專利名稱：雙波段紅外火焰探測器及其探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙波段紅外火焰探測器及其探測方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，大空間建筑及地下建筑的數(shù)量不斷增加，如大型公共娛樂場所、大型倉庫、大型集貿(mào)市場、飛機(jī)庫、車庫、油庫、候車大廳和侯機(jī)大廳、地下隧道、地鐵站道、地下大型停車場和地下商業(yè)街等。由于此類建筑內(nèi)部往往舉架高、跨度大，火災(zāi)初期煙擴(kuò)散受建筑內(nèi)部安裝的空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)等影響較大，有的場所人員密集，易燃品多，火災(zāi)隱患多，而且此類建筑火災(zāi)蔓延迅速，生成煙氣毒性大，人員疏散避難及增援撲救困難，一旦發(fā)生火災(zāi)往往造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響，因此，地下及大空間建筑已成為消防保衛(wèi)的重點(diǎn)對象之一。
由于上述地下及大空間建筑的特殊性，普通的典型感煙、感溫火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)無法迅速采集火災(zāi)發(fā)出的煙溫變化信息，因而難以滿足早期探測并預(yù)報(bào)此類建筑火災(zāi)的要求。國際上早期使用普通式紫外、單波段紅外火焰探測器作為保護(hù)大空間建筑的手段，但由于其受技術(shù)水平及工藝水平的限制，在實(shí)際應(yīng)用中對環(huán)境干擾的抑制能力較差，容易產(chǎn)生誤報(bào)警。雙波段紅外火焰探測器是在與現(xiàn)場背景光進(jìn)行對比的條件下實(shí)現(xiàn)火焰探測的，因而可進(jìn)一步減少陽光、人工照明燈光、熱體輻射等背景干擾的影響，特別適用于地下及大空間建筑的火災(zāi)探測，成為地下與大空間建筑消防保護(hù)的最新產(chǎn)品。
早期，國際上使用普通式紫外或單波段紅外火焰探測器作為保護(hù)大空間及地下建筑消防安全的手段，但由于其受技術(shù)水平及工藝水平的限制，在實(shí)際應(yīng)用中對環(huán)境干擾的抵抗能力較差，易產(chǎn)生誤報(bào)警。而紫外/紅外火焰探測器，是一種復(fù)合式探測器，它在火警抑制誤報(bào)能力上表現(xiàn)突出，與雙波段探測器不同之處在于它的兩個(gè)傳感器均作為火災(zāi)傳感器，必須同時(shí)檢測到火災(zāi)，這就降低了火災(zāi)檢測概率。近幾年來，國內(nèi)外還有人研究利用CCD火焰成像技術(shù)來探測火焰，由于相應(yīng)的早期火災(zāi)圖像探測的基礎(chǔ)理論研究尚不充分，在一定程度上限制了火災(zāi)圖像技術(shù)的發(fā)展。因此，近年來日本、瑞士等國家已先后開發(fā)研制并成功使用雙波段紅外火焰探測器用于大空間及地下建筑的消防安全保護(hù)。它可進(jìn)一步抑制環(huán)境干擾信號的干擾，提高探測器的可靠性，成為保護(hù)地下與大空間建筑消防安全的最新產(chǎn)品。
對火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)來說，極少單獨(dú)使用某種類型的探測器。在地下與大空間建筑內(nèi)，雙波段火焰探測器是最為適宜采用的探測器之一，但根據(jù)保護(hù)場所及對象的變化，也需要配合使用其它類型的探測器(如感溫探測器、線型紅外光束感煙探測器和可燃?xì)怏w探測器等)或報(bào)警按鈕。另外，火焰探測器作為一個(gè)特殊品種在工程上很可能需要與不同廠家的報(bào)警控制器相聯(lián)接?；谏鲜隹紤]，本發(fā)明所提供的雙波段火焰探測器設(shè)計(jì)為無源觸點(diǎn)輸出。
與其它類型火災(zāi)探測器的設(shè)計(jì)方法類似，雙波段紅外火焰探測器的設(shè)計(jì)也是對兩個(gè)相互依賴的因素的權(quán)衡。這兩個(gè)因素就是被探測信號的性質(zhì)(火焰特征火焰的光譜能量分布、火焰閃爍頻率范圍)及與被探測信號有區(qū)別的背景噪聲信號特征(陽光直射、通過反射表面的反射或其他高強(qiáng)度人工輻射光源的輻射)。通過對火焰特征和背景噪聲信號特征的研究，確定探測器的火災(zāi)探測波段和背景參考波段，研究兩波段信號的變化規(guī)律，以提高探測器對背景光干擾的分辨識別能力，從而相應(yīng)地減少誤報(bào)率及避免漏報(bào)。
