專利名稱：智能小型一體化火焰檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用高精度數(shù)字信號處理器DSP處理數(shù)據(jù)，檢測和鑒別紅外線、紫外線火焰強(qiáng)度及燃燒狀態(tài)的火焰探測器，尤其是指智能小型一體化火焰檢測裝置，屬于火焰信號分析處理非接觸測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于不同種類的燃料燃燒時的火焰特征狀態(tài)不同，且在每種火焰特征狀態(tài)下，火焰的強(qiáng)度也不一樣，因此要準(zhǔn)確檢測、控制燃料燃燒狀況，必須對鍋爐內(nèi)燃燒火焰的各個參數(shù)進(jìn)行檢測，才能很好地對鍋爐進(jìn)行控制。特別，在大型鍋爐中，燃燒情況更為復(fù)雜。對大型鍋爐中的煤或油燃燒情況進(jìn)行探測，控制爐內(nèi)火焰燃燒質(zhì)量，對降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、保障生產(chǎn)安全十分重要。然而，目前電力、石化行業(yè)使用的分體式火焰檢測器比較落后，檢測器主要由檢測探頭和檢測處理放大器兩個部分組成。檢測器的體積大、成本高，不利于生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝。檢測器使用時，探頭將被測火焰信號傳向處理放大器，還會受到現(xiàn)場惡劣環(huán)境的影響和干擾。同時，這種火焰檢測器采用的微處理器控制方式，不能植入火焰“時-頻”域辨識算法。因此，實(shí)際使用中，火焰檢測器對主體火焰和背景火焰的辨識檢測效果不理想，難以準(zhǔn)確控制爐內(nèi)火焰的燃燒質(zhì)量，也不安全。為了克服這種火焰檢測器存在的不足，本發(fā)明通過改進(jìn)，研制提供了一種智能小型一體化火焰檢測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，通過采用高精度數(shù)字信號處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法，對火焰進(jìn)行檢測控制，從而使檢測器在檢測主體火焰和背景火焰時，效果非常理想。另外，檢測器采用多層一體化結(jié)構(gòu)，不僅縮小了體積，而且提高了抗干擾能力。
本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置主要由多層一體化組合電路印制板和高精度數(shù)字信號處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法構(gòu)成。其中，組合多層電路印制板包括模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板；數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板；485串行通訊電路印制板；電源電路印制板和LED顯示電路印制板。模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板由模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、16線電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器和光電傳感器構(gòu)成；數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、與非門電路、DSP高精度數(shù)字信號處理器、晶體振蕩器、16線電平轉(zhuǎn)換電路、FLASH閃存器、FPGA現(xiàn)場可編程門陣列電路以及RAM存儲器構(gòu)成；485串行通訊電路印制板由繼電器電路、光電耦合器、串行通訊芯片、單路光電耦合器和電流驅(qū)動器構(gòu)成；電源電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、電感和電容器構(gòu)成；LED顯示電路印制板由LED數(shù)碼顯示器電路構(gòu)成。本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置工作時，先上電，當(dāng)+24伏電源接通后，24伏/5伏轉(zhuǎn)換器將5伏電壓加到相應(yīng)的芯片工作。5伏/3.3伏～1.8伏轉(zhuǎn)換器將5伏電壓轉(zhuǎn)換為3.3伏和1.8伏電壓，供給DSP高精度數(shù)字信號處理器和用3.3伏電源的芯片工作。晶體振蕩器提供時鐘源。檢測裝置上電后，高精度數(shù)字信號處理器DSP開始執(zhí)行內(nèi)部程序，完成固定的初始化過程。電路工作時，光電傳感器接受火焰光源信號，并輸出一個強(qiáng)度和頻率隨光源變化的電流信號，電流信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大后得到幅值在-5伏～+5伏之間的電壓信號，經(jīng)模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換電路，輸入16線電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，交給高精度數(shù)字信號處理器DSP處理。