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JP7643956B2 - Light detection system and photon number calculation method - Google Patents

Light detection system and photon number calculation method Download PDF

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JP7643956B2
JP7643956B2 JP2021108600A JP2021108600A JP7643956B2 JP 7643956 B2 JP7643956 B2 JP 7643956B2 JP 2021108600 A JP2021108600 A JP 2021108600A JP 2021108600 A JP2021108600 A JP 2021108600A JP 7643956 B2 JP7643956 B2 JP 7643956B2
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

本発明は、火炎などの光を検出する光検出システムに関するものである。 The present invention relates to an optical detection system that detects light such as flames.

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。 Phototube type ultraviolet sensors are sometimes used as optical sensors to detect the presence or absence of flames in combustion furnaces and the like based on the ultraviolet light emitted from the flame light. It has been observed that phototube type ultraviolet sensors can cause irregular discharge phenomena (pseudo discharges) due to noise components other than discharges due to the photoelectric effect.

特許文献1では、光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、光量から光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、実際の光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。そのような放電の誤検出を除去するために、ノイズ成分の放電確率を除去した受光量を考慮する必要がある。 Patent Document 1 proposes a flame detection system that can calculate the amount of light received from a discharge by controlling the pulse width of a drive pulse applied to an optical sensor, and can determine the lifespan of the optical sensor from the amount of light. However, the actual discharge of an optical sensor includes irregular discharges caused by noise, collectively known as malfunctions, and discharges can occur even when there is no light from a flame, resulting in false detection. In order to eliminate false detection of such discharges, it is necessary to consider the amount of light received with the discharge probability of noise components removed.

そこで、特許文献2に開示された火炎検出システムでは、ノイズ成分の非正規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。
また、特許文献3に開示された故障検出装置では、光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光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。
Therefore, the flame detection system disclosed in Patent Document 2 proposes a method of calculating the amount of received light that takes into account the probability of irregular discharge of noise components, making it possible to accurately detect the presence or absence of a flame.
Furthermore, in the failure detection device disclosed in Patent Document 3, it is proposed to detect failure due to self-discharge of the optical sensor by providing a shutter mechanism that blocks electromagnetic waves incident on the optical sensor.

特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示された技術では、いずれも光センサの受光量を算出している。しかしながら、受光量は光センサ固体の相対値であったため、別固体の光センサと放電の程度を比較することは困難であった。 The technologies disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3 all calculate the amount of light received by the optical sensor. However, because the amount of light received was a relative value for the optical sensor itself, it was difficult to compare the degree of discharge with that of a different optical sensor.

特開2018-84422号公報JP 2018-84422 A 特開2018-84423号公報JP 2018-84423 A 特開平05-012581号公報Japanese Patent Application Publication No. 05-012581

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、別固体の光センサと放電の程度を比較することが可能な光検出システムおよび光子数算出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a light detection system and a method for calculating the number of photons that can compare the degree of discharge with that of a separate solid-state light sensor.

本発明の光検出システムは、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、前記光源と前記光センサとの間に設けられ、焦点距離を調整可能なように構成されたレンズ機構と、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、前記レンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第1の状態と、前記焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、光検出システムの工場出荷時の放電確率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、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、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出するように構成された光子数算出部とを備えることを特徴とするものである。 The optical detection system of the present invention includes an optical sensor configured to detect light emitted from a light source, a lens mechanism provided between the light source and the optical sensor and configured to adjust the focal length, an applied voltage generation unit configured to periodically apply a drive pulse voltage to an electrode of the optical sensor, a current detection unit configured to detect a discharge current of the optical sensor, and a discharge determination unit configured to detect a discharge of the optical sensor based on the discharge current detected by the current detection unit, and a number of times the applied voltage generation unit applies the drive pulse voltage and the number of times the discharge occurs during application of the drive pulse voltage for each of a first state in which the focal length of the lens mechanism is a predetermined first value and a second state in which the focal length is a predetermined second value different from the first value. The optical sensor is characterized by comprising a discharge probability calculation unit configured to calculate a discharge probability based on the number of discharges detected by the discharge determination unit, a storage unit configured to store in advance the discharge probability at the time of shipment from the factory of the optical detection system as a known sensitivity parameter of the optical sensor, and a photon number calculation unit configured to calculate a ratio of the number of photons reaching the light receiving surface of the optical sensor at the time of shipment from the factory and after installation at the site based on the sensitivity parameter stored in the storage unit, the discharge probability calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states, a predetermined first ratio between the reference amount of light received by the optical sensor and the amount of light received in the first state, and a predetermined second ratio between the reference amount of light received and the amount of light received in the second state.

また、本発明の光検出システムの1構成例において、前記光子数算出部は、前記第1、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P1,P3、前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率r1、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率r3、前記記憶部に記憶されている工場出荷時の放電確率Preにより、前記光子の数の比率E/Ereを算出することを特徴とするものである。 Furthermore, in one configuration example of the optical detection system of the present invention, the photon number calculation unit calculates the photon number ratio E/Ere using the discharge probabilities P1 , P3 calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states, a predetermined first ratio r1 between the reference amount of received light and the amount of received light in the first state, a predetermined second ratio r3 between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state, and the discharge probability Pre at the time of shipment from the factory stored in the memory unit.

また、本発明の光検出システムは、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、前記光源と前記光センサとの間に設けられ、焦点距離を調整可能なように構成されたレンズ機構と、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、前記レンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第1の状態と、前記焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、光検出システムの工場出荷時の放電確率と、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に依存して発生しかつ前記光センサの受光量に依存せずに発生する、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第1種の非正規の放電の放電確率と、前記駆動パルス電圧のパルス幅と前記光センサの受光量とに依存せずに発生する、前記ノイズ成分による第2種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、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、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率と、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とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出するように構成された光子数算出部とを備えることを特徴とするものである。 The optical detection system of the present invention includes an optical sensor configured to detect light emitted from a light source, a lens mechanism provided between the light source and the optical sensor and configured to adjust the focal length, an applied voltage generation unit configured to periodically apply a drive pulse voltage to an electrode of the optical sensor, a current detection unit configured to detect a discharge current of the optical sensor, a discharge determination unit configured to detect a discharge of the optical sensor based on the discharge current detected by the current detection unit, and a discharge probability calculation unit configured to calculate a discharge probability based on the number of applications of the drive pulse voltage by the applied voltage generation unit and the number of discharges detected by the discharge determination unit during the application of the drive pulse voltage for each of a first state in which the focal length of the lens mechanism is a predetermined first value and a second state in which the focal length is a predetermined second value different from the first value, and a discharge probability calculation unit configured to calculate a discharge probability based on the number of applications of the drive pulse voltage by the applied voltage generation unit and the number of discharges detected by the discharge determination unit during the application of the drive pulse voltage as known sensitivity parameters of the optical sensor. The optical detection system is characterized in that it has a memory unit configured to store in advance a reference pulse width of the driving pulse voltage, a discharge probability of a first type of irregular discharge caused by a noise component other than a discharge caused by the photoelectric effect of the optical sensor, which occurs depending on the pulse width of the driving pulse voltage and does not depend on the amount of light received by the optical sensor, and a discharge probability of a second type of irregular discharge caused by the noise component, which occurs independent of the pulse width of the driving pulse voltage and the amount of light received by the optical sensor, and a photon number calculation unit configured to calculate a ratio of the number of photons reaching the light receiving surface of the optical sensor when the optical detection system is shipped from the factory and after installation at the site, based on the sensitivity parameters stored in the memory unit, the discharge probability calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states, a predetermined first ratio between the reference amount of light received by the optical sensor and the amount of light received in the first state, a predetermined second ratio between the reference amount of light received and the amount of light received in the second state, and the pulse width of the driving pulse voltage in the first and second states.

また、本発明の光検出システムの1構成例において、前記光子数算出部は、前記第1、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P1,P3、前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率r1、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率r3、前記記憶部に記憶されている工場出荷時の放電確率Pre、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅T0、前記第1種の非正規の放電の放電確率PaB、前記第2種の非正規の放電の放電確率PbB、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により、前記光子の数の比率E/Ereを算出することを特徴とするものである。
また、本発明の光検出システムの1構成例は、前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との比率が前記第1の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第1の値に制御して、光検出システムを前記第1の状態とし、さらに前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との比率が前記第2の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第2の値に制御して、光検出システムを前記第2の状態とするように構成された受光量比率設定部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光検出システムの1構成例において、前記放電確率算出部は、光検出システムの現場設置前の工場出荷時に、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して、算出した放電確率を前記記憶部に格納することを特徴とするものである。
また、本発明の光検出システムの1構成例は、前記光子数算出部によって算出された光子の数の比率に基づいて、光検出システムの現場設置後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をさらに備えることを特徴とするものである。
Furthermore, in one configuration example of the optical detection system of the present invention, the photon number calculation unit calculates the photon number ratio E/Ere using the discharge probabilities P1 , P3 calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states, a predetermined first ratio r1 between the reference amount of received light and the amount of received light in the first state, a predetermined second ratio r3 between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state, the discharge probability Pre at the time of shipment from the factory stored in the memory unit, the reference pulse width T0 of the driving pulse voltage, the discharge probability P aB of the first type of irregular discharge, the discharge probability P bB of the second type of irregular discharge, and the pulse width T of the driving pulse voltage in the first and second states.
Moreover, one configuration example of the optical detection system of the present invention is characterized in that it further includes a received light amount ratio setting unit configured to control a focal length of the lens mechanism to the first value so that a ratio between the reference received light amount and the amount of received light in the first state becomes the first ratio, thereby putting the optical detection system in the first state, and further control a focal length of the lens mechanism to the second value so that a ratio between the reference received light amount and the amount of received light in the second state becomes the second ratio, thereby putting the optical detection system in the second state.
Furthermore, in one configuration example of the optical detection system of the present invention, the discharge probability calculation unit calculates a discharge probability based on the number of times the drive pulse voltage is applied by the applied voltage generation unit and the number of discharges detected by the discharge determination unit during the application of the drive pulse voltage at the time of shipment from the factory prior to installation at the site of the optical detection system, and stores the calculated discharge probability in the memory unit.
Moreover, one configuration example of the optical detection system of the present invention is characterized in that it further includes a received light amount calculation unit configured to calculate the amount of light received by the optical sensor after the optical detection system is installed at the site, based on the ratio of the numbers of photons calculated by the photon number calculation unit.

また、本発明の光子数算出方法は、光源と光センサとの間に設けられたレンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第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、前記レンズ機構の焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、前記光センサの既知の感度パラメータとして、光検出システムの工場出荷時の放電確率を予め記憶する記憶部を参照し、この記憶部に記憶されている感度パラメータと、前記第1、第2の状態のときに前記第4、第8のステップで算出した放電確率と、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出する第9のステップとを含むことを特徴とするものである。 The photon number calculation method of the present invention includes a first step of periodically applying a drive pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of a lens mechanism provided between a light source and an optical sensor is a predetermined first value, a second step of detecting a discharge current of the optical sensor in the first state, a third step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current in the first state, a fourth step of calculating a discharge probability in the first state based on the number of applications of the drive pulse voltage by the first step and the number of discharges detected in the third step during application of this drive pulse voltage, a fifth step of periodically applying a drive pulse voltage to the electrode of the optical sensor when the focal length of the lens mechanism is a predetermined second value different from the first value, a sixth step of detecting a discharge current of the optical sensor in the second state, and a sixth step of calculating a discharge probability in the second state based on the number of applications of the drive pulse voltage by the first step and the number of discharges detected in the third step during application of this drive pulse voltage. a seventh step of detecting the discharge of the optical sensor based on the discharge current; an eighth step of calculating the discharge probability in the second state based on the number of applications of the drive pulse voltage in the fifth step and the number of discharges detected in the seventh step during the application of the drive pulse voltage; and a ninth step of referring to a storage unit that pre-stores the discharge probability at the time of shipment from the factory of the optical detection system as a known sensitivity parameter of the optical sensor, and calculating the ratio of the number of photons reaching the light receiving surface of the optical detection system at the time of shipment from the factory and after installation at the site based on the sensitivity parameter stored in the storage unit, the discharge probability calculated in the fourth and eighth steps in the first and second states, a predetermined first ratio between the reference amount of light received by the optical sensor and the amount of light received in the first state, and a predetermined second ratio between the reference amount of light received and the amount of light received in the second state.

