JPH09325068A - Flame sensor and flame detector - Google Patents
Flame sensor and flame detectorInfo
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- JPH09325068A JPH09325068A JP8142408A JP14240896A JPH09325068A JP H09325068 A JPH09325068 A JP H09325068A JP 8142408 A JP8142408 A JP 8142408A JP 14240896 A JP14240896 A JP 14240896A JP H09325068 A JPH09325068 A JP H09325068A
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Fire-Detection Mechanisms (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、火炎から放射され
る放射光の特定波長成分を認識して、火炎の有無等を検
出するための火炎センサ及びこのようなセンサを備えた
火炎検出器に関するものであり、更に詳細には、火炎の
発光波長範囲から太陽光や室内光といった雑音源となる
光の波長範囲を除外した、概ね200nm〜280nm
の波長成分の紫外線を検出する火炎検出技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flame sensor for recognizing a specific wavelength component of radiation emitted from a flame to detect the presence or absence of a flame, and a flame detector equipped with such a sensor. More specifically, approximately 200 nm to 280 nm excluding the wavelength range of light that is a noise source such as sunlight or room light from the emission wavelength range of flames.
The present invention relates to a flame detection technology for detecting ultraviolet rays having a wavelength component of.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、火炎センサとしては、熱電対を用
いて火炎の発する熱を電気エネルギに変換して火炎を検
出する熱電対型と、水素炎イオン化検出器を用いて火炎
中の水素イオンを電気エネルギに変換して火炎を検出す
る水素炎イオン化検出器型と、光電管を用いて火炎の発
する光エネルギを電気エネルギに変換して火炎を検知す
る光電管型のものが、知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a flame sensor, a thermocouple type in which heat generated by a flame is converted into electric energy by using a thermocouple to detect the flame, and a hydrogen ion in the flame is detected by using a hydrogen flame ionization detector. There are known a hydrogen flame ionization detector type that converts electric energy into electric energy to detect a flame, and a photoelectric tube type that uses a photoelectric tube to convert light energy emitted by a flame into electric energy to detect a flame.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記の各火炎センサ
は、それぞれ、以下のような欠点がある。 1 熱電対型の火炎センサは、熱源である火炎が発生、
消滅した後でもセンサ周辺の温度が急速には上昇もしく
は低下しないため、着火時、消火時等の火炎状態の変化
に対する過渡応答性が悪く、特に、温度変化に乏しい密
閉筐体中での使用に問題がある等、使用範囲が制限され
る。 2 水素炎イオン化検出器型の火炎センサは、電極部を
火炎内に設ける必要があり、小さな火炎から大きな火炎
まで広範囲に適応されるには、電極部のみならず支持部
等も含め、高い耐熱性と信頼性が要求される。従って、
火炎の形状や大きさが大きく変化するものには適用が困
難であり、使用範囲が給湯器や小型ボイラ等での使用に
限定される。 3 光電管型の火炎センサは、前記熱電対型または水素
炎イオン化検出器型の火炎センサに比べて、火炎のオン
・オフの判定精度に優れており、また火炎から距離を置
いて設置できるという長所を備えているが、光電管の構
造的な制約から光エネルギを電気エネルギに変換する変
換効率が低いため、火炎センサとして検出すべき200
nmから280nmの波長範囲において、受光感度が低
く、火炎から放射される微弱な前記波長範囲の光を検出
するには十分とは言えない。図5は、横軸が波長を、縦
軸が、火炎光、太陽光及び室内光(蛍光管から発生する
蛍光)の相対強度及び光電管の検出感度を示すものであ
る。ここで、火炎であるガス光が実線で、妨害光として
の室内光が破線で、太陽光が一点鎖線で示されている。
さらに、光電管の検出感度に関しては、これを二点鎖線
で示している。従って、火炎のみを検出するためには、
200nmから280nmの波長範囲を検出することが
好ましいことが判る。さらに、光電管型のものは、構造
が複雑であり、寿命が比較的短く、使用できる温度域が
100℃程度までに限れるという問題がある。本発明
は、上記の問題を解決することにある。Each of the above flame sensors has the following drawbacks. 1 Thermocouple type flame sensor generates a flame that is a heat source,
Since the temperature around the sensor does not rise or drop rapidly even after it disappears, it has poor transient response to changes in the flame state during ignition, extinguishing, etc., and is especially suitable for use in sealed enclosures with poor temperature changes. The usage range is limited due to problems. 2 The flame sensor of hydrogen flame ionization detector requires that the electrode part be provided inside the flame, and in order to be applicable to a wide range of flames from small flames to large flames, not only the electrode part but also the support part etc. have high heat resistance. And reliability are required. Therefore,
It is difficult to apply it to a flame whose shape or size changes greatly, and its use range is limited to use in a water heater, a small boiler, or the like. 3 The photoelectric tube type flame sensor is superior to the thermocouple type or hydrogen flame ionization detector type flame sensor in the accuracy of determining whether the flame is on or off, and can be installed at a distance from the flame. However, since the conversion efficiency of converting light energy into electric energy is low due to the structural limitation of the phototube, it should be detected as a flame sensor.
In the wavelength range of nm to 280 nm, the light receiving sensitivity is low, and it cannot be said to be sufficient to detect the weak light in the wavelength range emitted from the flame. In FIG. 5, the horizontal axis shows the wavelength, and the vertical axis shows the relative intensities of flame light, sunlight, and room light (fluorescence generated from the fluorescent tube) and the detection sensitivity of the photoelectric tube. Here, the gas light that is flame is shown by a solid line, the room light as interfering light is shown by a broken line, and the sunlight is shown by a one-dot chain line.
