一種紫紅外複合火焰探測器的製作方法

2023-07-24 23:21:36

專利名稱：一種紫紅外複合火焰探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型採用紫紅外複合火焰探測技術，涉及所有需要快速、可靠進行火災探測的領域。
背景技術：
隨著社會和經濟的發展，人們的生產和生活的各個場合，都面臨著各種各樣的火災隱患。特別是倉庫，油站，化工及危險品生產、儲存等易燃易爆場所，火災的監控如果靠人工巡視，效果及效率低下，成本高昂；一旦發生火災甚至爆炸，火勢將迅速蔓延，十分難以撲救，危及人員安全，給生產部門和社會帶來巨大的財富損失。因此，火災的早期監控具有十分重大的意義，隨著電子技術的發展，採用電子裝置應用於火災監控，迅速準確地探測火災，在火災剛開始的階段就迅速報警提醒工作人員採取措施，避免醞釀成大型火災，減少財富及人員安全的損失。高速發展的電子技術及各種傳感器件的不斷發展，為全天候大範圍的火災的早期監控提供了可能，根據火災的頻譜特徵，如何根據火焰中的輻射特徵進行檢測及綜合決策分析，以及檢測方式的選用，準確的報警的實現和快速響應，易於移植和適用於自動滅火抑爆系統的構建是我們急需解決的問題。根據火災發生時的信號特徵，以往的火災監控技術有感煙，感紅外及紫紅外雙光譜檢測方式，感煙和感紅外的檢測方式均存在各種局限性，感煙傳感器僅對陰燃導致的大量煙霧敏感，無法檢測快速發生的明火火災，對於爆炸更是無能為力；感紅外的火災探測容易遭受來自人體，動物以及高溫熱體及太陽等自然光的幹擾，火警不準確。以往的紫紅外雙光譜檢測技術也沒有採用微處理器作為核心控制器件時間信息的綜合分析決策，火警判斷快速實時性明顯不足，一旦環境溫度發生變化也將影響火警的準確性。而我們的快速實時紫紅外檢測技術，在紅外檢測的基礎之上，結合紫外檢測手段，同時檢測火焰中的紫外和紅外兩種信號特徵，以微處理器進行決策分析，一旦發生異常，能夠迅速排除幹擾輸出火警。微處理器對輸入的紅外、紫外信息進行分析，只有紅外信號和紫外信號同時滿足判斷抑爆或火災的條件時，才輸出報警信號。通過融合紫外、紅外火焰探測的優勢，克服了探測靈敏度與誤報警的矛盾，既具有極高的火災探測靈敏度，又具有傳統火災探測器所不具備的非火災幹擾源識別能力。
發明內容本實用新型的發明目的在於針對易燃易爆場所早期火災及爆炸發生時，提供一種實時高可靠、成本低廉、易於移植和普及的火災及爆炸監控技術，即本實用新型是一種紫紅外複合火焰探測器，其特徵在於該紫紅外複合火焰探測器的內部電路包括微處理器、紅外管、紫外管、紫外信號處理電路、紅外信號處理電路、脈衝信號檢測電路、輸出控制電路， 所述紫外管通過所述脈衝信號檢測電路與微處理器連接。為了完成上述目的本發明創造是通過下述方案予以實現紫紅外複合雙光譜檢測，微處理器作為核心控制器件，以火災信息特徵為基礎的傳感器信號的綜合決策分析技術方案。根據物質燃燒(爆炸)總是伴有煙、溫、氣、光等一系列物理、化學變化，尤其是烷、 醇、氣油及高碳固體燃料的快速燃燒(爆炸)時，最快傳遞信息的是光(火焰)，由於不同的物質燃燒將產生不同的燃燒光譜及光譜強度，而且燃燒光譜還會疊加上諸如電磁幹擾、太陽光、照明光、各種弧光及各種射線等構成對火焰探測的幹擾源。通過試驗，以火災中分布最強的紫外光譜和紅外光譜作為檢測依據，多個相互關聯參數綜合分析，準確判斷真實火災情況。通過對不同燃燒物質在不同環境下的火焰和幹擾源的紫紅外特徵提取，建立火焰特徵資料庫，存儲在微處理器中，作為判斷火災的部分參考依據，以便提高火焰判斷的準確性。在複合探測器在軟體設計上，基於性能強大的微處理器平臺，選擇較優的處理紅外、紫外信息融合算法和融合過程編製成控制程序。同時對外界非火災因素的變化實施自動補償，對電幹擾及線路分布參數的影響進行自動處理，可根據現場的不同環境，自動調整探測器的靈敏度。提高對各種信息進行綜合分析、比對，根據一定的邏輯和算法，排除幹擾因素，確認火災信號。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是 本新型紫紅外複合火焰探測器，是通過同時檢測周圍環境中的紫外和紅外信號來判斷是否發生了火災，紫外和紅外傳感器實時採集到的信號數據送入微處理器，由微處理器對該實時數據同存儲在微處理器內部的普通火災及爆燃火災特徵資料庫信息進行比對， 一旦發現實時採集到的信號符合火災的特徵，探測器就輸出火警信號。此項火災探測探測技術響應快速可靠，雙光譜檢測抗誤報能力強，易於移植和普及。

