前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器的製作方法
2023-06-11 16:28:41
專利名稱：前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於火災探測技術領域，特別是涉及ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器。
技術背景點型光電感煙火災探測器是國內外城市建築中使用最為廣泛的火災探測器。長期以來，點型光電感煙火災探測器普遍採用單一前向散射原理，它對於諸如木材熱解陰燃火、棉繩陰燃火產生的粒徑較大的白色或灰色煙霧探測靈敏度較高，而對於諸如聚氨脂塑料明火、正庚烷明火產生的粒徑較小的黒色煙霧探測靈敏度卻較差，以至於在許多應用場所當火災初期產生黑煙時出現漏報或延誤報警的事故。為了解決前向散射式光電感煙火災探測 器的這ー缺陷，近年來，國內外研製開發了利用後向散射原理的點型光電感煙火災探測器，它雖然提高了諸如聚氨脂塑料明火、正庚烷明火產生黑色煙霧的探測靈敏度，但是它對白色或灰色煙霧的探測靈敏度卻大大低於前向散射原理的點型光電感煙火災探測器。単一的前向散射或後向散射光電感煙火災探測器對不同顔色、不同粒徑的煙霧顆粒難以達到良好的均衡靈敏響應性能，而且也不能有效甄別煙霧、水蒸汽、油煙及灰塵，因此在環境因素影響下誤報率較高
實用新型內容
針對目前點型光電感煙火災探測器普遍存在的對典型煙霧顆粒均衡靈敏響應性能較差，特別是對火災初期物質陰燃所產生的常溫黒色煙霧出現漏報事故，並且在非火災煙霧顆粒影響下誤報率較高的現實問題，本實用新型提供ー種基於紅外光對不同顔色、不同粒徑、不同濃度的廣譜煙霧顆粒以及諸如水蒸汽、油煙、灰塵等非煙霧顆粒多角度散射特性和量化規律的研究成果，將前向散射與後向散射兩種光電感煙探測方式進行優化組合的前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器。為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案，ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，包括由迷宮蓋和迷宮底座組合而成的感煙迷宮，其特點是在所述的感煙迷宮內部設置有第一紅外發光管、第二紅外發光管和紅外接收管；所述的第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z AOC為43° 62°，第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOC為123° 139°，所述的第一紅外發光管、第二紅外發光管和紅外接收管分別與控制電路相連接。所述的第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOC優選為129。 135。。所述的第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOC更優選為 132。。所述的第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z AOC優選為47。 55°。[0008]所述的第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z AOC更優選為 48。。所述的迷宮蓋和迷宮底座採用電導率為108S/cm的導電ABS原料鑄塑而成。所述的控制電路包括信號處理電路、通信電路、發光控制電路、光電信號轉換電路、信號放大及濾波電路、火災報警控制器及電源電路，信號處理電路通過通信電路與火災報警控制器相連接，信號處理電路與發光控制電路相連接，光電信號轉換電路的輸出端與信號放大及濾波電路的輸入端相連接，信號放大及濾波電路的輸出端與信號處理電路相連接；電源電路分別與通信電路、發光控制電路、光電信號轉換電路、信號處理電路及信號放大及濾波電路相連接。所述的發光控制電路包括第一紅外發光管、第二紅外發光管、第二十二電阻、第二十四電阻，第一紅外發光管和第二紅外發光管的正極分別與電源的正極相連接，第二紅外發光管的負極經第二十二電阻與第四三極體的集電極相連接，第四三極體的發射極與地相連接，第四三極體的基極經第二十三電阻與單片機的控制端ロ相連接；第一紅外發光管的負極經第二十四電阻與第五三極體的集電極相連接，第五三極體的發射極與地相連接，第五三極體的基極經第八電阻與單片機的控制端ロ相連接。