目前微處理器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也使得探測器的智能化成為可能。近年國內(nèi)外火災(zāi)探測報(bào)警技術(shù)的最新研究成果也充分表明，將現(xiàn)代火災(zāi)傳感技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用相結(jié)合是目前提高火災(zāi)探測器性能最有效的方法之一。因此，本發(fā)明在雙波段火焰探測器設(shè)計(jì)中擬選擇一種滿足系統(tǒng)要求的微處理器，利用其數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)探測器對火災(zāi)的判別。一方面，可使探測器具備火災(zāi)判斷的智能，進(jìn)而提高探測器的報(bào)警可靠性和性能價(jià)格比；另一方面，可降低對火災(zāi)報(bào)警控制器的硬件接口和軟件算法要求，便于提高探測器對不同系統(tǒng)的兼容性。這樣，系統(tǒng)可對火焰信號和背景信號在探測器內(nèi)部直接進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算和分析，并將運(yùn)算結(jié)果作為探測器的狀態(tài)信息傳送給火災(zāi)報(bào)警控制器，構(gòu)成分散智能系統(tǒng)。
通過合理選取探測器的兩個(gè)波段，并結(jié)合火焰閃爍頻率鑒別技術(shù)及雙波段信號處理軟件算法，雙波段火焰探測器可以實(shí)現(xiàn)在背景光存在時(shí)有較高的火焰探測靈敏度，并且在背景光干擾調(diào)制為火焰閃爍頻率時(shí)也不會出現(xiàn)誤報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前的環(huán)境發(fā)展?fàn)顩r，本發(fā)明提供一種雙波段紅外火焰探測器，該探測器由于綜合采用了火焰與背景雙信息傳感技術(shù)、雙波段優(yōu)化技術(shù)和火災(zāi)判斷識別方法，在探測性能上優(yōu)于其它類型的火焰探測器。與以往采用單波段技術(shù)的火焰探測器相比，本系統(tǒng)較好地克服了其高靈敏度與低誤報(bào)率難以兼顧的弊端，特別是在對高強(qiáng)度人工照明光源和高溫?zé)狍w的抗干擾能力上表現(xiàn)出極大優(yōu)勢。
本發(fā)明裝置包括支架，外殼，保護(hù)鏡片，濾光片，紅外傳感器，放大電路，信號處理電路，電源轉(zhuǎn)換電路，信號輸出電路，內(nèi)、外屏蔽罩，探測器接口板，設(shè)置電路，上述元器件都固定在系統(tǒng)工作板上，其中保護(hù)鏡片用于防潮、防塵、防水和防觸摸，信號處理電路用于進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、信號采集和數(shù)據(jù)處理，在紅外傳感器的前面分別封裝有不同型號的濾光片，使紅外傳感器分別采集火焰光和背景光不同波段的波長，設(shè)置電路實(shí)現(xiàn)對信號處理電路的初始設(shè)定，紅外線探測器將采集的不同頻率的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號通過放大電路放大后送入信號處理電路，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、信號采集和數(shù)據(jù)處理，處理后的信號通過信號輸出電路將判斷結(jié)果送到探測器接口板顯示給用戶，其中傳感器和濾光片封裝后再和放大電路一起封裝在小屏蔽罩內(nèi)，以上所有器件都固定在系統(tǒng)工作板上然后封裝在外殼內(nèi)，外殼上靠近傳感器的位置開窗口，并設(shè)有保護(hù)鏡，外殼的底部設(shè)有支架。
上述放大電路包括信號的轉(zhuǎn)換、選頻放大、積分與頻率信號提取電路。
信號轉(zhuǎn)換電路，采用紅外傳感器源級跟隨電壓偏置方式，其中R22、R23為分壓電阻，確定傳感器S1的工作點(diǎn)，電解電容器CD21用于濾波，降低電源干擾；T3為場效應(yīng)管，與傳感器S1構(gòu)成自舉電路，用于擴(kuò)大傳感器的工作范圍；R25為輸出負(fù)載；信號轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出的電信號接選頻放大電路中U5A的3腳。