また、本発明の光子数算出方法は、光源と光センサとの間に設けられたレンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第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、前記レンズ機構の焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、前記光センサの既知の感度パラメータとして、光検出システムの工場出荷時の放電確率と、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に依存して発生しかつ前記光センサの受光量に依存せずに発生する、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第1種の非正規の放電の放電確率と、前記駆動パルス電圧のパルス幅と前記光センサの受光量とに依存せずに発生する、前記ノイズ成分による第2種の非正規の放電の放電確率とを予め記憶する記憶部を参照し、この記憶部に記憶されている感度パラメータと、前記第1、第2の状態のときに前記第4、第8のステップで算出した放電確率と、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率と、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とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出する第9のステップとを含むことを特徴とするものである。 The photon number calculation method of the present invention includes a first step of periodically applying a drive pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of a lens mechanism provided between a light source and an optical sensor is a first predetermined value, a second step of detecting a discharge current of the optical sensor when the optical sensor is in the first state, a third step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current when the optical sensor is in the first state, and a third step of detecting a discharge of the optical sensor based on the number of applications of the drive pulse voltage in the first step and the number of discharges detected in the third step during application of the drive pulse voltage. a fourth step of calculating a probability of discharge when the focal length of the lens mechanism is in a second state in which the focal length is a predetermined second value different from the first value; a fifth step of periodically applying a drive pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of the lens mechanism is in a second state in which the focal length is a predetermined second value different from the first value; a sixth step of detecting a discharge current of the optical sensor when in the second state; a seventh step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current when in the second state; an eighth step of calculating a discharge probability in the second state by calculating a discharge probability in the second state based on the reference pulse width of the drive pulse voltage; and storing in advance, as known sensitivity parameters of the optical sensor, a discharge probability at the time of shipment from a factory of the optical detection system, a reference pulse width of the drive pulse voltage, a discharge probability of a first type of irregular discharge caused by a noise component other than a discharge caused by a photoelectric effect of the optical sensor, which occurs depending on the pulse width of the drive pulse voltage and occurs independently of the amount of light received by the optical sensor, and a discharge probability of a second type of irregular discharge caused by the noise component, which occurs independently of the pulse width of the drive pulse voltage and the amount of light received by the optical sensor. The method further includes a ninth step of calculating a ratio of the number of photons that reach the light receiving surface of the optical sensor when the optical detection system is shipped from the factory and after installation on site, based on the sensitivity parameters stored in the storage unit, the discharge probability calculated in the fourth and eighth steps when the optical sensor is in the first and second states, a predetermined first ratio between the reference amount of light received by the optical sensor and the amount of light received in the first state, a predetermined second ratio between the reference amount of light received and the amount of light received in the second state, and the pulse width of the drive pulse voltage when the optical detection system is in the first and second states.

また、本発明の光子数算出方法の1構成例は、前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との比率が前記第1の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第1の値に制御して、光検出システムを前記第1の状態とする第10のステップと、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との比率が前記第2の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第2の値に制御して、光検出システムを前記第2の状態とする第11のステップとをさらに含むことを特徴とするものである。
また、本発明の光子数算出方法の1構成例は、光検出システムの現場設置前の工場出荷時に、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12のステップと、前記光センサの放電電流を検出する第13のステップと、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14のステップと、前記第12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14のステップで検出した放電の回数とに基づいて放電確率を算出して、算出した放電確率を前記記憶部に格納する第15のステップとをさらに含むことを特徴とするものである。
Furthermore, one configuration example of the photon number calculation method of the present invention is characterized in that it further includes a tenth step of controlling the focal length of the lens mechanism to the first value so that the ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the first state becomes the first ratio, thereby putting the light detection system in the first state, and an eleventh step of controlling the focal length of the lens mechanism to the second value so that the ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state becomes the second ratio, thereby putting the light detection system in the second state.
Furthermore, one configuration example of the photon number calculation method of the present invention is characterized in that it further includes a twelfth step of periodically applying a drive pulse voltage to an electrode of the optical sensor at the time of shipping the optical detection system from a factory prior to installation on site, a thirteenth step of detecting a discharge current of the optical sensor, a fourteenth step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current, and a fifteenth step of calculating a discharge probability based on the number of applications of the drive pulse voltage by the twelfth step and the number of discharges detected in the fourteenth step during the application of this drive pulse voltage, and storing the calculated discharge probability in the memory unit.

本発明によれば、光検出システムの工場出荷時と現場設置後の光子の数の比率を算出することができる。本発明では、光子数の比率を算出することで別固体の光センサと放電の程度を比較することができる。従来技術で求めた受光量は光センサのばらつきの影響を受けるため、受光量に基づいて光センサの寿命を判定すると光センサの寿命を誤って判定してしまう可能性があった。一方、本発明では、光子数の比率を算出することで光センサのばらつきの影響を排除することができるので、光子数の比率に基づいて光センサの寿命を判定すれば、光センサの寿命を誤って判定してしまう可能性を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to calculate the ratio of the number of photons when the optical detection system is shipped from the factory to that after installation in the field. In the present invention, by calculating the ratio of the number of photons, it is possible to compare the degree of discharge with that of a separate solid-state optical sensor. Since the amount of received light determined by conventional technology is affected by the variation of the optical sensor, there is a possibility that the life of the optical sensor will be erroneously determined if the life of the optical sensor is determined based on the amount of received light. On the other hand, in the present invention, the influence of the variation of the optical sensor can be eliminated by calculating the ratio of the number of photons, so that the possibility of erroneously determining the life of the optical sensor can be reduced by determining the life of the optical sensor based on the ratio of the number of photons.

図1は、レンズ機構によって光センサの電極面の受光量を変えたときの受光量比を説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the ratio of the amount of received light when the amount of received light on the electrode surface of the optical sensor is changed by a lens mechanism. 図2は、本発明の第1の実施例に係る光検出システムの構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a light detection system according to a first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1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。FIG. 3 is a waveform diagram showing a drive pulse applied to the optical sensor and a detection voltage detected in the current detection circuit in the first embodiment of the present invention. 図4は、レンズ機構によって光センサの電極面の受光量を変えたときの受光量比を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the ratio of the amount of received light when the amount of received light on the electrode surface of the optical sensor is changed by the lens mechanism. 図5は、本発明の第1の実施例に係る光検出システムの工場出荷時の動作を説明するフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart for explaining the operation of the light detection system according to the first embodiment of the present invention at the time of shipment from the factory. 図6は、本発明の第1の実施例に係るリボルバ型のレンズ機構を光源側から見た正面図である。FIG. 6 is a front view of the revolver-type lens mechanism according to the first embodiment of the present invention, as viewed from the light source side. 図7は、本発明の第1の実施例に係る光検出システムの現場設置後の動作を説明するフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart for explaining the operation of the light detection system according to the first embodiment of the present invention after installation at the site. 図8は、本発明の第1、第2の実施例に係る光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。FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of a computer that realizes the light detection systems according to the first and second embodiments of the present invention.

[発明の原理]
本発明では、感度パラメータが既知である光センサと、焦点距離が可変なレンズ機構とを設け、光センサが感度を有する波長の光において受光量を可変としたときの放電確率を利用することで、光検出システムの工場出荷時との相対的な光子数を決定する。焦点距離が可変なレンズ機構としては、複数のレンズを備えたリボルバ型のレンズ機構によって焦点距離を可変とし、受光量を相対化する例が挙げられる。
[Principle of the Invention]
In the present invention, an optical sensor with known sensitivity parameters and a lens mechanism with a variable focal length are provided, and the discharge probability when the amount of light received is varied for the wavelength to which the optical sensor is sensitive is used to determine the number of photons relative to the number at the time of shipment from the factory of the optical detection system. An example of a lens mechanism with a variable focal length is a revolver-type lens mechanism with multiple lenses that varies the focal length and relativizes the amount of light received.

本発明では、光センサの光子数の比率を算出する。特許文献1に開示された技術では、光センサの受光量を算出し、受光量から光センサの寿命を判定していた。しかし、受光量は光センサ固体の相対値であったため、別固体の光センサと受光量を比較することは困難であった。本発明では、光センサの光子数の比率を算出することで別固体の光センサの放電の程度を比較することができる。 In this invention, the ratio of the number of photons in the optical sensor is calculated. In the technology disclosed in Patent Document 1, the amount of light received by the optical sensor is calculated and the lifespan of the optical sensor is determined from the amount of light received. However, since the amount of light received was a relative value for the optical sensor itself, it was difficult to compare the amount of light received with that of another solid-state optical sensor. In this invention, the ratio of the number of photons in the optical sensor is calculated, making it possible to compare the degree of discharge of another solid-state optical sensor.

[第1の実施例]
以下、光センサの受光量を可変としたときの光子数の算出方法について説明する。本発明の第1の実施例では、光センサの正規放電のみを考慮する例について説明する。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。
[First embodiment]
Below, we will explain how to calculate the number of photons when the amount of light received by the optical sensor is variable. In the first embodiment of the present invention, we will explain an example in which only the normal discharge of the optical sensor is considered. An optical sensor that uses the photoelectric effect is a phototube that is electrified when photons hit the electrode. The electrification progresses under the following conditions.

[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。
[Operation of the optical sensor]
When a voltage is applied between a pair of electrodes of an optical sensor, if a photon hits one of the electrodes, there is a certain probability that a photoelectron will be emitted, causing an electron avalanche and causing electricity to flow (a discharge current flows between the electrodes).
The optical sensor continues to conduct electricity while a voltage is applied between the electrodes. Alternatively, the conduction of electricity is stopped by immediately lowering the voltage once the conduction of electricity is confirmed. In this way, the optical sensor stops conducting electricity when the voltage between the electrodes is lowered.

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。 Let P1 be the probability that the optical sensor discharges when one photon hits the optical sensor electrode. Let P2 be the probability that the optical sensor discharges when two photons hit the optical sensor electrode. Since P2 is the inverse of the probability that the optical sensor does not discharge when hit by either the first or second photon, the relationship between P2 and P1 is expressed as in formula (1).

Figure 0007643956000001
Figure 0007643956000001

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。 In general, if the probability that the optical sensor discharges when n photons hit the optical sensor electrode is Pn and the probability that the optical sensor discharges when m photons hit the optical sensor electrode is Pm (n and m are natural numbers), then equations (2) and (3) hold, just like equation (1).

Figure 0007643956000002
Figure 0007643956000002

式(2)と式(3)から、PnとPmの関係として式(4)が導ける。 From the formulas (2) and (3), the formula (4) can be derived as the relationship between Pn and Pm .