所述的光電信號轉換電路包括紅外接收管、第九電阻、第十電阻、第六電容及第七電容，電源的正極經第九電阻分別與紅外接收管的負極、第七電容的負極相連接；紅外接收管的正極經第十電阻與地相連接，第七電容的正極與地相連接，在第十電阻的兩端並聯有第六電容，紅外接收管的正極與信號放大及濾波電路的輸入端相連接。所述的信號放大及濾波電路包括第一級放大器、第二級放大器，第二級放大器的正向輸入端一路經第五電容與第一級放大器的輸出端相連接，另一路經第十三電阻與地相連接，第一級放大器的正向輸入端為信號放大及濾波電路的輸入端，第一級放大器的反向輸入端經第^ 電阻與地相連接，在第一級放大器的反向輸入端與輸出端之間並聯有第十二電阻和第十二電容；第二級放大器的輸出端與單片機的輸入端相連接；第二級放大器的反向輸入端經第十四電阻與地相連接，在第二級放大器的反向輸入端與輸出端之間並聯有第十五電阻和第十三電容。所述的通信電路包括通信接收電路和通信回答電路，所述的通信接收電路包括第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第三電容、第四電容和第三三極體，電源的正極經第二十一電阻與第三三極體的集電極相連接，第三三極體的發射極與地相連接；第三三極體的集電極與單片機的輸入/輸出端ロ相連接，在電源的正極與第三三極體的基極之間連接有第二十電阻，在第三三極體的集電極與發射極之間連接有第四電容，在第三三極體的基極與發射極之間連接有第十九電阻；第三三極體的基極依次經第十八電阻、第三電容與天線相連接；所述的通信回答電路包括第十六電阻、第二三極體和第十七電阻，第二三極體的基極經第十六電阻與單片機的輸入/輸出端ロ相連接，第二三極體的發射極與地相連接，第二三極體的集電極經第十七電阻與天線相連接。所述的信號處理電路由單片機及其外圍電路組成。本實用新型的探測器的工作原理如下前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器內設有2個紅外發光管A、B,紅外發光管A、B分別與I個紅外接收管C構成前向散光式和後向散光式兩個感煙探測光路。2個紅外發光管A、B採取分時發光控制，由紅外接收管C同步接收光強度信號的工作方式。當探測器中無煙霧時，紅外接收管C僅能接收到紅外發光管A、B的微弱光線，當煙霧進入探測器吋，由於光線遇到煙粒子發 生散射效應，使紅外接收管C收到的光強度信號増加；進入探測器中的煙粒子越多(煙濃度越大)，紅外接收管C收到的光強度信號越大，經光/電轉換後達到火災感煙探測的目的。本實用新型的有益效果I.廣譜感煙本實用新型的探測器將前向散射與後向散射兩種最佳感煙探測光路進行優化組合，使本實用新型的探測器對不同顔色、不同粒徑的煙霧顆粒有良好的均衡靈敏響應性能，特別是對物質陰燃產生的常溫黒色煙霧具有更靈敏的探測特性，在工程應用中能夠有效提高早期火災探測報警能力，根絕火災產生黑煙場所出現漏報或延誤報警的危險情況。2.低誤報率本實用新型的探測器由2個紅外發光管和I個紅外接收管構成了前向和後向兩種探測光路，並通過大量實驗掌握了典型煙霧顆粒及非煙霧顆粒在該探測器中對紅外光的散射特性和量化規律，可有效甄別煙霧、水蒸汽、油煙及灰塵等，從而大大降低了探測器受環境因素影響的誤報率。3.良好的性價比由於採取了以下措施，使本實用新型的探測器成本略低於目前國產的單一前向散射或後向散射式點型光電感煙火災探測器。(I)本實用新型的探測器的迷宮蓋和迷宮底座採用電導率為108S/cm的導電ABS原料鑄塑而成，具有本質屏蔽電磁波和抗靜電幹擾的作用，可省卻傳統的銅質或不鏽鋼屏蔽罩；(2)省卻了後向散射式光電感煙傳感器中常用的I對聚焦鏡片；(3)採用電子編(地址)碼和純軟體可編程總線通信技術，節省了 8位撥碼開關和專用通信晶片；(4)本實用新型的探測器的控制電路與普通光電感煙探測電路相比僅增加了 I個紅外發光管。本實用新型的探測器取消了常規後向散射式感煙傳感器需在發光管及接收管前加裝I對聚光透鏡的作法，既簡化了結構降低了成本，而且提高了探測器受水蒸汽影響時的抗誤報能力。4.與系統兼容靈活本實用新型的探測器採用純軟體可編程總線通信技術，支持任何總線通信協議，通過編程、無需改動探測器的硬體電路和結構即可與任何廠家的火災報警控制器廣域兼容。本實用新型的探測器在本質上對較小粒徑的黑色煙粒子及較大粒徑的白色煙粒子具有良好的均衡靈敏響應性能，特別是對火災初期物質陰燃產生的常溫黒色煙霧有更靈敏的探測特性，是ー種新型的具有廣譜寬帶煙霧探測性能的點型光電感煙火災探測器；在降低誤報、杜絕漏報火災、提高火災早期探測報警性能等方面優於其它類型(単一的前向散射式或後向散射式)的點型光電感煙火災探測器。本實用新型的探測器總體技術水平和綜合性能達到了二十一世紀初國際先進水平，國外同類產品的銷售價格較高(在50美元以上)，而本實用新型的探測器成本卻較低廉，僅在30元人民幣以內。本實用新型的探測器的開發和應用，為我國複雜建築場所提供了急需的火災探測報警新技術、新產品，對減少火災的損失，保衛人民生命財產安全和經濟建設將起到重大作用。它的投產和推廣應用不僅可以滿足我國對消防安全的新需求，還可替代進ロ產品，為國家節省大量外匯，將產生顯著的社會經濟效益。