信號的選頻放大電路，選頻范圍為4-20Hz，是火焰特征閃爍頻率及火焰受環(huán)境氣流影響而閃爍的頻率范圍，該選頻包括三級放大，分別為第一級R14、C3、R26、CD22；第二級R10、C9、R9、CD5；第三級R18、C10、R32、RP3、CD13。電路的前級(第一級)放大輸入U(xiǎn)5A的3腳采用直接輸入，第二、三級放大采用電容耦合，CD4的負(fù)極接U5D的12腳，U5D的14腳接CD7的正極，CD7的負(fù)極接U6A的3腳，U6A的1腳輸出火焰信號ADD1。因?yàn)樘綔y信號屬于小信號，故前級采用直接輸入，第二、三級采用電容耦合可以去除直流成分，其中第二級交流放大的直流偏置點(diǎn)設(shè)置為VDD*(R31/(R31+R29))，第三級放大的直流偏置點(diǎn)可通過調(diào)節(jié)電位器Rp1來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0.1V-1.2V。
積分與頻率信號提取電路，其中積分電路采用二極管D6與電阻R13、R12、電容CD8構(gòu)成，通過電容的充放電得到需要的電平，輸入給信號處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換器；頻率信號提取電路通過R35、Rpa1和U7A構(gòu)成的比較電路得到信號的頻率，輸入給信號處理電路中的單片機(jī)以供采集。
另一探測通道信號的轉(zhuǎn)換、選頻放大、積分與頻率信號提取電路與上述相同，故不贅訴。
電源輸出電路，在電源的輸入端并聯(lián)的雙向瞬變抑制二極管D1，并串聯(lián)了兩個(gè)小磁珠LC1、LC2，然后通過整流橋和二極管、電容將總線交流脈沖整流積分為直流電平，經(jīng)兩組穩(wěn)壓電路降壓，分別供給放大電路和信號處理電路使用。
信號輸出電路，提供一個(gè)火警信號LED，并提供兩個(gè)繼電器的無源觸點(diǎn)信號輸出。
信號處理電路，信號處理電路主要為單片機(jī)電路，單片機(jī)電路主要是維持單片機(jī)的正常運(yùn)行，以及保護(hù)單片機(jī)不受損壞。鉗位二極管sD1和sD2將A/D輸入電壓鉗位在Vcc附近，防止A/D轉(zhuǎn)換輸入過高而造成單片機(jī)的損壞。
應(yīng)用上述發(fā)明裝置的探測方法具體實(shí)現(xiàn)過程包括系統(tǒng)初始化、信號采集和轉(zhuǎn)換、信號處理、信號輸出。
步驟一、系統(tǒng)初始化每次上電，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)初始設(shè)定等功能，設(shè)置的信息包括系統(tǒng)靈敏度、判斷模式、原始數(shù)據(jù)、判斷次數(shù)以及各種存儲器的分配。其中探測器靈敏度為國家標(biāo)準(zhǔn)級別，包括I級、II級、III級；判斷模式包括固定基值模式、補(bǔ)償基值模式、閃爍頻率模式，其中固定基值模式為可選模式；原始數(shù)據(jù)，包括閃爍頻率即火焰通道頻率采集范圍和背景通道頻率采集范圍，火焰通道固定基值Ca和背景通道固定基值Cb，火焰通道補(bǔ)償基值Ca1和背景通道補(bǔ)償基值Cb1；判斷次數(shù)，指采集連續(xù)幾組信號進(jìn)行判斷。
步驟二、信號采集和轉(zhuǎn)換采集的信號包括火焰通道信號和背景通道信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得到同一時(shí)間段內(nèi)火焰通道當(dāng)前采樣幅值A(chǔ)i和背景通道當(dāng)前采樣幅值Bi，火焰通道頻率Fai和背景通道頻率Fbi。
步驟三、信號處理，即對火警信號的智能判斷的過程(1)基于固定基值判斷程序當(dāng)Ai-Ca≥Bi-Cb而且(Ai-Ca)/n≥Bi-Cb，其中n為自然數(shù)，是兩個(gè)通道的信號幅值增加的比值；在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)滿足該條件則判斷幅值滿足火警條件，跳過基于補(bǔ)償基值判斷程序并進(jìn)行閃爍頻率判斷。
當(dāng)Ai-Ca＜Bi-Cb或者(Ai-Ca)/n.＜Bi-Cb，則進(jìn)行基于補(bǔ)償基值判斷程序。
(2)基于補(bǔ)償基值判斷程序當(dāng)Ai-Ca1≥Bi-Cb1而且(Ai-Ca1)/n≥Bi-Cb1，在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)滿足該條件則判斷幅值滿足火警條件，進(jìn)行閃爍頻率判斷。