Figure 0007643956000003
Figure 0007643956000003

焦点距離を可変にできるレンズを通して光を検出する場合を考える。単位面積および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、レンズの面積をSl、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Ti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ETil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、面積S、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、QA=EA/E0,QB=EB/E0とすると、式(6)となる。ここで、Qiを受光量と呼ぶこととする。 Consider the case where light is detected through a lens whose focal length can be changed. If the number of photons that fly to the electrodes of the optical sensor per unit area and unit time is E, the area of the lens is S l , and the time during which a voltage equal to or greater than the discharge start voltage of the optical sensor is applied between the electrodes (hereinafter referred to as pulse width) is T i , the number of photons that collide with the electrodes per voltage application is expressed as ET i S l . Therefore, when the same optical sensor is operated under a certain condition A and another condition B, the relationship between the number of photons E, the area S, the pulse width T, and the discharge probability P is as shown in formula (5). Here, if the reference number of photons is defined as E 0 , and Q A =E A /E 0 and Q B =E B /E 0 , formula (6) is obtained. Here, Q i is called the amount of received light.

Figure 0007643956000004
Figure 0007643956000004

図1(A)、図1(B)に示すように、焦点距離が可変なレンズ機構21によって光センサ1の電極面の受光量Qaを100%としたときと、受光量をQb(Qa≠Qb)としたときの受光量の比率rbを考えると式(7)で表すことができる。 As shown in FIGS. 1A and 1B, when the amount of light received on the electrode surface of the optical sensor 1 is set to 100% by the lens mechanism 21 with a variable focal length, the ratio rb of the amount of light received when the amount of light received is set to Qb (Qa ≠ Qb) can be expressed by equation (7).

Figure 0007643956000005
Figure 0007643956000005

[光検出システムの構成と動作]
図2は本発明の第1の実施例に係る光検出システムの構成を示すブロック図である。光検出システムは、光センサを駆動し、光センサの駆動結果から光子数の比率および受光量を算出するものである。この光検出システムは、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レンズ機構21とを備えている。
[Configuration and operation of the optical detection system]
2 is a block diagram showing the configuration of a light detection system according to a first embodiment of the present invention. The light detection system drives a light sensor and calculates the ratio of the number of photons and the amount of received light from the drive result of the light sensor. This light detection system includes a light sensor 1 that detects light (ultraviolet rays) generated from a light source 100 such as a flame, an LED, or a lamp, an external power source 2, a computing device 3 to which the light sensor 1 and the external power source 2 are connected, and a lens mechanism 21 provided between the light source 100 and the light sensor 1.

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。 The optical sensor 1 is composed of a phototube equipped with a cylindrical enclosure with both ends closed, two electrode pins penetrating both ends of the enclosure, and two electrodes supported parallel to each other by the electrode pins inside the enclosure. In such an optical sensor 1, when a predetermined voltage is applied between the electrodes via the electrode support pins and ultraviolet light is irradiated onto one of the electrodes arranged opposite the light source 100, electrons are emitted from the electrode due to the photoelectric effect, and a discharge current flows between the electrodes.

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。 The external power source 2 is, for example, an AC commercial power source having a voltage of 100 V or 200 V.

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とトリガ回路13と電流検出回路15とが接続された処理回路16とを備えている。 The arithmetic unit 3 includes a power supply circuit 11 connected to the external power supply 2, an applied voltage generating circuit 12 and a trigger circuit 13 connected to the power supply circuit 11, a voltage dividing resistor 14 consisting of resistors R1 and R2 connected in series between the downstream terminal 1b of the optical sensor 1 and the ground line GND, a current detection circuit 15 that detects the voltage (reference voltage) Va generated at the connection point Pa between the resistors R1 and R2 of the voltage dividing resistor 14 as the current I flowing through the optical sensor 1, and a processing circuit 16 to which the applied voltage generating circuit 12, the trigger circuit 13, and the current detection circuit 15 are connected.

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。 The power supply circuit 11 supplies AC power input from the external power supply 2 to the applied voltage generating circuit 12 and the trigger circuit 13. In addition, power for driving the arithmetic device 3 is obtained from the power supply circuit 11. However, it can also be configured to obtain power for driving from a separate power supply, regardless of whether it is AC or DC.

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3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。 The applied voltage generating circuit 12 (applied voltage generating section) boosts the AC voltage applied by the power supply circuit 11 to a predetermined value and applies it to the optical sensor 1. In this embodiment, a pulsed voltage of 200 [V] (a voltage equal to or greater than the discharge start voltage VST of the optical sensor 1) synchronized with the rectangular pulse PS from the processing circuit 16 is generated as the driving pulse voltage PM, and this generated driving pulse voltage PM is applied to the optical sensor 1. FIG. 3 shows the driving pulse voltage PM applied to the optical sensor 1. The driving pulse voltage PM is synchronized with the rectangular pulse PS from the processing circuit 16, and its pulse width T is equal to the pulse width of the rectangular pulse PS. The rectangular pulse PS from the processing circuit 16 will be described later.

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。 The trigger circuit 13 detects a predetermined value point of the AC voltage applied by the power supply circuit 11 and inputs this detection result to the processing circuit 16. In this embodiment, the trigger circuit 13 detects the minimum value point where the voltage value is at a minimum as the predetermined value point (trigger time point). By detecting the predetermined value point of the AC voltage in this way, it becomes possible to detect one period of the AC voltage.

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。 The voltage divider resistor 14 generates a reference voltage Va as a divided voltage between resistors R1 and R2, and inputs it to the current detection circuit 15. Here, the voltage value of the drive pulse PM applied to the upstream terminal 1a of the optical sensor 1 is a high voltage of 200 [V] as described above, so if the voltage generated at the downstream terminal 1b when a current flows between the electrodes of the optical sensor 1 is input directly to the current detection circuit 15, a large load will be placed on the current detection circuit 15. For this reason, in this embodiment, a reference voltage Va with a low voltage value is generated by the voltage divider resistor 14, and this is input to the current detection circuit 15.

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。
処理回路16は、矩形パルス生成部17と、A/D変換部18と、感度パラメータ記憶部19と、中央処理部20とを備えている。
The current detection circuit 15 (current detection section) detects the reference voltage Va input from the voltage dividing resistor 14 as the discharge current I of the optical sensor 1, and inputs the detected reference voltage Va to the processing circuit 16 as a detected voltage Vpv.
The processing circuit 16 includes a rectangular pulse generating section 17 , an A/D converting section 18 , a sensitivity parameter storing section 19 , and a central processing section 20 .

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。矩形パルス生成部17と印加電圧生成回路12とは、駆動パルス電圧PMのパルス幅を調整可能である。すなわち、矩形パルス生成部17が矩形パルスPSのパルス幅を所望の値に設定することにより、矩形パルスPSと等しいパルス幅の駆動パルス電圧PMが印加電圧生成回路12から出力される。
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。
The rectangular pulse generating unit 17 generates a rectangular pulse PS with a pulse width T every time the trigger circuit 13 detects a trigger time point, that is, every period of the AC voltage applied from the power supply circuit 11 to the trigger circuit 13. The rectangular pulse PS generated by the rectangular pulse generating unit 17 is sent to the applied voltage generating circuit 12. The rectangular pulse generating unit 17 and the applied voltage generating circuit 12 can adjust the pulse width of the drive pulse voltage PM. That is, the rectangular pulse generating unit 17 sets the pulse width of the rectangular pulse PS to a desired value, so that a drive pulse voltage PM with a pulse width equal to that of the rectangular pulse PS is output from the applied voltage generating circuit 12.
The A/D conversion unit 18 A/D converts the detected voltage Vpv from the current detection circuit 15 and sends it to the central processing unit 20 .

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、パルス印加数積算部203と、印加数判定部204と、光子数算出部205と、受光量算出部206と、受光量判定部207と、受光量比率設定部208として機能する。 The central processing unit 20 is realized by hardware consisting of a processor and a storage device, and a program that cooperates with this hardware to realize various functions, and functions as a discharge determination unit 201, a discharge probability calculation unit 202, a pulse application number accumulation unit 203, an application number determination unit 204, a photon number calculation unit 205, a received light amount calculation unit 206, a received light amount determination unit 207, and a received light amount ratio setting unit 208.

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3参照)、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。 In the central processing unit 20, the discharge determination unit 201 detects the discharge of the optical sensor 1 based on the discharge current of the optical sensor 1 detected by the current detection circuit 15. Specifically, each time the drive pulse voltage PM is applied to the optical sensor 1 (each time the rectangular pulse PS is generated), the discharge determination unit 201 compares the detection voltage Vpv input from the A/D conversion unit 18 with a predetermined threshold voltage Vth (see FIG. 3), and when the detection voltage Vpv exceeds the threshold voltage Vth, it determines that the optical sensor 1 has discharged and increments the number of discharges n by 1.

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が所定数を超えたとき(矩形パルスPSのパルス数が所定数を超えたとき)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。 When the number of times N of application of the drive pulse voltage PM applied to the light sensor 1 exceeds a predetermined number (when the number of pulses of the rectangular pulse PS exceeds a predetermined number), the discharge probability calculation unit 202 calculates the discharge probability P of the light sensor 1 from the number of times n of discharge detected by the discharge determination unit 201 and the number of times N of application of the drive pulse voltage PM.

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。例えば光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(8)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。 This discharge probability P is output as a frame signal. It is assumed that the discharge probability P0 at certain operating conditions, the amount of received light Q0 ( Q0 ≠ 0), and the pulse width T0 is known. For example, in a shipping inspection of a light detection system, there is a method of measuring the discharge probability P at a set amount of received light and pulse width. In this case, the relationship between the amount of received light Q, the pulse width T, and the discharge probability P is given by equation (8). However, P=0 is treated as Q=0. In the present invention, the cases when P=0 and P=1 are excluded from the calculation process of the amount of received light Q.

Figure 0007643956000006
Figure 0007643956000006

いま、Q0,T0,P0が既知で、Tは光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(8)から算出することができる。 Now, Q0 , T0 , and P0 are known, and T is also known because it is the pulse width controlled by the light detection system. By applying the driving pulse voltage PM multiple times to the light sensor 1, measuring the number of discharges n, and calculating the discharge probability P, the unknown quantity of received light Q can be calculated from equation (8).

式(8)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(9)で与えられる。 From equation (8), it is assumed that the discharge probability P aA under certain operating conditions, the amount of received light Q 0 , and the pulse width T 0 are known, and the relationship between the amount of received light Q, the pulse width T, and the discharge probability P is given by equation (9).

Figure 0007643956000007
Figure 0007643956000007

[焦点距離の異なるレンズを用いたときの光子数の算出方法]
図4(A)~図4(C)に示すようにレンズ機構21の焦点距離を変えたときに、焦点距離が異なる3つの状態の放電確率をPi(i=1~3)、受光量をQiとする。ここで、Q1=r12,Q3=r32(r1≠r3)となることとし、比率r1,r3が既知で、図4(B)の状態のときに光センサ1の電極に到達する、電極単位面積当たりの光子の数Eが未知であるとする。
[Method of calculating the number of photons when using lenses with different focal lengths]
When the focal length of the lens mechanism 21 is changed as shown in Figures 4(A) to 4(C), the discharge probability in three different focal length states is Pi (i = 1 to 3) , and the amount of received light is Qi . Here, it is assumed that Q1 = r1Q2 , Q3 = r3Q2 ( r1 r3 ), the ratios r1 and r3 are known, and the number E of photons per unit electrode area that reach the electrode of the optical sensor 1 in the state of Figure 4(B) is unknown.