圖1是本發明的原理方框圖；圖2是本發明的紫外信號處理電路圖，包括脈衝檢測和強度檢測兩路；圖3是本發明的紅外信號處理電路圖，包括直流信號檢測和交流信號檢測兩路；圖4是本發明的控制程序流程框圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其它等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。請參閱圖1所示本發明紫紅外複合火焰探測技術，包括真空紫外管工作電源及信號處理電路，紅外管及信號處理電路，微處理器及輸出控制電路單元。當上電工作時，真空紫外光電管和紅外管將隨時檢測所監控區域內的紫外線和紅外線，並將實時採集到的信號轉換為電信號後經信號處理電路處理後輸入到微處理器中通過控制程序做決策分析，一旦符合火災特徵將輸出火警信號。紫紅外複合火焰探測器的電路包括真空紫外管及其工作電路，紅外管及其工作電路，微處理器及輸出控制單元電路。把微處理器設計運用在火災探測器中，通過對火災初期採集到的參數連續傳送給控制器。由控制器內的主機進行相應的分析處理、判斷現場是否發生火災。這種探測報警方式不同於一般火災探測器，是藉助於火災在燃燒過程中所產生的物理和化學效應，將火災特徵參數轉變為一些可測信號。利用現代信號檢測技術和處理方法，通過對採集的火災參數與前若干次採集貯存的參數進行綜合判斷、處理，達到識別真實火災信號的目的。這樣探測器不但能夠適應各種環境情況的變化，還具有自動調整運行參數的自適應的能力，為火災信號處理開闢了嶄新的發展途徑。因此火災探測智能化使火災探測能更客觀、更真實、更準確地發現火情，大大減少了誤報，提高了系統的可靠性。紫外管響應火焰中的信號，一路經脈衝信號檢測電路處理後，送入PIC微處理器， 對紫外脈衝進行分段計數處理，另一路對紫外輻射強度信號經放大、降噪處理後送入PIC 微處理器分析，實現對紫外管信號的檢測。如圖2所示，日盲型真空紫外光電管只對190l80nm波長範圍內的紫外線作出響應，而此波段正是碳氫化合物燃燒火焰中紫外輻射最強的波段，在紫外信號處理電路中，通過VI、V2、V3、Tl等構成的逆變電路，將+ 15V電壓變成300V以上的交流電壓，通過整流、 濾波、限流後，為紫外光電管提供工作電壓。同時為保證紫外管工作電壓的穩定，設計了電壓負反饋電路。當有紫外源存在且強度達到一定值時，紫外管放電並形成脈衝，其信號經處理後進入CPU分析、處理。如圖3所示，所選紅外管峰值波長為4. 4 μ m，此波段正是碳氫化合物燃燒火焰中紅外輻射最強的波段。紅外管的特性相當於一個光敏電阻，其對環境光線、環境溫度是很敏感的，在實際電路中，採用了對紅外信號進行交、直流的檢測處理，在電路中增加阻抗匹配來改善紅外管內阻的影響；增加了濾波電容來減小紅外管本身熱噪聲對信號的影響；同時利用軟體對環境溫度等實施補償。在紅外信號處理電路中，比較器N3的6腳為紅外基準參考電壓，通過CPU控制V6 的定時開、關，獲得紅外管當前的環境信息及相應的電壓，正常狀態下N 3的7腳輸出低電平，當有紅外源存在且強度達到一定值時，N 3輸出高電平，其信號經處理後輸入CPU分析、處理。在實際實驗、調試中發現，對紅外信號的處理和補償範圍窄，調試很困難，存在調試好的數據在第二天測試時又發生了變化等不確定情況；採用對紅外信號的直流信號進行處理，存在受外界的響應大，補償不一定合理等因素。針對這些問題，在設計中採取了以下措施1、採用集成溫度晶片檢測環境溫度的變化，通過大量實驗摸索紅外對溫度的變化曲線，建立補償表，對紅外參數進行補償2、採用選頻放大電路3、同時採集交流脈衝信號和直流電平兩路信號4、紅外管信號軟體的改進。