(3)閃爍頻率判斷火焰通道在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)頻率數(shù)據(jù)平均值為Fap，背景通道在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)頻率數(shù)據(jù)平均值為Fbp，4≤Fap≤20，并且Fa0(當(dāng)前)、Fa1、Fa2、……、Fai(i＝N)，其中頻率滿足4≤Fai≤20(i＝N)，而且滿足Fbi＞20或Fbi＜4(i＝N)，則閃爍頻率判斷滿足火警報(bào)警條件。
步驟四、信號輸出信號輸出通過驅(qū)動兩個(gè)繼電器的不同動作組合輸出火災(zāi)、故障、正常信號，以無源觸點(diǎn)輸出的形式外接其他報(bào)警裝置，最終實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。
本系統(tǒng)總體技術(shù)水平和綜合性能達(dá)到了九十年代末國際先進(jìn)水平，但國外產(chǎn)品的銷售價(jià)格高昂(在1000美元以上)，而本發(fā)明的探測器成本卻低得多。本發(fā)明的開發(fā)和應(yīng)用，將為我國大空間與地下建筑等復(fù)雜場所提供急需有效的火災(zāi)探測報(bào)警新技術(shù)、新產(chǎn)品，對減少此類建筑火災(zāi)的損失，對保衛(wèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，保衛(wèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到重大作用。它的投產(chǎn)和推廣應(yīng)用不僅可以滿足國內(nèi)大空間及地下建筑對消防保護(hù)的迫切需求，還可替代進(jìn)口產(chǎn)品，為國家節(jié)省大量外匯，并將產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
與國外同類產(chǎn)品相比，本系統(tǒng)特點(diǎn)如下(1)本系統(tǒng)中雙波段紅外火焰探測器將火焰與背景輻射雙信息傳感技術(shù)、雙波段優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)和微處理器技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了探測器對火焰的準(zhǔn)確探測及對背景干擾的有效抑制，解決了火焰探測器設(shè)計(jì)上高靈敏度與低誤報(bào)率間的矛盾。
(2)本發(fā)明利用雙通道信號微處理器數(shù)據(jù)處理方法，提高了探測器對使用環(huán)境的適應(yīng)性，在火災(zāi)判斷方法上達(dá)到了較高的智能程度。
(3)本發(fā)明通過窄帶濾光片雙波段優(yōu)化設(shè)計(jì)及其它相關(guān)技術(shù)，使雙波段紅外火焰探測器的探測靈敏度達(dá)到I級，探測視場角達(dá)到90°，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、寬視場的探測保護(hù)空間，進(jìn)一步提高了火焰探測器應(yīng)用于地下與大空間建筑的保護(hù)效果。
(4)本發(fā)明在探測器內(nèi)設(shè)置了微處理器，利用其數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理功能對火焰信號和背景干擾信號在探測器內(nèi)直接進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算和分析，判斷現(xiàn)場是否真正發(fā)生火災(zāi)。由于減少了探測器與控制器之間大量雙波段信息的編碼、傳輸和解碼等一系列環(huán)節(jié)，一方面系統(tǒng)的整體可靠性得到提高，另一方面使探測器具有靈活的接口以兼容不同類別的報(bào)警控制器，提高產(chǎn)品的工程適用性。


圖1為本發(fā)明探測器的電路原理框圖；圖2為本發(fā)明探測器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為信號轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖4為信號的選頻放大電路原理圖；
圖5為積分與頻率信號提取電路原理圖；圖6為電源輸出電路原理圖；圖7為信號輸出電路原理圖，7a為火警信號LED電路原理圖，7b無源觸點(diǎn)信號輸出電路原理圖；圖8為信號處理電路原理圖；圖9為設(shè)置電路原理圖；圖10為本發(fā)明方法火警信號智能判斷的流程圖；其中，1保護(hù)鏡片，2小屏蔽套，3系統(tǒng)工作板，4大屏蔽罩，5外殼。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2所示，本發(fā)明裝置包括支架，外殼，保護(hù)鏡片，濾光片，紅外傳感器，放大電路，信號處理電路，電源轉(zhuǎn)換電路，信號輸出電路，內(nèi)、外屏蔽罩，探測器接口板，上述元器件都固定在系統(tǒng)工作板上。
