专利名称：一种自动定向灭火的复合式探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及火灾的自动监测、报警、灭火装置。
目前现有的火灾探测器，大都是针对火灾发生时出现的一种物理或化学现象，由单一的传感器和电子电路构成，例如，红外报警，感温型报警，感烟型报警，图像识别报警等。也有关于复合型探测器的报道，例如日本消防研究所正在试制的复合探测器，是将温感、烟感和一氧化碳气敏元件进行组合的探测器；日本日探公司的复合探测器产品有红外两波段探测器及红外紫外三波段火灾探测器，但这些探测器尚不能对火灾发生过程中的各种物理或化学现象进行综合判别，尤其是这些探测器本身不具备自动定向灭火功能，必须借助于微型计算机的控制，成本相对昂贵。
本发明的目的在于，提供一种将红外报警、可燃气体烟雾报警和温度报警组合在一起，并在火灾发生时能自动定向灭火的探测器。
本发明的目的由以下方式实现。
本发明的火灾探测器，包括有红外探测器，气体烟雾探测器和温度探测器，从各个探测器输出的信号经信号预处理电路，信号判别电路及信号输出报警电路，至声、光信号装置或自动灭火装置；所述红外传感器设置在旋转云台上，其特征在于所述自动灭火装置由角度传感器、喷水系统、电磁阀及开关控制电路构成，灭火用水喷头设置在监控现场的不同方位，用以控制每个水喷头的电磁阀设置在所述云台周围的相应方位处；所述角度传感器包括由电位器构成的分压电路，在电位器的转轴上固设有一个从动齿轮，它和设置在云台旋转中心轴上的主动齿轮相啮合。为了计算角度的方便，可将主动齿轮的齿数设计为从动齿轮齿数的整数倍。分压电路的输出端通过各个比较器和与门与相应的电磁阀开关电路接通。当未发现火灾信号时，云台正常转动，电位器也随之转动，其分压电路输出的电压值随云台方位的不同而变化，即云台的每一个方位都与分压电路输出的某一电压值相对应。当被监测的某区域发现火情时，红外探测器输出的电信号一方面控制声光报警，另一方面控制云台立即停止转动，使电位器也随之停止转动，与此同时，设置在该方位上的电压比较器和红外探测器输出端的比较器同时输出高电平，使控制该方位电磁阀的开关电路导通，打开水喷头喷水灭火。火情消除之后，云台自动恢复转动。
所述信号判别电路包括单信号判别，二信号判别，三信号判别和四信号判别电路，单信号判别电路与现有技术中的单项判别报警电路类似，二信号判别、三信号判别、四信号判别的具体实现手段是在单个信号的比较器的输出端增设“与”逻辑运算电路。不仅对火灾过程中出现的每一种物理或化学现象进行单独检测和报警，而且可以利用两个以上信号的“与”逻辑运算，对同时出现两种以上火灾现象进行检测报警。各种运算结果即各个与门的输出与达林顿同相驱动器接通，以驱动声、光报警装置。
与现有技术相比，本发明将红外传感器、气体烟务传感器和温度传感器集合于一体，利用不同传感器的互补性，能够及时有效地捕捉四种火灾特征信息，并具有对火焰、烟雾、气体、温度四种检测对象的组合判决功能，同时可根据不同的应用环境，不同的检测目标设置不同的报警阀值，从而保证整个检测系统具有较低的火灾误报率。尤其是，本发明利用角度传感器，将云台的旋转角度转换成相应的电压信号，从而准确地判别火灾的发生方位，并自动打开该方位上的水喷头灭火，确保了被监控现场的安全。
下面通过实施例附图作进一步描述
