(57)【要約】【課題】光センサの正規の放電以外のノイズ成分を除外した受光量を算出する。【解決手段】火炎検出システムは、光源１００から生じる光を検出する光センサ１と、光センサ１に駆動パルス電圧を周期的に印加する印加電圧生成回路１２と、光センサ１の放電を検出する放電判定部２０１と、光センサ１が遮光された第１の状態と採光可能な第２の状態のそれぞれについて、駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に放電判定部２０１によって検出された放電の回数とに基づいて放電確率を算出する放電確率算出部２０２と、光センサ１の既知の感度パラメータを記憶する感度パラメータ記憶部１９と、感度パラメータと第１、第２の状態のときに算出された放電確率とに基づいて第２の状態のときの光センサ１の受光量を算出する受光量算出部２０３を備える。【選択図】  図１
2020153754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放出される光を検出するように構成された光センサと、
この光センサの電極に駆動パルス電圧を周期的に印加するように構成された印加電圧生成部と、
前記光センサの放電電流を検出するように構成された電流検出部と、
この電流検出部によって検出された放電電流に基づいて前記光センサの放電を検出するように構成された放電判定部と、
前記光センサが遮光された第１の状態と前記光センサが採光可能な第２の状態のそれぞれについて、前記印加電圧生成部による前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記放電判定部によって検出された放電の回数とに基づいて放電確率を算出するように構成された放電確率算出部と、
前記光センサの既知の感度パラメータとして、前記光センサの基準受光量と、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅と、前記駆動パルス電圧のパルス幅が前記基準パルス幅で前記光センサの受光量が前記基準受光量で前記第２の状態のときの正規の放電の放電確率と、前記光センサの光電効果による放電以外のノイズ成分による、前記第２の状態のときの非正規の放電の放電確率とを予め記憶するように構成された記憶部と、
前記記憶部に記憶されている感度パラメータと、前記第１の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率と、前記第２の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率とに基づいて、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量を算出するように構成された受光量算出部とを備える火炎検出システム。
【請求項２】
請求項１記載の火炎検出システムにおいて、
前記光源と前記光センサとの間に設けられた遮光手段と、
この遮光手段を開閉動作させて、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替えるように構成されたシャッタ制御部とをさらに備え、
前記放電確率算出部は、前記遮光手段による前記第１の状態と前記遮光手段による前記第２の状態のそれぞれについて、前記印加電圧生成部による前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記放電判定部によって検出された放電の回数とに基づいて放電確率を算出することを特徴とする火炎検出システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の火炎検出システムにおいて、
前記受光量算出部によって算出された受光量と受光量閾値とを比較することにより、前記光源の有無を判定するように構成された受光量判定部をさらに備えることを特徴とする火炎検出システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の火炎検出システムにおいて、
前記受光量算出部は、前記光センサの基準受光量をＱ0、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅をＴ0、前記正規の放電の放電確率をＰaA、前記非正規の放電の放電確率をＰbA、前記第１の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率をＰ*、前記第２の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率をＰ、前記第１、第２の状態のときの前記駆動パルス電圧のパルス幅をＴとしたとき、
【数１】
2020153754.tif 000013
により、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量Ｑを算出することを特徴とする火炎検出システム。
【請求項５】
光源から放出される光を検出する光センサが遮光された第１の状態のときに前記光センサの電極に駆動パルス電圧を周期的に印加する第１のステップと、
前記第１の状態のときの前記光センサの放電電流を検出する第２のステップと、
前記第１の状態のときの前記放電電流に基づいて前記光センサの放電を検出する第３のステップと、
前記第１のステップによる前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記第３のステップで検出した放電の回数とに基づいて前記第１の状態のときの放電確率を算出する第４のステップと、
