雙波長紅外火焰探測器的製作方法
2023-07-24 23:02:31 2
專利名稱：雙波長紅外火焰探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及火災預警系統領域，特別涉及火焰探測裝置領域，具體是指一種雙波長紅外火焰探測器。
背景技術：
太陽、火焰、人體以及其它熱物體，都會輻射不同頻譜、不同強度的輻射能量。例如到達地球表面的太陽光線基本上就屬於全光譜(包含紫外、中紅外、遠紅外)的輻射光線，請參閱圖1所示，其中區域I為可見光，區域II為紅外輻射，區域III為到達地球表面的太陽輻射，在輻射光譜中，11段為紫外探測波段，12段為紅外探測波段，13段為CO2峰值波段。火災發生時產生的火焰，輻射出的紅外線主要集中在中紅外頻譜範圍內。
請參閱圖2所示，紅外火焰探測器使用的紅外傳感器，其中包括窄帶濾光片22和紅外線傳感功能電路23，將不同紅外輻射能量轉換成為不同強度的電信號，圖中21為輸入的紅外輻射，24為輸出的電信號，因而紅外火焰探測器根據傳感器檢測到的電信號來識別是否有明火存在，發生火災報警信號。基於這樣的工作原理，紅外火焰探測器具有以下的特性(1)被動探測如果沒有輻射紅外線的物體存在，紅外火焰探測器沒有任何的響應。同理，如果紅外火焰探測器沒有主動紅外輻射裝置，紅外探測器就難以實現汙染檢測。
(2)探測距離隨探測角度的變化而變化從圖3可以看出，同一物體發出的紅外輻射能量是相同的，但是若處於不同的輻射角度，到達紅外傳感敏感源的能量是不同的，其關係相當於幾何上的餘弦函數(COS)關係，例如當輻射角度為0度(垂直輻射)時若輻射能量為A，則輻射角度為60度(斜射)時輻射能量為cos60°×A＝A/2。
請參閱圖4所示，所有的紅外探測器的監視範圍均是拋物線錐體而不是等圓錐體。
在現有技術中，普通常規的紅外火焰探測器是使用單紅外探測設計，導致整體產品的抗幹擾性不強，容易受到環境各種幹擾光源的影響導致誤報；同時，傳統的紅外火焰探測器使用的紅外傳感器接收的中心波長不在火焰的峰值波長上，帶寬較寬，不能正確的接收火焰中發射出來的紅外信號，不能正確反應火災發生的情況；在對環境的適應能力上，自然光、陽光、燈光、電焊等幹擾源對傳統紅外火焰探測器會造成很大的影響，所以普通的紅外火焰傳感器對使用環境的要求很高，不能很好的滿足用戶的各種要求；而且由於紅外火焰傳感器內部的採樣電阻很大，紅外傳感器不宜在震動、晃動的環境下使用，在這樣環境下使用的紅外火焰探測器只能犧牲探測器的靈敏度和探測距離來滿足使用要求；同時，普通紅外火焰探測器的探測視角一般只能達到80度的探測視角，保護面積小；不能形成一個餘弦關係的視角圓錐；不僅如此，一般的紅外火焰探測器只能探測到25米以內的一個標準火源；當距離達到25米探測距離的時候，探測器的靈敏度就會降低很多；無法探測到50米的標準火焰；同時普通紅外火焰探測器靈敏度低，容易由於環境非火焰因素導致探測器誤報警；當火源的距離超出探測器的探測保護距離時，探測器無法對火災做出及時的報警；普通紅外火焰探測器結構上無法滿足防爆防護要求，無法在特殊場合的使用。
實用新型內容本實用新型的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種能夠準確進行火焰探測和精確報警、抗幹擾能力和環境適應能力較強、探測視角相對較大、探測靈敏度高的雙波長紅外火焰探測器。