Further, regarding the detection sensitivity of the photoelectric tube, this is indicated by a chain double-dashed line. Therefore, to detect only the flame,
It can be seen that it is preferable to detect the wavelength range from 200 nm to 280 nm. Further, the photoelectric tube type has a problem that the structure is complicated, the life is relatively short, and the usable temperature range is limited to about 100 ° C. The present invention is to solve the above problems.
【0004】[0004]
〔構成〕上記の目的を達成するための本発明による請求
項1に係わる火炎センサの第1の特徴構成は、MgS、
CaS、SrSから選択される光導電体材料からなる受
光部と、前記受光部が受光した場合に光導電効果により
前記受光部に発生する電流を取り出し可能な電極とを備
えてなることにある。[Structure] A first characteristic structure of the flame sensor according to claim 1 according to the present invention for achieving the above object is MgS,
It is provided with a light receiving portion made of a photoconductive material selected from CaS and SrS, and an electrode capable of taking out a current generated in the light receiving portion by a photoconductive effect when the light receiving portion receives light.
【0005】〔作用・効果〕MgS、CaS、SrS、
夫々のバンドギャップEgは4.4eV、4.41e
V、及び4.3eVであり、これら吸収スペクトルの長
波長限界は281.8nm、281.1nm、288.
3nmである。これらの光導電体材料は、これらの波長
以下の放射光を吸収し、電流を発生する。従って、この
ような材料を受光部に備え、光導電効果により発生する
電流を検出することにより、太陽光や室内光といった通
常存在する雑音源となる光と、火炎からの放射光を有効
に区別して火炎からの放射光を検出して、火炎センサと
しての機能を果たすことができる。ここで、これらの材
料の吸収スペクトルの長波長端に於ける感度の立ち上が
りは、光導電特性によることにより急峻となるため、従
来技術に於ける光電管が有していた問題(感度の低い部
分がかなり残存する)を解消することができる。即ち、
先に示したように、火炎の検出を妨害光の影響を少なく
検出しようとすると、図5にSBで示す200nm〜2
80nm程度の紫外線を選択的に検知することが好まし
い。しかしながら、この帯域に於ける火炎の発光スペク
トルは短波長になるほど微弱となる。一方、光電管の受
光感度は、最高感度域が200nm〜220nmの波長
範囲に存在し、量子効率(光電変換効率)は20%〜3
0%であり、240nm〜280nmの波長範囲では5
%〜10%に低下する。従って、特に、火炎が小さい場
合や、火炎から距離を隔てている場合など、光電管の受
光領域を大きくする等の検出感度の向上手段が必要とな
り、装置が大型化するなどの問題が生じる。このような
状況において、特定の帯域の紫外線を良好に検知しよう
とする場合は、図5に例示的に斜線領域として示すよう
に、例えば、280nm程度以下の長波長端にあって、
検出感度の立ち上がりが急峻で、これ以下の短波長域で
比較的高い感度を維持するセンサが好ましい。このよう
なセンサをこの構成の火炎センサは提供することができ
るのである。ここで、SrSの長波長端は理論上288
nmであるが、これは、誤差範囲とみなせる。さらに、
この構成の場合は、比較的高い感度(量子効率)を得る
ことができるとともに、後述するように装置構成も簡素
である。また、材料の特性から、比較的高温(500℃
前後)においても使用することができる。さらに、寿命
の点でも従来より、長い。[Operation / Effect] MgS, CaS, SrS,
The respective band gaps Eg are 4.4 eV and 4.41 e.
V, and 4.3 eV, and the long wavelength limits of these absorption spectra are 281.8 nm, 281.1 nm, 288.
It is 3 nm. These photoconductor materials absorb radiation below these wavelengths and generate an electrical current. Therefore, by providing such a material in the light receiving section and detecting the current generated by the photoconductive effect, it is possible to effectively separate the light that is a noise source that normally exists, such as sunlight and room light, and the emitted light from the flame. Separately, the emitted light from the flame can be detected to function as a flame sensor. Here, the rise of sensitivity at the long-wavelength end of the absorption spectrum of these materials becomes steep due to the photoconductive characteristics, so that there is a problem that the photoelectric tube in the prior art has (the low sensitivity part is Can be eliminated). That is,
As described above, when it is attempted to detect flames with less influence of interfering light, 200 nm to 2 nm indicated by SB in FIG.
It is preferable to selectively detect ultraviolet rays having a wavelength of about 80 nm. However, the emission spectrum of the flame in this band becomes weaker as the wavelength becomes shorter. On the other hand, the photosensitivity of the phototube has a maximum sensitivity range of 200 nm to 220 nm and a quantum efficiency (photoelectric conversion efficiency) of 20% to 3%.
0%, and 5 in the wavelength range of 240 nm to 280 nm.