图1是自动定向灭火的复合式探测器的原理框图。图中，红外探测器(1)、气体、烟雾探测器(3)、温度探测器(4)的输出信号经放大滤波或放大整形后，分别进入功能转换电路(5)，该电路是一个手动控制的多路数据开关。它的四个开关位置分别对应接通单对象判别电路(6)、二对象判别电路(7)、三对象判别电路(8)和四对象判别电路(9)。各种判别电路的输出信号一方面进入报警输出电路(10)，启动声光报警，另一方面经过控制器(11)，使云台(2)停止转动。并利用安装在云台主轴上的齿轮(12)和电位器转轴上齿轮的啮合，将信号传给电位器。所述控制器(11)是一个简单的门控电路，它平时输出低电平，只有当发生火情时，判别电路给出特定信号时，它才输出高电平，以控制切断云台的工作电源。
图2是红外探测器检测报警电路的示意框图。图中，在红外传感器(15)的前方设有滤光片(13)，滤光片的作用是衰减可见光，以有效地接受火焰的红外成份。在滤光片和红外传感器之间增设斩波器(14)，将红外辐射转换成交流信号，以便进行交流放大。红外传感器、滤光片及斩波器构成红外探测器，该红外探测器设置在一个屏蔽金属盒内，然后整体固定在旋转云台上，红外探测器将测得的信号送入放大滤波电路(16)。放大后再进入预处理电路。本实施例中，采用HN3202型旋转云台，它能带动红外探测器进行±170。的水平扫描或±15°的俯仰运动，使探测器有较大的扫描空间。
当红外探测器的监测现场内没有出现火焰时，探测器的输出为零，当在监测区域内出现火焰，且火焰轮廓由小变大，使前后两个时间内的辐射增量超过一定值时，启动判别及声光报警电路工作。
图3是气体烟雾检测报警电路的工作原理图。图中，探头(17)选用国产QM-N5型气敏元件，它对CH4、H2、C4H10等可燃气体、有机液蒸汽、烟雾等有较高的灵敏度和响应速度。当可燃气体或烟雾达到一定浓度时，QM-N5输出端(18)的电压升高，它与比较器(20)同相端的基准电压(19)进行比较，当它高于基准电压时，比较器输出低电平，触发时基电路555(21)，使由555等组成的单稳电路暂时输出一高电平，通过射随器(22)，启动报警装置(23)。与此同时，555内部的放电管截止，由于电源的充电，使555的第6脚电位不断升高，当达到2/3Vcc时，555又回到稳定状态，蜂鸣器停止发声。
图4是温度检测报警电路的示意图。该电路由温度传感器、基准电压源、比较器、时基电路及报警电路等组成。温度传感器是一个具有负温度系数的热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。当探测器所处位置的环境温度高于某一设定值时，温度传感器输出的电压低于比较器反相端的基准电压，比较器输出低电平，触发时基电路，从而启动报警电路工作。除了温度传感器和气体烟雾传感器有本质差别之外，其余各部分的结构及工作原理与上述气体烟雾检测器基本相同。
图5是信号判别电路示意图。所述信号判别电路由火焰输入比较电路(24)、烟雾输入比较电路(25)气体输入比较电路(26)、温度输入比较电路(27)四个单信号判别电路及二信号“与”运算、三信号“与”运算、四信号“与”运算和达林顿同相驱动器等电路组成。图中，A点接图2中放大滤波的输出；B和C点接图3时基电路输出；D点接图4中555时基输出。单信号判别报警电路，即仅对火焰的红外成分进行探测报警，或仅对烟雾实施探测等，也就是仅对火灾发生过程中出现的某一种物理或化学现象进行探测报警，其工作过程与现有技术中单项探测器类同，具体如图2、图3和图4所示。二信号判别、三信号及四信号判别报警，即分别对火灾过程中出现的二种、三种和四种物理或化学现象实施探测报警。以探测现场同时出现烟雾和火焰为例，此时A端的火焰红外输入量大于比较器反相端的基准电压V1，比较器输出高电平；同时若B端的烟雾输入量大于比较器反相输入端的基准电平V2，该比较器也输出高电平，这时二信号与门组中的1号与门输出高电平，然后由达林顿同相驱动器(28)启动声光报警电路工作。三信号判别和四信号判别的工作原理与二信号判别情况类似。
