火災探測裝置及其探測方法
2023-07-26 16:33:31 3
專利名稱：火災探測裝置及其探測方法
技術領域：
本發明涉及一種探測裝置及探測方法，尤其是火災探測裝置及其探測方法。
背景技術：
隨著社會經濟的飛速發展和人們生活水平的日益提高，高層建築也不斷地湧現，使其成為了人員密集的場所，同時也成為了火災的高危區域。目前，人們為了防止火災的發生，常在這些場所安裝各種火災自動探測器。火災煙霧探測器也是其中之一，如在1999年5月19日公開的中國實用新型專利說明書CN 2319868Y中披露的一種「智能點型光電感煙感溫複合火災探測器」。它意欲提供一種智能化程度高的智能點型光電感煙感溫複合火災探測器。它由電路板上方設有感煙暗室，在感煙暗室底面設有紅外光發射管和紅外光接收管，在電路板上的屏蔽罩和蓋板之間的感溫區內設有作為感溫元件的穩壓二極體，複合探測器電路由溫度傳感電路、溫度放大電路、紅外光發射電路、紅外光接收電路、煙霧放大電路、恆流源、帶有模數轉換的微處理器及其儲存器、通訊接口電路和電源管理電路組成。但是，這種火災探測器存在著不足之處，首先，感溫區和作為感溫元件的穩壓二極體的設置，使其結構複雜、體積大；其次，使用紅外光發射管和紅外光接收管來探測煙霧，沒有必要再使用感煙暗室，而僅有感煙室即可；再次，複合探測器電路較複雜，既加大了生產的成本，又易使故障率增加；最後，運行於微處理器中的對煙霧信號和溫度信號進行處理的軟體的算法欠佳，不能僅由獲得的煙霧信號直接判斷得出火災的存在與否。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、合理、實用，使用更方便的火災探測裝置及其探測方法。
火災探測裝置包括電路板上的處理電路、支架、迷宮和上蓋，所說處理電路包含電連接的發射接收部件、帶有A/D轉換器的單片機和信號發送部件，所說支架中置有密閉的、於其彎曲的頂端處呈開口狀的光通道，所說光通道兩端的入口處置有光發射、接收器，所說光發射、接收器與所說發射接收部件電連接，特別是(1)、所說處理電路中的單片機內置有火災試驗模型數據和動態模糊算法，所說信號發送部件的輸出端與二總線電連接；(2)、所說迷宮罩住光通道的頂端，迷宮的上部側壁由間隔設置的導流通槽構成，迷宮內嵌套有感煙暗室，所說感煙暗室的內壁為漫反射面，其底部與光通道頂端兩側的通道間置有空隙；(3)、所說上蓋罩於迷宮外，其上的煙霧入口為格柵狀，所說格柵狀的煙霧入口置於上蓋的側壁和頂部；(4)、所說光發射器和光接收器間的光路夾角為100～120度。
作為火災探測裝置的進一步改進，所述的光發射器為發光二極體或半導體雷射器或氖燈泡；所述的光接收器為光敏二極體或光電倍增管或光電耦合器件；所述的光發射器和光接收器間的光路夾角為105度。
火災探測裝置的探測方法包括接收光接收器的模擬量信號和輸出火災的數字量信號，特別是它是按以下步驟完成的(1)、設定採集光接收器輸出的時間片，產生一個分時採集的時間基準；(2)、根據採集場合的不同，確定採集的次數，對于禁煙場所，採集8次，對於辦公場所，採集12次，對於公眾場所，則採集16次；(3)、對轉換成數字量的數據進行動態模糊處理，即先將其按大小排序，在捨去頭尾各一次的數據後，求其均值，再將均值作為x(t)代入Dy(t)/dt＝x(t)式中，得到採集信號的變化率y(t)，將變化率數值經由火災試驗模型公式If(y(t+1)＝z)，then f(t)＝M(z)得到作為判斷火警依據的結果，同時再用公式M(z)＝M(z)+nf(t)對火災試驗模型數據進行更新；(4)、將判斷火警依據的結果送往信號發送部件。
相對於現有技術的有益效果是其一，位於迷宮上部側壁的導流通槽和感煙暗室底部與光通道頂端兩側的通道間的空隙，既能使煙霧順暢地經其流入感煙暗室內，又可防止較強的背景光進入感煙暗室而造成光接收器誤動作，還可因感煙暗室內較黑暗而將光接收器的工作電流調得較小，從而不僅使光接收器的功耗降低，相對靈敏度得以提高，也使其工作得更加穩定，輸出更準確。