為了實現上述的目的，本實用新型的雙波長紅外火焰探測器具有如下構成該雙波長紅外火焰探測器，包括殼體、嵌裝於殼體上的窄帶濾光片、窄帶濾光片後殼體內部的紅外線傳感功能電路，其主要特點是，所述的紅外線傳感功能電路包括二路具有不同的接收波段的紅外線傳感信號處理電路和一個中央處理器，每一路紅外線傳感信號處理電路均包括依次相連接的紅外傳感信號匹配電路單元、低噪聲前置放大器、多環有源選頻放大器、交流可調增益放大器、AD採樣和單片機接口電路，所述的單片機接口電路和所述的中央處理器相連接。
所述的紅外傳感信號匹配電路單元包括紅外線傳感器接收單元和與之相連接的自舉電路單元，所述的紅外線傳感器接收單元由場效應管、串聯連接於該場效應管柵極的傳感元和耦合電容、與該傳感元和耦合電容相併聯的輸入偏置電阻組成，所述的自舉電路單元跨接於該場效應管的漏極與源極之間。
所述的傳感元為鉭酸鋰薄片靈敏元。
所述的兩個紅外線傳感器接收單元所接收的紅外線波長分別為3.8μm和4.3μm。
所述的低噪聲前置放大器為級聯的多級放大器，其中第一級放大器為PF5301-1場效應管放大器。
所述的多環有源選頻放大器為三階有源帶通濾波器，且該帶通濾波器的中心頻率為10Hz，帶寬為2.3Hz，增益為2.8倍。
所述的交流可調增益放大器的放大增益為20～100倍。
所述的AD採樣和單片機接口電路包括一參考電壓可調式差動放大器，所述的交流可調增益放大器和參考電壓可調式差動放大器的輸出端均與所述的中央處理器的採樣輸入端相連接，該中央處理器的PWM輸出端與所述的參考電壓可調式差動放大器的輸入端相連接。
採用了該實用新型的雙波長紅外火焰探測器，由於其具有兩個不同紅外接收波段的傳感器，從而能夠最大限度地接收火焰發出的輻射能，最低限度地接收非火災幹擾源，通過檢測頻譜範圍在3.5至5.0微米範圍、振蕩頻率在5至25赫茲的火焰輻射能，並對兩個傳感器採集信號的變化比率和對應關係進行數據分析和運算處理，從而僅對火焰特徵頻譜範圍內的輻射發出報警，具備了非常高的防誤報警能力，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，又具有傳統火焰探測器所不具備的非火災幹擾源識別能力；同時本實用新型的探測器克服了紅外傳感器不宜在震動、晃動的環境下使用的缺陷，使其靈敏度和探測器距離大大提高；而且該探測器的探測視場角可以達到120度的探測範圍，保護面積大，探測保護距離和探測靈敏度高，實現了精確報警，滿足了防爆和防護要求；不僅如此，在生產工藝要求上，本探測器的電路模塊化設計，降低了產品的工藝安裝要求，並使得探測器抗電磁幹擾能力強，可靠性高，而且安裝簡單快速，維護和維修方便。
圖1為碳氫類化合物燃燒的輻射光譜示意圖。
圖2為紅外傳感器工作原理示意圖。
圖3為當光線為傾斜角度輻射紅外傳感器情況下的示意圖。
圖4為紅外火焰探測器的監視範圍示意圖。
圖5為本實用新型的紅外線傳感信號處理電路的功能模塊示意圖。
圖6為本實用新型的紅外線傳感器接收單元的電路原理圖。
圖7為本實用新型的紅外傳感信號匹配電路單元的電路原理圖。
圖8為本實用新型的低噪聲前置放大器的電路原理圖。
圖9為本實用新型的多環有源選頻放大器的電路原理圖。
圖10為本實用新型的交流可調增益放大器的電路原理圖。
圖11為本實用新型的AD採樣和單片機接口電路的工作原理圖。
圖12為本實用新型的參考電壓可調式差動放大器的電路原理圖。
圖13為本實用新型的電源供電部分的電路原理圖。
圖14為本實用新型的繼電器驅動電路的原理圖。
圖15為本實用新型的中央處理器電路的原理圖。
圖16為本實用新型的智能總線接口電路的原理圖。