前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記光センサが採光可能な第２の状態のときに前記光センサの電極に駆動パルス電圧を周期的に印加する第５のステップと、
前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記第２の状態のときの前記光センサの放電電流を検出する第６のステップと、
前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記第２の状態のときの前記放電電流に基づいて前記光センサの放電を検出する第７のステップと、
前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記第５のステップによる前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記第７のステップで検出した放電の回数とに基づいて前記第２の状態のときの放電確率を算出する第８のステップと、
前記光センサの基準受光量と、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅と、前記駆動パルス電圧のパルス幅が前記基準パルス幅で前記光センサの受光量が前記基準受光量で前記第２の状態のときの正規の放電の既知の放電確率と、前記光センサの光電効果による放電以外のノイズ成分による、前記第２の状態のときの非正規の放電の既知の放電確率と、前記第４のステップで算出した放電確率と、前記第８のステップで算出した放電確率とに基づいて、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量を算出する第９のステップとを含む火炎検出システムの受光量測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の火炎検出システムの受光量測定方法において、
前記光源と前記光センサとの間に設けられた遮光手段を制御して、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替える第１０のステップをさらに含むことを特徴とする火炎検出システムの受光量測定方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の火炎検出システムの受光量測定方法において、
前記第９のステップで算出した受光量と受光量閾値とを比較することにより、前記光源の有無を判定する第１１のステップをさらに含むことを特徴とする火炎検出システムの受光量測定方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の火炎検出システムの受光量測定方法において、
前記第９のステップは、前記光センサの基準受光量をＱ0、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅をＴ0、前記正規の放電の放電確率をＰaA、前記非正規の放電の放電確率をＰbA、前記第４のステップで算出した放電確率をＰ*、前記第８のステップで算出した放電確率をＰ、前記第１、第２の状態のときの前記駆動パルス電圧のパルス幅をＴとしたとき、
【数２】
2020153754.tif 000014
により、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量Ｑを算出するステップを含むことを特徴とする火炎検出システムの受光量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎の有無を検出する火炎検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼炉等において火炎の光から放出される紫外線に基づいて火炎の有無を検出する光センサとして、光電管式紫外線センサが利用される場合がある。光電管式紫外線センサの放電には、光電効果による放電以外のノイズ成分による非正規な放電現象（疑放電）が起きることが観測されている。
【０００３】
特許文献１では、火炎センサに印加する駆動パルスのパルス幅を制御して放電の受光量を計算から求め、光量から火炎センサの寿命を判定することができる火炎検出システムが提案されている。しかし、実際の火炎センサの放電には故障と総称されるノイズによる非正規の放電が含まれており、火炎による光がない場合でも放電が起きてしまい、誤検出してしまう場合があった。そのようなノイズ成分の放電を除去した受光量の測定方法を考慮する必要がある。
【０００４】
また、特許文献２に開示された火炎検出システムでは、正規の放電以外のノイズ成分の放電確率を考慮した受光量の求め方が提案されており、精度よく火炎の有無を検出することを可能としている。しかしながら、特許文献２に開示された火炎検出システムでは、ノイズ成分の放電確率が既知である必要があり、その導出方法は容易ではない。
【０００５】
また、特許文献３に開示された故障検出装置では、火炎センサへ入射する電磁波を遮断するシャッタ機構を設けることで火炎センサの自己放電による故障を検出することが提案されている。しかしながら、特許文献３に開示された故障検出装置では、火炎から放出される紫外線に基づいた火炎センサの正規の放電とそれ以外の要因の非正規の放電とを区別する方法が無く、非正規の放電による光量から火炎センサの誤った寿命判定をしてしまう可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−８４４２２号公報