光検出システムの現場設置後に図4(A)の状態で測定したときの放電確率P1、受光量Q1を式(9)に代入したものを式(10)とし、図4(C)の状態で測定したときの放電確率P3、受光量Q3を式(9)に代入したものを式(11)とする。 Equation (10) is obtained by substituting the probability of discharge P1 and the amount of received light Q1 when measured in the state of Figure 4(A) after the optical detection system is installed at the site into equation (9), and equation (11) is obtained by substituting the probability of discharge P3 and the amount of received light Q3 when measured in the state of Figure 4(C) into equation (9).

Figure 0007643956000008
Figure 0007643956000008

式(10)を(11)で除すると式(12)を得る。 Dividing equation (10) by (11) gives equation (12).

Figure 0007643956000009
Figure 0007643956000009

また、光検出システムの工場出荷時に、レンズ機構21の焦点距離を任意の値に設定して放電確率がPreであったときの受光量Qreについて算出しているとし、放電確率Pre、受光量Qreが既知であるとする。放電確率Pre、受光量Qreを式(9)に代入し、式を変形して式(13)を得る。 Furthermore, it is assumed that when the light detection system is shipped from the factory, the focal length of the lens mechanism 21 is set to an arbitrary value, the amount of received light Qre when the discharge probability is Pre is calculated, and the discharge probability Pre and the amount of received light Qre are known. The discharge probability Pre and the amount of received light Qre are substituted into equation (9) and the equation is transformed to obtain equation (13).

Figure 0007643956000010
Figure 0007643956000010

式(13)に式(12)を代入して変形すると式(14)となる。 Substituting equation (12) into equation (13) and transforming it gives equation (14).

Figure 0007643956000011
Figure 0007643956000011

1=r12,Q3=r22を式(14)に代入すると式(15)となる。 Substituting Q 1 =r 1 Q 2 and Q 3 =r 2 Q 2 into equation (14), we obtain equation (15).

Figure 0007643956000012
Figure 0007643956000012

2=(ESl)/(E0l),Qre=(Erel)/(E0l)を式(15)に代入すると、式(16)のようにE/Ereを求めることができる。 By substituting Q 2 =(ES l )/(E 0 S l ) and Q re =(E re S l )/(E 0 S l ) into equation (15), E/E re can be obtained as in equation (16).

Figure 0007643956000013
Figure 0007643956000013

したがって、光検出システムの現場への設置後の既知の値P1,P3,r1,r2および工場出荷時の既知の値Pre,Qreによって工場出荷時と現場設置後の光子数の比率E/Ereを算出することが可能となる。 Therefore, it is possible to calculate the ratio E / Ere of the number of photons at the time of shipment from the factory to the number of photons after installation at the site using the known values P1 , P3 , r1 , and r2 after installation at the site and the known values Pre and Qre at the time of shipment from the factory.

以下、本実施例の光検出システムの動作について更に詳細に説明する。図5は本実施例の光検出システムの工場出荷時の動作を説明するフローチャートである。
例えば工場出荷時の検査段階で、レンズ機構21の焦点距離を任意の値に手動で設定する(ステップS100)。光源100からの光はレンズ機構21を通って光センサ1に入射する。
The operation of the light detection system of this embodiment will be described in more detail below. Fig. 5 is a flow chart for explaining the operation of the light detection system of this embodiment at the time of shipment from the factory.
For example, during an inspection stage prior to shipment from a factory, the focal length of the lens mechanism 21 is manually set to an arbitrary value (step S100).

図6はリボルバ型のレンズ機構21を光源100側から見た正面図である。リボルバ型のレンズ機構21は、焦点距離が異なる複数のレンズ210~212がリボルバ213に固定されており、リボルバ213を回転させることで、光源100と光センサ1との間に挿入されるレンズ210~212を変えることができ、焦点距離を変えることができるようになっている。 Figure 6 is a front view of the revolver-type lens mechanism 21 as seen from the light source 100 side. The revolver-type lens mechanism 21 has multiple lenses 210-212 with different focal lengths fixed to a revolver 213. By rotating the revolver 213, the lenses 210-212 inserted between the light source 100 and the light sensor 1 can be changed, thereby changing the focal length.

レンズ機構21は、リボルバ型に限るものではなく、レンズを光軸方向に沿って移動させることで焦点距離を変更可能なものであってもよい。
また、レンズ機構21がモーター等の駆動機構を備えた構成であってもよい。この場合は、受光量比率設定部208がレンズ機構21の焦点距離を制御することができる。
The lens mechanism 21 is not limited to a revolver type, and may be one in which the focal length can be changed by moving the lens along the optical axis direction.
Furthermore, the lens mechanism 21 may be configured to include a driving mechanism such as a motor. In this case, the light receiving amount ratio setting unit 208 can control the focal length of the lens mechanism 21.

放電確率算出部202は、矩形パルス生成部17に指示して駆動パルス電圧PMの印加を開始させる。放電確率算出部202からの指示に応じて、矩形パルス生成部17は、矩形パルスPSのパルス幅を所定の値Tに設定する。このパルス幅の設定により、印加電圧生成回路12は、パルス幅Tの駆動パルス電圧PMを光センサ1の1対の端子1a,1b間に印加する(ステップS101)。なお、パルス幅Tは、基準パルス幅T0と同じでもよい。 The discharge probability calculation unit 202 instructs the rectangular pulse generation unit 17 to start applying the drive pulse voltage PM. In response to the instruction from the discharge probability calculation unit 202, the rectangular pulse generation unit 17 sets the pulse width of the rectangular pulse PS to a predetermined value T. With this pulse width setting, the applied voltage generation circuit 12 applies the drive pulse voltage PM with the pulse width T between the pair of terminals 1a, 1b of the optical sensor 1 (step S101). Note that the pulse width T may be the same as the reference pulse width T0 .

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(ステップS102)。放電回数nと駆動パルス電圧PMの印加回数Nの初期値は共に0である。こうして、ステップS101,S102の処理が繰り返し実行される。 The discharge determination unit 201 compares the detection voltage Vpv from the current detection circuit 15 with a predetermined threshold voltage Vth, and determines that the optical sensor 1 has discharged when the detection voltage Vpv exceeds the threshold voltage Vth. When the discharge determination unit 201 determines that the optical sensor 1 has discharged, it counts this as one discharge and counts the number of discharges n (step S102). The initial values of the number of discharges n and the number of applications N of the drive pulse voltage PM are both 0. In this manner, the processes of steps S101 and S102 are repeatedly executed.

パルス印加数積算部203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204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。
The pulse application number accumulator 203 counts the number of rectangular pulses PS output from the rectangular pulse generator 17 to count the number of times N the driving pulse voltage PM is applied.
The application number determination unit 204 compares the number of times N that the driving pulse voltage PM is applied with a predetermined number Nth.

放電確率算出部202は、ステップS101によるパルス幅Tの駆動パルス電圧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204が判定したとき(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(17)により放電確率Preを算出する(ステップS104)。
re=n/N ・・・(17)
When the application number determination unit 204 determines that the number of applications N of the drive pulse voltage PM from the start of application of the drive pulse voltage PM with the pulse width T in step S101 exceeds a predetermined number Nth (YES in step S103), the discharge probability calculation unit 202 calculates the discharge probability P re using equation (17) based on the number of applications N of the drive pulse voltage PM at this time and the number of discharges n detected by the discharge determination unit 201 (step S104).
P re =n/N (17)

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Q0のときの正規の放電の放電確率PaAと、図4(B)の状態の基準の受光量Q2が得られるときの光センサ1の電極面の受光面積S2とが予め記憶されている。 The sensitivity parameter storage unit 19 pre-stores, as known sensitivity parameters of the optical sensor 1, the amount of light received by the optical sensor 1 Q0 , the reference pulse width T0 of the drive pulse voltage PM, the discharge probability P aA of a normal discharge when the pulse width of the drive pulse voltage PM is the reference pulse width T0 and the amount of light received by the optical sensor 1 Q0 , and the light-receiving area S 2 of the electrode surface of the optical sensor 1 when the reference amount of light received Q2 in the state of FIG. 4B is obtained.

受光量算出部206は、放電確率算出部202によって算出された放電確率Preが0より大きくかつ1未満の場合(ステップS105においてYES)、放電確率Preと、放電確率Pre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とに基づいて、式(9)により受光量Q=Qreを算出する(ステップS106)。このときの算出では、式(9)のPにPreを代入すればよい。 When the discharge probability P re calculated by the discharge probability calculation unit 202 is greater than 0 and less than 1 (YES in step S105), the received light amount calculation unit 206 calculates the received light amount Q=Q re by equation (9) based on the discharge probability P re , the pulse width T of the drive pulse voltage PM when the discharge probability P re was calculated, and the parameters Q 0 , T 0 , and P aA stored in the sensitivity parameter storage unit 19 (step S106). In this calculation, P re is substituted for P in equation (9).

また、受光量算出部206は、放電確率算出部202によって算出された放電確率Preが0または1の場合(ステップS105においてNO)、ステップS101に戻る。こうして、放電確率Preが0より大きくかつ1未満になるまで、ステップS101~S105の処理が繰り返され、受光量Qreを算出できた時点で終了となる。放電確率算出部202は、0より大きくかつ1未満となった放電確率Preの値を感度パラメータ記憶部19に格納する。 Furthermore, if the discharge probability P re calculated by the discharge probability calculation unit 202 is 0 or 1 (NO in step S105), the received light amount calculation unit 206 returns to step S101. In this manner, the processes of steps S101 to S105 are repeated until the discharge probability P re is greater than 0 and less than 1, and the process ends when the received light amount Q re can be calculated. The discharge probability calculation unit 202 stores the value of the discharge probability P re that is greater than 0 and less than 1 in the sensitivity parameter storage unit 19.

次に、光検出システムの現場設置後の動作を図7を用いて説明する。光検出システムの現場設置後に、受光量比率設定部208は、受光量比率と放電確率の番号iを1に初期化する(ステップS200)。受光量比率設定部208は、図4(B)の状態の基準の受光量Q2に対して受光量が図4(A)の状態のQ1になり、Q1=r12が成立するように、レンズ機構21の焦点距離を所定の第1の値に制御する(ステップS201)。 Next, the operation of the light detection system after installation at the site will be described with reference to Fig. 7. After the light detection system is installed at the site, the light reception ratio setting unit 208 initializes the light reception ratio and the discharge probability number i to 1 (step S200). The light reception ratio setting unit 208 controls the focal length of the lens mechanism 21 to a predetermined first value (step S201) so that the amount of light reception becomes Q1 in the state of Fig. 4A compared to the reference amount of light reception Q2 in the state of Fig. 4B , and Q1 = r1Q2 is established.

放電確率算出部202は、矩形パルス生成部17に指示して駆動パルス電圧PMの印加を開始させる。放電確率算出部202からの指示に応じて、矩形パルス生成部17は、矩形パルスPSのパルス幅を所定の値Tに設定する。このパルス幅の設定により、印加電圧生成回路12は、パルス幅Tの駆動パルス電圧PMを光センサ1の1対の端子1a,1b間に印加する(ステップS202)。なお、現場設置後のパルス幅Tは、工場出荷時のパルス幅Tと異なる値でもよい。 The discharge probability calculation unit 202 instructs the rectangular pulse generation unit 17 to start applying the drive pulse voltage PM. In response to the instruction from the discharge probability calculation unit 202, the rectangular pulse generation unit 17 sets the pulse width of the rectangular pulse PS to a predetermined value T. With this pulse width setting, the applied voltage generation circuit 12 applies the drive pulse voltage PM with the pulse width T between a pair of terminals 1a, 1b of the optical sensor 1 (step S202). Note that the pulse width T after installation at the site may be a different value from the pulse width T at the time of shipment from the factory.