圖17為本實用新型的雙波長紅外火焰探測器對火焰的響應曲線示意圖。
圖18為本實用新型的雙波長紅外火焰探測器對熱物體的響應曲線示意圖。
圖19a、圖19b分別為本實用新型的雙波長紅外火焰探測器的兩種安裝方式示意圖。
圖20為本實用新型的雙波長紅外火焰探測器在隧道中安裝使用的示意圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。
請參閱圖5所示，該雙波長紅外火焰探測器，包括殼體、嵌裝於殼體上的窄帶濾光片、窄帶濾光片後殼體內部的紅外線傳感功能電路，其中，所述的紅外線傳感功能電路包括二路具有不同的接收波段的紅外線傳感信號處理電路和一個中央處理器，每一路紅外線傳感信號處理電路均包括依次相連接的紅外傳感信號匹配電路單元1、低噪聲前置放大器2、多環有源選頻放大器3、交流可調增益放大器4、AD採樣和單片機接口電路5，所述的AD採樣和單片機接口電路5和所述的中央處理器相連接。在實際使用當中，所述的二路紅外線傳感信號處理電路的參數是一致的。
再請參閱圖6和圖7所示，所述的紅外傳感信號匹配電路單元1包括紅外線傳感器接收單元S1和與之相連接的自舉電路單元，所述的紅外線傳感器接收單元由場效應管、串聯連接於該場效應管柵極G的傳感元Cd和耦合電容Ca、與該傳感元Cd和耦合電容Ca相併聯的輸入偏置電阻Ri組成，所述的傳感元Cd為鉭酸鋰薄片靈敏元；所述的自舉電路單元3DJ2H跨接於該場效應管的漏極D與源極S之間。
同時，所述的兩個紅外線傳感器接收單元所接收的紅外線波長分別為3.8μm和4.3μm，這是因為火焰的中心頻率是4.3μm，而3.8μm的傳感器不對火焰信號相應；但兩個傳感器對熱物體(非火焰信號)的相應強度是一樣的。
同時，本實用新型的探測器的紅外頻譜是通過嵌入在中央處理器CPU內部的軟體來選擇的，也就是文中提到的人工智慧算法，電路只是把傳感器的信號進行採樣和整形處理。
其中的人工智慧算法包括(1)火焰特徵頻率算法，實現對紅外傳感器採樣到火焰信號進行分析和計算火焰的頻率，因為火焰的頻率範圍在5～25Hz的範圍內跳動，所以算法只分析5～25Hz的傳感器信號。
(2)火焰變化率算法。
(3)兩路傳感器信號對比關係算法，因為3.8微米的傳感器不對火焰信號反應，對火焰信號反應的傳感器是4.3微米的傳感器，通過兩個傳感器的相對信號的比較，可以正確檢測到火災。
在實際使用當中，Cd為鉭酸鋰薄片靈敏元，為電容性信號源，其直流阻抗在1013歐數量級。G為低噪聲J-FET，Ri為G的輸入偏置電阻，數量級為2×1011歐左右。如果Cd與J-FET直接耦合，則傳感器的電壓響應頻率將遠大於火焰的特徵頻率(5～25Hz)，所以要插入Ca電容耦合，抑制幹擾的串入。又因G的結電容及傳感器中寄生的分布電容，使G的輸入端存在一個非實體的等效輸入電容Ci，與輸入電阻Ri組成了一個達到秒級的RC電容時間常數，因此，匹配級電路的設計應儘量減小Ci的數值，所以電路中必須加入一個自舉電路單元來儘可能減小Ci的數值，其中自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入迴路索取電流，從而提高輸入阻抗、降低輸入電容Ci的電路，該電路中使用結型場效應管3DJ2H，把紅外傳感器的輸出反饋到效應管3DJ2H的輸入端，紅外線傳感器接收單元S1接收到火焰信號的時候，信號反饋到3DJ2H的輸入端，場效應管3DJ2H強制拉高紅外線傳感器接收單元S1的陽極電壓，從而減小了對下一級的輸入迴路索取電流，提高了輸入阻抗，降低了輸入電容。因此，自舉電路常應用於傳感器的輸出阻抗很高的測量放大電路中。如電容式、壓電式、熱釋電(紅外傳感器屬於熱釋電傳感器)傳感器的測量放大電路。
