专利名称：三组分火灾气体探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及消防设备领域，具体为一种三组分火灾气体探测器。
背景技术：
火灾从酝酿、发生到熄灭经历了阴燃、初期、发展和熄灭等四个阶段，普通的火灾 探测器在火灾初期甚至是发展阶段才能探测到火灾，这样往往失去了灭火的最好时期，增 加了火灾给人类造成的损失。而且以往的火灾探测器主要是靠监测火灾环境下的单一物理 参数，仅靠监测一个物理参数尚无法对火灾进行准确的早期探测报警，使火灾探测器的可 靠性大大下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种三组分火灾气体探测器，以解决传统的火灾探测器只能 在火灾初期和发展阶段通过测量单一物理参数所带来的可靠性较差的问题。为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为三组分火灾气体探测器，其特征在于包括带有进出光口、进出气口的气体吸收 池，所述气体吸收池进光口外设置有红外光源，出光口外设置有红外探测器，所述红外探测 器与气体吸收池外的信号处理电路电连接，所述气体吸收池进光口两侧的侧壁上设置有角 度可调的弧形反射镜构成多次反射光路；红外光源发出的光从气体吸收池的进光口入射， 经过所述弧形反射镜多次反射后，从出光口出射至所述红外探测器；所述红外光源与气体 吸收池的进光口之间还依次设置有由电机驱动转动的调制轮、滤波轮，所述调制轮上开有 一个窗口，所述滤波轮上开有四个按圆周均勻分布的窗口，所述窗口中分别安装有工作波 长在一氧化碳的红外特征吸收波长处的第一窄带干涉滤光片、工作波长在二氧化碳的红外 特征吸收波长处的第二窄带干涉滤光片、工作波长在甲烷的红外特征吸收波长处的第三窄 带干涉滤光片、工作波长在一氧化碳、二氧化碳和甲烷的红外特征吸收波长外的第四窄带 干涉滤光片，所述滤波轮中充有高浓度的相关气体。根据权利要求1所述的三组分火灾气体探测器，其特征在于所述信号处理电路 包括DSP控制器、由芯片AD7610构成的A/D转换电路、由MAX274构成八阶巴特沃斯滤波器 和运算放大器0P27构成的滤波放大电路、由锁相放大器构成的前置放大电路，所述红外光 探测器的信号输出端上依次连接有两片滤波器芯片UAF42A后，再电连接至线性光耦IL300 的输入端，所述线性光耦IL300的输出端与所述前置放大电路的输入端电连接，所述前置 放大电路、滤波放大电路、A/D转换电路再依次电连接，所述A/D转换电路的输出端与光电 耦合器V02630的输入端电连接，所述光电耦合器V02630的输出端与所述DSP控制器的信 号输入接口电连接。根据权利要求2所述的三组分火灾气体探测器，其特征在于所述DSP控制器通 过I2C接口电连接有型号为24LC256的数据存储芯片EEPROM，DSP控制器的SCI接口上电 连接有型号为SP485EEN的通信接口，所述DSP控制器还通过并行接口连接有LED、通过芯片74HC165连接有按键。根据权利要求1所述的三组分火灾气体探测器，其特征在于还包括有集气室，所 述气体吸收池的进气口与集气室的一个出气口气路连接，所述集气室的另一个出气口处安 装有抽气泵，所述气体吸收池的出气口安装有真空泵，所述DSP控制器通过TLP521分别与 所述抽气泵和真空泵的电源控制端电连接。本发明将被保护空间的空气样本被抽取到气体吸收池，气体吸收池内在光束进出 口两侧侧壁安置有两面弧形镜面，光束从进光口进入后可在两片镜面上发生多次反射，反 射次数可以通过调节两镜面相对角度来调整。光束在反射池内的有效光程为镜面距离与反 射次数之积。弧形镜面有聚焦作用，调节其距离与角度可调节最后出光孔处的光斑大小。红 外光在气体吸收池中多次反射，红外光源发射红外光中的特定波长被待测气体分别吸收， 特定红外光经过窄带滤光片滤波后由相应的红外探测器接收。当气体吸收池中有特定气体 时，相应的红外光强度发生变化，测出这种变化就得到气体样本中三种气体的浓度。