處理時，高精度數(shù)字信號處理器DSP調(diào)用火焰辨識算法以區(qū)別主火焰和背景火焰信號。同時，高精度數(shù)字信號處理器DSP接到火焰轉(zhuǎn)換電壓信號之后，將信號轉(zhuǎn)換為火焰燃燒質(zhì)量信號，經(jīng)現(xiàn)場可編程門陣列FPGA和數(shù)/模D/A通道輸出4～20毫安電流。數(shù)據(jù)存儲器RAM存儲采樣和處理的數(shù)據(jù)FLASH閃存器存儲程序代碼。這時，高精度數(shù)字信號處理器DSP根據(jù)火焰燃燒品質(zhì)，通過現(xiàn)場可編程門陣列FPGAH和光電耦合器在無火時將無火繼電器置位，清除有火繼電器。相反，在有火時將有火繼電器置位，清除無火繼電器。繼電器輸出不同狀態(tài)可供上位控制室能明確所檢火焰當(dāng)前狀況。同時，高精度數(shù)字信號處理器DSP通過現(xiàn)場可編程門陣列FPGA對485串行通道進(jìn)行控制。485串行通訊電路完成火焰檢測器同上位控制微機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，多點(diǎn)控制。此外，本裝置還采用點(diǎn)陣型LED顯示器控制狀態(tài)，由高精度數(shù)字信號處理器DSP通過現(xiàn)場可編程門陣列FPGA電路，經(jīng)信號連接器控制數(shù)碼顯示器LED，顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。
本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置的優(yōu)點(diǎn)顯而易見。采用多層一體化結(jié)構(gòu)，體積不僅縮小，而且提高了抗干擾能力；采用高精度數(shù)字信號處理器DSP，可植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法，檢測主體火焰和背景火焰，效果非常理想。此外，由于檢測裝置對鍋爐內(nèi)燃燒火焰的各個參數(shù)進(jìn)行了檢測，因此可有效控制鍋爐。特別，對大型鍋爐中煤或油燃燒火焰參數(shù)的檢測，為控制爐內(nèi)火焰燃燒質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、保障生產(chǎn)安全提供了一種準(zhǔn)確檢測，有效控制燃燒狀況的智能小型一體化火焰檢測裝置。


圖1是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置示意圖。其中，1-外殼，2-電路印制板，3-外接電纜插頭，4-接受、傳輸火焰光信號的光纖。
圖2是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板示意圖。其中，5-接插件，6-A/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，7-接插件，8-運(yùn)算放大器，9-光電傳感器，10-電壓轉(zhuǎn)換器，11-D/A數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，12-16線電平轉(zhuǎn)換器，13-接插件。
圖3是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板正面示意圖。其中，14-電壓轉(zhuǎn)換芯片，15-與非門電路，16-接插件，17-DSP高精度數(shù)字信號處理器，18-晶體振蕩器，19-16線電平轉(zhuǎn)換器，20-電壓轉(zhuǎn)換芯片，21-接插件。
圖4是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板背面示意圖。其中，22-接插件，23-FLASH閃存器，24-FPGA現(xiàn)場可編程門陣列電路，25-接插件，26-RAM存儲器，27-接插件，28-接插件。
圖5是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的485串行通訊電路印制板示意圖。其中，29-接插件，30-接插件，31-繼電器，32-繼電器，33-串行通訊芯片，34-電流驅(qū)動器，35-光電耦合器，36、37-單路光電耦合器，38-接插件。
圖6是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的電源電路印制板正面示意圖。其中，39-電壓轉(zhuǎn)換芯片，40-電感。
圖7是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的電源電路印制板背面示意圖。其中，41、42-電容器，43-接插件。
圖8是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的LED顯示電路印制板正面示意圖。其中，44、45-LED數(shù)碼顯示管。
圖9是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置中的LED顯示電路印制板背面示意圖。其中，46-信號連接器接插件。
圖10是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理框圖。