【特許文献２】特開２０１８−８４４２３号公報
【特許文献３】特開平０５−０１２５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光センサの正規の放電以外のノイズ成分を除外した受光量を算出することができる火炎検出システムおよび受光量測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の火炎検出システムは、光源から放出される光を検出するように構成された光センサと、この光センサの電極に駆動パルス電圧を周期的に印加するように構成された印加電圧生成部と、前記光センサの放電電流を検出するように構成された電流検出部と、この電流検出部によって検出された放電電流に基づいて前記光センサの放電を検出するように構成された放電判定部と、前記光センサが遮光された第１の状態と前記光センサが採光可能な第２の状態のそれぞれについて、前記印加電圧生成部による前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記放電判定部によって検出された放電の回数とに基づいて放電確率を算出するように構成された放電確率算出部と、前記光センサの既知の感度パラメータとして、前記光センサの基準受光量と、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅と、前記駆動パルス電圧のパルス幅が前記基準パルス幅で前記光センサの受光量が前記基準受光量で前記第２の状態のときの正規の放電の放電確率と、前記光センサの光電効果による放電以外のノイズ成分による、前記第２の状態のときの非正規の放電の放電確率とを予め記憶するように構成された記憶部と、前記記憶部に記憶されている感度パラメータと、前記第１の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率と、前記第２の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率とに基づいて、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量を算出するように構成された受光量算出部とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の火炎検出システムの１構成例は、前記光源と前記光センサとの間に設けられた遮光手段と、この遮光手段を開閉動作させて、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替えるように構成されたシャッタ制御部とをさらに備え、前記放電確率算出部は、前記遮光手段による前記第１の状態と前記遮光手段による前記第２の状態のそれぞれについて、前記印加電圧生成部による前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記放電判定部によって検出された放電の回数とに基づいて放電確率を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の火炎検出システムの１構成例は、前記受光量算出部によって算出された受光量と受光量閾値とを比較することにより、前記光源の有無を判定するように構成された受光量判定部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の火炎検出システムの１構成例において、前記受光量算出部は、前記光センサの基準受光量Ｑ0と、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅Ｔ0と、前記正規の放電の放電確率ＰaAと、前記非正規の放電の放電確率ＰbAと、前記第１の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率Ｐ*と、前記第２の状態のときに前記放電確率算出部によって算出された放電確率Ｐと、前記第１、第２の状態のときの前記駆動パルス電圧のパルス幅Ｔとに基づいて、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量Ｑを算出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の火炎検出システムの受光量測定方法は、光源から放出される光を検出する光センサが遮光された第１の状態のときに前記光センサの電極に駆動パルス電圧を周期的に印加する第１のステップと、前記第１の状態のときの前記光センサの放電電流を検出する第２のステップと、前記第１の状態のときの前記放電電流に基づいて前記光センサの放電を検出する第３のステップと、前記第１のステップによる前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記第３のステップで検出した放電の回数とに基づいて前記第１の状態のときの放電確率を算出する第４のステップと、前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記光センサが採光可能な第２の状態のときに前記光センサの電極に駆動パルス電圧を周期的に印加する第５のステップと、前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