再請參與圖8所示，所述的低噪聲前置放大器2為級聯的多級放大器，其中第一級放大器為PF5301-1場效應管放大器。
在實際使用當中，對於多級放大器，級聯網絡噪聲主要來自第一級噪聲，因此做好第一級低噪聲放大器使至關重要的，它將決定能否良好的發揮傳感器原有的性能。通常在現有技術中，大多數的低噪聲前置放大器設計中，第一級多用J-FET擔當，而本實用新型中使用的J-FET型號為PF5301-1的場效應管，具有良好的工作穩定性和低噪聲的特點。
再請參閱圖9所示，所述的多環有源選頻放大器3為三階有源帶通濾波器3，主要根據火焰的閃爍頻率，中心頻率在10Hz左右，因此根據這個參數，本實用新型中設定帶通濾波器3的中心頻率為10Hz，帶寬為2.3Hz的範圍，增益為2.8倍。
再請參閱圖10所示，所述的交流可調增益放大器4的放大增益為20～100倍。在實際使用當中，由於該級無特殊要求，傳感器經前置放大器和選頻放大器放大後，其輸出信號的噪聲增益和後續數字電路可識別處理無法滿足，因此尚需要再放大20～100倍，可以由普通的可調增益放大器4來完成這個功能。
再請參閱圖11和12所示，所述的AD採樣和單片機接口電路5包括一參考電壓可調式差動放大器51，所述的交流可調增益放大器4和參考電壓可調式差動放大器51的輸出端均與所述的中央處理器的採樣輸入端(I1+和I1-；I2+和I2-)相連接，該中央處理器的PWM輸出端與所述的參考電壓可調式差動放大器41的輸入端相連接。
在實際使用當中，由於中央處理器CPU的AD採樣輸入端使用的是差動放大器輸入，同時傳感器的直流電壓輸出是隨環境溫度、環境光的強度等環境因素而變化，所以需要對採樣輸出信號進行跟蹤和調整。
除此之外，本實用新型的雙波長紅外火焰探測器還具有如下創新的設計1.電源供電部分電源部分使用高效率的開關電源轉換模塊(DC-DC)，轉換效率可以達到95％以上，輸入電壓可以在18～30V，使探測器對供電電源的要求不高，適應實際使用的要求。
請參閱圖13所示，其具有如下特點(1)輸入使用防止用戶電源反接電路，當電源的極性接反時，探測器不工作，也不影響到其他探測器的正常工作；(2)使用可恢復保險管F1(型號時MF-R020，允許通過的電流為200mA)，當探測器內部故障，導致內部電源短路或者使用電路超過200mA，可恢復保險管自動斷開和電源的連接，不會影響到整改系統的正常運行。
(3)電源轉換器件使用美國國家半導體公司的LM2575系列DC-DC轉換晶片，工作穩定，效率高。
2.繼電器驅動方式再請參閱圖14所示，其中的電路特點如下(1)使用高靈敏度的歐姆龍繼電器，型號G5V-2-H的24V繼電器，觸點允許的容量較大(2A/30VDC)，動作電流低(動作電流為24V/10mA)。
(2)增加繼電器誤動作控制(CLR)，和RELC1、RELC2的兩個繼電器控制端組成了一個單非三輸入的與門，探測器剛剛上電的時候，CPU的輸出口狀態不穩定，但要麼全是高電平或者全是低電平，這樣繼電器在上電的時候是不會誤動作的。
3.中央處理器(CPU)的使用和電路再請參閱圖15所示，其中的電路特點如下(1)使用16位處理能力的工業級微處理器(CPU)，工作頻率可以達到66MHz。