其中，濾光片的選擇上兩個(gè)通道選擇紅外光的波段范圍不能重疊，火焰通道濾光片和背景通道濾光片濾波范圍應(yīng)在1.4～15.8um內(nèi)選取。
放大電路包括信號的轉(zhuǎn)換、選頻放大、積分與頻率信號提取電路。
信號轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，采用紅外傳感器源級跟隨電壓偏置方式，其中R22、R23為分壓電阻，確定傳感器S1的工作點(diǎn)，電解電容CD21器用于濾波，降低電源干擾；T3為場效應(yīng)管，與傳感器S1構(gòu)成自舉電路，用于擴(kuò)大傳感器的工作范圍；R25為輸出負(fù)載；信號轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出的電信號接選頻放大電路中U5A的3腳。
信號的選頻放大電路如圖4所示，選頻范圍為4-20Hz，是火焰特征閃爍頻率及火焰受環(huán)境氣流影響而閃爍的頻率范圍，該選頻包括三級放大，分別為第一級R14、C3、R26、CD22；第二級R10、C9、R9、CD5；第三級R18、C10、R32、RP3、CD13。電路的前級(第一級)放大輸入U(xiǎn)5A的3腳采用直接輸入，第二、三級放大采用電容耦合，CD4的負(fù)極接U5D的12腳，U5D的14腳接CD7的正極，CD7的負(fù)極接U6A的3腳，U6A的1腳輸出火焰信號ADD1。因?yàn)樘綔y信號屬于小信號，故前級采用直接輸入，第二、三級采用電容耦合可以去除直流成分，其中第二級交流放大的直流偏置點(diǎn)設(shè)置為VDD*(R31/(R31+R29))，第三級放大的直流偏置點(diǎn)可通過調(diào)節(jié)電位器Rp1來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0.1V-1.2V。
積分與頻率信號提取電路如圖5所示，其中積分電路采用二極管D6與電阻R13、R12、電容CD8構(gòu)成，通過電容的充放電得到需要的電平，輸入給信號處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換器；頻率信號提取電路通過R35、Rpa1和U7A構(gòu)成的比較電路得到信號的頻率，輸入給信號處理電路中的單片機(jī)以供采集。
另一探測通道信號的轉(zhuǎn)換、選頻放大、積分與頻率信號提取電路與上述相同，故不贅訴。
電源輸出電路如圖6所示，在電源的輸入端并聯(lián)的雙向瞬變抑制二極管D1，并串聯(lián)了兩個(gè)小磁珠LC1、LC2，然后通過整流橋和二極管、電容將總線交流脈沖整流積分為直流電平，經(jīng)兩組穩(wěn)壓電路降壓，分別供給放大電路和信號處理電路使用。
信號輸出電路如圖7所示，提供一個(gè)火警信號LED，并提供兩個(gè)繼電器的無源觸點(diǎn)信號輸出。
信號處理電路如圖8所示，信號處理電路主要為單片機(jī)電路，單片機(jī)電路主要是維持單片機(jī)的正常運(yùn)行，以及保護(hù)單片機(jī)不受損壞。鉗位二極管sD1和sD2將A/D輸入電壓鉗位在Vcc附近，防止A/D轉(zhuǎn)換輸入過高而造成單片機(jī)的損壞。
本電路采用的電路元器件采用如下型號或參數(shù)集成電路T3＝T4＝3DJ2H，U1＝U4＝78L05，U2＝PIC16F73，U5＝U6＝TLC27L4，U7＝TLC27L2。
傳感器S1＝PYD1220B，S2＝PYD1220C。
繼電器K1＝K2＝HRS1H-S-24。
晶 振XT1＝1MC。
穿心電感LC1＝LC2＝CZ1227，DR1＝DR2＝DZ1003。
三極管Q1＝Q2＝Q3＝9013。
二極管D2＝D3＝D4＝D5＝D6＝SD1＝SD2＝1N4148，DB1＝DB2＝DB3＝DB4＝1N4007，D1＝P6KE36CA，Db5＝P6KE36BA。
發(fā)光管LED1＝ф5LED。
端 子J3＝兩針；JP1＝四針。
兩針插針JP2＝JP3＝JP4＝JP5＝JD1＝JD2，兩針插針。
三針插針J2＝J1＝TJ1，三針插針。
電 阻R1＝110Ω，R7＝100Ω，R2＝R3＝R4＝R11＝R12＝R17＝R20＝R22＝R35＝R37＝R23＝R36＝100K，R13＝R19＝1K，R24＝R33＝R34＝5.1k，R29＝R31＝R41＝R44＝R8＝R27＝200K，RD13＝R5＝R30＝R43＝10k，R26＝R39＝R15＝R9＝33K，R10＝R14＝R16＝R40＝R46＝R18＝680K，R38＝R25＝R21＝470K，R32＝R45＝20k，R1＝R6＝8.2k。