感煙暗室罩住光通道頂端的開口處，除已將背景光割斷於光通道頂端的開口處之外，且同時還可使光通道頂端的開口處完全處於感煙暗室中，進而使光發射器和光接收器的光軸交點位於感煙暗室的中央部位，使煙霧探測的結果更加精確；其二，內壁為漫反射面的感煙暗室，既可防止當感煙暗室內無煙霧時，因其內壁對光發射器發射的光產生較強的反射而使光接收器的靈敏度受到較大的影響，又可消除感煙暗室中有煙霧時較強的反射光幹擾並降低探測的精度；其三，上蓋的側壁和頂部均置有的格柵狀煙霧入口，可使外部氣流能流暢地進入感煙暗室，當有煙霧時，可於最短的時間內使光接收器感知到其存在，並由其它功能部件發出火災警報；其四，光發射器和光接收器間的光路夾角的設定，使得光發射器發出的光照射在感煙暗室內的煙霧上並經其漫反射後，極易被光接收器接收到，從而大大地提升了整機的探測精度；其五，省卻了感溫元件和感溫區，簡化了結構，縮小了體積，降低了故障產生的機率；其六，置於單片機內的火災試驗模型數據和動態模糊算法，使其僅在本發明硬體的構成基礎上，經大量的試驗，就實時地、準確地由探測到的煙霧預報了各種類型火災的發生，其準確率達99.999％；其七，在本發明火災探測裝置與其上位微型計算機之間採用二總線結構的傳輸方式，使相互間的連線縮減到了最少，便於實際工程中的安裝、調試和日後的維護。
下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。
圖1是本發明的一種基本結構示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1中的電路板、支架和迷宮的局部放大圖；圖4是圖3中的A-A向的剖面示意圖；圖5是電路板上的處理電路的一種實施例電路原理圖；圖6是本發明探測方法的流程圖。
具體實施例方式
參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，其中1、上蓋，2、螺釘，3、電路板，4、光發射器，5、煙霧入口，6、感煙暗室，7、迷宮，8、光接收器，9、防蟲網罩，10、金屬屏蔽罩，11、指示燈12、底座，13、支架，14、光通道，15、導流通槽，16、處理電路。
底座12上固定著電路板3，該電路板3上置有由電連接的發射接收部件、帶有A/D轉換器的單片機和信號發送部件組成的處理電路16，其中，發射接收部件的相應端分別與光發射、接收器(4，8)電連接，信號發送部件的輸出端與二總線電連接，單片機的型號為PIC16F676，其內置有火災試驗模型數據和動態模糊算法。
前述的處理電路16外罩有金屬屏蔽罩10。電路板3上還固定有支架13，此支架13中置有密閉的、於其彎曲的頂端處呈開口狀的光通道14，光通道14的兩端入口處分別置有光發射器4和光接收器8；其中，光發射器4為發光二極體、光接收器8為光敏二極體，發光二極體的發射光路與光敏二極體的接收光路間的夾角為105度。
支架13上置有圓柱狀的罩住光通道14頂端的迷宮7，迷宮7的上部側壁由間隔設置的導流通槽15構成，迷宮7內嵌套有感煙暗室6，該感煙暗室6的內壁為漫反射面，其底部與光通道14頂端兩側的通道間置有空隙，此感煙暗室6的內腔中部位於發光二極體和光敏二極體的發射、接收光路的交點上。
迷宮7外罩有防蟲網罩9。上蓋1罩於迷宮7外，並經螺釘2與底座1相固定連接，上蓋1的側壁和頂部均勻地分置著格柵狀的煙霧入口5。與處理電路16電連接的指示燈11裝於上蓋1上。
參見圖6，火災探測裝置的探測方法和裝置的工作流程如下對火災探測裝置通電後，單片機PIC16F676給其自有的功能部件和內存中駐有的各個子程序，以及發射接收部件和信號發送部件預置初始值，既設定其初始工作狀態，如對火災試驗模型數據進行設定、給16位記時器/計數器設定10ms的定時中斷值，以作為分時採集數據的時間片，再給計數器置零等(步驟110)。
接著，在步驟120中，單片機PIC16F676在等待定時中斷信號的到來前處理其它事務。一旦定時中斷信號來到，單片機就採集光敏二極體的數據(步驟130)。之後，單片機PIC16F676檢查光接收計數器n的值是否等於8～16(步驟140)？即對於光接收器來說，是否已採集了8～16次(此處將根據火災探測裝置所處的位置確定應採集的次數)。
若為非，則轉回步驟120，以備繼續採集光敏二極體的數據。若光接收計數器n的值已等於8～16中的某一事先確定的值，則在步驟150中，將採集到的光敏二極體的數據按其大小進行排序，在捨去頭尾各一次的數據後，求其均值。