% To 10%. Therefore, in particular, when the flame is small or when the distance from the flame is large, means for improving the detection sensitivity such as enlarging the light receiving area of the photoelectric tube is required, which causes a problem that the device becomes large. In such a situation, in order to satisfactorily detect ultraviolet rays in a specific band, as shown by a hatched area in FIG. 5, for example, at a long wavelength end of about 280 nm or less,
A sensor that has a sharp rise in detection sensitivity and maintains a relatively high sensitivity in a short wavelength region below this is preferable. The flame sensor having this configuration can provide such a sensor. Here, the long wavelength end of SrS is theoretically 288
Although it is nm, this can be regarded as an error range. further,
With this configuration, a relatively high sensitivity (quantum efficiency) can be obtained, and the device configuration is simple as described later. In addition, due to the characteristics of the material, relatively high temperature (500 ℃
Before and after) can also be used. Furthermore, it has a longer life than before.
【0006】〔構成〕上記の構成の火炎センサを備えた
火炎検出器を構成する場合にあっては、以下のような構
造とすることが好ましい。即ち、請求項2に係わる本願
の火炎検出器の特徴構成は、内部が真空もしくは不活性
ガスで充填された中空閉構造の検出器本体を備え、Mg
S、CaS、SrSから選択される光導電体材料からな
る受光部と、前記受光部が受光した場合に光導電効果に
より前記受光部に発生する電流を取り出し可能な電極と
を備えた火炎センサを、検出光が導入照射される検出器
本体内の検出光照射部に備え、検出器本体内への検出光
導入部に紫外線透過フィルターを備えることにある。[Structure] When a flame detector including the flame sensor having the above-described structure is formed, the following structure is preferable. That is, the flame detector of the present invention according to claim 2 is characterized in that it comprises a detector body having a hollow closed structure whose inside is filled with a vacuum or an inert gas.
A flame sensor having a light receiving portion made of a photoconductive material selected from S, CaS, and SrS, and an electrode capable of taking out a current generated in the light receiving portion by a photoconductive effect when the light receiving portion receives light. The detection light irradiating section in the main body of the detector to which the detection light is introduced and radiated, and the ultraviolet transmission filter in the detection light introducing section into the main body of the detector are provided.
【0007】〔作用・効果〕この火炎検出器にあって
は、先に説明した本願独特の光導電体材料を備えた火炎
センサが検出器本体の検出光照射部に配設される。この
検出光照射部には、検出光導入部から火炎からの放射光
が導入照射される。この場合、検出光導入部に紫外線透
過フィルターを備えておくことにより、火炎センサへの
紫外線以外の光の到達が抑制される。従って、可視光
線、火炎センサの温度上昇要因となる赤外線等の到達が
抑制され、センサに於ける検出精度を高めることができ
る。さらに、この構成を採る火炎検出器にあっては、紫
外線フィルターによるノイズの除去、さらには火炎セン
サを構成する光導電体材料自体の特性による、長波長側
(例えば波長が280nm以上の範囲に於けるもの)の
ノイズ除去の、二重のノイズ除去構造を有するため、確
度の高い火炎検知が可能となる。さて、検出器本体内は
真空保持されたり、内部に不活性ガスを充填した構成と
される。上記の光導電体材料は、一般に水分の影響を受
けて、その特性が変化しやすい。従って、この構成の火
炎センサを検出器本体内に収納し、周囲雰囲気を水分を
遮断したものとすることにより、その性能を適切に維持
することができる。[Operation / Effect] In this flame detector, the flame sensor provided with the photoconductor material unique to the present invention described above is disposed in the detection light irradiation section of the detector body. Radiation light from the flame is introduced and irradiated to the detection light irradiation unit from the detection light introduction unit. In this case, by providing the detection light introducing section with an ultraviolet ray transmitting filter, the arrival of light other than ultraviolet rays to the flame sensor is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the arrival of visible light, infrared rays, etc., which cause the temperature of the flame sensor to rise, and improve the detection accuracy of the sensor. Further, in the flame detector adopting this configuration, in the long wavelength side (for example, in the wavelength range of 280 nm or more) due to the noise removal by the ultraviolet filter and the characteristics of the photoconductor material itself constituting the flame sensor. Since it has a double noise removal structure for removing the noise of the sword, the flame can be detected with high accuracy. By the way, the inside of the detector main body is maintained in vacuum or is filled with an inert gas. The above photoconductor material is generally affected by moisture and its characteristics are likely to change. Therefore, the performance can be appropriately maintained by housing the flame sensor of this configuration in the detector main body and making the surrounding atmosphere moisture-tight.