可調(diào)電阻RP1＝RP2＝RP3＝RP4＝50k，RPa1＝100k。
電 容C1＝c2＝30p，C3＝C4＝C5＝C6＝C7＝C8＝C9＝C10＝104p，CD17＝CD18＝CD19＝CD20＝10U/35V，CD1＝CD3＝CD5＝CD25＝CD6＝CD15＝CD8＝CD4＝CD10＝CD7＝CD12＝CD21＝CD23＝CD11＝CD13＝CD14＝CD22＝CD24＝Ca1＝10U/16V，CD16＝47U/35V。
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明方法對火警信號智能判斷的過程進(jìn)行詳細(xì)描述確定判斷次數(shù)為4次，火焰通道頻率范圍為4≤Fai≤20，i＝0、1、2、3，背景通道頻率范圍Fbi＞20或Fbi＜4，i＝0、1、2、3，火焰通道固定基值為Ca，背景通道固定基值為Cb，火焰通道補(bǔ)償基值為Ca1，背景通道固定基值為Cb1，火焰通道當(dāng)前4次AD采樣幅值為A1、A2、A3、A4，背景通道當(dāng)前4次AD采樣幅值為B1、B2、B3、B4，火焰通道幅值相對于固定基值增加值ΔA0i＝Ai-Ca，背景通道幅值相對于固定基值增加值ΔB0i＝Bi-Cb，火焰通道幅值相對于補(bǔ)償基值增加值ΔA1i＝Ai-Ca1，背景通道幅值相對于補(bǔ)償基值增加值ΔB1i＝Bi-Cb1，火焰通道采樣頻率數(shù)據(jù)依次為Fa0(當(dāng)前)，F(xiàn)a1，F(xiàn)a2，F(xiàn)a3(前3次)，背景通道采樣頻率數(shù)據(jù)依次為Fb0(當(dāng)前)，F(xiàn)b1，F(xiàn)b，F(xiàn)b3(前3次)，火焰通道當(dāng)前4次頻率數(shù)據(jù)平均值為Fap，背景通道當(dāng)前4次頻率數(shù)據(jù)平均值為Fbp；例1、選擇固定基值模式，其中Ca＝Cb＝15，n＝2，

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，連續(xù)4次滿足Ai-Ca≥Bi-Cb而且(Ai-Ca)/2≥Bi-Cb，則幅值滿足火警報(bào)警條件，繼續(xù)進(jìn)行閃爍頻率判斷


4≤Fap≤20，并且Fa0(當(dāng)前)、Fa1、Fa2、……、Fai(i＝N)，其中連續(xù)4次頻率滿足4≤Fai≤20(i＝N)，而且滿足Fbi＞20或Fbi＜4(i＝N)，則閃爍頻率判斷滿足火警報(bào)警條件例2、選擇固定基值模式，其中Ca＝Cb＝15，n＝2，

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，Ai-Ca＜Bi-Cb，同時(shí)(Ai-Ca)/2＜Bi-Cb，幅值不滿足火警報(bào)警條件，則進(jìn)行基于補(bǔ)償基值判斷程序；補(bǔ)償基值模式，其中Ca1＝15，Cb1＝85，n＝2

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，Ai-Ca1≥Bi-Cb1而且(Ai-Ca1)/2≥Bi-Cb1，連續(xù)4次滿足該條件則判斷幅值滿足火警條件，并進(jìn)行閃爍頻率判斷；

4≤Fap≤20，并且Fa0(當(dāng)前)、Fa1、Fa2、……、Fai(i＝N)，其中連續(xù)4次頻率滿足4≤Fai≤20(i＝N)，而且滿足Fbi＞20或Fbi＜4(i＝N)，則閃爍頻率判斷滿足火警報(bào)警條件。
例3、選擇固定基值模式，其中Ca＝Cb＝15，n＝2，

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，(Ai-Ca)/2＜Bi-Cb，則進(jìn)行基于補(bǔ)償基值判斷程序；補(bǔ)償基值模式，其中Ca1＝15，Cb1＝35，n＝2，

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，Ai-Ca1≥Bi-Cb1而且(Ai-Ca1)/2≥Bi-Cb1，連續(xù)4次滿足該條件則判斷幅值滿足火警條件，進(jìn)行閃爍頻率判斷；

4≤Fap≤20，并且Fa0(當(dāng)前)、Fa1、Fa2、……、Fai(i＝N)，其中連續(xù)4次頻率滿足4≤Fai≤20(i＝N)，而且滿足Fbi＞20或Fbi＜4(i＝N)，則閃爍頻率判斷滿足火警報(bào)警條件。
例4、不選擇固定基值模式，直接進(jìn)行補(bǔ)償固定基值判斷，其中Ca1＝15，Cb＝35，n＝2，