接著，在步驟160中，將均值作為x(t)代入Dy(t)/dt＝x(t)式中，得到採集信號的變化率y(t)。之後，在步驟170中，再將變化率數值經由火災試驗模型公式If(y(t+1)＝z)，then f(t)＝M(z)得到作為判斷火警的依據。然後，於步驟180中，再用公式M(z)＝M(z)+nf(t)對火災試驗模型數據進行更新。最後，在步驟190中，根據已有的判斷火警的依據決定是否發出火災警報信號，若為非，則轉回步驟120，繼續採集光敏二極體的數據。若發火警信號，則轉步驟200，將判斷火警的結果送信號發送部件，以由其將結果經二總線送至上位微型計算機。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明的火災探測裝置及其探測方法進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種火災探測裝置，包括電路板(3)上的處理電路(16)、支架(13)、迷宮(7)和上蓋(1)，所說處理電路(16)包含電連接的發射接收部件、帶有A/D轉換器的單片機和信號發送部件，所說支架(13)中置有密閉的、於其彎曲的頂端處呈開口狀的光通道(14)，所說光通道(14)兩端的入口處置有光發射、接收器(4，8)，所說光發射、接收器(4，8)與所說發射接收部件電連接，其特徵在於1.1、所說處理電路(16)中的單片機內置有火災試驗模型數據和動態模糊算法，所說信號發送部件的輸出端與二總線電連接；1.2、所說迷宮(7)罩住光通道(14)的頂端，迷宮(7)的上部側壁由間隔設置的導流通槽(15)構成，迷宮(7)內嵌套有感煙暗室(6)，所說感煙暗室(6)的內壁為漫反射面，其底部與光通道(14)頂端兩側的通道間置有空隙；1.3、所說上蓋(1)罩於迷宮(7)外，其上的煙霧入口(5)為格柵狀，所說格柵狀的煙霧入口(5)置於上蓋(1)的側壁和頂部；1.4、所說光發射器(4)和光接收器(8)間的光路夾角為100～120度。
2.根據權利要求1所述的火災探測裝置，其特徵是光發射器(4)為發光二極體或半導體雷射器或氖燈泡。
3.根據權利要求1所述的火災探測裝置，其特徵是光接收器(8)為光敏二極體或光電倍增管或光電耦合器件。
4.根據權利要求1所述的火災探測裝置，其特徵是光發射器(4)和光接收器(8)間的光路夾角為105度。
5.根據權利要求1所述的火災探測裝置的探測方法，包括接收光接收器的模擬量信號和輸出火災的數字量信號，其特徵在於設定採集光接收器輸出的時間片，產生一個分時採集的時間基準；根據採集場合的不同，確定採集的次數，對于禁煙場所，採集8次，對於辦公場所，採集12次，對於公眾場所，則採集16次；對轉換成數字量的數據進行動態模糊處理，即先將其按大小排序，在捨去頭尾各一次的數據後，求其均值，再將均值作為x(t)代入Dy(t)/dt＝x(t)式中，得到採集信號的變化率y(t)，將變化率數值經由火災試驗模型公式If(y(t+1)＝z)，then f(t)＝M(z)得到作為判斷火警依據的結果，同時再用公式M(z)＝M(z)+nf(t)對火災試驗模型數據進行更新；將判斷火警依據的結果送往信號發送部件。
全文摘要
本發明公開了一種火災探測裝置及其探測方法。裝置包括電路板(3)上的處理電路(16)、支架(13)、迷宮(7)、上蓋(1)和光發射、接收器(4，8)，處理電路(16)中的單片機內置有火災試驗模型數據和動態模糊算法、信號發送部件的輸出端與二總線電連接，其上設有導流通槽(15)和內嵌套有感煙暗室(6)的迷宮(7)罩住支架(13)上的光通道(14)的頂端，格柵狀的煙霧入口(5)置於上蓋(1)的側壁和頂部，光發射、接收器(4，8)間的光路夾角為100～120度；方法為先設定採集時間基準後採集光接收器的信號，再對轉換成數字量的數據進行動態模糊處理，得到作為判斷火警依據的結果以送往信號發送部件。它可用於各種需要火災報警的場所。
文檔編號G08B17/107GK1776404SQ200410065759
公開日2006年5月24日 申請日期2004年11月15日 優先權日2004年11月15日
發明者孔令成, 張維農, 戚功美, 何江南, 石影, 羅宣國, 薛堡嘉, 任厚平 申請人:中國科學院合肥智能機械研究所