(2)CPU自帶16位模擬-數字轉換器(A/D轉換器)，通過程序控制，可以實現24位的採樣精度，實現辦法是通過兩次採樣疊加，每次採樣的精度是12位，本實用新型的探測器對傳感器的信號採樣是使用24位的採樣，保證CPU讀到的傳感器信號的精度高。
(3)該CPU可以實現在線軟體調試，電路中預留了調試接口。
4.智能總線接口電路再請參閱圖16所示，其中的電路特點如下(1)實現探測器和火災報警控制器的智能連接，是火災報警控制器可以通過智能總線的通訊協議，監視探測器的運行狀態。
(2)如果該電路模塊不焊接，探測器將是一個只有開關量輸出(繼電器輸出)的普通型探測器。
本實用新型的雙紅外火焰探測器工作原理如下雙波長紅外火焰探測器通過探測碳氫化合物燃燒產生的不同波長的紅外輻射能量，通過不同的信號處理通道，在中紅外光譜區對火焰信號和背景幹擾信號的輻射變化進行響應、運算和分析，實現火焰的快速響應並抑制誤報警。
圖1為碳氫類化合物燃燒的輻射光譜圖，從圖中可以看出，火源釋放的能量橫跨了紫外、可見光和紅外等電磁輻射波段，且大部分能量集中在紅外波段、不同波長的紅外輻射能量不同。紅外段4.3微米附近出現的曲線凸起部分是被稱為CO2共鳴的CO2原子團發光光譜，它比火焰中其它原子、分子或基團所發出的線狀或帶狀光譜具有絕對大的輻射強度。紅外段3.8微米附近凹下的部分是CO2輻射強度最弱的光譜，用以識別熱物體發出的紅外輻射。
火災火焰的一個重要特徵是其輻射能量有閃爍效應。閃爍頻率雖受風等周圍環境的影響，但是基本在0.5Hz到30Hz範圍之內。而熱物體發出的紅外輻射光譜既不同於火焰發出的輻射光譜，又不具有火焰的閃爍特性。因此，雙波長紅外火焰探測器通過對特徵波長的紅外輻射的能量及閃爍性來識別火焰，實現火焰的快速響應，並非常有效地抑制誤報警。
請參閱圖17所示，其為雙波長紅外火焰探測器對火焰的響應曲線示意圖，其中曲線61為探測器對火焰輻射特徵光譜的響應曲線，曲線62為探測器對火焰發出的熱輻射響應曲線。探測器能夠實現火焰的快速響應和報警。
再請參閱圖18所示，其為探測器對熱物體的響應曲線示意圖，其中曲線71為探測器對熱物體發出特徵輻射響應曲線，曲線72為火焰輻射特徵光譜的響應曲線，二者同步響應。探測器能夠有效地抑制非火焰報警。
其技術參數如下表所示
在實際應用的場合，本實用新型的探測器具有如下優點(1)距離長、靈敏度高探測器的探測距離的軸線最遠探測距離可長達60米。(在0.7m*0.7m汽油火下)。
(2)監視角度大、監視範圍廣探測器具有120度的視角，配合最遠60米的監視距離，監視範圍廣。
(3)防誤報警能力強探測器對電焊、日光、人工光源、熱輻射、電磁幹擾、機械振動等均具有極強的抗幹擾性。
(4)自適應、自檢測功能可靠的故障自診斷，自動根據探測窗口汙染情況調節探測靈敏度，汙染低於50％時探測距離無變化。
(5)防護等級高防塵、防水、防爆，適用於各種環境惡劣使用場所。
(6)安裝使用方便、維護成本低探測器具有火警繼電器、故障繼電器輸出接口，可方便地配合各種火災報警系統的使用；具有非常靈活的視角調節方式，可實現180度範圍內的任意角度調節；可直接用酒精清洗外監視窗口。
本實用新型的雙波長紅外火焰探測器的適用範圍如下(1)適用於無煙液體和氣體火災以及產生煙的明火火災探測，諸如含碳材料的明火燃燒(木材、塑料、酒精、油類產品、氣體等)，不適用於對某些化學物質(如磷、鈉、鎂、硫、氫等物質)燃燒的探測。
