专利名称：带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于火灾自动探测报警领域，特别涉及一种带有光学自检功能紫外红外复合火焰探测报警器。
背景技术：
早期，国际上使用普通式紫外或单波段红外火焰探测器作为保护大空间及地下建筑消防安全的手段,但由于其受技术水平及工艺水平的限制,在实际应用中对环境干扰的抵抗能力较差，易产生误报警。近几年来，国内外还有人研究利用CCD火焰成像技术来探测火焰，由于相应的早期火灾图象^测的基础理论研究尚不充分，在一定程度上限制了火灾图像技术的发展。因此，近年来日本、瑞士等国家已先后开发研制并成功使用双波段红外火焰探测器用于大空间及地下建筑的消防安全保护。它可进一步抑制环境干扰信号的干扰，提高探测器的可靠性，成为保护地下与大空间建筑消防安全的最新产品。
随着我国经济建设的飞速发展，大空间建筑及地下建筑的数量不断增加，如大型公共娱乐场所、大型仓库、大型集贸市场、飞机库、车库、油库、候车大厅和侯机大厅、地下隧道、地铁站道、地下大型停车场和地下商业街等。由于此类建筑内部往往举架高、跨度大，火灾初期烟扩散受建筑内部安装的空调和通风系统等影响较大，有的场所人员密集，易燃品多，火灾隐患多，而且此类建筑火灾蔓延迅速，生成烟气毒性大，人员疏散避难及增援扑救困难，一旦发生火灾往往造成很大的经济损失和恶劣的社会影响，因此，地下及大空间建筑已成为消防保卫的重点对象之一。
地下及大空间建筑的特殊性，普通的点型感烟、感温火灾探测报警系统无法迅速采集火灾发出的烟温变化信息，因而难以满足早期探测并预报此类建筑火灾的要求。国际上早期使用普通式紫外、单波段红外火焰探测器作为保护大空间建筑的手段，但由于其受技术水平及工艺水平的限制，在实际应用中对环境干扰的抑制能力较差，容易产生误报警。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，综合采用火焰紫外与红外光谱型号的双信息传感技术、两种波段优化技术和综合火灾识别软件算法。本实用新型的带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，包括紫外保护镜片、红外保护镜片、带通放大电路、数据主处理电路、智能紫外驱动及信号采样电路、控制器电源转换电路、控制器继电器输出电路、控制器4-20mA信号输出电路、紫外提取及转换电路、紫外发光管、红外发光管、紫外光电探测管、控制器隔离电源485通讯电路、外反光板和结构固定装置；O在紫外保护镜片和红外保护镜片的后安装反光板；红外发光管与带通放大电路相连；紫外发光管和紫外光电探测管与智能紫外驱动及信号采样电路相连；在探测器电源转换电路输出端连接一个紫外提取及转换电路，在智能紫外驱动及信号采样电路的输出端连接探测器数据主处理电路；在探测器外部信号输入检测及探测器自检红外LED驱动电路和探测器数据主处理电路的输出端连接带通放大电路；在探测器数据主处理电路和探测器电源转换电路的输出端连接探测器隔离电源485通讯电路、探测器4-20raA信号输出电路和探测器继
电器输出电路o
本实用新型的探测器自检流程通过内部定时器，累计时间达到预先设定时间时，探测器检测紫外传感器信号是否存在火焰信号，若无火焰信号则启动紫外发光管，并检测紫外传感器是否正常，正常进入检测红外传感器，不正常即报紫外探测器故障；同时探测器检测红外传感器信号是否存在火焰信号，若无火焰信号则启动红外发光管，并检测红外传感器是否正常，正常则进入火警判断流程，不正常即报红外探测器故障。
本实用新型的外壳包括后盖、前盖、壳体、前面板、反光板、紫外保护镜片、紫外探测板、红外探测板和红外保护镜片，红外探测板、系统和紫外探测板固定在前面板上，探测器输出接口板固定在壳体的后盖部分，前面板与后盖部分通过信号线连接。
本实用新型的智能紫外驱动及信号采样电路通过采用8位单片机U12作为紫外驱动，通过PIN7控制三级管Nl驱动的单输入双输出升压变压器Tl，通过快恢复二极管以及电阻电容耦合得到紫外光电管所需的高压，采用脉冲驱动；通过PIN4-63个管脚与U8主处理器进行通讯，根据主处理器不同的信号控制不同的紫外驱动方式。紫外光电探测管和紫外发光管采用升压变压器供电。