圖11是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理圖(一)。
圖12是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理圖(二)。
圖13是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理圖(三)。
圖14是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理圖(四)。
圖15是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理圖(五)。
圖16是本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置電路原理圖(六)。
實(shí)施方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例。
實(shí)施例本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置實(shí)施時，先構(gòu)建五塊電路印制板2，然后組合接插連接五塊電路印制板2，并在DSP高精度數(shù)字信號處理器17中植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法，構(gòu)成本發(fā)明一體化火焰檢測器。再將構(gòu)成的一體化火焰檢測器安裝在外殼1內(nèi)，制造成本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置。檢測裝置中的多層結(jié)構(gòu)電路印制板2共分五塊，五塊電路印制板接插組合后的作用是，將原來的分體火焰檢測器改進(jìn)發(fā)展為一體化智能火焰檢測器，從而使火焰檢測器體積大大縮小、抗干擾能力大為增加。構(gòu)建五塊電路印制板2時，由模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路6、11、電壓轉(zhuǎn)換電路10、16線電平轉(zhuǎn)換電路12、運(yùn)算放大器8和光電傳感器9，配上接插件5、7、13構(gòu)成模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板；由電壓轉(zhuǎn)換電路14、20、與非門電路15、DSP數(shù)字信號處理器17、晶體振蕩器18、16線電平轉(zhuǎn)換電路19、FLASH閃存器23、FPGA現(xiàn)場可編程門陣列電路24以及RAM存儲器26，配上接插件16、21、22、25、27、28構(gòu)成數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板；由繼電器31、32電路、光電耦合器35、串行通訊芯片33、單路光電耦合器36、37和電流驅(qū)動器34，配上接插件29、30、38構(gòu)成485串行通訊電路印制板；由電壓轉(zhuǎn)換芯片39、電感40和電容器41、42，配上接插件43構(gòu)成電源電路印制板；由LED數(shù)碼顯示管44、45電路，配上信號連接器接插件46構(gòu)成LED數(shù)碼顯示電路印制板。將五塊印制板插接組合成本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測器后，連接安裝露在外殼1上的，用以接受、傳輸火焰光的光纖4和外接電纜插頭3，完整制造成本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置。裝置工作時，先上電，當(dāng)+24伏電源接通后，24伏/5伏電壓轉(zhuǎn)換器10工作，將5伏電壓加到相應(yīng)的芯片。5伏/3.3伏～1.8伏轉(zhuǎn)換器14、20將5伏電壓轉(zhuǎn)換為3.3伏和1.8伏電壓，供DSP高精度數(shù)字信號處理器17和3.3伏電源的芯片使用。晶體振蕩器18提供時鐘源。上電后，DSP高精度數(shù)字信號處理器17開始執(zhí)行內(nèi)部程序，完成固定的初始化過程。當(dāng)光源光線到達(dá)光電傳感器9時，光電傳感器9輸出一個強(qiáng)度和頻率隨光源變化的電流信號。信號經(jīng)運(yùn)算放大器8放大之后得到幅值在-5伏～+5伏之間的電壓信號，經(jīng)16線電平轉(zhuǎn)換器12、19轉(zhuǎn)換后交給DSP高精度數(shù)字信號處理器17處理。DSP高精度數(shù)字信號處理器17調(diào)用火焰辨識算法以區(qū)別主火焰和背景火焰信號。其中，RAM數(shù)據(jù)存儲器26存儲采樣和處理的數(shù)據(jù)FLASH閃存器23存儲程序代碼。在DSP高精度數(shù)字信號處理器17接到火焰的轉(zhuǎn)換電壓信號之后，信號轉(zhuǎn)換為火焰燃燒質(zhì)量信號，經(jīng)FPGA現(xiàn)場可編程門陣列24和D/A數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路11通道輸出4～20毫安電流。DSP高精度數(shù)字信號處理器17根據(jù)火焰燃燒品質(zhì)，通過FPGAH現(xiàn)場可編程門陣列24和光電耦合器35在無火時將無火繼電器32置位，同時清除有火繼電器31。