(2)其適用場所通常包括但不局限於●公路隧道、鐵路隧道●共同溝●電廠●軍需品、爆炸物倉庫●矽烷儲藏庫●化學製品裝載區●油、氣、石化產品生產廠●危險品倉庫再請參閱圖19a、19b所示，其中圖19a為在側面牆的安裝示意圖，圖19b為在頂面牆的安裝示意圖。安裝過程中的基本原則如下探測器應該對警戒區內各可能發生的火災均保持直接入射，儘量避免間接入射(反射)。
圖中的81為調節探測器左右擺角方向的螺釘，82為調節上下仰角的螺釘，方向調節好後需要把這兩組螺釘固定擰緊，這樣才能確保安裝牢固和定位精確。
同時，本實用新型的雙波段火焰探測器接線方法如下
黃/白——故障繼電器的無源常閉觸點輸出，負載能力為2A/30VDC藍/綠——火警繼電器的無源常開觸點輸出，負載能力為2A/30VDC黑——+24V可復位供電電源負線紅——+24V可復位供電電源正線其布線要求為所有信號線均採用Rvs-2×1.5mm線，信號電纜要走單獨纜架與動力電纜隔開。
再請參閱圖20所示，其為本實用新型的雙波長紅外火焰探測器在隧道中安裝使用的具體例子。
隧道火災往往由與汽車相撞、車輛裝載物品燃燒或爆炸、電力電氣線路短路等事故引發，其火災特點是起火速度快、明火事故多於陰燃火。
由於隧道環境密閉、交通量大、人員密集，逃生和救援工作相當困難，若一旦發生火災後不能迅速報警和及時處理，將導致交通堵塞、重大人員傷亡和財產損失。
任何火災探測方案，首先需要考慮的是選用什麼樣的火災探測方式，才能夠迅速、準確地實現火災探測及火災報警。鑑於隧道火災的特點，目前隧道火災探測使用較多的火災探測方案是火焰探測、光纖(或感溫電纜)感溫探測、空氣管式火災探測。
由於隧道往往具有距離長、分散、通訊相對不便利等特點，除了火災探測的方案選擇外，還需要著重考慮的問題是火災報警控制器總線傳輸距離、火災報警控制主機之間的聯網方式、通訊方式。
光纖(或感溫電纜)感溫探測方式、空氣管式火災探測都屬於線型感溫探測方式，其基本原理都是根據火災發生後產生的熱氣流或熱煙霧上升到隧道頂部後，引起隧道頂部的溫度變化，然後根據溫度變化量(溫差探測)或溫度變化值(定溫探測)來實現火災探測和火災報警。
隧道由於終年陰冷且保持一定風速(2～10米/秒)，給感溫探測機理帶來不穩定性和滯後性。同樣規模火災產生的熱氣流或熱煙霧，在環境溫度低的情況下，溫度上升慢；在環境溫度高的情況下，溫度上升快。在風速高的情況下，溫度上升慢；風速低的情況下，溫度上升快。這樣，如果火災探測的靈敏度設置過高(溫差小或定溫值低)，則容易出現誤報警；反之，若靈敏度設置過低(溫差大或定溫值高)，則容易出現報警大幅度滯後與火災，甚至不能報警。
相比之下，火焰探測方式具有響應速度快、靈敏度高、保護面積大、不受環境變化的影響，目前是隧道火災探測中最為成熟和有效的解決方案。
在隧道中，通常是由於汽車事故引發火災，而且引發的火災往往直接產生明火(汽油洩漏燃燒)，因此通常使用紅外火焰探測器與手動火災報警按鈕相結合的方式，實現火災自動報警以及交通管制等自動控制。
隧道火災探測系統的構成方案通常為(1)在隧道口的管理室內設置火災報警控制主機，在隧道中每間隔50米的距離，設置一隻火焰探測器，通過火焰探測實現火災自動報警；每間隔50米同時設置一隻手動報警按鈕和一隻聲光報警器，用於火災手動報警，並發出聲音、閃光報警信號。
(2)若隧道較長(超過1500米)，通常火災報警控制主機的總線長度不能超過1500米，此時應採用總線中繼器延長總線距離，或者另行設置一臺火災報警控制主機，多臺火災報警控制主機之間進行聯網。
(3)若多個隧道構成隧道群，在中央控制室或管理中心，應將所有報警控制器的信息反映到中央控制室，此時宜採用長距離聯網方式(如光纖)將所有報警控制主機進行聯網。