放電判定部201は、上記と同様に電流検出回路15からの検出電圧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ni=n1を1増やす(ステップS203)。放電回数n1と駆動パルス電圧PMの印加回数N1の初期値は共に0である。こうして、ステップS202,S203の処理が繰り返し実行される。 Similarly to the above, when the detection voltage Vpv from the current detection circuit 15 exceeds the threshold voltage Vth, the discharge determination unit 201 determines that the optical sensor 1 has discharged, and increments the number of discharges n i =n 1 by 1 (step S203). The initial values of the number of discharges n 1 and the number of applications N 1 of the drive pulse voltage PM are both 0. In this manner, the processes of steps S202 and S203 are repeatedly executed.

放電確率算出部202は、ステップS202によるパルス幅Tの駆動パルス電圧PMの印加開始時からの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N1が所定数Nthを超えたと印加数判定部204が判定したとき(ステップS204においてYES)、このときの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N1と放電判定部201によって検出された放電回数ni=n1とに基づいて、式(18)により放電確率Pi=P1を算出する(ステップS205)。
1=n1/N1 ・・・(18)
The discharge probability calculation unit 202 calculates the number of times N the drive pulse voltage PM is applied from the start of application of the drive pulse voltage PM with a pulse width T in step S202.i= N1When the application number determination unit 204 determines that the application number N of the driving pulse voltage PM at this time exceeds the predetermined number Nth (YES in step S204),i= N1and the number of discharges n detected by the discharge determination unit 201i= n1Based on this, the discharge probability Pi=P1(step S205).
P1= n1/N1 ...(18)

放電確率算出部202は、算出した放電確率P1が0または1の場合(ステップS206においてNO)、ステップS202に戻る。こうして、放電確率P1が0より大きくかつ1未満になるまで、ステップS202~S206の処理が繰り返し行われる。 If the discharge probability P1 is 0 or 1 (NO in step S206), the discharge probability calculation unit 202 returns to step S202. In this manner, the processes in steps S202 to S206 are repeated until the discharge probability P1 is greater than 0 and less than 1.

放電確率算出部202は、算出した放電確率P1が0より大きくかつ1未満の場合(ステップS206においてYES)、番号iを2増やす(ステップS207)。放電確率算出部202は、番号iが5より小さい場合(ステップS208においてYES)、ステップS201に戻る。 If the calculated discharge probability P1 is greater than 0 and less than 1 (YES in step S206), the discharge probability calculation unit 202 increments the number i by 2 (step S207). If the number i is smaller than 5 (YES in step S208), the discharge probability calculation unit 202 returns to step S201.

放電確率P1が0より大きくかつ1未満で、番号iが5より小さい場合、受光量比率設定部208は、図4(B)の状態の基準の受光量Q2に対して受光量が図4(C)の状態のQ3になり、Q3=r32が成立するように、レンズ機構21の焦点距離を所定の第2の値に制御する(ステップS201)。 When the discharge probability P1 is greater than 0 and less than 1, and the number i is smaller than 5, the light receiving amount ratio setting unit 208 controls the focal length of the lens mechanism 21 to a predetermined second value so that the amount of light received becomes Q3 in the state of FIG. 4C relative to the reference amount of light received Q2 in the state of FIG. 4B, and Q3 = r3Q2 is established (step S201).

なお、受光量Q1,Q3のうちどちらか一方は、受光量Q2と同じでもよい。すなわち、受光量比率r1,r3(r1≠r3)のうちどちらか一方は1でもよい。 Either one of the received light amounts Q1 and Q3 may be the same as the received light amount Q2 . That is, either one of the received light amount ratios r1 and r3 ( r1r3 ) may be 1.

放電確率算出部202は、矩形パルス生成部17に指示して駆動パルス電圧PMの印加を開始させる。放電確率算出部202からの指示に応じて、矩形パルス生成部17は、矩形パルスPSの出力を一旦停止した後、矩形パルスPSのパルス幅を所定の値Tに設定する。このパルス幅の設定により、印加電圧生成回路12は、パルス幅Tの駆動パルス電圧PMを光センサ1の1対の端子1a,1b間に印加する(ステップS202)。 The discharge probability calculation unit 202 instructs the rectangular pulse generation unit 17 to start applying the drive pulse voltage PM. In response to the instruction from the discharge probability calculation unit 202, the rectangular pulse generation unit 17 temporarily stops outputting the rectangular pulse PS, and then sets the pulse width of the rectangular pulse PS to a predetermined value T. By setting this pulse width, the applied voltage generation circuit 12 applies the drive pulse voltage PM with the pulse width T between the pair of terminals 1a, 1b of the optical sensor 1 (step S202).

放電判定部201は、上記と同様に電流検出回路15からの検出電圧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ni=n3を1増やす(ステップS203)。放電回数n3と駆動パルス電圧PMの印加回数N3の初期値は共に0である。こうして、ステップS202,S203の処理が繰り返し実行される。 Similarly to the above, when the detection voltage Vpv from the current detection circuit 15 exceeds the threshold voltage Vth, the discharge determination unit 201 determines that the optical sensor 1 has discharged, and increments the number of discharges n i =n 3 by 1 (step S203). The initial values of the number of discharges n 3 and the number of applications N 3 of the drive pulse voltage PM are both 0. In this manner, the processes of steps S202 and S203 are repeatedly executed.

放電確率算出部202は、ステップS202によるパルス幅Tの駆動パルス電圧PMの印加開始時からの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N3が所定数Nthを超えたと印加数判定部204が判定したとき(ステップS204においてYES)、このときの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N3と放電判定部201によって検出された放電回数ni=n3とに基づいて、式(19)により放電確率Pi=P3を算出する(ステップS205)。
3=n3/N3 ・・・(19)
The discharge probability calculation unit 202 calculates the number of times N the drive pulse voltage PM is applied from the start of application of the drive pulse voltage PM with a pulse width T in step S202.i= N3When the application number determination unit 204 determines that the application number N of the driving pulse voltage PM at this time exceeds the predetermined number Nth (YES in step S204),i= N3and the number of discharges n detected by the discharge determination unit 201i= n3Based on this, the discharge probability Pi=P3(step S205).
P3= n3/N3 ...(19)

放電確率算出部202は、算出した放電確率P3が0または1の場合(ステップS206においてNO)、ステップS202に戻る。こうして、放電確率P3が0より大きくかつ1未満になるまで、ステップS202~S206の処理が繰り返し行われる。 If the discharge probability P3 is 0 or 1 (NO in step S206), the discharge probability calculation unit 202 returns to step S202. In this manner, the processes in steps S202 to S206 are repeated until the discharge probability P3 is greater than 0 and less than 1.

放電確率算出部202は、算出した放電確率P3が0より大きくかつ1未満の場合(ステップS206においてYES)、番号iを2増やす(ステップS207)。
光子数算出部205は、番号iが5に達した場合(ステップS208においてNO)、放電確率算出部202によって算出された放電確率P1,P3と、受光量比率設定部208によって設定された受光量比率r1,r3と、感度パラメータ記憶部19に記憶されている工場出荷時の放電確率Preとに基づいて、式(16)により、工場出荷時と現場設置後の光子数の比率E/Ereを算出する(ステップS209)。
When the calculated discharge probability P 3 is greater than 0 and less than 1 (YES in step S206), the discharge probability calculation unit 202 increments the number i by 2 (step S207).
When the number i reaches 5 (NO in step S208), the photon number calculation unit 205 calculates the ratio E/Ere of the number of photons at the time of factory shipment to the number of photons after installation on site using equation (16) based on the discharge probabilities P1 , P3 calculated by the discharge probability calculation unit 202 , the light receiving amount ratios r1 , r3 set by the light receiving amount ratio setting unit 208, and the discharge probability Pre at the time of factory shipment stored in the sensitivity parameter memory unit 19 (step S209).

受光量算出部206は、光子数算出部205によって算出された光子数の比率E/Ereと、感度パラメータ記憶部19に記憶されている受光面積S2とに基づいて、式(20)により受光量Qを算出する(ステップS210)。
Q=(E/Ere)S2 ・・・(20)
The received light amount calculation unit 206 calculates the received light amount Q by equation (20) based on the photon number ratio E/E calculated by the photon number calculation unit 205 and the light receiving area S stored in the sensitivity parameter storage unit 19 (step S210).
Q=(E/ Ere ) S2 ...(20)

受光量判定部207は、受光量算出部206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(ステップS211)、受光量Qが受光量閾値Qthを超えた場合(ステップS211においてYES)、火炎有りと判定する(ステップS212)。また、受光量判定部207は、受光量Qが受光量閾値Qth以下の場合(ステップS211においてNO)、火炎無しと判定する(ステップS213)。 The light-receiving amount determination unit 207 compares the amount of light received Q calculated by the light-receiving amount calculation unit 206 with a predetermined light-receiving amount threshold Qth (step S211), and if the amount of light received Q exceeds the light-receiving amount threshold Qth (YES in step S211), it determines that there is a flame (step S212). If the amount of light received Q is equal to or less than the light-receiving amount threshold Qth (NO in step S211), the light-receiving amount determination unit 207 determines that there is no flame (step S213).

以上のように、本実施例では、光センサ1の光子数の比率E/Ereを算出することができる。本実施例では、光子数の比率E/Ereを算出することで別固体の光センサと放電の程度を比較することができる。 As described above, in this embodiment, it is possible to calculate the ratio E/ Ere of the number of photons of the optical sensor 1. In this embodiment, by calculating the ratio E/ Ere of the number of photons, it is possible to compare the degree of discharge with that of another solid-state optical sensor.

[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。本実施例では、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)も考慮した例について説明する。本実施例においても、光検出システムの構成は第1の実施例と同様であるので、図2の符号を用いて説明する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an example will be described in which irregular discharge phenomena (pseudo discharges) caused by noise components other than discharges caused by the photoelectric effect are also taken into consideration. In this embodiment, the configuration of the light detection system is the same as in the first embodiment, so the symbols in FIG. 2 will be used for the description.

[ノイズを考慮した光検出システムの動作]
光センサ1の放電と時間との関係としては、下記の2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(9))。
(b)駆動パルス電圧PMの立ち上がり若しくは立ち下がり時に現れる放電。
[Operation of the optical detection system taking noise into account]
The relationship between the discharge of the optical sensor 1 and time can be considered to be one of the following two cases.
(a) Discharge that occurs with a uniform probability during application of the driving pulse voltage PM (Equation (9)).
(b) Discharge occurring at the rising or falling edge of the driving pulse voltage PM.

次に、光センサ1の放電と受光量との関係は、下記の2とおりが考えられる。
(A)受光量と式(9)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。
Next, the relationship between the discharge of the optical sensor 1 and the amount of received light can be considered in the following two cases.
(A) Discharge that appears according to the relationship between the amount of received light and equation (9).
(B) Discharge that appears regardless of the amount of light received.