本发明可同时对CO、CO2和CH4三种气体组分的浓度进行在线监测，提高火灾早期 探测报警的准确性。三组分火灾气体探测系统通过相关滤波技术和调制轮、滤波轮、多次反 射池、光电信号转换、信号处理可以实现系统对0)、0)2和CH4三种气体的同时监控。红外光 束通过调制轮调制后，再经过滤波轮完成红外光束的滤波。滤波轮根据CO、CO2和CH4三种 气体各自具体的特征波长滤波，滤波后可以使得红外光束中只存在指定波长的红外光。采用相关滤波技术，克服了多组分各通道之间的相互干扰和影响。在滤波轮对红 外光束进行滤波后，在滤波轮后充入高浓度的相关气体将通过滤波轮的红外光束进一步进 行相关滤波，使得进入气体吸收池内的红外光束最大限度的纯净。引进参比光路处理的设 计方法，有效消除光源不稳定和光电器件的零点漂移等情况对监测精度的影响。在发生火灾时，烟气中含有特定浓度的C0、C02和CH4,这三者对不同的可燃物存在 严格的比列关系。通过三者之间的比例关系将其它泄露与真实火灾发生相区别，从而实现 系统的可靠报警。当采样气体进入气体吸收池，各种成分的气体分别吸收红外光源发射的特定波长 的红外光，再经过每个探测器的窄带滤光片由红外探测器接收到响应波长的红外光强的变 化，转换输出为电信号，微弱电信号经过滤波及放大处理，经由A/D转换器转换为数字信 号，再送入数字信号处理器(DSP)进行数据分析处理得到待测气体中所含的CO、CO2和CH4 的浓度，判断出是发生火灾还是气体泄漏，并进行声光报警。本发明可以精确有效地获取阴燃阶段的火灾燃烧产物中三种气体组分浓度，实现 了极早期火灾探测的目的。与早期火灾探测器相比较，本发明具有以下优点1.可同时对C0、C02和CH4三种气体组分的浓度进行在线监测，提高火灾极早期探 测报警的准确性2.引进参比光路处理的设计方法，有效消除光源不稳定和光电器件的零点漂移等 情况对监测精度的影响。3.采用广谱的红外光源、窄带红外滤光片、高灵敏的快速响应红外探测器及高精 度的A/D转换和DSP数字信号处理技术、测量精度高、响应时间短4.采用多次反射长光程气体吸收池(40次反射，2m光程)，探测系统具有较低的探 测低限和较高的监测精度
5.采用相关滤波技术，克服了多组分各通道之间的相互干扰和影响6.探测系统采用RS-485总线与控制室的计算机进行通讯，实时显示被监测的气 体组分浓度及变化曲线。
图1为本发明系统控制框图。图2为系统电路控制框图。图3为软件流程图。图4为本发明气体吸收池光路图。
具体实施例方式如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中三组分火灾气体探测系统包括红外光源 1、调制轮2、滤波轮3、步进电机、气体吸收池4、真空泵、集气室、主抽气泵、红外探测器、前 置放大电路、滤波放大电路、AD转换电路、DSP控制器、液晶显示器等组成。系统的工作模式为当系统放置稳定工作时，被测气体由抽气泵从进气口吸入，通 过干燥过滤装置滤除灰尘，并去除水份后，流入气体测量室，经气体测量室分析处理后，由 抽气泵的出口排入大气；气体测量室的光路由4路组成，第1路为参比光路，其窄带干涉滤 光片的工作波长选择在对待测气体不吸收的波段内，所对应的红外探测器接收到的光强与 待测气体的浓度变化无关，仅监测红外光源发光强度、光路的变化，避免外界干扰，提高测 量精度；第2-4路为测量光路，其窄带干涉滤光片的工作波长分别选择在一氧化碳、二氧化 碳、甲烷的红外特征吸收波长处，所对应的红外探测器收到的光强随相应的气体浓度而变 化；四元红外探测器将接收到的光强信号转换为电信号，经锁相放大器放大后，送入同步数 据采集卡，由数据采集卡将模拟信号转换成数字信号，供计算机进行数据分析处理。光电转 换后模拟信号，经过2片UAF42A滤波器芯片滤波处理，输入使用线性光耦IL300隔离输入， 减小对小信号放大电路的干扰。