【0008】〔構成〕上記の目的を達成する請求項3に
係わる火炎センサの第2の特徴構成は、長波長端が28
0nmにあり、この長波長端より短波長の紫外線吸収に
より電流を発生する光導電特性を備えた蛍光材料からな
る受光部を備え、紫外線吸収により受光部に発生する電
流を取り出し可能な電極を備えて、火炎センサを構成す
ることにある。 〔作用・効果〕蛍光材料は、紫外線の吸収により、保有
する電子が、バレンスバンドとコンダクションバンドと
の間にある中間的な準位まで励起された後、バレンスバ
ンドに遷移する場合に蛍光を発する。しかしながら、励
起状態にある電子は、例えば材料温度等による要因によ
りコンダクションバンドまでさらに励起され、この電子
を電流として検出できる。従って、このような材料は、
ある種の光導電特性を有するものと見做すことができ
る。さて、これまで説明してきたように、火炎検出を、
ノイズの影響を除いて確実に行おうとする場合、その長
波長端が概略280nmにあることが要件となる。従っ
て、本願の火炎センサにあっては、受光部にこのような
特性を有する蛍光材料を使用し、その光導電特性によっ
て得られる電流を検出するものとする。結果、長波長端
が280nm以下の火炎から発する放射光の特定スペク
トル部位を、電極を介する電気的情報として検出するこ
とができる。このような火炎センサにあっては、比較的
安価な材料を使用して大面積の受光素子を構築すること
ができる。さらに、高圧電源等が不要となり、装置構成
を簡素化できる。さらに、光電管型の場合のように、1
00℃程度でしか使用できないということはなく、20
0〜300℃程度で使用できるため、冷却装置も小型の
ものですむ。さらに寿命の長くできる。[Structure] A second characteristic structure of the flame sensor according to claim 3 for achieving the above object is that the long wavelength end is 28
It is provided with a light receiving part made of a fluorescent material having a photoconductive property, which is at 0 nm and generates a current by absorbing ultraviolet light having a wavelength shorter than this long wavelength end, and an electrode capable of taking out a current generated in the light receiving part by absorbing ultraviolet light. And to configure a flame sensor. [Operation / Effect] A fluorescent material absorbs ultraviolet rays, and when the electrons it possesses are excited to an intermediate level between the valence band and the conduction band and then transition to the valence band, fluorescence is emitted. Emit. However, the electrons in the excited state are further excited to the conduction band due to factors such as the material temperature, and the electrons can be detected as a current. Therefore, such a material is
It can be considered as having certain photoconductive properties. Now, as I have explained,
In order to surely remove the influence of noise, it is necessary that the long wavelength end be approximately 280 nm. Therefore, in the flame sensor of the present application, the fluorescent material having such characteristics is used for the light receiving portion, and the current obtained by the photoconductive characteristics is detected. As a result, it is possible to detect a specific spectral region of radiated light emitted from a flame having a long-wavelength end of 280 nm or less as electrical information via the electrodes. In such a flame sensor, a large-area light receiving element can be constructed using a relatively inexpensive material. Furthermore, a high-voltage power supply and the like are unnecessary, and the device configuration can be simplified. Furthermore, as in the case of the photoelectric tube type, 1
It can be used only at about 00 ℃,
Since it can be used at 0-300 ℃, a small cooling device is required. Furthermore, the life can be extended.
【0009】〔構成〕上記の目的を達成する請求項4に
係わる火炎センサの第3の特徴構成は、母材組成;付活
剤の形式で表した場合に、(Sr,Ba,Mg)3Si2
O7;Pb2+、(Ba,Zn,Mg)3Si2O7;P
b2+、BaSi2O3;Pb2+、Y2O3;Eu、CsI;
Na+、(Ca,Zn)3(PO4)2;Tl+、CaSi
O3;Pb 2+、CaSiO3;Mn2+として表される蛍光
材料から選択された材料からなる受光部を備え、紫外線
吸収により前記受光部に発生する電流を取り出し可能な
電極を備えて、火炎センサを構成することにある。 〔作用・効果〕このような蛍光材料の励起スペクトル
(実質上は吸収スペクトル)の長波長端は、本願が問題
とする280nm〜290nm付近にある。各蛍光材料
について具体的な長波長端は以下の表1のとおりであ
る。[Structure] According to claim 4, which achieves the above object.
The third characteristic configuration of the flame sensor concerned is the base material composition; activation.
When expressed in the form of agent, (Sr, Ba, Mg)ThreeSiTwo
O7; Pb2+, (Ba, Zn, Mg)ThreeSiTwoO7; P
b2+, BaSiTwoOThree; Pb2+, YTwoOThreeEu, CsI;
Na+, (Ca, Zn)Three(POFour)Two; Tl+, CaSi
OThree; Pb 2+, CaSiOThree; Mn2+Fluorescence represented as
Equipped with a light receiving part made of a material selected from the materials, UV
It is possible to take out the current generated in the light receiving part by absorption
The purpose is to configure a flame sensor with electrodes. [Action and effect] Excitation spectrum of such a fluorescent material
The long wavelength end of (substantially absorption spectrum) is a problem for the present application.
It is in the vicinity of 280 nm to 290 nm. Each fluorescent material
Table 1 below shows the specific long wavelength end
You.