圖I為本實用新型的探測器的結構示意圖；圖2為本實用新型的探測器的控制電路的電路原理框圖；圖3為本實用新型的探測器的控制電路中發光控制電路的電路原理圖；圖4為本實用新型的探測器的控制電路中光電信號轉換電路的電路原理圖；圖5為本實用新型的探測器的控制電路中信號放大及濾波電路的電路原理圖；圖6為本實用新型的探測器的控制電路中通信電路的電路原理圖；圖I中，I-第二紅外發光管，2-迷宮蓋，3-感煙迷宮的中心，4-感煙迷宮，5-第一紅外發光管，6-迷宮底座，7-紅外接收管。
具體實施方式
如圖I所示，ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，包括由迷宮蓋2和迷宮底座6組合而成的感煙迷宮4，在所述的感煙迷宮4內部設置有第一紅外發光管5、第二紅外發光管I和紅外接收管7 ;所述的第一紅外發光管5與感煙迷宮的中心3、紅外接收管7之間的夾角Z AOC為48°，第二紅外發光管I與感煙迷宮的中心3、紅外接收管7之間的夾角Z BOC為132°，所述的第一紅外發光管5、第二紅外發光管I和紅外接收管7分別與控制電路相連接。所述的迷宮蓋2和迷宮底座6採用電導率為108S/cm的導電ABS原料鑄塑而成，具有本質屏蔽電磁波和抗靜電幹擾的作用，可省卻傳統的銅質或不鏽鋼屏蔽罩。所述的感煙迷宮4可有效防止外界環境光線及昆蟲等幹擾源進入本實用新型的探測器內。如圖2所示，所述的控制電路包括信號處理電路、通信電路、發光控制電路、光電信號轉換電路、信號放大及濾波電路、火災報警控制器及電源電路，信號處理電路通過通信電路與火災報警控制器相連接，信號處理電路與發光控制電路相連接，光電信號轉換電路的輸出端與信號放大及濾波電路的輸入端相連接，信號放大及濾波電路的輸出端與信號處理電路相連接；電源電路分別與通信電路、發光控制電路、光電信號轉換電路、信號處理電路及信號放大及濾波電路相連接。如圖3所示，所述的發光控制電路包括第一紅外發光管A、第二紅外發光管B、第二十ニ電阻R22、第二十四電阻R24，第一紅外發光管A和第二紅外發光管B的正極分別與電源的正極相連接，第二紅外發光管B的負極經第二十二電阻R22與第四三極體T4的集電極相連接，第四三極體T4的發射極與地相連接，第四三極體T4的基極經第二十三電阻R23與單片機Ul的控制端ロ RC4相連接；第一紅外發光管A的負極經第二十四電阻R24與第五三極體T5的集電極相連接，第五三極體T5的發射極與地相連接，第五三極體T5的基極經第八電阻R8與單片機Ul的控制端ロ RC3相連接。在發光控制電路中，由限流電阻R24、R22分別控制紅外發光管A、B的發光強度，由單片機Ul的輸出端RC3、RC4分時控制紅外發光管A、B的發光狀態，將脈衝發光方式調製為100 μ S / S,即姆秒發光100微秒，從而可確保紅外發光管工作壽命高達100年以上。如圖4所示，所述的光電信號轉換電路包括紅外接收管C、第九電阻R9、第十電阻R10、第六電容C6及第七電容C7，電源的正極經第九電阻R9分別與紅外接收管C的負極、第七電容C7的負極相連接；紅外接收管C的正極經第十電阻RlO與地相連接，第七電容C7的正極與地相連接，在第十電阻RlO的兩端並聯有第六電容C6，紅外接收管C的正極與信號放大及濾波電路的輸入端SI相連接。光電信號轉換電路能夠將接收到的紅外光強度信號轉換為電壓輸出信號SI，單片機Ul對紅外發光管A、B採取分時發光控制，並同步採集SI放大信號ADI，從而將前向散射感煙信號和後向散射感煙信號區分開來，C7和C6起穩壓和濾波作用。