(4)根據本實用新型的紅外火焰探測器的探測原理可知，紅外火焰探測器的監視範圍為拋物線錐體形，監視範圍與最大探測距離、探測角度有關。另外，由於紅外火焰探測器是被動式探測原理，必須當火焰處於有效監視範圍情況下才能實現火災探測。因此，在實際應用中，選擇恰當的安裝方式，使得紅外火焰探測器有效對準監視區域，防止障礙物遮擋，變得至關重要，否則不能達到探測效果。
因此需要選擇恰當的安裝角度，避免探測盲區(1)隧道具有長度大，高度、寬度小的特點(高度通常不超過10米、寬度通常不超過20米)。紅外火焰探測器的監視範圍為拋物線錐體且軸線方向探測距離最長，因此，在安裝時應將紅外火焰探測器的軸線方向正對(或背對)隧道的通行方向，這樣，使得紅外火焰探測器的有效監視範圍覆蓋隧道的探測區域，避免探測盲區。
(2)假設隧道寬度為A米，隧道高度為B米，紅外火焰探測器的安裝間距為50米。探測器的安裝角度為水平安裝角度＝arc tan(B/50)，垂直安裝角度＝arc tan(A/50)。
(3)探測器具有長達60米的軸線探測距離，因此，只要按照規定的安裝角度，完全能夠避免探測盲區。
同時應當選擇恰當的安裝高度，避免因障礙物引起的探測盲區(1)隧道火災通常由車輛事故或故障引發，事故車輛容易對早期火焰形成遮擋，影響火災的早期探測。
(2)鑑於本實用新型的紅外火焰探測器的監視範圍為拋物線錐體形狀，因此，為避免障礙物的遮擋，應儘量提高火焰探測器的安裝高度，以俯視狀態監視探測區域，能夠最大限度地減少障礙物造成的探測盲區。
(3)考慮到施工的便利性，建議將探測器的安裝位置為隧道壁距隧道頂部20-30釐米處。
(4)考慮到在某些隧道應用中，客戶可能採用預埋安裝方式，將紅外火焰探測器、手動報警按鈕、聲光報警器集中安裝到一個預埋箱中。探測器也提供了這種安裝方式的解決方案，即選用探測器隧道應用組件的方式進行安裝。
採用了上述的雙波長紅外火焰探測器，由於其具有兩個不同紅外接收波段的紅外線傳感信號處理電路，從而能夠最大限度地接收火焰發出的輻射能，最低限度地接收非火災幹擾源；結合專有的雙波長紅外探測電路及軟體算法，檢測頻譜範圍在3.5至5.0微米範圍、振蕩頻率在5至25赫茲的火焰輻射能，通過運算處理能力極強的處理器，對兩個傳感器採集信號的變化比率和對應關係進行數據分析和運算處理，只對火焰特徵頻譜範圍內的輻射發出報警，具有非常高的防誤報警能力；通過採用雙波長紅外探測(DIR)技術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，又具有傳統火焰探測器所不具備的非火災幹擾源識別能力；同時本實用新型的探測器克服了紅外傳感器不宜在震動、晃動的環境下使用的缺陷，使其靈敏度和探測器距離大大提高；而且該探測器的探測視場角可以達到120度的探測範圍，保護面積大，經過特殊處理的紅外傳感器窄帶濾光片，使得探測器視角滿足餘弦關係的視角圓錐，同時探測保護距離和探測靈敏度高，實現了精確報警，滿足了防爆和防護要求；不僅如此，在生產工藝要求上，本探測器的電路模塊化設計，降低了產品的工藝安裝要求，並使得探測器抗電磁幹擾能力強，可靠性高，而且安裝簡單快速，維護和維修方便。