【0010】[0010]
【表1】 母材組成 付活剤 長波長端(nm) (Sr,Ba,Mg)3Si2O7 Pb2+ 270 (Ba,Zn,Mg)3Si2O7 Pb2+ 280 BaSi2O3 Pb2+ 270 Y2O3 Eu 280 CsI Na+ 260 (Ca,Zn)3(PO4)2 Tl+ 280 CaSiO3 Pb2+ 270 CaSiO3 Mn2+ 280[Table 1] Base material composition Activator Long wavelength edge (nm) (Sr, Ba, Mg) 3 Si 2 O 7 Pb 2+ 270 (Ba, Zn, Mg) 3 Si 2 O 7 Pb 2+ 280 BaSi 2 O 3 Pb 2+ 270 Y 2 O 3 Eu 280 CsI Na + 260 (Ca, Zn) 3 (PO 4 ) 2 Tl + 280 CaSiO 3 Pb 2+ 270 CaSiO 3 Mn 2+ 280
【0011】従って、このような材料を受光部に使用す
ることにより、これまで説明してきたと同様の原理で火
炎から発生する放射光を検出することができる。このよ
うな火炎センサにあっては、先にも説明したように、比
較的安価な材料を使用して大面積の受光素子を構築する
ことができる。さらに、高圧電源等が不要となり、装置
構成を簡素化できる。さらに、光電管型の場合のよう
に、100℃程度でしか使用できないということはな
く、200〜300℃程度で使用できるため、冷却装置
も小型のものですむ。さらに寿命の長くできる。Therefore, by using such a material for the light receiving portion, it is possible to detect the radiated light generated from the flame according to the same principle as described above. In such a flame sensor, as described above, it is possible to construct a large-area light receiving element by using a relatively inexpensive material. Furthermore, a high-voltage power supply and the like are unnecessary, and the device configuration can be simplified. Further, unlike the case of the photoelectric tube type, it cannot be used only at about 100 ° C., and can be used at about 200 to 300 ° C., so that the cooling device can be small. Furthermore, the life can be extended.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本願の火炎検出器100は、図1
に示すように、本願独自の構成の火炎センサ50を、内
部が真空の中空閉構成の検出器本体51内で、この検出
器本体51内に導入される検出光が導入照射される検出
器本体内の検出光照射部52に備えて構成されている。
さらに、この検出器本体51の検出光導入部56には、
紫外線透過フィルター53が備えられている。そして、
火炎センサ50の出力端には、この火炎センサ50の出
力により、火炎のオン・オフを判断するために判断装置
54、さらには、判断装置54による結果を表示する表
示装置55が接続されている。従って、図1に示すよう
に火炎検出器100の前方に火炎Fがある場合は、火炎
から発生する光が火炎検出器100の検出光導入部56
から検出器本体51内に導入され、検出光照射部52に
備えられる火炎センサ50の受光部8に受光されて、検
知出力を得ることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The flame detector 100 of the present application is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a flame sensor 50 having a unique structure of the present application is used in a detector main body 51 of a hollow closed structure having a vacuum inside, and a detector main body into which the detection light introduced into the detector main body 51 is introduced and irradiated. It is configured to be provided in the detection light irradiation unit 52 inside.
Furthermore, in the detection light introducing section 56 of the detector main body 51,
An ultraviolet transmission filter 53 is provided. And
The output end of the flame sensor 50 is connected to a determination device 54 for determining the on / off state of the flame based on the output of the flame sensor 50, and a display device 55 for displaying the result of the determination device 54. . Therefore, as shown in FIG. 1, when the flame F is in front of the flame detector 100, the light emitted from the flame is detected by the detection light introducing portion 56 of the flame detector 100.
Is introduced into the main body 51 of the detector and is received by the light receiving section 8 of the flame sensor 50 provided in the detection light irradiation section 52, and a detection output can be obtained.
【0013】前記火炎センサ50は、図2に示すよう
に、MgS、CaS、SrSから選択される光導電体材
料からなる受光部8と、検出光が受光部8に受光された
場合に光導電効果により前記受光部8に発生する電流を
取り出し可能な電極3、4とを備えて構成されている。
各電極は図3に示すようにくし歯状に形成されている。
火炎センサ50の概略構造を、先ず概説すると、図2に
示すように、センサ基板(具体的にはサファイア基板
2)上に、紫外線に対して光導電特性を示す光導電体材
料の薄膜層が形成され、この薄膜層の上部側に、三系統
の電極3、4が備えられている。さらに、これらの電極
3、4は、後に説明するように互いに一対で組とされ、
一方の対と薄膜層で検出用の光導電体素子が、他方の対
と薄膜層とその受光部を覆う金属遮光膜9とで、温度補
償用の光導電体素子が構成されている。従って、この火
炎センサ50にあっては、火炎から放出される特定の紫
外線を温度補償を伴った状態で検出することができる。As shown in FIG. 2, the flame sensor 50 includes a light receiving portion 8 made of a photoconductive material selected from MgS, CaS, and SrS, and a photoconductive material when detection light is received by the light receiving portion 8. Electrodes 3 and 4 capable of taking out the current generated in the light receiving portion 8 due to the effect are configured.
Each electrode is formed in a comb shape as shown in FIG.
First of all, the schematic structure of the flame sensor 50 will be briefly described. As shown in FIG. 2, a thin film layer of a photoconductor material exhibiting photoconductive properties with respect to ultraviolet rays is formed on a sensor substrate (specifically, a sapphire substrate 2). The electrodes 3 and 4 of the three systems are provided on the upper side of this thin film layer. Further, these electrodes 3 and 4 are paired with each other as will be described later,
One pair and the thin film layer constitute a photoconductor element for detection, and the other pair and the thin film layer and the metal light-shielding film 9 covering the light receiving portion constitute a photoconductor element for temperature compensation. Therefore, in the flame sensor 50, it is possible to detect a specific ultraviolet ray emitted from the flame with temperature compensation.
