阅读说明：本技术 一种新型燃烧机离子棒火焰检测方案 (Novel flame detection scheme for ion bar of burner ) 是由 刘兴元 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了以下技术方案：离子棒与燃烧机外壳的高压电采用PWM方波信号,利用PWM方波信号产生的火焰离子电流给电容充放电,利用电容对电荷积分效应,得到对应火焰离子电流信号变化的电压。采用单片机对电压信号进行ADC数字化处理,提高信号处理抗干扰能力。本发明的火焰离子棒信号是通过电容充放电原理,利用电流积分效应实现对火焰微电流信号的检测,从而省去使用功放电路处理微电流信号,降低信号处理电路的复杂度和提高了电路抗干扰能力,采用单片机对后续电压信号数字化处理,进一步增强方案的抗干扰能,提高方案的稳定可靠性,因此,采用本发明可大大提高燃烧机控制器的安全可靠性和降低生产制造成本。(The invention provides the following technical scheme: the high voltage of the ion bar and the combustor shell adopts PWM square wave signals, the flame ion current generated by the PWM square wave signals is used for charging and discharging the capacitor, and the voltage corresponding to the change of the flame ion current signal is obtained by utilizing the charge integration effect of the capacitor. And the singlechip is used for carrying out ADC digital processing on the voltage signal, so that the signal processing anti-interference capability is improved. The flame ion rod signal of the invention realizes the detection of the flame micro-current signal by utilizing the current integral effect through the principle of capacitance charging and discharging, thereby saving the power amplifier circuit to process the micro-current signal, reducing the complexity of the signal processing circuit and improving the anti-interference capability of the circuit.)

一种新型燃烧机离子棒火焰检测方案

技术领域

本发明主要涉及燃烧机的技术领域，具体涉及一种新型燃烧机离子棒火焰检测方案。

背景技术

锅炉或工业加热用燃烧机属于对安全性要求很高的工业产品，控制或操作失误容易发生炉膛爆燃等安全事故，要保证燃烧机安全可靠运行，燃烧机控制器必须实时安全可靠检测火焰燃烧状态。所以，提高火焰检测方案可靠性对保证燃烧机安全运行有非常重要作用。

燃烧机离子棒火焰检测通常是在离子棒上接一个稳定的高压电源，同时，将燃烧机外壳接地，这时在离子棒和燃烧机外壳间就形成一个稳定的电场，当火焰燃烧时，火焰离子会在电场作用下形成一个离子电流，通过采集离子电流并转化成电压信号，然后用功放对电压信号进入放大进而判断燃烧火焰状态。

燃烧机通常在比较恶劣的工况下工作，火焰检测电路容易受各处环境干扰，采用上述方式，火焰检测电路比较复杂，制造成本高。而且，火焰离子电流转化为电压信号并放大的过程中，容易将干扰和火焰信号一起放大从而得到错误的判断结果，对燃烧机可靠工作产生安全隐患。

发明内容

本发明主要提供了一种新型燃烧机离子棒火焰检测方案,用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种新型燃烧机离子棒火焰检测方案，包括新型燃烧机离子棒火焰检测原理，所述新型燃烧机离子棒火焰检测原理是：

一段时间内电流对电容充放电，在电容未饱和情况下，电容两端电压会随充电电流大小相应变化。

优选的，所述新型燃烧机离子棒火焰检测方案的具体步骤为：

S1：在离子棒和燃烧机外壳间施加一个电场，燃烧机工作时，离子棒与燃烧机外壳间会形成微弱离子电流，不同的火焰强度对应离子电流是线性变化的。

S2：通过火焰离子电流采集电路将采集的离子电流对电容进行充放电，电容两端会产生对应线性变化的电压值。

S3：通过单片机ADC读取电容两端电压大小，可实现对应火焰信号强度的检测。

优选的，所述电场的施加方法：

采用高压PWM方波对离子棒和燃烧机外壳施加电场，且离子棒与燃烧机外壳间形成的所述微弱离子电流与PWM方波同步。

优选的，所述电容充放电过程中，通过电容对电流的积分效应得到对应电流变化的电压值。

优选的，通过单片机ADC读取电容两端电压大小，可实现对应火焰信号强度的检测,具体方法为：

ADC读取火焰信号，并根据设定的阈值，判断是否有火焰；

若未检测到火焰信号，执行未检测到火焰信号子程序。

若检测到火焰信号，判断火焰强度子程序，执行检测到火焰信号子程序。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的火焰离子棒信号是通过电容充放电原理，利用电流积分效应实现对火焰微电流信号的检测，从而省去使用功放电路处理微电流信号，降低信号处理电路的复杂度和提高了电路抗干扰能力，采用单片机对后续电压信号数字化处理，进一步增强方案的抗干扰能，提高方案的稳定可靠性。因此，采用本发明可大大提高燃烧机控制器的安全可靠性和降低生产制造成本。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的硬件原理图结构示意图；