本发明的带通放大电路，主要分为红外信号提取、红外传感器放大、增益调整、门槛电压调整和信号转换电路。红外信号提取电路为电源通过红外传感器U1连接到U5的PIN3再通过Rl接地，U5的PIN1和PIN2短接，并采用动态门槛技术；U5B、 U6A、 U6C构成红外传感器放大电路，并采用数字縮放技术U6C和双路数字电位器U7的1路构成增益调整电路；U6B和双路数字电位器U7的O路构成门槛电压调整电路；通过D3、 R6、 D4、 R38、 R14、 C45、 E6组成信号转换电路。本实用新型的探测器继电器输出电路采用无源继电器信号输出；探测器4-20mA信号输出 电路通过单片机的脉宽调制信号输出；探测器隔离电源485通讯电路采用光耦、电源隔离模 块、485通讯芯片以及3个瞬间抑制二极管抑制外部通讯时信号线上的干扰信号。
实用新型效果
1. 采用智能的紫外光电管驱动，采用8位单片机进行单独的脉冲驱动，可根据不同探测 时间要求进行不同配置方式的驱动，简化了原有紫外光电管需要多个芯片协调驱动脉 宽，相对采用交流持续供电的工作方式则大大降低了功耗。设计了升压变压器，实现 了采用一个变压器提供紫外光电探测管以及紫外发光管的供电，通过配合主处理器的 多路计数，结合多路不同信号等级的采样电路，可对不同电压等级的信号进行计数， 改变以往紫外探测只是进行脉冲信号个数统计，没有针对信号等级进行区分的现状。
2. 采用数字縮放技术以及动态门槛的火焰频率提取电路，探测器针对红外传感器进行带 通放大，并通过采用数字电位器进行放大增益调整，通过放大增益调整为探测器进行 探测过程中存在近距离大火的火焰信号探测提供了解决方案；探测器采用了数字电位 器结合运放进行火焰频率信号提取，保证了探测器在不同环境下，本底漂移时，对火 焰信号的提取始终有效。
3. 采用紫外发光管和红外发光管，结合经过特殊加工的反光板，构成了探测器光学完整 性，保证了探测器在具备探测火焰功能的同时，又具备了探测器内部传感器失效检测 的功能，同时也实现了针对探测器保护镜片的污染检测。
4. 采用无源继电器信号输出，RS485工业通讯接口， 4-20MA信号输出3种通讯方式，基 本兼容市面上大多数的控制器，具有很好的兼容性能，采用隔爆型结构，适用于各种 工业场所。
图1为带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器整机结构示意图2为带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器系统结构示意图3为带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器基本设计原理框图4为带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器的系统流程图5为带由光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器的红外探测数据处理流程图；图6为红外探测板上固定的电路图，其中，
(a) 为探测器带通放大电路(b) 为探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路(c) 为探测器双色LED驱动电路图； 图7为系统及紫外探测板上固定的电路图，其中，
(a) 为探测器电源转换电路；
(b) 为探测器数据主处理电路；
(c) 为智能紫外驱动及信号采样电路；
(d) 为紫外传感器自检驱动电路；
(e) 为紫外信号提取及转换电路； 图8为探测器输出接口板上固定的电路图，其中，
(a) 为探测器电源极性转换电路及电源防干扰电路；
(b) 为探测器4-20MA信号输出电路； (C)为探测器隔离电源电路；
(d) 为控制器隔离电源485通讯电路；
(e) 为探测器继电器输出电路；
图中1为后盖，2为壳体，3为前盖，4为前面板，5为紫外保护镜片，6为紫外探测板， 7为红外探测板，8为红外保护镜片，9反光板，IO外壳，ll支架，12探测器输出接口板。
具体实施方式