【0014】図2に基づいて、光導電体材料としてMg
Sを使用した場合について、さらに詳細に説明する。火
炎センサ50には、MgS光導電体1の薄膜層(この一
部が受光部8を構成する)が、例えばレーザ加熱等によ
る物理蒸着法によりサファイア基板2上に形成されてい
る。そして、金属電極4と、MgS光導電体1との間に
緩衝層を設けオーミック接触構造としている。即ち、緩
衝用の下部電極3を金属電極4の下にパターン形成して
ある。さらに、この火炎センサ50にあっては、前記金
属電極4及び受光部8である前記金属電極4に覆われて
いないMgS光導電体1の上部に、SiN、SiO2、
またはAl2O3の少なくとも波長が280nm以下の紫
外線を透過する絶縁膜5が化学蒸着法等により形成され
ている。Based on FIG. 2, Mg as the photoconductor material
The case where S is used will be described in more detail. In the flame sensor 50, a thin film layer of the MgS photoconductor 1 (a part of which constitutes the light receiving portion 8) is formed on the sapphire substrate 2 by a physical vapor deposition method such as laser heating. A buffer layer is provided between the metal electrode 4 and the MgS photoconductor 1 to form an ohmic contact structure. That is, the buffer lower electrode 3 is patterned under the metal electrode 4. Further, in the flame sensor 50, SiN, SiO 2 , is provided on the MgS photoconductor 1 which is not covered with the metal electrode 4 and the metal electrode 4 which is the light receiving portion 8.
Alternatively, the insulating film 5 which transmits at least ultraviolet rays of Al 2 O 3 having a wavelength of 280 nm or less is formed by a chemical vapor deposition method or the like.
【0015】さらに、図2に示すように、光導電体素子
の周辺部において、前記金属電極4と外部を結線するた
めに開口された結線用窓7がフォトエッチング工程によ
り設けられている。一方、先に説明したように、温度補
償用の光導電体素子を構築するために、前記金属電極4
とは別の金属膜を前記絶縁膜5の上部に蒸着形成し、図
2に示す二つの受光部8の一方を遮光するように金属遮
光膜9をフォトエッチング工程によりパターン形成して
ある。また、前記金属遮光膜9と同じ金属膜から同じフ
ォトエッチング工程を経て前記結線用窓7を覆うボンデ
ィング用パッドを形成してある。Further, as shown in FIG. 2, in the peripheral portion of the photoconductor element, a connection window 7 opened to connect the metal electrode 4 and the outside is provided by a photoetching process. On the other hand, as described above, in order to construct a photoconductor element for temperature compensation, the metal electrode 4 is used.
Another metal film different from the above is vapor-deposited and formed on the insulating film 5, and the metal light-shielding film 9 is patterned by a photoetching process so as to shield one of the two light-receiving portions 8 shown in FIG. Further, a bonding pad for covering the connection window 7 is formed from the same metal film as the metal light-shielding film 9 through the same photo-etching process.
【0016】従って、図2に示す構造にあっては、下部
電極3と金属電極4で構成される電極が三つ形成され、
中央の電極と左側の電極の間に一つ光導電体素子(検出
用)が、さらに中央の電極と右側の電極の間に別の光導
電体素子(温度補償用)が形成されており、これら一対
の光導電体素子の一方に対してのみ、その受光部8aが
遮光されている。このように同一基板上に一対の光導電
体素子を形成し、一方の光導電体素子を遮光することに
より、両方の光導電体素子の電気的特性の整合性を良好
に取ることができ、両光導電体素子間で出力電流または
出力電圧の差分を取ることで、温度特性の激しい暗電流
成分が相殺され温度補償ができる。Therefore, in the structure shown in FIG. 2, three electrodes composed of the lower electrode 3 and the metal electrode 4 are formed,
One photoconductor element (for detection) is formed between the center electrode and the left electrode, and another photoconductor element (for temperature compensation) is further formed between the center electrode and the right electrode, The light receiving portion 8a is shielded from only one of the pair of photoconductor elements. By thus forming a pair of photoconductor elements on the same substrate and shielding one photoconductor element from light, it is possible to obtain good matching of the electrical characteristics of both photoconductor elements. By taking the difference in the output current or the output voltage between the two photoconductor elements, the dark current component having a severe temperature characteristic is canceled out, and the temperature can be compensated.
【0017】以上の構成を採用することにより、本願の
火炎検出器100にあっては、概略280nm以下の短
波長側の火炎からの光を検出することが、太陽光、室内
光等のノイズを拾うことなしに、おこなえる。以上が、
本願の火炎センサをなる光導電素子の一実施形態であ
る。By adopting the above configuration, in the flame detector 100 of the present application, it is possible to detect the light from the flame on the short wavelength side of approximately 280 nm or less, thereby reducing noise such as sunlight and room light. You can do it without picking it up. More than,
1 is an embodiment of a photoconductive element that constitutes the flame sensor of the present application.