如圖5所示，所述的信號放大及濾波電路包括第一級放大器F1、第二級放大器F2，第二級放大器F2的正向輸入端一路經第五電容C5與第一級放大器Fl的輸出端相連接,另 一路經第十三電阻R13與地相連接，第一級放大器Fl的正向輸入端為信號放大及濾波電路的輸入端SI,第一級放大器Fl的反向輸入端經第^ 電阻Rll與地相連接，在第一級放大器Fl的反向輸入端與輸出端之間並聯有第十二電阻R12和第十二電容C12 ;第二級放大器F2的輸出端與單片機Ul的輸入端ADI相連接；第二級放大器F2的反向輸入端經第十四電阻R14與地相連接，在第二級放大器F2的反向輸入端與輸出端之間並聯有第十五電阻R15和第十三電容C13。光電信號轉換電路的輸出信號SI經兩級放大後的ADI電壓信號由單片機Ul的輸入端RAO接收，單片機Ul內含8位ニ進位A/D轉換器，能夠將ADI電壓信號線性轉換為解析度為O 255的數位訊號，第一級放大倍數由R12 / Rll的比值決定，C5和R13能夠過濾掉第一級放大信號中的本底直流電壓成份，允許通過感煙探測脈衝信號；濾波後的第一級放大信號再進行第二級放大，第二級放大倍數由R15 / R14的比值決定，使輸出的ADI電壓信號為O. 30V 4. 70V, C12、C13起抑制SI瞬態幹擾信號的作用。如圖6所示，所述的通信電路包括通信接收電路和通信回答電路，所述的通信接收電路包括第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二i^一電阻R21、第三電容C3、第四電容C4和第三三極體T3，電源的正極經第二i^一電阻R21與第三三極體T3的集電極相連接，第三三極體T3的發射極與地相連接；第三三極體T3的集電極與單片機Ul的輸入/輸出端ロ RCO相連接，在電源的正極與第三三極體T3的基極之間連接有第二十電阻R20，在第三三極體T3的集電極與發射極之間連接有第四電容C4，在第三三極體T3的基極與發射極之間連接有第十九電阻R19 ;第三三極體T3的基極依次經第十八電阻R18、第三電容C3與天線L+相連接；所述的通信回答電路包括第十六電阻R16、第二三極體T2和第十七電阻R17，第二三極體T2的基極經第十六電阻R16與單片機Ul的輸入/輸出端ロ RC5相連接，第二三極體T2的發射極與地相連接，第二三極體T2的集電極經第十七電阻R17與天線L+相連接。所述的通信接收電路能夠將上位機，如火災報警控制器等總線傳輸來的由高電平24V和低電平16V組成的載波通信信號，相應轉換為高電平5V和低電平OV的信號，並由單片機Ul的輸入端RCO接收並解碼；單片機Ul按照上位機的通信命令，再通過通信回答電路向上位機回答探測器當前的火災報警、故障、正常監視等狀態信息，也能夠按照上位機的命令傳輸探測器的感煙模擬量、類型碼、設定地址碼等信息。所述的信號處理電路由單片機及其外圍電路組成。所述的單片機主要包括8位ニ進位A/D轉換器、定時器、計數器、12個具備獨立方向控制的I/O引腳、隨機存貯器RAM、可讀/寫非易失性存貯器EEPROM、程序存貯器EPROM等。通過對典型煙霧顆粒以及非煙霧顆粒對紅外光多角度散射特性及其量化規律的實驗研究，表明光散射特性對於粒徑較大的白色或灰色煙霧呈現較強的前向散射效應，如圖I所示，適宜的前向散射角Z BOC為123° 139°對淺色煙霧響應靈敏度較高，其中以132±3°為最佳，所以本實用新型的探測器的前向散射角Z BOC設定為132° ;而光散射特性對於粒徑較小的黒色煙霧則呈現後向散射效應要遠遠大於前向散射效應，適宜的後向散射角ZAOC為43° 62°對黑色煙霧探測靈敏度較高，其中以51 ±4°為最佳，所以本實用新型的探測器的後向散射角Z AOC設定為48°。本實用新型的探測器通過編程開發了電子編碼技術、可編程總線通信技術和算法 處理技術，使本實用新型的探測器以良好的性價比、兼容性和可靠性實現了智能判斷火災、實時信息傳輸等功能。可編程總線通信技木本實用新型的探測器用軟體編程的方式支持任何總線通信協議，通過編程、無需改動探測器硬體電路便可與任何廠家的火災報警控制器兼容工作。本實用新型的探測器可編程總線通信技術，解決了以往總線制探測器只能與固定廠家、固定品牌、固定通信協議的火災報警控制器配套工作，而不能廣域兼容的問題。總線制探測器電子編碼技術通過人為操作電子編碼器(為本實用新型的探測器配套開發的電子編碼專用裝置)可對探測器設置I 255之一的地址碼，當探測器中的單片機收到電子編碼器傳輸的地址設定命令時，即將該設定地址碼保存在單片機非易失性存貯器EEPROM中，探測器與火災報警控制器聯網運行中，每個探測器實時接收由控制器ニ總線傳輸的地址信息並與本探測器的設定地址相比較，如果地址判斷一致則向控制器回答本探測器的當前狀態信息，如果地址判斷不一致則不作回答。這種電子編碼總線通信技術可省卻以往總線制探測器需用8位撥碼開關的硬體開銷。