記第２の状態のときの前記光センサの放電電流を検出する第６のステップと、前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記第２の状態のときの前記放電電流に基づいて前記光センサの放電を検出する第７のステップと、前記第１〜第４のステップよりも前または後において、前記第５のステップによる前記駆動パルス電圧の印加回数と、この駆動パルス電圧の印加中に前記第７のステップで検出した放電の回数とに基づいて前記第２の状態のときの放電確率を算出する第８のステップと、前記光センサの基準受光量と、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅と、前記駆動パルス電圧のパルス幅が前記基準パルス幅で前記光センサの受光量が前記基準受光量で前記第２の状態のときの正規の放電の既知の放電確率と、前記光センサの光電効果による放電以外のノイズ成分による、前記第２の状態のときの非正規の放電の既知の放電確率と、前記第４のステップで算出した放電確率と、前記第８のステップで算出した放電確率とに基づいて、前記第２の状態のときの前記光センサの受光量を算出する第９のステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光源から生じる光による光センサの正規の放電以外のノイズ成分（例えば熱電子、突入電流、残存イオンなど）を除外した受光量を算出することができる。その結果、本発明では、求めた受光量から火炎の有無を精度良く検出することが可能となる。また、本発明では、ノイズ成分を含む受光量により光センサの誤った寿命判定をしてしまう可能性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る火炎検出システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例において光センサに印加される駆動パルス、および電流検出回路において検出される検出電圧を示す波形図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る火炎検出システムの動作を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る火炎検出システムを実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施例］
以下、ノイズ成分を除去した受光量の測定方法について説明する。光電効果を利用した光センサは、光子が電極に当たることで通電する光電管である。通電は次の条件で進行する。
【００１４】
［光センサの動作］
光センサの１対の電極間に電圧を印加した状態において、一方の電極に光子が当たると、ある確率で光電子が飛び出し、電子なだれを起こしながら通電する（電極間に放電電流が流れる）。
電極間に電圧が掛かっている間、光センサは通電し続ける。あるいは、光センサの通電が確認されたら直ちに電圧を下げることで通電が停止する。このように、光センサは、電極間の電圧が下がると、通電を終了する。
【００１５】
光センサの電極に光子が１個当たったときに、光センサが放電する確率をＰ1とする。また、光センサの電極に光子が２個当たったときに、光センサが放電する確率をＰ2とする。Ｐ2は１個目の光子でも２個目の光子でも放電しない確率の逆なので、Ｐ2とＰ1の関係は、式（１）のように表される。
【００１６】
【数１】
2020153754.tif 000003
【００１７】
一般にｎ個の光子が光センサの電極に当たったときに光センサが放電する確率をＰn、ｍ個の光子が光センサの電極に当たったときに光センサが放電する確率をＰmとすると（ｎ，ｍは自然数）、式（１）と同様に式（２）と式（３）が成り立つ。
【００１８】
【数２】
2020153754.tif 000004
【００１９】
式（２）と式（３）から、ＰnとＰmの関係として式（４）が導ける。
【００２０】
【数３】
2020153754.tif 000005
【００２１】
単位時間あたりに光センサの電極に飛来してくる光子の数をＥ、光センサの放電開始電圧以上の電圧を電極間に印加する時間（以下パルス幅と呼ぶ）をＴとすると、電圧印加１回あたりに電極に衝突する光子の数はＥＴで表される。よって、同一の光センサを、ある条件Ａと別の条件Ｂで動作させた際の、光子数Ｅ、パルス幅Ｔ、放電確率Ｐの関係は式（５）のとおりとなる。ここで、基準とする光子数をＥ0と定め、Ｑ＝Ｅ／Ｅ0とすると、式（６）となる。ここで、Ｑを受光量と呼ぶこととする。
【００２２】
【数４】
2020153754.tif 000006
【００２３】
［火炎検出システムの構成と動作］
図１は本発明の実施例に係る火炎検出システムの構成を示すブロック図である。火炎検出システムは、光センサを駆動し、光センサの駆動結果から光源からの受光量を算出するものである。この火炎検出システムは、炎やＬＥＤやランプなどの光源１００から生じる光（紫外線）を検出する光センサ１と、外部電源２と、光センサ１および外部電源２が接続された演算装置３と、光源１００と光センサ１との間に設けられたシャッタ２１と、シャッタ２１を駆動するシャッタ駆動部２２と、シャッタ駆動部２２を通じてシャッタ２１を制御するシャッタ制御部２３とを備えている。シャッタ２１とシャッタ駆動部２２とは、遮光手段を構成している。
【００２４】