Figure 0007643956000014
Figure 0007643956000014

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。 As shown in the matrix of Table 1, the noise discharge of the optical sensor 1 can be categorized into combinations of (a), (b) and (A), (B). In the present invention, it is considered that the combination of (a) and (A) (aA), the combination of (a) and (B) (aB), the combination of (b) and (A) (bA), and the combination of (b) and (B) (bB) are most likely to be reliably observed.

aAの組み合わせの放電は、「感度」と呼ばれる正常な放電(式(9)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駆動パルス電圧の立ち上がり若しくは立ち下がり時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。bBの組み合わせの放電は、突入電流や残存イオンにより駆動パルス電圧の立ち上がり若しくは立ち下がり時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。 The discharge in combination aA is a normal discharge called "sensitivity" (already incorporated into equation (9)). The discharge in combination aB is a discharge that is unrelated to the amount of ultraviolet light triggered by thermoelectrons, etc. The discharge in combination bA is a discharge that occurs in a limited manner due to inrush current or residual ions when the drive pulse voltage rises or falls, and is dependent on the amount of light. The discharge in combination bB is a discharge that occurs in a limited manner due to inrush current or residual ions when the drive pulse voltage rises or falls, and is independent of the amount of light.

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。 Note that the types listed in Table 1 do not cover all UV (ultraviolet) failure modes. For example, there are failure modes not included in Table 1, such as discharge not being cut off or different sensitivity wavelengths.

以上のaAの放電と3種のaB,bA,bBのノイズ放電とは、式(21)の形で表すことができる。 The above aA discharge and the three types of aB, bA, and bB noise discharges can be expressed in the form of equation (21).

Figure 0007643956000015
Figure 0007643956000015

式(21)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。 In equation (21), P aB is the discharge probability of aB at the amount of received light Q and pulse width T, P bA is the discharge probability of bA at the amount of received light Q and pulse width T, and P bB is the discharge probability of bB at the amount of received light Q and pulse width T.

[焦点距離の異なるレンズを用いたときの光子数の算出方法]
式(21)において、放電確率PaB,PbBが既知であるとする。図4(A)~図4(C)に示したようにレンズ機構21の焦点距離を変えたときに、焦点距離が異なる3つの状態の放電確率をPi(i=1~3)、受光量をQiとする。ここで、Q1=r12,Q3=r32(r1≠r3)となることとし、比率r1,r3が既知で、図4(B)の状態のときに光センサ1の電極に到達する、電極単位面積当たりの光子の数Eが未知であるとする。
[Method of calculating the number of photons when using lenses with different focal lengths]
In equation (21), it is assumed that the discharge probabilities P aB and P bB are known. When the focal length of the lens mechanism 21 is changed as shown in Figures 4(A) to 4(C), the discharge probability in three different focal length states is Pi (i = 1 to 3 ) , and the amount of received light is Qi . Here, it is assumed that Q1 = r1Q2 , Q3 = r3Q2 ( r1r3 ) , the ratios r1 and r3 are known, and the number E of photons per unit electrode area that reach the electrode of the optical sensor 1 in the state of Figure 4(B) is unknown.

光検出システムの現場設置後に図4(A)の状態で測定したときの放電確率P1、受光量Q1を式(21)に代入したものを式(22)とし、図4(C)の状態で測定したときの放電確率P3、受光量Q3を式(21)に代入したものを式(23)とする。 Equation (22) is obtained by substituting the discharge probability P1 and the amount of light received Q1 when measured in the state of Figure 4(A) after the optical detection system is installed at the site into equation (21), and equation (23) is obtained by substituting the discharge probability P3 and the amount of light received Q3 when measured in the state of Figure 4(C) into equation (21).

Figure 0007643956000016
Figure 0007643956000016

式(22)を(23)で除すると式(24)を得る。 Dividing equation (22) by (23) gives equation (24).

Figure 0007643956000017
Figure 0007643956000017

また、光検出システムの工場出荷時に、レンズ機構21の焦点距離を任意の値に設定して放電確率がPreであったときの受光量Qreについて算出しているとし、放電確率Pre、受光量Qreが既知であるとする。放電確率がPre、受光量がQreのときの式(21)について、放電確率PaB,PbBが既知であるため、変形して式(25)を得る。 Furthermore, assume that when the light detection system is shipped from the factory, the focal length of the lens mechanism 21 is set to an arbitrary value, the amount of received light Qre when the discharge probability is P re is calculated, and the discharge probability P re and the amount of received light Q re are known. Since the discharge probabilities P aB and P bB are known, equation (21) when the discharge probability is P re and the amount of received light is Q re can be modified to obtain equation (25).

Figure 0007643956000018
Figure 0007643956000018

式(25)に式(24)を代入して変形すると式(26)となる。 Substituting equation (24) into equation (25) and transforming it gives equation (26).

Figure 0007643956000019
Figure 0007643956000019

1=r12,Q3=r22を式(26)に代入すると式(27)となる。 Substituting Q 1 =r 1 Q 2 and Q 3 =r 2 Q 2 into equation (26), we obtain equation (27).

Figure 0007643956000020
Figure 0007643956000020

2=(ESl)/(E0l),Qre=(Erel)/(E0l)を式(27)に代入すると、式(28)のようにE/Ereを求めることができる。 By substituting Q 2 =(ES l )/(E 0 S l ) and Q re =(E re S l )/(E 0 S l ) into equation (27), E/E re can be obtained as shown in equation (28).

Figure 0007643956000021
Figure 0007643956000021

したがって、光検出システムの現場への設置後の既知の値P1,P3,r1,r3および工場出荷時の既知の値PaB,PbB,T0,Pre,Qreによって工場出荷時と現場設置後の光子数の比率E/Ereを算出することが可能となる。 Therefore, it is possible to calculate the ratio E/Ere of the number of photons at the time of factory shipment to the number of photons after installation at the site using the known values P1 , P3 , r1 , and r3 after the optical detection system has been installed at the site and the known values PaB , PbB , T0 , Pre , and Qre at the time of shipment from the factory.

以下、本実施例の光検出システムの動作について更に詳細に説明する。本実施例においても、光検出システムの工場出荷時の動作の流れは第1の実施例と同様であるので、図5を用いて工場出荷時の動作について説明する。
例えば工場出荷時の検査段階で、第1の実施例と同様にレンズ機構21の焦点距離を手動または受光量比率設定部208による制御によって任意の値に設定する(ステップS100)。
The operation of the photodetection system of this embodiment will be described in more detail below. In this embodiment, the flow of the operation of the photodetection system at the time of shipment from the factory is similar to that of the first embodiment, so the operation at the time of shipment from the factory will be described with reference to FIG.
For example, at the inspection stage before shipping from the factory, the focal length of the lens mechanism 21 is set to an arbitrary value manually or under the control of the light receiving amount ratio setting unit 208, as in the first embodiment (step S100).

印加電圧生成回路12は、パルス幅Tの駆動パルス電圧PMを光センサ1の1対の端子1a,1b間に印加する(ステップS101)。
放電判定部201は、電流検出回路15からの検出電圧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(ステップS102)。
The applied voltage generating circuit 12 applies a driving pulse voltage PM having a pulse width T between a pair of terminals 1a and 1b of the optical sensor 1 (step S101).
The discharge determination unit 201 determines that the optical sensor 1 has discharged when the detected voltage Vpv from the current detection circuit 15 exceeds the threshold voltage Vth, and increments the number of discharges n by 1 (step S102).

放電確率算出部202は、ステップS101によるパルス幅Tの駆動パルス電圧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を超えたとき(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(17)により放電確率Preを算出する(ステップS104)。 When the number of times N of applications of the drive pulse voltage PM from the start of application of the drive pulse voltage PM with a pulse width T in step S101 exceeds a predetermined number Nth (YES in step S103), the discharge probability calculation unit 202 calculates the discharge probability P re using equation (17) based on the number of times N of applications of the drive pulse voltage PM at this time and the number of discharges n detected by the discharge determination unit 201 (step S104).

受光量算出部206は、放電確率算出部202によって算出された放電確率Preが0より大きくかつ1未満の場合(ステップS105においてYES)、放電確率Preと、放電確率Pre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とに基づいて、式(9)により受光量Q=Qreを算出する(ステップS106)。 If the discharge probability P re calculated by the discharge probability calculation unit 202 is greater than 0 and less than 1 (YES in step S105), the received light amount calculation unit 206 calculates the received light amount Q = Q re using equation (9) based on the discharge probability P re , the pulse width T of the driving pulse voltage PM when the discharge probability P re was calculated, and the parameters Q 0 , T 0 , and P aA stored in the sensitivity parameter memory unit 19 (step S106).

放電確率Preが0または1の場合には、放電確率Preが0より大きくかつ1未満になるまで、ステップS101~S105の処理が繰り返され、受光量Qreを算出できた時点で終了となる。放電確率算出部202は、0より大きくかつ1未満となった放電確率Preの値を感度パラメータ記憶部19に格納する。 When the discharge probability P re is 0 or 1, the processes of steps S101 to S105 are repeated until the discharge probability P re becomes greater than 0 and less than 1, and the process ends when the amount of received light Q re is calculated. The discharge probability calculation unit 202 stores the value of the discharge probability P re that is greater than 0 and less than 1 in the sensitivity parameter storage unit 19.

次に、光検出システムの現場設置後の動作を図7を用いて説明する。光検出システムの現場設置後に、受光量比率設定部208は、番号iを1に初期化する(ステップS200)。受光量比率設定部208は、図4(B)の状態の基準の受光量Q2に対して受光量が図4(A)の状態のQ1になり、Q1=r12が成立するように、レンズ機構21の焦点距離を所定の第1の値に制御する(ステップS201)。 Next, the operation of the light detection system after installation at the site will be described with reference to Fig. 7. After the light detection system is installed at the site, the light reception amount ratio setting unit 208 initializes the number i to 1 (step S200). The light reception amount ratio setting unit 208 controls the focal length of the lens mechanism 21 to a predetermined first value (step S201) so that the amount of light reception becomes Q1 in the state of Fig. 4A compared to the reference amount of light reception Q2 in the state of Fig. 4B, and Q1 = r1Q2 is established.

印加電圧生成回路12は、パルス幅Tの駆動パルス電圧PMを光センサ1の1対の端子1a,1b間に印加する(ステップS202)。
放電判定部201は、電流検出回路15からの検出電圧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ni=n1を1増やす(ステップS203)。
The applied voltage generating circuit 12 applies the drive pulse voltage PM having a pulse width T between the pair of terminals 1a, 1b of the optical sensor 1 (step S202).
The discharge determination unit 201 determines that the optical sensor 1 has discharged when the detected voltage Vpv from the current detection circuit 15 exceeds the threshold voltage Vth, and increments the number of discharges n i =n 1 by 1 (step S203).

放電確率算出部202は、ステップS202によるパルス幅Tの駆動パルス電圧PMの印加開始時からの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N1が所定数Nthを超えたとき(ステップS204においてYES)、このときの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N1と放電判定部201によって検出された放電回数ni=n1とに基づいて、式(18)により放電確率Pi=P1を算出する(ステップS205)。放電確率算出部202は、算出した放電確率P1が0より大きくかつ1未満の場合(ステップS206においてYES)、番号iを2増やす(ステップS207)。 When the number of applications N i =N 1 of the driving pulse voltage PM from the start of application of the driving pulse voltage PM with the pulse width T in step S202 exceeds a predetermined number Nth (YES in step S204), the discharge probability calculation unit 202 calculates the discharge probability P i =P 1 by equation (18) based on the number of applications N i = N 1 of the driving pulse voltage PM at this time and the number of discharges n i =n 1 detected by the discharge determination unit 201 (step S205). When the calculated discharge probability P 1 is greater than 0 and less than 1 (YES in step S206), the discharge probability calculation unit 202 increments the number i by 2 (step S207).