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，Ai-Ca1≥Bi-Cb1，但(Ai-Ca1)/2＜Bi-Cb1，則判斷幅值不滿足火警條件，準(zhǔn)備下一次的判斷。
例5、不選擇固定基值模式，直接進(jìn)行補(bǔ)償固定基值判斷，其中Ca1＝65，Cb1＝20，n＝2，

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，Ai-Ca1＜Bi-Cb1，則判斷幅值不滿足火警條件，準(zhǔn)備下一次的判斷。
權(quán)利要求
1.一種雙波段紅外火焰探測器，包括支架，外殼，保護(hù)鏡片，濾光片，紅外傳感器，放大電路，信號處理電路，電源轉(zhuǎn)換電路，信號輸出電路，內(nèi)、外屏蔽罩，探測器接口板，設(shè)置電路，其特征在于，所述保護(hù)鏡片用于防潮、防塵、防水和防觸摸，信號處理電路用于進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、信號采集和數(shù)據(jù)處理，在紅外傳感器的前面分別封裝有不同型號的濾光片，使紅外傳感器分別采集火焰光和背景光不同波段的波長，設(shè)置電路實(shí)現(xiàn)對信號處理電路的初始設(shè)定，紅外線探測器將采集的不同頻率的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號通過放大電路放大后送入信號處理電路，在信號處理電路中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、信號采集和數(shù)據(jù)處理，處理后輸出的信號通過信號輸出電路將判斷結(jié)果送到探測器接口板連接其他報(bào)警裝置，其中傳感器和濾光片封裝后再和放大電路一起封裝在小屏蔽罩內(nèi)，以上所有器件都固定在系統(tǒng)工作板上然后封裝在外殼內(nèi)，外殼上靠近傳感器的位置開窗口，并設(shè)有保護(hù)鏡，外殼的底部設(shè)有支架。
2.如權(quán)利要求1所述的一種雙波段紅外火焰探測器，其特征在于所述放大電路包括信號的轉(zhuǎn)換、選頻放大、積分與頻率信號提取電路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種雙波段紅外火焰探測器，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換電路，采用紅外傳感器源級跟隨電壓偏置方式，其中R22、R23為分壓電阻，確定傳感器S1的工作點(diǎn)，電解電容器CD21用于濾波，降低電源干擾；T3為場效應(yīng)管，與傳感器S1構(gòu)成自舉電路，用于擴(kuò)大傳感器的工作范圍；R25為輸出負(fù)載；信號轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出的電信號接選頻放大電路中U5A的3腳。
4.如權(quán)利要求2所述的一種雙波段紅外火焰探測器，其特征在于所述信號的選頻放大電路，選頻范圍為4-20Hz，是火焰特征閃爍頻率及火焰受環(huán)境氣流影響而閃爍的頻率范圍，該選頻包括三級放大，分別為第一級R14、C3、R26、CD22；第二級R10、C9、R9、CD5；第三級R18、C10、R32、RP3、CD13；電路的前級(第一級)放大輸入U(xiǎn)5A的3腳采用直接輸入，第二、三級放大采用電容耦合，CD4的負(fù)極接U5D的12腳，U5D的14腳接CD7的正極，CD7的負(fù)極接U6A的3腳，U6A的1腳輸出火焰信號ADD1；因?yàn)樘綔y信號屬于小信號，故前級采用直接輸入，第二、三級采用電容耦合可以去除直流成分，其中第二級交流放大的直流偏置點(diǎn)設(shè)置為VDD*(R31/(R31+R29))，第三級放大的直流偏置點(diǎn)可通過調(diào)節(jié)電位器Rp1來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0.1V-1.2V。
5.如權(quán)利要求1所述的一種雙波段紅外火焰探測器，其特征在于所述電源輸出電路，在電源的輸入端并聯(lián)的雙向瞬變抑制二極管D1，并串聯(lián)了兩個(gè)小磁珠LC1、LC2，然后通過整流橋和二極管、電容將總線交流脈沖整流積分為直流電平，經(jīng)兩組穩(wěn)壓電路降壓，分別供給放大電路和信號處理電路使用。