在此說明書中，本實用新型已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實用新型的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求1.一種雙波長紅外火焰探測器，包括殼體、嵌裝於殼體上的窄帶濾光片、窄帶濾光片後殼體內部的紅外線傳感功能電路，其特徵在於，所述的紅外線傳感功能電路包括二路具有不同的接收波段的紅外線傳感信號處理電路和一中央處理器，每一路紅外線傳感信號處理電路均包括依次相連接的紅外傳感信號匹配電路單元、低噪聲前置放大器、多環有源選頻放大器、交流可調增益放大器、AD採樣和單片機接口電路，所述的單片機接口電路和所述的中央處理器相連接。
2.根據權利要求1所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的紅外傳感信號匹配電路單元包括紅外線傳感器接收單元和與之相連接的自舉電路單元，所述的紅外線傳感器接收單元由場效應管、串聯連接於該場效應管柵極的傳感元和耦合電容、與該傳感元和耦合電容相併聯的輸入偏置電阻組成，所述的自舉電路單元跨接於該場效應管的漏極與源極之間。
3.根據權利要求2所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的傳感元為鉭酸鋰薄片靈敏元。
4.根據權利要求2或3所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的兩個紅外線傳感器接收單元所接收的紅外線波長分別為3.8μm和4.3μm。
5.根據權利要求1所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的低噪聲前置放大器為級聯的多級放大器，其中第一級放大器為PF5301-1場效應管放大器。
6.根據權利要求1所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的多環有源選頻放大器為三階有源帶通濾波器，且該帶通濾波器的中心頻率為10Hz，帶寬為2.3Hz，增益為2.8倍。
7.根據權利要求1所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的交流可調增益放大器的放大增益為20～100倍。
8.根據權利要求1所述的雙波長紅外火焰探測器，其特徵在於，所述的AD採樣和單片機接口電路包括一參考電壓可調式差動放大器，所述的交流可調增益放大器和參考電壓可調式差動放大器的輸出端均與所述的中央處理器的採樣輸入端相連接，該中央處理器的PWM輸出端與所述的參考電壓可調式差動放大器的輸入端相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種雙波長紅外火焰探測器，包括殼體、嵌裝於殼體上的窄帶濾光片、窄帶濾光片後殼體內部的紅外線傳感功能電路，其中紅外線傳感功能電路包括二路具有不同接收波段的紅外線傳感信號處理電路和一個中央處理器，每一路紅外線傳感信號處理電路均包括依次相連接的紅外傳感信號匹配電路單元、低噪聲前置放大器、多環有源選頻放大器、交流可調增益放大器、AD採樣和單片機接口電路，單片機接口電路和中央處理器相連接。採用該種結構的雙波長紅外火焰探測器，具備了非常高的防誤報警能力，靈敏度和探測器距離大大提高，保護面積大，滿足了防爆和防護要求，同時工藝安裝要求低，抗電磁幹擾能力強，可靠性高，安裝簡單快速，維護和維修方便。
文檔編號G08B17/12GK2932335SQ20062004079
公開日2007年8月8日 申請日期2006年4月4日 優先權日2006年4月4日
發明者張 傑 申請人:上海安譽智能科技有限公司