素に対するデー
    タ値との差を積分して線型度を示す第１の値を生成する
    手段、を具備する火炎分析器。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の火炎分析器において、前
    記線型度決定手段はさらに、スペクトルの線型性を示す
    第２の値となる周波数成分振幅分布の２つの位置におけ
    る勾配差を決定する手段と、スペクトルの線型性を示す
    第３の値となる周波数成分振幅分布に対する線型度回帰
    相関を決定する手段、を具備する火炎分析器。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の火炎分析器において、前
    記火炎特性決定手段は、複数の第１の値を第１の閾値と
    比較して第１の閾値よりもそれぞれ上及び下である第１
    の値の量を決定する第１の手段と、複数の第２の値を第
    ２の閾値と比較して第２の閾値よりもそれぞれ上及び下
    である量を決定する第２の手段と、複数の第３値を第３
    の閾値と比較して第３の閾値よりもそれぞれ上及び下で
    ある量を決定する第３の手段と、それぞれの閾値よりも
    下の第１、第２及び第３の値の量を平均化して第１の平
    均を生成する第１の手段と、それぞれの閾値よりも上の
    第１、第２及び第３の値の量を平均化して第２の平均を
    生成する第２の手段と、第１の平均が第１の基準値を越
    える時に火炎の消炎表示を発生し第２の平均が第２の基
    準値を越える時に火炎の存在表示を発生する手段、を具
    備する火炎分析器。
  8. 【請求項８】 火炎の存在を検出する装置において、該
    装置は、火炎により生じる放射を検出して放射を示す電
    気信号を発生するセンサと、電気信号を増幅する自動利
    得制御増幅器と、前記増幅器からの電気信号を複数の信
    号サンプルへデジタル化する手段と、複数の信号サンプ
    ルを記憶する手段と、時間領域からの信号サンプルを周
    波数領域へ変換して複数の周波数成分振幅値を生成する
    手段と、電気信号の各周波数成分振幅値の対数値を引き
    出す手段と、対数値分布の線型度を決定する手段と、線
    型度を評価して火炎が存在しているかどうかを決定する
    手段、を具備する火炎の存在検出装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の火炎分析器において、前
    記線型度決定手段は対数値分布に沿った２つの位置にお
    ける勾配差を決定する、火炎分析器。
  10. 【請求項１０】 請求項８記載の火炎分析器において、
    前記線型度決定手段は対数値分布に対する線型回帰相関
    を決定する、火炎分析器。
  11. 【請求項１１】 請求項８記載の火炎分析器において、
    前記線型度決定手段は、対数値分布に沿った所与の点に
    おける接線を定義する手段と、対数値と定義された線上
    の点との一連の差を積分して対数値の線型性を示す第１
    の値を生成する手段、を具備する火炎分析器。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の火炎分析器におい
    て、前記線型度決定手段は、対数値分布上の２点間の勾
    配差を決定して線型度を示す第２の値を生成する手段
    と、対数値分布に対する線型回帰相関を決定して線型度
    を示す第３の値を生成する手段、を具備する火炎分析
    器。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の火炎分析器におい
    て、線型度評価手段は、複数の第１の値を第１の閾値と
    比較して第１の閾値よりも下の第１の値の量及び第１の
    閾値よりも上の第１の値の量を決定する第１の手段と、
    複数の第２の値を第２の閾値と比較して第２の閾値より
    も下の第２の値の量及び第２の閾値よりも上の第２の値
    の量を決定する第２の手段と、複数の第３の値を第３の
    閾値と比較して第３の閾値よりも下の第３の値の量及び
    第３の閾値よりも上の第３の値の量を決定する第３の手
    段と、それぞれの閾値よりも下の第１、第２及び第３の
    値の量を平均化して第１の平均を生成する第１の手段
    と、それぞれの閾値よりも上の第１、第２及び第３の値
    の量を平均化して第２の平均を生成する第２の手段と、
    第１の平均が第１の基準値を越える場合に火炎の消炎表
    示を発生し第２の平均が第２の基準値を越える場合に火
    炎の存在表示を発生する手段、を具備する火炎分析器。
  14. 【請求項１４】 火炎特性決定方法において、該方法
    は、火炎により生じる周波数における放射を検出して、
    放射を表示する電気信号を発生し、電気信号を時間領域
    から周波数領域へ変換して火炎形状の時間変化により生
    じる複数の周波数成分に対する振幅値を生成し、振幅値
    分布の線型度を決定し、線型度を使用して火炎が存在す
    るか消えているかを決定する、ことからなる火炎特性決
    定方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の方法において、前記
    電気信号変換ステップは電気信号のフーリエ変換を実施
    することからなる火炎特性決定方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載の方法において、前記
    線型度決定ステップは各振幅値に対する対数値を引き出
    し、対数値分布の線型度を決定することからなる、火炎
    特性決定方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１４記載の方法において、前記
    線型度決定ステップは振幅値分布上の２点における勾配
    差を引き出すことからなる、火炎特性決定方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１４記載の方法において、前記
    線型度決定ステップは振幅値分布に対する線型回帰相関
    を決定する手段を具備する、火炎特性決定方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１４記載の方法において、前記
    線型度決定ステップは、振幅値分布の所与の点における
    接線の公式から周波数成分のデータ値を引き出し、振幅
    値と所与の周波数帯域内の各周波数成分に対するデータ
    値との差を積分して線型度を示す第１の値を生成する、
    ことからなる火炎特性決定方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の方法において、前記
    線型度決定ステップは、振幅値分布上の２点間の勾配差
    を決定して線型度を表わす第２の値を生成し、振幅値分
    布に対する線型回帰相関を決定して線型度を示す第３の
    値を生成する、ことからなる火炎回帰決定方法。
  21. 【請求項２１】 請求項２０記載の方法において、前記
    線型度決定ステップは、複数の第１の値を第１の閾値と
    比較して第１の閾値よりも下の第１の値の量及び第１の
    値よりも上の第１の値の量を決定し、複数の第２の値を
    第２の閾値と比較して第２の閾値よりも下の第２の値の
    量及び第２の閾値よりも上の第２の値の量を決定し、複
    数の第３の値を第３の閾値と比較して第３の閾値よりも
    下の第３の値の量及び第３の閾値よりも上の第３の値の
    量を決定し、それぞれの閾値よりも下の第１、第２及び
    第３の値の量を平均化して第１の平均を生成し、それぞ
    れの閾値よりも上の第１、第２及び第３の閾値の量を平
    均化して第２の平均を生成し、前記線型度を使用して火
    炎特性を決定するステップにより第１の平均が第１の基
    準値を越える場合に火炎の消炎表示が発生され、第２の
    平均が第２の基準を越える場合に火炎の存在表示が発生
    される、火炎特性決定方法。
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