放電確率P1が0より大きくかつ1未満で、番号iが5より小さい場合、第1の実施例と同様に受光量比率設定部208は、図4(B)の状態の基準の受光量Q2に対して受光量が図4(C)の状態のQ3になり、Q3=r32が成立するように、レンズ機構21の焦点距離を所定の第2の値に制御する(ステップS201)。 When the discharge probability P1 is greater than 0 and less than 1, and the number i is smaller than 5, similarly to the first embodiment, the light receiving amount ratio setting unit 208 controls the focal length of the lens mechanism 21 to a predetermined second value so that the amount of light received becomes Q3 in the state of FIG. 4C relative to the reference amount of light received Q2 in the state of FIG. 4B, and Q3 = r3Q2 is established (step S201).

印加電圧生成回路12は、パルス幅Tの駆動パルス電圧PMを光センサ1の1対の端子1a,1b間に印加する(ステップS202)。
放電判定部201は、電流検出回路15からの検出電圧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ni=n3を1増やす(ステップS203)。
The applied voltage generating circuit 12 applies the drive pulse voltage PM having a pulse width T between the pair of terminals 1a, 1b of the optical sensor 1 (step S202).
The discharge determination unit 201 determines that the optical sensor 1 has discharged when the detected voltage Vpv from the current detection circuit 15 exceeds the threshold voltage Vth, and increments the number of discharges n i =n 3 by 1 (step S203).

放電確率算出部202は、ステップS202によるパルス幅Tの駆動パルス電圧PMの印加開始時からの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N3が所定数Nthを超えたとき(ステップS204においてYES)、このときの駆動パルス電圧PMの印加回数Ni=N3と放電判定部201によって検出された放電回数ni=n3とに基づいて、式(19)により放電確率Pi=P3を算出する(ステップS205)。放電確率算出部202は、算出した放電確率P3が0より大きくかつ1未満の場合(ステップS206においてYES)、番号iを2増やす(ステップS207)。 When the number of applications N i =N 3 of the driving pulse voltage PM from the start of application of the driving pulse voltage PM with the pulse width T in step S202 exceeds a predetermined number Nth (YES in step S204), the discharge probability calculation unit 202 calculates the discharge probability P i =P 3 by equation (19) based on the number of applications N i = N 3 of the driving pulse voltage PM at this time and the number of discharges n i =n 3 detected by the discharge determination unit 201 (step S205). When the calculated discharge probability P 3 is greater than 0 and less than 1 (YES in step S206), the discharge probability calculation unit 202 increments the number i by 2 (step S207).

本実施例の感度パラメータ記憶部19には、工場出荷時の放電確率Pre、受光面積Sreに加えて、光センサ1の既知の感度パラメータとして、光センサ1の受光量Q0と、駆動パルス電圧PMの基準パルス幅T0と、受光面積S2と、非正規の放電の放電確率PaB,PbBとが予め記憶されている。 In the sensitivity parameter memory unit 19 of this embodiment, in addition to the discharge probability P re and light-receiving area S re at the time of shipment from the factory, the amount of light received by the light sensor 1 Q 0 , the reference pulse width T 0 of the driving pulse voltage PM, the light-receiving area S 2 , and the discharge probabilities P aB and P bB of irregular discharges are pre-stored as known sensitivity parameters of the light sensor 1.

放電確率PaBは、上記のとおり駆動パルス電圧PMのパルス幅に依存して発生しかつ光センサ1の受光量に依存せずに発生する、光センサ1の光電効果による放電以外のノイズ成分による放電の確率である。放電確率PbBは、上記のとおり駆動パルス電圧PMのパルス幅と光センサ1の受光量とに依存せずに発生する、光センサ1の光電効果による放電以外のノイズ成分による放電の確率である。 The discharge probability P aB is the probability of discharge due to noise components other than discharge due to the photoelectric effect of the optical sensor 1, which occurs depending on the pulse width of the drive pulse voltage PM and independent of the amount of light received by the optical sensor 1 as described above. The discharge probability P bB is the probability of discharge due to noise components other than discharge due to the photoelectric effect of the optical sensor 1, which occurs independent of the pulse width of the drive pulse voltage PM and the amount of light received by the optical sensor 1 as described above.

本実施例の光子数算出部205は、番号iが5に達した場合(ステップS208においてNO)、放電確率算出部202によって算出された放電確率P1,P3と、受光量比率設定部208によって設定された受光量比率r1,r3と、放電確率P1,P3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に記憶されている工場出荷時の放電確率Preと基準パルス幅T0と非正規の放電の放電確率PaB,PbBとに基づいて、式(28)により、工場出荷時と現場設置後の光子数の比率E/Ereを算出する(ステップS209)。 When the number i reaches 5 (NO in step S208), the photon number calculation unit 205 in this embodiment calculates the ratio E/ Ere of the number of photons at the time of factory shipment to the number of photons after installation on the field using equation (28) based on the discharge probabilities P1 , P3 calculated by the discharge probability calculation unit 202, the light receiving amount ratios r1 , r3 set by the light receiving amount ratio setting unit 208, the pulse width T of the driving pulse voltage PM when the discharge probabilities P1, P3 were determined, and the discharge probability Pre at the time of factory shipment, the reference pulse width T0, and the discharge probabilities P aB , P bB of irregular discharges stored in the sensitivity parameter memory unit 19 (step S209).

受光量算出部206は、光子数算出部205によって算出された光子数の比率E/Ereと、感度パラメータ記憶部19に記憶されている受光面積S2とに基づいて、式(20)により受光量Qを算出する(ステップS210)。 The received light amount calculation unit 206 calculates the received light amount Q by equation (20) based on the photon number ratio E/E calculated by the photon number calculation unit 205 and the light receiving area S stored in the sensitivity parameter storage unit 19 (step S210).

受光量判定部207は、受光量算出部206によって算出された受光量Qと受光量閾値Qthとを比較し(ステップS211)、受光量Qが受光量閾値Qthを超えた場合(ステップS211においてYES)、火炎有りと判定する(ステップS212)。また、受光量判定部207は、受光量Qが受光量閾値Qth以下の場合(ステップS211においてNO)、火炎無しと判定する(ステップS213)。 The light receiving amount determination unit 207 compares the light receiving amount Q calculated by the light receiving amount calculation unit 206 with the light receiving amount threshold Qth (step S211), and if the light receiving amount Q exceeds the light receiving amount threshold Qth (YES in step S211), it determines that there is a flame (step S212). Also, if the light receiving amount Q is equal to or less than the light receiving amount threshold Qth (NO in step S211), the light receiving amount determination unit 207 determines that there is no flame (step S213).

こうして、本実施例では、第1の実施例と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、光センサ1の正規の放電以外のノイズ成分を除外した光子数の比率E/Ereを算出することができる。 In this way, in this embodiment, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment. Also, in this embodiment, it is possible to calculate the ratio E/ E of the number of photons excluding noise components other than the normal discharge of the optical sensor 1.

第1、第2の実施例では、光源100が火炎の場合を例に挙げて説明しているが、本発明の光検出システムは火炎以外の光源100にも適用可能である。 In the first and second embodiments, the light source 100 is a flame, but the light detection system of the present invention can also be applied to light sources 100 other than a flame.

第1、第2の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)と記憶装置と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。 The sensitivity parameter storage unit 19 and central processing unit 20 described in the first and second embodiments can be realized by a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program that controls these hardware resources.

このコンピュータの構成例を図8に示す。コンピュータは、CPU300と、記憶装置301と、インタフェース装置(I/F)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、本発明の光子数算出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第1、第2の実施例で説明した処理を実行する。 An example of the configuration of this computer is shown in FIG. 8. The computer comprises a CPU 300, a storage device 301, and an interface device (I/F) 302. The applied voltage generating circuit 12, the rectangular pulse generating unit 17, the A/D conversion unit 18, and the like are connected to the I/F 302. In such a computer, a program for implementing the photon number calculation method of the present invention is stored in the storage device 301. The CPU 300 executes the processing described in the first and second embodiments according to the program stored in the storage device 301.

本発明は、火炎検出システムに適用することができる。また、本発明は、火炎以外の光の検出に対しても適用できる。 The present invention can be applied to flame detection systems. The present invention can also be applied to the detection of light other than flames.

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…レンズ機構、201…放電判定部、202…放電確率算出部、203…パルス印加数積算部、204…印加数判定部、205…光子数算出部、206…受光量算出部、207…受光量判定部、208…受光量比率設定部。 1...optical sensor, 2...external power supply, 3...arithmetic unit, 11...power supply circuit, 12...applied voltage generation circuit, 13...trigger circuit, 14...voltage dividing resistor, 15...current detection circuit, 16...processing circuit, 17...rectangular pulse generation unit, 18...A/D conversion unit, 19...sensitivity parameter storage unit, 20...central processing unit, 21...lens mechanism, 201...discharge determination unit, 202...discharge probability calculation unit, 203...pulse application number accumulation unit, 204...application number determination unit, 205...photon number calculation unit, 206...received light amount calculation unit, 207...received light amount determination unit, 208...received light amount ratio setting unit.

Claims (11)