【0018】〔別実施形態〕以下、本願の別実施形態に
ついて説明する。 (イ) 上記の実施の形態においては、受光部を構成す
る光導電体材料として、MgS、CaS、SrSから選
択される材料を採用したが、これらの材料の他、以下の
ような材料から、前記受光部を構成することも可能であ
る。即ち、所謂、蛍光材料である、母材組成;付活剤の
形式で表される、(Sr,Ba,Mg)3Si2O7;P
b2+、(Ba,Zn,Mg)3Si2O7;Pb2+、Ba
Si2O3;Pb2+、Y2O3;Eu、CsI;Na+、
(Ca,Zn)3(PO4)2;Tl+、CaSiO3;P
b2+,CaSiO3;Mn2+等を、受光部を構成する材
料として使用するのである。このような材料は、吸収ス
ペクトルの長波長端がほぼ280nm近傍にあり、前記
280nmより短波長の紫外線吸収により蛍光を発する
蛍光材料である。そして、このような材料は、その温度
状態によって、広義の光導電特性を示すものであり、上
記と同様な構成、原理で、火炎からの特定波長の紫外線
の検出に使用できる。上記の実施の形態にあっては、M
gS、CaS、SrS材料の水、温度に対する耐久性を
考慮して、真空雰囲気化に火炎センサを配設する構成と
したが、この材料にあっては、必ずしも、このような構
成を採用する必要はない。[Another Embodiment] Another embodiment of the present application will be described below. (A) In the above embodiment, a material selected from MgS, CaS, and SrS was adopted as the photoconductor material forming the light receiving portion. However, in addition to these materials, the following materials are used. It is also possible to configure the light receiving unit. That is, so-called fluorescent material, base material composition; (Sr, Ba, Mg) 3 Si 2 O 7 ; P expressed in the form of activator
b 2+ , (Ba, Zn, Mg) 3 Si 2 O 7 ; Pb 2+ , Ba
Si 2 O 3 ; Pb 2+ , Y 2 O 3 ; Eu, CsI; Na + ,
(Ca, Zn) 3 (PO 4 ) 2 ; Tl + , CaSiO 3 ; P
b 2+ , CaSiO 3 ; Mn 2+ and the like are used as the material forming the light receiving portion. Such a material is a fluorescent material having an absorption spectrum having a long wavelength end in the vicinity of 280 nm and emitting fluorescence by absorbing ultraviolet light having a wavelength shorter than 280 nm. Further, such a material exhibits photoconductive characteristics in a broad sense depending on its temperature state, and can be used for detecting ultraviolet rays of a specific wavelength from a flame with the same configuration and principle as above. In the above embodiment, M
The flame sensor is arranged in a vacuum atmosphere in consideration of the durability of the gS, CaS, and SrS materials against water and temperature, but this material does not necessarily have to adopt such a structure. There is no.
【0019】(ロ) 上記の実施の形態にあっては、遮
光側に金属遮光膜9を設けたが、この金属遮光膜を設け
る代わりに、金属遮光膜9で遮光されていた方の受光部
8aを覆うように、絶縁膜5上にポリイミド樹脂膜を塗
布する構成も採用できる。このように構成すると、一層
分の金属膜形成工程が省略できるので、製造工程の簡略
化、低コスト化において有効である。(B) In the above embodiment, the metal light-shielding film 9 is provided on the light-shielding side. However, instead of providing this metal light-shielding film, the light-receiving portion shielded by the metal light-shielding film 9 is provided. A configuration in which a polyimide resin film is applied on the insulating film 5 so as to cover 8a can also be adopted. According to this structure, the metal film forming process for one layer can be omitted, which is effective in simplifying the manufacturing process and reducing the cost.
【0020】(ハ) 上記の実施の形態にあっては、検
出器本体51内を真空状態としたが、この構成は、固体
光導電性材料に対する水の影響を主に回避するために必
要とされるため、例えば、検出器本体51内を窒素、ヘ
リウム等の不活性ガスで満たしておいてもよい。(C) In the above embodiment, the inside of the detector main body 51 is in a vacuum state, but this configuration is necessary mainly for avoiding the influence of water on the solid photoconductive material. Therefore, for example, the inside of the detector main body 51 may be filled with an inert gas such as nitrogen or helium.
【0021】(ニ) さらに、図4に示すように、図2
に示す実施形態の下部電極3と金属電極4の代わりに前
記光導電体上にオーミックコンタクト用の下部電極3を
蒸着、フォトエッチング工程を経てパターン形成し、前
記下部電極3及び受光部8である前記下部電極に覆われ
ていない前記光導電体1の上部に、SiN、SiO2、
またはAl2O3の絶縁膜5を化学蒸着法等により形成
し、後工程で上部に形成する金属電極4と前記下部電極
3を接触させるための接触窓6をフォトエッチング工程
を経て形成するものも好ましい。この場合、前記金属電
極4及び金属遮蔽膜9は前記絶縁膜5に蒸着された同じ
金属膜からフォトエッチング工程を経て夫々パターン形
成できるため、図2に示す実施形態のように金属電極4
と金属遮光膜9を形成するために2回の金属膜形成工程
を必要としないという利点がある。(D) Further, as shown in FIG.
In place of the lower electrode 3 and the metal electrode 4 of the embodiment shown in FIG. 3, the lower electrode 3 for ohmic contact is deposited on the photoconductor and patterned by a photoetching process to form the lower electrode 3 and the light receiving portion 8. On top of the photoconductor 1 not covered by the lower electrode, SiN, SiO 2 ,
Alternatively, an insulating film 5 of Al 2 O 3 is formed by a chemical vapor deposition method or the like, and a contact window 6 for contacting the metal electrode 4 to be formed on the upper portion and the lower electrode 3 in a later step is formed through a photoetching step. Is also preferable. In this case, since the metal electrode 4 and the metal shielding film 9 can be patterned respectively from the same metal film deposited on the insulating film 5 through a photo-etching process, the metal electrode 4 as in the embodiment shown in FIG.
In addition, there is an advantage that two metal film forming steps are not required to form the metal light shielding film 9.
【0022】(ホ) 図2、図4に示すサファイア基板
の代わりに、サファイア、6方象形SiC、ZnO、G
aAs、Si,MgAl2O4、またはNdGaO3から
なる基板を使用してもよい。 (ヘ) 本願の火炎センサ50を構築するにあたって
は、図2ないし図4に示すように、一対の光導電素子が
必ずしも形成される必要はなく、光導電素子は単体であ
っても、複数個あっても良い。(E) Instead of the sapphire substrate shown in FIGS. 2 and 4, sapphire, hexagonal SiC, ZnO, G
A substrate made of aAs, Si, MgAl 2 O 4 , or NdGaO 3 may be used. (F) In constructing the flame sensor 50 of the present application, as shown in FIGS. 2 to 4, a pair of photoconductive elements does not necessarily have to be formed. It may be.