图2为本发明电容充放电简化图结构示意图；

图3为本发明电容充电曲线结构示意图；

图4为本发明电容充放电理论计算推导公式；

图5为本发明电容软件检测流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请着重参照附图1-5，一种新型燃烧机离子棒火焰检测方案，包括新型燃烧机离子棒火焰检测原理，所述新型燃烧机离子棒火焰检测原理是：

一段时间内电流对电容充放电，在电容未饱和情况下，电容两端电压会随充电电流大小相应变化。

具体的，请参考图2、图3和图4，图2是一个电容充放电简化图，图3是电容充电曲线，用来简要说明电容对电流积分效应检测火焰离子电流的理论原理，图中E为火焰离子电流源，Vi为离子电流经过R等效电压，V为电容充电两端电压，开关K为离子电流开关等效电路，离子电流给电容充电ton时间K等效为闭合，放电toff时间K等效为断开。

火焰离子电流给电容充电时，电容两端的电压会随着电容充电量的变压而升高或减小，根据图4推导公式7，通过调整硬件R和C的值，调整离子电流充电时间ton和放电时间toff，可将电容两端电压V调整到图3充电曲线63％范围内，可以得到火焰离子电流信号跟电容两端电压值为指数线性曲线关系，通过单片机可方便处理火焰离子电流信号。

所述新型燃烧机离子棒火焰检测方案的具体步骤为：

S1：在离子棒和燃烧机外壳间施加一个电场，燃烧机工作时，离子棒与燃烧机外壳间会形成微弱离子电流，不同的火焰强度对应离子电流是线性变化的。

S2：通过火焰离子电流采集电路将采集的离子电流对电容进行充放电，电容两端会产生对应线性变化的电压值。

S3：通过单片机ADC读取电容两端电压大小，可实现对应火焰信号强度的检测。

所述电场的施加方法：

采用高压PWM方波对离子棒和燃烧机外壳施加电场，且离子棒与燃烧机外壳间形成的所述微弱离子电流与PWM方波同步。

所述电容充放电过程中，通过电容对电流的积分效应得到对应电流变化的电压值。

具体的，请参考图1，图1为本发明的硬件原理图，高压PWM方波由C36电容隔直后，经过电阻R39,R95后施加到火焰检测离子棒上，与接地的燃烧机外壳间形成一个跟PWM方波通断时间一致的电场，有火焰信号时，PWM方波高电平时间ton，火焰离子电流给电容C33充电，PWM方波低电平时间toff,电容C33放电，R1,R28电阻和C35组成一个火焰离子电流拾取电路，R96,R106电阻组成一个电压配备电路，将C33电容电压调整到单片机ADC可测量电压0～VCC幅值范围，方便单片机处理转换后的对应的火焰电压信号，R92电阻为单片机与火焰离子棒信号检测电路配备电阻。

更进一步，调整硬件参数使C33充放电压曲线与火焰离子电流形成如图3充放电曲线类似的线性关系，当燃烧火焰变大时，对应火焰离子电流也会相应增加，此时C33两端的电压值也会相应跟随变化，单片机通过ADC判断C33两端电压值情况可以得到相应火焰燃烧状态是否良好。

通过单片机ADC读取电容两端电压大小，可实现对应火焰信号强度的检测,具体方法为：

ADC读取火焰信号，并根据设定的阈值，判断是否有火焰；

若未检测到火焰信号，执行未检测到火焰信号子程序。

若检测到火焰信号，判断火焰强度子程序，执行检测到火焰信号子程序。

具体的，请参考图5，图5为本发明电容软件检测流程图。

本发明的具体操作方式如下：高压PWM方波由C36电容隔直后，经过电阻R39,R95后施加到火焰检测离子棒上，与接地的燃烧机外壳间形成一个跟PWM方波通断时间一致的电场，有火焰信号时，PWM方波高电平时间ton，火焰离子电流给电容C33充电，PWM方波低电平时间toff,电容C33放电，R1,R28电阻和C35组成一个火焰离子电流拾取电路，R96,R106电阻组成一个电压配备电路，将C33电容电压调整到单片机ADC可测量电压0～VCC幅值范围，方便单片机处理转换后的对应的火焰电压信号，R92电阻为单片机与火焰离子棒信号检测电路配备电阻。

更进一步，调整硬件参数使C33充放电压曲线与火焰离子电流形成如图3充放电曲线类似的线性关系，当燃烧火焰变大时，对应火焰离子电流也会相应增加，此时C33两端的电压值也会相应跟随变化，单片机通过ADC判断C33两端电压值情况可以得到相应火焰燃烧状态是否良好。

上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。