图6是自动定向灭火装置实施例示意图。该装置由红外探测器(1)、火焰红外输入比较器(24)、旋转云台(2)、固装在云台旋转主轴上的主动齿轮(12)、及与之啮合的固装在电位器旋转轴上的从动齿轮(29)、分压电路(30)、水喷头(37)、(38)、(39)等及用以控制水喷头的电压比较器、与门及电磁阀组成。在没有出现火灾现象的正常情况下，云台带动红外探测器周期性作水平±170°的扫描监测。同时固定在云台旋转轴上的主动齿轮(12)带动从动齿轮(29)，使分压电路中的电位器随之转动，分压电路输出的电压值随主动齿轮的转动而变化，即主动齿轮转动的每一个方位都与分压电路输出的某电压值相对应。这样就把云台四周布置的水喷头的方位与分压电路输出的电压值对应起来。如当红外探测器发现在水喷头(36)方向有明火且火焰不断增大，红外输入量达到比较器反相输入端的基准值V0，该比较器输出高电平，这个高电平一方面打开与门(34)，另一方面控制切断云台的工作电源使之停止转动。此时分压电路输出的电压正好等于比较器(31)的反相输入端基准值V1，该比较器也输出高电平，从而使与门(34)输出高电平，打开电磁阀(35)，启动水喷头(36)放水灭火，而比较器(32)、(33)等均输出低电平，与门(42)、(41)等也输出低电平，水喷头(37)、(38)等均被关死。如果在水喷头(37)方向发现火情，则只有比较器(32)和与门(42)输出高电平，电磁阀(39)被打开，启动水喷头(37)放水灭火，等等。一旦火情被消除，比较器(24)输出低电平，一方面封锁与门(34)、(42)、(41)等，使水喷头停止灭火；另一方面使云台的工作电源自动复位，使云台恢复转动，进入扫描监测状态。
权利要求
1.一种自动定向灭火的复合探测器，包括有红外探测器、气体/烟雾探测器和温度探测器，从各个探测器输出的信号经信号预处理电路、信号判别电路及信号输出报警电路，至声、光信号装置或自动灭火装置；所述红外探测器设置在旋转云台上，其特征在于，所述自动灭火装置由角度传感器、喷水系统、电磁阀及其开关控制电路构成，灭火用水喷头设置在监控现场的不同方位，用以控制每个水喷头的电磁阀设置在所述云台周围的相应方位处；所述角度传感器包括由电位器构成的分压电路。在电位器的转轴上固设有一齿轮，它和固定在云台中心轴上的主动齿轮相啮合，分压电路的输出端通过各个与门和比较器与相应的电磁阀开关电路接通。
2.根据权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述信号判别电路还包括有二信号判别、三信号判别和四信号判别电路。
3.根据权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于所述设置在云台主轴上的主动齿轮的齿数是电位器转轴从动齿轮数的整数倍。
4.根据权利要求2所述的火灾探测器，其特征在于所述的二信号判别，三信号判别和四信号判别电路是由单个信号的比较器及与其输出端连接的“与”逻辑运算电路构成。
全文摘要
本发明涉及火灾的自动监测、报警、灭火装置。它包括有红外探测器气体、烟雾探测器和温度探测器,从各个探测器输出的信号经预处理电路、信号判别电路及信号输出报警电路至声、光信号装置或自动灭火装置,所述自动灭火装置由角度传感器、喷头系统、电磁阀及开关控制电路构成,该角度传感器由电位器构成的分压电路和一对传动齿轮构成。本发明能同时对火焰、烟雾、气体、温度四种火灾特征信息综合判别并能自动灭火,从而确保被监控现场的安全。
文档编号A62C37/36GK1170616SQ9611016
公开日1998年1月21日 申请日期1996年7月15日 优先权日1996年7月15日
发明者卢结成, 吴龙标 申请人:中国科学技术大学