光センサ１は、両端部が塞がれた円筒状の外囲器と、この外囲器の両端部を貫通する２本の電極ピンと、外囲器内部において電極ピンにより互いに平行に支持された２枚の電極とを備えた光電管から構成されている。このような光センサ１では、電極支持ピンを介して電極間に所定の電圧を印加した状態において、光源１００に対向配置された一方の電極に紫外線が照射されると、光電効果によりその電極から電子が放出され、電極間に放電電流が流れる。
【００２５】
外部電源２は、例えば、１００［Ｖ］または２００［Ｖ］の電圧値を有する交流の商用電源からなる。
【００２６】
演算装置３は、外部電源２に接続された電源回路１１と、この電源回路１１に接続された印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３と、光センサ１の下流側の端子１ｂと接地ラインＧＮＤとの間に直列に接続された抵抗Ｒ１とＲ２とからなる分圧抵抗１４と、この分圧抵抗１４の抵抗Ｒ１とＲ２との接続点Ｐａに生じる電圧（参照電圧）Ｖａを光センサ１に流れる電流Ｉとして検出する電流検出回路１５と、印加電圧生成回路１２，トリガ回路１３および電流検出回路１５が接続された処理回路１６とを備えている。
【００２７】
電源回路１１は、外部電源２から入力される交流電力を、印加電圧生成回路１２およびトリガ回路１３に供給する。また、演算装置３の駆動用の電力は、電源回路１１より取得される（ただし、交流／直流を問わず別電源から駆動用の電力を取得するように構成することもできる）。
【００２８】
印加電圧生成回路１２（印加電圧生成部）は、電源回路１１により印加される交流電圧を所定の値まで昇圧させて光センサ１に印加する。本実施例では、処理回路１６からの矩形パルスＰＳと同期した２００［Ｖ］のパルス状の電圧（光センサ１の放電開始電圧ＶST以上の電圧）を駆動パルス電圧ＰＭとして生成し、この生成した駆動パルス電圧ＰＭを光センサ１に印加する。図２に光センサ１に印加される駆動パルス電圧ＰＭを示す。駆動パルス電圧ＰＭは、処理回路１６からの矩形パルスＰＳと同期しており、そのパルス幅Ｔは矩形パルスＰＳのパルス幅と等しい。処理回路１６からの矩形パルスＰＳについては後述する。
【００２９】
トリガ回路１３は、電源回路１１により印加される交流電圧の所定の値点を検出し、この検出結果を処理回路１６に入力する。本実施例において、トリガ回路１３は、電圧値が最小となる最小値点を所定の値点（トリガ時点）として検出する。このように交流電圧について所定の値点を検出することにより、その交流電圧の１周期を検出することが可能となる。
【００３０】
分圧抵抗１４は、抵抗Ｒ１とＲ２との分圧電圧として参照電圧Ｖａを生成し、電流検出回路１５に入力する。ここで、光センサ１の上流側の端子１ａに印加される駆動パルスＰＭの電圧値は、上述したように２００［Ｖ］という高電圧となっているので、光センサ１の電極間に電流が流れた時にその下流側の端子１ｂに生じる電圧をそのまま電流検出回路１５に入力すると電流検出回路１５に大きな負荷がかかることとなる。このため、本実施例では、分圧抵抗１４によって電圧値が低い参照電圧Ｖａを生成し、これを電流検出回路１５に入力するようにしている。
【００３１】
電流検出回路１５（電流検出部）は、分圧抵抗１４から入力される参照電圧Ｖａを光センサ１の放電電流Ｉとして検出し、この検出した参照電圧Ｖａを検出電圧Ｖｐｖとして処理回路１６に入力する。
【００３２】
矩形パルス生成部１７は、トリガ回路１３がトリガ時点を検出する毎に、すなわち電源回路１１からトリガ回路１３に印加される交流電圧の１周期毎に、パルス幅Ｔの矩形パルスＰＳを生成する。この矩形パルス生成部１７が生成する矩形パルスＰＳが印加電圧生成回路１２へ送られる。
Ａ／Ｄ変換部１８は、電流検出回路１５からの検出電圧ＶｐｖをＡ／Ｄ変換し、中央処理部２０へ送る。
【００３３】
中央処理部２０は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、放電判定部２０１と、放電確率算出部２０２と、受光量算出部２０３と、パルス印加数積算部２０４と、印加数判定部２０５と、受光量判定部２０６として機能する。
【００３４】
中央処理部２０において、放電判定部２０１は、電流検出回路１５によって検出された光センサ１の放電電流に基づいて光センサ１の放電を検出する。具体的には、放電判定部２０１は、光センサ１に駆動パルス電圧ＰＭが印加される毎（矩形パルスＰＳが生成される毎）に、Ａ／Ｄ変換部１８から入力される検出電圧Ｖｐｖと予め定められている閾値電圧Ｖｔｈとを比較し（図２参照）、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に光センサ１が放電したと判定し、放電回数ｎを１増やす。
【００３５】
放電確率算出部２０２は、光センサ１に印加された駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎが所定数に達したとき（矩形パルスＰＳのパルス数が所定数に達したとき）に、放電判定部２０１によって検出された放電回数ｎと駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎとから光センサ１の放電確率Ｐを算出する。
【００３６】
この放電確率Ｐをフレーム信号として出力する。ある動作条件、受光量Ｑ0（Ｑ0≠０）、パルス幅Ｔ0における放電確率Ｐ0が既知であるとする。例えば火炎検出システムの出荷検査において、定められた受光量とパルス幅における放電確率Ｐを測定しておく方法がある。このとき、受光量Ｑ、パルス幅Ｔ、放電確率Ｐの関係は、式（７）となる。ただし、Ｐ＝０はＱ＝０とする。本発明では、Ｐ＝０のときとＰ＝１のときは、受光量Ｑの算出処理から除外する。