相反，在有火時將有火繼電器31置位，清除無火繼電器32。繼電器31、32的不同狀態(tài)輸出，可供上位控制室能明確所檢火焰的當(dāng)前狀況。同時，DSP高精度數(shù)字信號處理器17還通過FPGA現(xiàn)場可編程門陣列24對485串行芯片33、單路光電耦合器36、37通道進(jìn)行控制，完成火焰檢測器同上位控制微機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，多點(diǎn)控制。本發(fā)明檢測裝置中采用點(diǎn)陣型LED顯示器顯示控制狀態(tài)，由DSP高精度數(shù)字信號處理器17通過FPGA現(xiàn)場可編程門陣列24，經(jīng)信號連接器接插件46控制點(diǎn)陣型LED數(shù)碼顯示器44、45，顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。本發(fā)明智能小型一體化火焰檢測裝置采用多層一體化結(jié)構(gòu)，體積不僅縮小，而且提高了抗干擾能力；采用高精度數(shù)字信號處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法，檢測主體火焰和背景火焰，效果非常理想。
權(quán)利要求
1.一種智能小型一體化火焰檢測裝置，包括火焰信號、光纖、外殼、光電傳感器、模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、16線電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器、DSP數(shù)字信號處理器、晶體振蕩器、FLASH閃存器、FPGA現(xiàn)場可編程門陣列電路、RAM存儲器、485串行通訊電路、繼電器、光電耦合器、串行通訊芯片、單路光電耦合器、電流驅(qū)動器、電感、電容和LED數(shù)碼管，其特征在于有可植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法控制模式的DSP高精度數(shù)字信號處理器以及組合成小型一體化火焰檢測器的五塊電路印制板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能小型一體化火焰檢測裝置，其特征在于組合成小型一體化火焰檢測器的五塊電路印制板是，模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板；數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板；485串行通訊電路印制板；電源電路印制板和LED顯示電路印制板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能小型一體化火焰檢測裝置，其特征在于模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路印制板由模/數(shù)A/D、數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、16線電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大器和光電傳感器構(gòu)成；數(shù)字信號處理器-現(xiàn)場可編程門陣列DSP-FPGA控制電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、與非門電路、DSP數(shù)字信號處理器、晶體振蕩器和16線電平轉(zhuǎn)換電路、FLASH閃存器、FPGA現(xiàn)場可編程門陣列電路以及RAM存儲器構(gòu)成；485串行通訊電路印制板由繼電器電路、光電耦合器、串行通訊芯片、單路光電耦合器、和電流驅(qū)動器構(gòu)成；電源電路印制板由電壓轉(zhuǎn)換電路、電感和電容器構(gòu)成；LED顯示電路印制板由LED數(shù)碼顯示管電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能小型一體化火焰檢測裝置，其特征在于適用于檢測和鑒別的火焰信號為紅外線、紫外線火焰信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于檢測和鑒別紅外線、紫外線火焰信號的小型智能一體化火焰檢測裝置。主要由多層結(jié)構(gòu)電路印制板組合構(gòu)成小型一體化檢測器。裝置采用高精度數(shù)字信號處理器DSP，植入火焰燃燒狀態(tài)辨識算法控制方式，檢測主體火焰和背景火焰，效果非常理想。此外，由于檢測器采用多層組合一體化結(jié)構(gòu)，體積大大減小、抗干擾能力大為增加。特別，在對大型鍋爐中煤或油燃燒火焰參數(shù)檢測時，為有效控制大型鍋爐中火焰燃燒質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效益、保障生產(chǎn)安全提供了一種準(zhǔn)確檢測、控制燃料燃燒狀況的智能小型一體化火焰檢測裝置。
文檔編號G01N21/00GK1677084SQ200410017328
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者王國亮, 張獻(xiàn)輝, 樊凱凱, 陳偉彬, 黃志高 申請人:上海神明控制工程有限公司