[0030]紅外信號的處理採用雙T選頻放大電路，有效抑制了幹擾信號的影響，提高了探測器的可靠性。同時又採集交流脈衝信號和直流電平兩路信號，通過一系列的處理，可準確、有效的檢測出特定光譜範圍內紅外火焰信號。由於環境溫度對紅外器件影響較大，我們還採用了溫度檢測電路，補償環境溫度對紅外器件影響；根據圖4所示的探測器控制程序流程框圖，控制程序根據環境溫度對紫外和紅外傳感器作出溫度補償，同時依據實時採集到的紫紅外信號同預先存儲的火災特徵數據進行比對，由火災判斷算法綜合決策分析，作出是否火災的判斷。硬體處理上首先考慮儘可能減少相關環境因素對探測器的幹擾，即從環境中提取和測量火災現象表現出來的物理特徵參量，然後將這種物理參量在火災中表現出來的特徵進行提煉和簡化，並將這種提煉和簡化形成技術上能夠實現的火災探測算法。開機上電，軟體系統開始運行，首先執行初始化程序，對IO埠，定時器模塊，通信模塊進行配置，然後執行自檢程序，檢驗標準信號燈，輸出指示燈光，傳感器是否故障。自檢完畢後，系統進入循環工作過程，在此過程中不停監測傳感器信號和處理通信功能。軟體系統中，定時器模塊和AD轉換模塊將隨時監測紫外和紅外傳感器的信號特徵。每2. 5ms時間內，定時器模塊和AD模塊將每隔100 μ s檢測一次紫外和紅外傳感器輸出的信號，並連續分析最近的若干次數據，並將分析結果與數據存儲器中存儲的火災特徵庫的火災的紅外和紫外特徵進行對比，若符合火災特徵庫中的抑爆信號火災特徵，系統將在2. 5ms之內輸出抑爆火警信號。若不符合抑爆火警特徵，則延長分析時間，增加連續分析的數據採樣數。若符合火災特徵庫中的普通火特徵，則系統將在3s內輸出普通火警信號。同時處理通信、日誌記錄等功能。在系統的無限循環工作過程中，每10分鐘將會中斷火警檢測工作，進行系統的故障自檢，啟動標準信號源對紫外和紅外傳感器的輸出特性進行檢驗，同時檢測探測器玻璃窗口的髒汙程度，同時發送到上位機，提醒操作人員維修或處理。以上所描述的最佳實例僅是對本發明進行闡述和說明，但並不限於所公開的具體任何形式，進行許多的修改和變化是可能的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種紫紅外複合火焰探測器，其特徵在於該紫紅外複合火焰探測器的內部電路包括微處理器、紅外管、紫外管、紫外信號處理電路、紅外信號處理電路、脈衝信號檢測電路、輸出控制電路，所述紫外管通過所述脈衝信號檢測電路與所述微處理器連接。
2.根據權利要求1所述的紫紅外複合火焰探測器，其特徵在於所述紅外管、紫外管分別有各自的傳感器，用於將實時採集到的信號轉換為電信號。
3.根據權利要求1所述的紫紅外複合火焰探測器，其特徵在於所述紅外信號處理電路採用雙T選頻放大電路，用於抑制幹擾信號。
4.根據權利要求1所述的紫紅外複合火焰探測器，其特徵在於所述紅外信號處理電路中還包含比較器(N3 )，該比較器(N3 )的6腳為紅外基準參考電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種新型的紫紅外複合火焰探測器，該紫紅外複合火焰探測器的內部電路包括微處理器、紅外管、紫外管、紫外信號處理電路、紅外信號處理電路、脈衝信號檢測電路、輸出控制電路，所述紫外管通過所述脈衝信號檢測電路與微處理器連接。當微處理器接收到紫外光電管和紅外傳感器傳送進來的從周圍環境中採集到的紫外和紅外輻射信號時，微處理器會將這兩種信號同自身存儲的火災特徵信息之間作出比對，複合火災的特徵時，輸出火警信號，否則進入下一個工作循環繼續監控，此項火災探測探測技術響應快速可靠，雙光譜檢測抗誤報能力強，易於移植和普及。
文檔編號G01V8/10GK202033865SQ20112012294
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者巨萬裡, 陳建 申請人:四川天微電子有限責任公司