【００３７】
【数５】
2020153754.tif 000007
【００３８】
いま、Ｑ0，Ｔ0，Ｐ0が既知で、Ｔは火炎検出システムが制御しているパルス幅なので既知である。複数回の駆動パルス電圧ＰＭを光センサ１に印加し、放電回数ｎを測定し、放電確率Ｐを算出すれば、未知数である受光量Ｑを式（７）から算出することができる。この受光量Ｑをフレーム信号として出力してもよい。
【００３９】
［ノイズを考慮した火炎検出システムの動作］
式（７）から、ある動作条件、受光量Ｑ0、パルス幅Ｔ0における放電確率ＰaAが既知であるとし、受光量Ｑ、パルス幅Ｔ、放電確率Ｐの関係は、式（８）で与えられる。
【００４０】
【数６】
2020153754.tif 000008
【００４１】
光センサ１の放電と時間との関係としては、下記の４とおりが考えられる。
（ａ）駆動パルス電圧ＰＭの印加中に一律の確率で現れる放電（式（８））。
（ｂ）駆動パルス電圧ＰＭの立ち上がり時に現れる放電。
【００４２】
次に、光センサ１の放電と受光量との関係は、下記の５とおりが考えられる。
（Ａ）受光量と式（８）の関係に従って現れる放電。
（Ｂ）受光量と無関係に表れる放電。
【００４３】
【表１】
2020153754.tif 000009
【００４４】
表１のマトリクスのとおり、（ａ）、（ｂ）と（Ａ）、（Ｂ）の組み合わせで光センサ１のノイズ放電を類型できる。本発明では、（ａ）と（Ａ）の組み合わせ（ａＡ）、（ａ）と（Ｂ）の組み合わせ（ａＢ）、（ｂ）と（Ａ）の組み合わせ（ｂＡ）、（ｂ）と（Ｂ）の組み合わせ（ｂＢ）が確実に観測される可能性が高いと考えられる。
【００４５】
ａＡの組み合わせの放電は、「感度」と呼ばれる正常な放電（式（８）に組み込み済み）である。ａＢの組み合わせの放電は、熱電子などがトリガとなる紫外線量に無関係な放電である。ｂＡの組み合わせの放電は、突入電流や残存イオンによりパルス初期に限定的に発生する放電のうち光量に依存する放電である。ここで、パルス初期とは、パルス幅Ｔの調整範囲の下限より短い時間を指す。ｂＢの組み合わせの放電は、突入電流や残存イオンによりパルス初期に限定的に発生する放電のうち光量に依存しない放電である。
【００４６】
なお、表１に類型化したものはＵＶ（ultraviolet）故障モードの全てではない。例えば放電が切れない、感度波長が異なるなど、表１に含まれない故障モードがある。
【００４７】
以上のａＡの放電と３種のａＢ，ｂＡ，ｂＢのノイズ放電とは、式（９）の形で表すことができる。
【００４８】
【数７】
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【００４９】
式（９）において、ＰaBは受光量Ｑ、パルス幅ＴにおけるａＢの放電確率、ＰbAは受光量Ｑ、パルス幅ＴにおけるｂＡの放電確率、ＰbBは受光量Ｑ、パルス幅ＴにおけるｂＢの放電確率である。式（９）における各ノイズ成分ＰaB，ＰbA，ＰbBは、シャッタ２１と、明るさが既知の光源と、パルス幅調整の組み合わせで、それぞれ個別の値を検出可能である。既知の、あるいは無視できる成分があれば、測定条件を緩和できる場合がある。
【００５０】
また、放電確率ＰaAが既知である場合、例えば火炎検出システムの出荷検査で既に放電確率ＰaAが測定されており、測定感度のばらつきが小さくて代表値を利用することができ、システムの製品寿命中は放電確率ＰaAが不変であると考えられる場合には、シャッタ２１とパルス幅調整の組み合わせで、ノイズ成分ＰaB，ＰbA，ＰbBを除去した受光量Ｑを測定可能である。シャッタ２１のみの場合は、ノイズ成分ＰaB，ＰbBを除去できる。パルス幅調整のみの場合は、ノイズ成分ＰbA，ＰbBを除去できる。
【００５１】
［シャッタを利用した光量の検出方法］
放電確率ＰaAが既知で、放電確率ＰbAが既知であるか或いは無視することができ、シャッタ２１を併用するとき、無視できる要素には０を代入することとする。式（９）において、Ｑ＝０として（シャッタ２１を閉じて測定して）、式（１０）を得る。ここで、Ｐ*はシャッタ閉での放電確率測定値とする。
【００５２】
【数８】
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【００５３】
シャッタ２１を開けてパルス幅Ｔを変えずに測定する。式（９）に式（１０）を代入して変形し、式（１１）のとおり受光量Ｑが得られる。
【００５４】
【数９】
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【００５５】
以下、本実施例の火炎検出システムの動作について更に詳細に説明する。図３は本実施例の火炎検出システムの動作を説明するフローチャートである。
シャッタ制御部２３は、シャッタ２１を開閉動作させるためのシャッタ開信号（電圧）を選択的に出力することにより、シャッタ閉（光センサ１が遮光された第１の状態）とシャッタ開（光センサが採光可能な第２の状態）とを切り替えることが可能である。
【００５６】
本実施例では、火炎検出システムの出荷検査時または火炎検出システムが設置されている現場において、初期の状態では、シャッタ開信号を出力しない。このため、シャッタ駆動部２２は、シャッタ２１を閉じた状態とする（図３ステップＳ１００）。これにより、光源１００からの光がシャッタ２１によって遮断され、光センサ１への光の入射が遮断される。