權利要求1.ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，包括由迷宮蓋和迷宮底座組合而成的感煙迷宮，其特徵在於在所述的感煙迷宮內部設置有第一紅外發光管、第二紅外發光管和紅外接收管；所述的第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z AOC為43° 62°，第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOC為123° 139°，所述的第一紅外發光管、第二紅外發光管和紅外接收管分別與控制電路相連接。
2.根據權利要求I所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOC為129° 135。。
3.根據權利要求2所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOC為132°。
4.根據權利要求I所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z AOC為47° 55。。
5.根據權利要求4所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z AOC為48°。
6.根據權利要求I所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的迷宮蓋和迷宮底座採用電導率為108S/cm的導電ABS原料鑄塑而成。
7.根據權利要求I所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的控制電路包括信號處理電路、通信電路、發光控制電路、光電信號轉換電路、信號放大及濾波電路、火災報警控制器及電源電路，信號處理電路通過通信電路與火災報警控制器相連接，信號處理電路與發光控制電路相連接，光電信號轉換電路的輸出端與信號放大及濾波電路的輸入端相連接，信號放大及濾波電路的輸出端與信號處理電路相連接；電源電路分別與通信電路、發光控制電路、光電信號轉換電路、信號處理電路及信號放大及濾波電路相連接。
8.根據權利要求7所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的發光控制電路包括第一紅外發光管、第二紅外發光管、第二十二電阻、第二十四電阻，第一紅外發光管和第二紅外發光管的正極分別與電源的正極相連接，第二紅外發光管的負極經第二十二電阻與第四三極體的集電極相連接，第四三極體的發射極與地相連接，第四三極體的基極經第二十三電阻與單片機的控制端ロ相連接；第一紅外發光管的負極經第二十四電阻與第五三極體的集電極相連接，第五三極體的發射極與地相連接，第五三極體的基極經第八電阻與單片機的控制端ロ相連接。
9.根據權利要求7所述的ー種前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，其特徵在於所述的光電信號轉換電路包括紅外接收管、第九電阻、第十電阻、第六電容及第七電容，電源的正極經第九電阻分別與紅外接收管的負極、第七電容的負極相連接；紅外接收管的正極經第十電阻與地相連接，第七電容的正極與地相連接，在第十電阻的兩端並聯有第六電容，紅外接收管的正極與信號放大及濾波電路的輸入端相連接。
專利摘要前/後向散射複合式點型光電感煙火災探測器，屬於火災探測技術領域。本實用新型基於紅外光對不同顏色、不同粒徑、不同濃度的廣譜煙霧顆粒以及諸如水蒸汽、油煙、灰塵等非煙霧顆粒多角度散射特性和量化規律的研究成果，將前向散射與後向散射兩種光電感煙探測方式進行優化組合。本實用新型包括由迷宮蓋和迷宮底座組合而成的感煙迷宮，其特點是在所述的感煙迷宮內部設置有第一紅外發光管、第二紅外發光管和紅外接收管；第一紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角∠AOC為43°～62°，第二紅外發光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角∠BOC為123°～139°，第一、第二紅外發光管和紅外接收管分別與控制電路相連接。
文檔編號G08B17/107GK202650185SQ20122022737
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者翁立堅, 董文輝, 龔溥 申請人:公安部瀋陽消防研究所