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、
前記光源と前記光センサとの間に設けられ、焦点距離を調整可能なように構成されたレンズ機構と、
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、
前記レンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第1の状態と、前記焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、光検出システムの工場出荷時の放電確率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、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、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出するように構成された光子数算出部とを備えることを特徴とする光検出システム。
a light sensor configured to detect light emitted from the light source;
a lens mechanism provided between the light source and the optical sensor and configured to adjust a focal length;
an applied voltage generating unit configured to periodically apply a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor;
a current detection unit configured to detect a discharge current of the optical sensor;
a discharge determination unit configured to detect a discharge of the optical sensor based on the discharge current detected by the current detection unit;
a discharge probability calculation unit configured to calculate a discharge probability for each of a first state in which a focal length of the lens mechanism is a predetermined first value and a second state in which the focal length is a predetermined second value different from the first value, based on the number of applications of the drive pulse voltage by the applied voltage generation unit and the number of discharges detected by the discharge determination unit during the application of the drive pulse voltage;
A storage unit configured to store a discharge probability of the light detection system at the time of shipment from the factory as a known sensitivity parameter of the light sensor in advance;
and a photon number calculation unit configured to calculate a ratio of the number of photons reaching the light receiving surface of the optical sensor when the optical detection system is shipped from a factory and after installation on site, based on the sensitivity parameters stored in the memory unit, the discharge probability calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states, a predetermined first ratio between a reference amount of received light of the optical sensor and the amount of received light in the first state, and a predetermined second ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state.
請求項1記載の光検出システムにおいて、
前記光子数算出部は、光検出システムの工場出荷時と現場設置後の前記光子の数の比率をE/Ere、前記第1、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P1,P3、前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率をr1、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率をr3、前記記憶部に記憶されている工場出荷時の放電確率をPreとしたとき、
Figure 0007643956000022
により、前記光子の数の比率E/Ereを算出することを特徴とする光検出システム。
2. The optical detection system of claim 1,
The photon number calculation unit calculates, when the ratio of the number of photons at the time of shipment from the factory to the number of photons after installation at the site is E/E re , the discharge probabilities calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states are P 1 and P 3 , a predetermined first ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the first state is r 1 , a predetermined second ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state is r 3 , and the discharge probability at the time of shipment from the factory stored in the memory unit is P re ,
Figure 0007643956000022
The photon number ratio E/ E is calculated by the above method.
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、
前記光源と前記光センサとの間に設けられ、焦点距離を調整可能なように構成されたレンズ機構と、
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、
前記レンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第1の状態と、前記焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、光検出システムの工場出荷時の放電確率と、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に依存して発生しかつ前記光センサの受光量に依存せずに発生する、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第1種の非正規の放電の放電確率と、前記駆動パルス電圧のパルス幅と前記光センサの受光量とに依存せずに発生する、前記ノイズ成分による第2種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、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、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率と、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とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出するように構成された光子数算出部とを備えることを特徴とする光検出システム。
a light sensor configured to detect light emitted from the light source;
a lens mechanism provided between the light source and the optical sensor and configured to adjust a focal length;
an applied voltage generating unit configured to periodically apply a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor;
a current detection unit configured to detect a discharge current of the optical sensor;
a discharge determination unit configured to detect a discharge of the optical sensor based on the discharge current detected by the current detection unit;
a discharge probability calculation unit configured to calculate a discharge probability for each of a first state in which a focal length of the lens mechanism is a predetermined first value and a second state in which the focal length is a predetermined second value different from the first value, based on the number of applications of the drive pulse voltage by the applied voltage generation unit and the number of discharges detected by the discharge determination unit during the application of the drive pulse voltage;
a storage unit configured to store in advance, as known sensitivity parameters of the optical sensor, a discharge probability at the time of shipment from a factory of the optical detection system, a reference pulse width of the drive pulse voltage, a discharge probability of a first type of irregular discharge caused by a noise component other than a discharge caused by a photoelectric effect of the optical sensor, which occurs depending on the pulse width of the drive pulse voltage and occurs independently of the amount of light received by the optical sensor, and a discharge probability of a second type of irregular discharge caused by the noise component, which occurs independently of the pulse width of the drive pulse voltage and the amount of light received by the optical sensor;
and a photon number calculation unit configured to calculate a ratio of the number of photons reaching a light receiving surface of the optical sensor when the optical detection system is shipped from a factory and after installation on site, based on the sensitivity parameters stored in the memory unit, the discharge probability calculated by the discharge probability calculation unit when the optical sensor is in the first and second states, a predetermined first ratio between a reference amount of received light of the optical sensor and the amount of received light when the optical sensor is in the first state, a predetermined second ratio between the reference amount of received light and the amount of received light when the optical sensor is in the second state, and a pulse width of the drive pulse voltage when the optical detection system is in the first and second states.
請求項3記載の光検出システムにおいて、
前記光子数算出部は、光検出システムの工場出荷時と現場設置後の前記光子の数の比率をE/Ere、前記第1、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P1,P3、前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率をr1、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率をr3、前記記憶部に記憶されている工場出荷時の放電確率をPre、前記駆動パルス電圧の基準パルス幅をT0、前記第1種の非正規の放電の放電確率をPaB、前記第2種の非正規の放電の放電確率をPbB、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、
Figure 0007643956000023
により、前記光子の数の比率E/Ereを算出することを特徴とする光検出システム。
4. The optical detection system of claim 3,
the photon number calculation unit determines the ratio of the number of photons at the time of shipment from the factory to the number of photons after installation at the site as E/E re , the discharge probabilities calculated by the discharge probability calculation unit in the first and second states as P 1 and P 3 , a predetermined first ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the first state as r 1 , a predetermined second ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state as r 3 , a discharge probability at the time of shipment from the factory stored in the memory unit as P re , a reference pulse width of the drive pulse voltage as T 0 , a discharge probability of the first type of irregular discharge as P aB , a discharge probability of the second type of irregular discharge as P bB , and a pulse width of the drive pulse voltage in the first and second states as T,
Figure 0007643956000023
The photon number ratio E/ E is calculated by the above method.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光検出システムにおいて、
前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との比率が前記第1の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第1の値に制御して、光検出システムを前記第1の状態とし、さらに前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との比率が前記第2の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第2の値に制御して、光検出システムを前記第2の状態とするように構成された受光量比率設定部をさらに備えることを特徴とする光検出システム。
5. The optical detection system according to claim 1,
a light receiving amount ratio setting unit configured to control a focal length of the lens mechanism to the first value so that a ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the first state becomes the first ratio, thereby putting the light detection system in the first state, and to control a focal length of the lens mechanism to the second value so that a ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state becomes the second ratio, thereby putting the light detection system in the second state.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光検出システムにおいて、
前記放電確率算出部は、光検出システムの現場設置前の工場出荷時に、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して、算出した放電確率を前記記憶部に格納することを特徴とする光検出システム。
6. The optical detection system according to claim 1 ,
the discharge probability calculation unit calculates a discharge probability based on the number of times the drive pulse voltage is applied by the applied voltage generation unit and the number of discharges detected by the discharge determination unit during the application of the drive pulse voltage, at the time of shipment from the factory prior to installation at the site of the optical detection system, and stores the calculated discharge probability in the memory unit.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光検出システムにおいて、
前記光子数算出部によって算出された光子の数の比率に基づいて、光検出システムの現場設置後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をさらに備えることを特徴とする光検出システム。
7. The optical detection system according to claim 1,
The optical detection system further comprises a light receiving amount calculation unit configured to calculate an amount of light received by the optical sensor after the optical detection system is installed at a site, based on the ratio of the number of photons calculated by the photon number calculation unit.
光源と光センサとの間に設けられたレンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第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、
前記レンズ機構の焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、
前記光センサの既知の感度パラメータとして、光検出システムの工場出荷時の放電確率を予め記憶する記憶部を参照し、この記憶部に記憶されている感度パラメータと、前記第1、第2の状態のときに前記第4、第8のステップで算出した放電確率と、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出する第9のステップとを含むことを特徴とする光子数算出方法。
a first step of periodically applying a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of a lens mechanism provided between a light source and the optical sensor is a first predetermined value;
a second step of detecting a discharge current of the optical sensor in the first state;
a third step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current in the first state;
a fourth step of calculating a discharge probability in the first state based on the number of times the driving pulse voltage is applied in the first step and the number of times the discharge is detected in the third step during application of the driving pulse voltage;
a fifth step of periodically applying a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of the lens mechanism is in a second state where the focal length is a second predetermined value different from the first value;
a sixth step of detecting a discharge current of the optical sensor in the second state;
a seventh step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current in the second state;
an eighth step of calculating a discharge probability in the second state based on the number of times the driving pulse voltage is applied in the fifth step and the number of times the discharge is detected in the seventh step during the application of the driving pulse voltage;
a ninth step of referring to a memory unit that pre-stores a discharge probability of the optical detection system at the time of shipment from a factory as a known sensitivity parameter of the optical sensor, and calculating a ratio of the number of photons reaching the light receiving surface of the optical sensor between the time of shipment from a factory and after installation on site, based on the sensitivity parameter stored in the memory unit, the discharge probability calculated in the fourth and eighth steps when the optical sensor is in the first and second states, a predetermined first ratio between a reference amount of received light of the optical sensor and the amount of received light in the first state, and a predetermined second ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state.
光源と光センサとの間に設けられたレンズ機構の焦点距離が所定の第1の値である第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、
前記レンズ機構の焦点距離が前記第1の値と異なる所定の第2の値である第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、
前記光センサの既知の感度パラメータとして、光検出システムの工場出荷時の放電確率と、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に依存して発生しかつ前記光センサの受光量に依存せずに発生する、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第1種の非正規の放電の放電確率と、前記駆動パルス電圧のパルス幅と前記光センサの受光量とに依存せずに発生する、前記ノイズ成分による第2種の非正規の放電の放電確率とを予め記憶する記憶部を参照し、この記憶部に記憶されている感度パラメータと、前記第1、第2の状態のときに前記第4、第8のステップで算出した放電確率と、前記光センサの基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との所定の第1の比率と、前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との所定の第2の比率と、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とに基づいて、光検出システムの工場出荷時と現場設置後において前記光センサの受光面に到達する光子の数の比率を算出する第9のステップとを含むことを特徴とする光子数算出方法。
a first step of periodically applying a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of a lens mechanism provided between a light source and the optical sensor is a first predetermined value;
a second step of detecting a discharge current of the optical sensor in the first state;
a third step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current in the first state;
a fourth step of calculating a discharge probability in the first state based on the number of times the driving pulse voltage is applied in the first step and the number of times the discharge is detected in the third step during application of the driving pulse voltage;
a fifth step of periodically applying a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor when the focal length of the lens mechanism is in a second state where the focal length is a second predetermined value different from the first value;
a sixth step of detecting a discharge current of the optical sensor in the second state;
a seventh step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current in the second state;
an eighth step of calculating a discharge probability in the second state based on the number of times the driving pulse voltage is applied in the fifth step and the number of times the discharge is detected in the seventh step during the application of the driving pulse voltage;
A storage unit is referred to which stores in advance, as known sensitivity parameters of the optical sensor, a discharge probability at the time of shipment from the photodetection system, a reference pulse width of the drive pulse voltage, a discharge probability of a first type of irregular discharge caused by a noise component other than a discharge caused by a photoelectric effect of the optical sensor, which occurs depending on the pulse width of the drive pulse voltage and does not depend on the amount of light received by the optical sensor, and a discharge probability of a second type of irregular discharge caused by the noise component, which occurs independent of the pulse width of the drive pulse voltage and the amount of light received by the optical sensor, and the discharge probability stored in the storage unit is and a ninth step of calculating a ratio of the number of photons reaching the light receiving surface of the optical sensor when the optical detection system is shipped from a factory to after installation on site, based on the sensitivity parameters calculated in the fourth and eighth steps when the optical sensor is in the first and second states, a predetermined first ratio between a reference amount of received light of the optical sensor and the amount of received light in the first state, a predetermined second ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state, and a pulse width of the drive pulse voltage when the optical detection system is in the first and second states.
請求項8または9記載の光子数算出方法において、
前記基準の受光量と前記第1の状態のときの受光量との比率が前記第1の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第1の値に制御して、光検出システムを前記第1の状態とする第10のステップと、
前記基準の受光量と前記第2の状態のときの受光量との比率が前記第2の比率となるように前記レンズ機構の焦点距離を前記第2の値に制御して、光検出システムを前記第2の状態とする第11のステップとをさらに含むことを特徴とする光子数算出方法。
10. The photon number calculation method according to claim 8,
a tenth step of controlling a focal length of the lens mechanism to the first value so that a ratio between the reference amount of received light and an amount of received light in the first state becomes the first ratio, thereby putting the light detection system in the first state;
and an eleventh step of controlling a focal length of the lens mechanism to the second value so that a ratio between the reference amount of received light and the amount of received light in the second state becomes the second ratio, thereby putting the light detection system in the second state.
請求項8乃至10のいずれか1項に記載の光子数算出方法において、
光検出システムの現場設置前の工場出荷時に、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12のステップと、
前記光センサの放電電流を検出する第13のステップと、
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14のステップと、
前記第12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14のステップで検出した放電の回数とに基づいて放電確率を算出して、算出した放電確率を前記記憶部に格納する第15のステップとをさらに含むことを特徴とする光子数算出方法。
The photon number calculation method according to any one of claims 8 to 10,
A twelfth step of periodically applying a driving pulse voltage to an electrode of the optical sensor at the time of shipment from a factory before installation on site of the optical detection system;
a thirteenth step of detecting a discharge current of the optical sensor;
a fourteenth step of detecting a discharge of the optical sensor based on the discharge current;
a fifteenth step of calculating a discharge probability based on the number of applications of the drive pulse voltage in the twelfth step and the number of discharges detected in the fourteenth step during the application of the drive pulse voltage, and storing the calculated discharge probability in the memory unit.
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