【0023】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。It should be noted that although reference numerals are given in the claims for convenience of comparison with the drawings, the present invention is not limited to the configuration of the accompanying drawings by the entry.
【図1】火炎検出器の構成、使用状態を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration and a usage state of a flame detector.
【図2】火炎センサの断面構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a sectional configuration of a flame sensor.
【図3】火炎センサの平面視図FIG. 3 is a plan view of a flame sensor.
【図4】火炎センサの別構成例を示す断面図FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the flame sensor.
【図5】火炎、太陽光、室内光の発光スペクトル及び光
電管の検出感度を示す図FIG. 5 is a diagram showing the emission spectra of flame, sunlight, and room light, and the phototube detection sensitivity.
3 電極 4 電極 8 受光部 50 火炎センサ 51 検出器本体 52 検出光照射部 53 紫外線透過フィルター 3 electrodes 4 electrodes 8 light receiving part 50 flame sensor 51 detector main body 52 detection light irradiation part 53 ultraviolet transmission filter
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/0264 H01L 31/08 L Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location H01L 31/0264 H01L 31/08 L
Claims (4)
光導電体材料からなる受光部(8)と、前記受光部
(8)が受光した場合に光導電効果により前記受光部
(8)に発生する電流を取り出し可能な電極(3)
(4)とを備えた火炎センサ。1. A light receiving part (8) made of a photoconductive material selected from MgS, CaS and SrS, and generated in the light receiving part (8) by a photoconductive effect when the light receiving part (8) receives light. (3) that can take out the electric current
(4) A flame sensor comprising:
れた中空閉構造の検出器本体(51)を備え、 MgS、CaS、SrSから選択される光導電体材料か
らなる受光部(8)と、前記受光部(8)が受光した場
合に光導電効果により前記受光部(8)に発生する電流
を取り出し可能な電極(3)(4)とを備えた火炎セン
サ(50)を、検出光が導入照射される前記検出器本体
内の検出光照射部(52)に備え、前記検出器本体内の
検出光導入部に紫外線透過フィルター(53)を備えた
火炎検出器。2. A light receiving section (8) comprising a detector body (51) having a hollow closed structure whose interior is filled with vacuum or an inert gas, and which is made of a photoconductor material selected from MgS, CaS and SrS. A flame sensor (50) provided with electrodes (3) and (4) capable of taking out a current generated in the light receiving part (8) by a photoconductive effect when the light receiving part (8) receives the light. A flame detector provided in a detection light irradiation part (52) in the detector main body for introducing and irradiating with, and an ultraviolet transmission filter (53) in the detection light introduction part in the detector main body.
長端より短波長の紫外線吸収により電流を発生する光導
電特性を備えた蛍光材料からなる受光部を備え、前記紫
外線吸収により前記受光部に発生する電流を取り出し可
能な電極を備えた火炎センサ。3. A light receiving section made of a fluorescent material having a long wavelength end at 280 nm and having a photoconductive property of generating a current by absorbing ultraviolet light having a shorter wavelength than the long wavelength end, and the light receiving section being absorbed by the ultraviolet light. A flame sensor with an electrode that can take out the current generated in the.
に、(Sr,Ba,Mg)3Si2O7;Pb2+、(B
a,Zn,Mg)3Si2O7;Pb2+、BaSi2O3;
Pb2+、Y2O3;Eu、CsI;Na+、(Ca,Z
n)3(PO4)2;Tl+、CaSiO3;Pb2+、Ca
SiO3;Mn2+として表される蛍光材料から選択され
た材料からなる受光部を備え、紫外線吸収により前記受
光部に発生する電流を取り出し可能な電極を備えた火炎
センサ。4. A base material composition; (Sr, Ba, Mg) 3 Si 2 O 7 ; Pb 2+ , (B
a, Zn, Mg) 3 Si 2 O 7 ; Pb 2+ , BaSi 2 O 3 ;
Pb 2+ , Y 2 O 3 ; Eu, CsI; Na + , (Ca, Z
n) 3 (PO 4 ) 2 ; Tl + , CaSiO 3 ; Pb 2+ , Ca
A flame sensor having a light receiving part made of a material selected from a fluorescent material expressed as SiO 3 ; Mn 2+ , and having an electrode capable of taking out a current generated in the light receiving part by absorption of ultraviolet rays.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8142408A JPH09325068A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Flame sensor and flame detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8142408A JPH09325068A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Flame sensor and flame detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09325068A true JPH09325068A (en) | 1997-12-16 |
Family
ID=15314654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8142408A Pending JPH09325068A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Flame sensor and flame detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09325068A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001027571A3 (en) * | 1999-10-15 | 2001-10-25 | Twlux Halbleitertechnologien B | Semiconductor component, electronic component, sensor system and method for producing a semiconductor component |
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| CN107851605A (en) * | 2015-07-06 | 2018-03-27 | 香港科技大学 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
-
1996
- 1996-06-05 JP JP8142408A patent/JPH09325068A/en active Pending
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050106 |