【００５７】
上記のとおり、印加電圧生成回路１２は、駆動パルス電圧ＰＭを光センサ１の１対の端子１ａ，１ｂ間に印加する（図３ステップＳ１０１）。このとき駆動パルスＰＭのパルス幅はＴである。
【００５８】
放電判定部２０１は、電流検出回路１５からの検出電圧Ｖｐｖと予め定められている閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に光センサ１が放電したと判定する。放電判定部２０１は、光センサ１が放電したと判定すると、これを１回として放電回数ｎ*をカウントする（図３ステップＳ１０２）。放電回数ｎ*と後述する駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ*の初期値が共に０であることは言うまでもない。こうして、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理が繰り返し実行される。
【００５９】
パルス印加数積算部２０４は、矩形パルス生成部１７から出力される矩形パルスＰＳを数えることにより、駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ*を数える。
印加数判定部２０５は、駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ*を所定数Ｎｔｈ*と比較する。
【００６０】
放電確率算出部２０２は、ステップＳ１０１による駆動パルス電圧ＰＭの印加開始時からの駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ*が所定数Ｎｔｈ*を超えたと印加数判定部２０５が判定したとき（図３ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、このときの駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ*（＝Ｎｔｈ*＋１）と放電判定部２０１によって検出された放電回数ｎ*とに基づいて、式（１２）により放電確率Ｐ*を算出する（図３ステップＳ１０４）。
Ｐ*＝ｎ*／Ｎ*                                                 ・・・（１２）
【００６１】
シャッタ制御部２３は、駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ*が所定数Ｎｔｈ*を超えたと印加数判定部２０５が判定し、放電確率Ｐ*の算出が終了したとき、シャッタ開信号を出力する。
シャッタ駆動部２２は、シャッタ制御部２３からシャッタ開信号が出力されたとき、シャッタ２１を開く（図３ステップＳ１０５）。シャッタ２１が開いたことにより、光センサ１は採光可能な状態となる。光源１００からの光は光センサ１に入射する。
【００６２】
印加電圧生成回路１２は、ステップＳ１０１と同様に、駆動パルス電圧ＰＭを光センサ１の１対の端子１ａ，１ｂ間に印加する（図３ステップＳ１０６）。このとき駆動パルスＰＭのパルス幅もＴである。
【００６３】
放電判定部２０１は、ステップＳ１０２と同様に、電流検出回路１５からの検出電圧Ｖｐｖと閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、検出電圧Ｖｐｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えた場合に光センサ１が放電したと判定し、放電回数ｎを１増やす（図３ステップＳ１０７）。放電回数ｎと後述する駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎの初期値が共に０であることは言うまでもない。こうして、ステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理が繰り返し実行される。
【００６４】
放電確率算出部２０２は、ステップＳ１０６による駆動パルス電圧ＰＭの印加開始時からの駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎが所定数Ｎｔｈを超えたと印加数判定部２０５が判定したとき（図３ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、このときの駆動パルス電圧ＰＭの印加回数Ｎ（＝Ｎｔｈ＋１）と放電判定部２０１によって検出された放電回数ｎとに基づいて、式（１３）により放電確率Ｐを算出する（図３ステップＳ１０９）。
Ｐ＝ｎ／Ｎ                                                    ・・・（１３）
【００６５】
感度パラメータ記憶部１９には、光センサ１の既知の感度パラメータとして、光センサ１の基準受光量Ｑ0と、駆動パルス電圧ＰＭの基準パルス幅Ｔ0と、駆動パルス電圧ＰＭのパルス幅が基準パルス幅Ｔ0で光センサ１の受光量が基準受光量Ｑ0で光センサ１が採光可能な状態のときの正規の放電の放電確率ＰaAと、光電効果による放電以外のノイズ成分による、光センサ１が採光可能な状態のときの非正規の放電の放電確率ＰbAとが予め記憶されている。これらの感度パラメータについては、例えば火炎検出システムの出荷検査において予め測定しておくものとする。
【００６６】