数据采集前端是MAX274构成8阶巴特沃斯滤波器对信号 滤波放大处理，使用0P27运放将信号放大到士 IOV范围，以满足AD采样的输入要求，数据 采集部分使用AD7610作为AD转换电路，信号输入范围士 10V，信号输入方式单端输入，转换 数据格式是16位无符号格式，与处理器接口使用高速光耦V02630隔离串行模式。AD7610 使用硬件配置方式，工作在无符号、士 10V、串行从模式的模式下。数据存储使用EEPROM 24LC256，使用I2C接口做为存储器件。与外部串行通信使用SP485EEN做为通信接口，使用SCI接口和读写控制信号，处 于接受状态，与IXD连接使用并行接口，LED指示使用74HC595扩展。按键输入通过74HC165 输入。输出对泵的电机控制使用TLP521隔离控制。
权利要求
三组分火灾气体探测器，其特征在于包括带有进出光口、进出气口的气体吸收池，所述气体吸收池进光口外设置有红外光源，出光口外设置有红外探测器，所述红外探测器与气体吸收池外的信号处理电路电连接，所述气体吸收池进光口两侧的侧壁上设置有角度可调的弧形反射镜构成多次反射光路；红外光源发出的光从气体吸收池的进光口入射，经过所述弧形反射镜多次反射后，从出光口出射至所述红外探测器；所述红外光源与气体吸收池的进光口之间还依次设置有由电机驱动转动的调制轮、滤波轮，所述调制轮上开有一个窗口，所述滤波轮上开有四个按圆周均匀分布的窗口，所述窗口中分别安装有工作波长在一氧化碳的红外特征吸收波长处的第一窄带干涉滤光片、工作波长在二氧化碳的红外特征吸收波长处的第二窄带干涉滤光片、工作波长在甲烷的红外特征吸收波长处的第三窄带干涉滤光片、工作波长在一氧化碳、二氧化碳和甲烷的红外特征吸收波长外的第四窄带干涉滤光片，所述滤波轮中充有高浓度的相关气体。
2.根据权利要求1所述的三组分火灾气体探测器，其特征在于所述信号处理电路包 括DSP控制器、由芯片AD7610构成的A/D转换电路、由MAX274构成八阶巴特沃斯滤波器和 运算放大器0P27构成的滤波放大电路、由锁相放大器构成的前置放大电路，所述红外光探 测器的信号输出端上依次连接有两片滤波器芯片UAF42A后，再电连接至线性光耦IL300的 输入端，所述线性光耦IL300的输出端与所述前置放大电路的输入端电连接，所述前置放 大电路、滤波放大电路、A/D转换电路再依次电连接，所述A/D转换电路的输出端与光电耦 合器V02630的输入端电连接，所述光电耦合器V02630的输出端与所述DSP控制器的信号 输入接口电连接。
3.根据权利要求2所述的三组分火灾气体探测器，其特征在于所述DSP控制器通过 I2C接口电连接有型号为24LC256的数据存储芯片EEPROM，DSP控制器的SCI接口上电连 接有型号为SP485EEN的通信接口，所述DSP控制器还通过并行接口连接有LED、通过芯片 74HC165连接有按键。
4.根据权利要求1所述的三组分火灾气体探测器，其特征在于还包括有集气室，所述 气体吸收池的进气口与集气室的一个出气口气路连接，所述集气室的另一个出气口处安装 有抽气泵，所述气体吸收池的出气口安装有真空泵，所述DSP控制器通过TLP521分别与所 述抽气泵和真空泵的电源控制端电连接。全文摘要
本发明公开了一种三组分火灾气体探测器，可以精确有效地测出火灾燃烧产物中三种气体组分CO、CO2和CH4的浓度，提出了一种火灾辨识方法。由气体吸收池、信号处理控制模块、通讯模块组成。将被保护空间的气体抽取到气体吸收池，气体吸收池中的红外光束在通过特定气体时，特定频率的红外光被特定气体吸收，当红外光束中特定波长的红外光发生变化时，就可以确定气体中存在待测的特定气体，气体探测器将立即响应，并将红外光的变化量和红外光频率转化为电信号，电信号通过信号处理即可得出探测器中的气体浓度和种类。气体探测器通过通讯模块将气体浓度显示在上位机上。
文档编号G01N21/35GK101893558SQ20101021436
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者任士俊, 刘炳海, 吴龙标, 李守红, 王文伟, 许玉坤, 赵建华 申请人:合肥科大立安安全技术有限责任公司