6.采用權(quán)利要求1所述的雙波段紅外火焰探測器的探測方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、系統(tǒng)初始化每次上電，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)初始設(shè)定等功能，設(shè)置的信息包括系統(tǒng)靈敏度、判斷模式、原始數(shù)據(jù)、判斷次數(shù)以及各種存儲器的分配；步驟二、信號采集和轉(zhuǎn)換采集的信號包括火焰通道信號和背景通道信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得到同一時(shí)間段內(nèi)火焰通道當(dāng)前采樣幅值A(chǔ)i和背景通道當(dāng)前采樣幅值Bi，火焰通道頻率Fai和背景通道頻率Fbi；步驟三、信號處理，即對火警的智能判斷的過程對采集的信號基于固定基值、補(bǔ)償基值和閃爍頻率三種模式進(jìn)行判斷；步驟四、信號輸出信號輸出通過驅(qū)動兩個(gè)繼電器的不同動作組合輸出火災(zāi)、故障、正常信號，以無源觸點(diǎn)輸出的形式外接其他報(bào)警裝置，最終實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。
7.如權(quán)利要求6所述的一種雙波段紅外火焰探測方法，其特征在于步驟(一)中所述判斷模式包括固定基值模式、補(bǔ)償基值模式、閃爍頻率模式，其中固定基值模式為可選模式。
8.如權(quán)利要求6所述的一種雙波段紅外火焰探測方法，其特征在于步驟(一)中所述原始數(shù)據(jù)包括閃爍頻率即火焰通道頻率采集范圍和背景通道頻率采集范圍，火焰通道固定基值Ca和背景通道固定基值Cb，火焰通道補(bǔ)償基值Ca1和背景通道補(bǔ)償基值Cb1。
9.如權(quán)利要求6所述的一種雙波段紅外火焰探測方法，其特征在于步驟(一)中所述判斷次數(shù)，指采集連續(xù)幾組信號進(jìn)行判斷。
10.如權(quán)利要求6所述的一種雙波段紅外火焰探測方法，其特征在于所述步驟(三)的具體判斷過程如下(1)基于固定基值判斷程序當(dāng)Ai-Ca≥Bi-Cb而且(Ai-Ca)/n≥Bi-Cb，其中n為自然數(shù)，是兩個(gè)通道的信號幅值增加的比值；在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)滿足該條件則判斷幅值滿足火警條件，跳過基于補(bǔ)償基值判斷程序并進(jìn)行閃爍頻率判斷；當(dāng)Ai-Ca＜Bi-Cb或者(Ai-Ca)/n＜Bi-Cb，則進(jìn)行基于補(bǔ)償基值判斷程序；(2)基于補(bǔ)償基值判斷程序當(dāng)Ai-Ca1≥Bi-Cb1而且(Ai-Ca1)/n≥Bi-Cb1，在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)滿足該條件則判斷幅值滿足火警條件，進(jìn)行閃爍頻率判斷；(3)閃爍頻率判斷火焰通道在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)頻率數(shù)據(jù)平均值為Fap，背景通道在設(shè)定的判斷次數(shù)內(nèi)頻率數(shù)據(jù)平均值為Fbp，4≤Fap≤20，并且Fa0(當(dāng)前)、Fa1、Fa2、……、Fai(i＝N)，其中連續(xù)4次頻率滿足4≤Fai≤20(i＝N)，而且滿足Fbi＞20或Fbi＜4(i＝N)，則閃爍頻率判斷滿足火警報(bào)警條件。
全文摘要
一種雙波段紅外火焰探測器及其探測方法，其中探測器包括支架，外殼，保護(hù)鏡片，濾光片，紅外傳感器，放大電路，信號處理電路，電源轉(zhuǎn)換電路，信號輸出電路，內(nèi)、外屏蔽罩，探測器接口板，設(shè)置電路，其中傳感器和濾光片封裝后再和放大電路一起封裝在小屏蔽罩內(nèi)，以上所有器件都固定在系統(tǒng)工作板上然后封裝在外殼內(nèi)，外殼上靠近傳感器的位置開窗口，并設(shè)有保護(hù)鏡，外殼的底部設(shè)有支架。其探測方法通過合理選取探測器的兩個(gè)波段，并結(jié)合火焰閃爍頻率鑒別技術(shù)及雙波段信號處理軟件算法，分別進(jìn)行固定基值模式、補(bǔ)償基值模式、閃爍頻率模式的判斷，實(shí)現(xiàn)在背景光存在時(shí)有較高的火焰探測靈敏度，并且在背景光干擾調(diào)制為火焰閃爍頻率時(shí)也不會出現(xiàn)誤報(bào)。
文檔編號G08B17/12GK1719481SQ20051004691
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者厲劍, 梅志斌, 王勇俞, 王文青, 寧融, 于鵬 申請人:公安部沈陽消防研究所