受光量算出部２０３は、放電確率算出部２０２によって算出された放電確率Ｐが０より大きくかつ１未満である場合（図３ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、この放電確率Ｐと、放電確率算出部２０２によって算出された放電確率Ｐ*と、放電確率Ｐ，Ｐ*を求めたときの駆動パルス電圧ＰＭのパルス幅Ｔと、感度パラメータ記憶部１９に記憶されているパラメータＱ0，Ｔ0，ＰaA，ＰbAとに基づいて、式（１１）により受光量Ｑを算出する（図３ステップＳ１１１）。
【００６７】
また、受光量算出部２０３は、放電確率算出部２０２によって算出された放電確率Ｐが０の場合（ステップＳ１１０においてＮＯ）、受光量Ｑを０とするか、あるいは受光量Ｑを算出不可とする例外処理を行う（図３ステップＳ１１２）。また、受光量算出部２０３は、放電確率Ｐが１の場合（ステップＳ１１０においてＮＯ）、受光量Ｑを算出不可とする例外処理を行う（ステップＳ１１２）。
【００６８】
次に、受光量判定部２０６は、受光量算出部２０３によって算出された受光量Ｑと所定の受光量閾値Ｑｔｈとを比較し（図３ステップＳ１１３）、受光量Ｑが受光量閾値Ｑｔｈを超えた場合（ステップＳ１１３においてＹＥＳ）、火炎有りと判定する（図３ステップＳ１１４）。また、受光量判定部２０６は、受光量Ｑが受光量閾値Ｑｔｈ以下の場合（ステップＳ１１３においてＮＯ）、火炎無しと判定する（図３ステップＳ１１５）。
【００６９】
以上の説明から分かるように、本実施例では、光源の光から放出される紫外線による光センサ１の正規の放電以外のノイズ成分を除外した受光量Ｑを算出することができる。その結果、本実施例では、求めた受光量Ｑから火炎の有無を精度良く検出することが可能となる。また、本実施例では、ノイズ成分を含む受光量Ｑにより光センサ１の誤った寿命判定をしてしまう可能性を低減することができる。
【００７０】
なお、本実施例では、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理の後に、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理を行っているが、これに限るものではなく、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理を先に行った後に、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を行うようにしてもよい。
【００７１】
また、本実施例では、シャッタ機構付きの火炎検出システムに本発明を適用しているが、シャッタ機構無しの火炎検出システムに本発明を適用することも可能である。
この場合、火炎検出システムの出荷検査時または火炎検出システムが設置されている現場において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を行う際には、例えば光センサ１に覆いを装着することで、光センサ１が遮光された状態にすればよい。このとき、火炎検出システムには、光センサ１が遮光された状態であることを示す信号が例えばユーザの操作によって入力される。これにより、火炎検出システムの中央処理部２０は、Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理を行う。
【００７２】
また、ステップＳ１０６〜Ｓ１０９の処理を行う際には、光センサ１が遮光された状態を解除し、光センサ１が採光可能な状態とすればよい。このとき、火炎検出システムには、光センサ１が採光可能な状態であることを示す信号が例えばユーザの操作によって入力される。これにより、火炎検出システムの中央処理部２０は、Ｓ１０６〜Ｓ１０９の処理を行う。
【００７３】
本実施例で説明した感度パラメータ記憶部１９と中央処理部２０とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。
【００７４】
このコンピュータの構成例を図４に示す。コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）３０２とを備えている。Ｉ／Ｆ３０２には、印加電圧生成回路１２と矩形パルス生成部１７とＡ／Ｄ変換部１８とシャッタ制御部２３などが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の受光量測定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置３０１に格納される。ＣＰＵ３００は、記憶装置３０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、火炎検出システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１…光センサ、２…外部電源、３…演算装置、１１…電源回路、１２…印加電圧生成回路、１３…トリガ回路、１４…分圧抵抗、１５…電流検出回路、１６…処理回路、１７…矩形パルス生成部、１８…Ａ／Ｄ変換部、１９…感度パラメータ記憶部、２０…中央処理部、２１…シャッタ、２２…シャッタ駆動部、２３…シャッタ制御部、２０１…放電判定部、２０２…放電確率算出部、２０３…受光量算出部、２０４…パルス印加数積算部、２０５…印加数判定部、２０６…受光量判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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