如图1所示，外壳包括后盖、前盖、壳体、前面板、紫外保护镜片、紫外探测板、反光 板、红外探测板和红外保护镜片，红外探测板、系统和紫外探测板固定在前面板上，探测器 输出接口板固定在壳体的后盖部分，前面板与后盖部分通过信号线连接。其中红外保护镜片 要求采用对l-14nm的红外光的透过率高于85。/。的材料制作，环境适应性要求耐腐蚀、擦拭、 湿热及高低温。紫外保护镜片要求采用对200-1000nm的紫外光的透过率高于85%的材料制 作，环境适应性要求耐腐蚀、擦拭、湿热及高低温。
6如图2和图3所示，探测器电源转换电路通过电源转换获得不同的电路模块需要的电压， 紫外信号提取及转换电路的+12v输入端与探测器电源转换电路+12v输出端相连，紫外信号提 取以及转换电路的3. 3v输出端与智能紫外驱动及信号采样电路的+3. 3v输入端相连；智能紫 外驱动及信号采样电路的输出端与探测器数据主处理电路的输入端相连；探测器双色LED驱 动电路的输入端与探测器电源转换电路的24v输出端相连，探测器双色LED驱动电路输出端 分别与探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路和紫外传感器自检驱动电路的输入 端相连；探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路的输出端与带通放大电路的输入 端相连；带通放大电路的输出端与探测器数据主处理电路的输入端相连，探测器电源极性转 换电路及电源防干扰电路的输入端与探测器电源转换电路+24v输出端相连；探测器数据主处 理电路的输出端与控制器4-20mA信号输出电路相连，控制器4-20mA信号输出电路与探测器 电源转换电路+24v输出端相连，探测器继电器输出电路的输入端分别与探测器数据主处理电 路的输出端和探测器电源转换电路+12v输出端相连，具体电路连接如图6、 7、 8所示。
带通放大电路输出红外火焰辐值信号以及红外频率信号至探测器数据主处理电路；探测 器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路，检测外部自检信号并输出到探测器数据主处 理电路，同时接收系统板的红外自检驱动信号来驱动自检红外LED驱动电路，探测器双色LED 驱动电路，接收系统板上的双色LED控制信号来驱动双色LED驱动电路。紫外驱动及信号采 样电路，通过独立的处理器输出升压变压器驱动信号，接收探测器数据主处理电路的调整信 号并根据该信号输出不同的驱动信号；紫外信号提取及转换电路，通过电压变换处理驱动紫 外光电管，并通过信号提取及转换获得紫外火焰信号输出到探测器数据主处理电路；紫外传 感器自检驱动电路，接收探测器数据主处理电路的自检控制信号，驱动紫外发光管；探测器 数据主处理电路，采集红外辐值信号、红外频率信号、紫外数据和其他输入信号，并进行数 据处理。探测器电源极性转换电路及电源防干扰电路，提供无极性的直流电源接口；控制器 4-20mA信号输出电路接收探测器数据主处理电路输出的PWM信号，并转换成标准的4-20mA 输出电路；探测器继电器输出电路，接收探测器数据主处理电路输出不同的驱动信号，并输 出对应的继电器信号。
红外传感器、红外发光管、带通放大电路、探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱 动电路和探测器双色LED驱动电路固定在红外检测板上；紫外驱动及信号采样电路、数据主 处理电路、探测器电源转换电路、紫外信号提取电路和紫外传感器自检驱动电路都固定在系 统及紫外检测板上；探测器电源极性转换电路以及电源防干扰电路、探测器隔离电源485通 讯电路、探测器4-20mA信号输出电路和探测器继电器输出电路都在探测器信号输出接口板上。红外探测板与系统及紫外探测板的信号传输通过插针连接，板间采用螺栓固定在前面板 上，系统及紫外探测板与信号输出接口板的信号传输通过软线连接，探测器信号输出接口板 固定在探测器的后盖部分。其中探测器通过固定在后盖上探测器信号输出接口板接线，并通 过隔爆接口接到控制系统中。
紫外传感器自检驱动电路驱动自检紫外发光管发出紫外光，通过紫外保护镜片后打到反 光板上后反射，再次通过紫外保护镜片进入紫外传感器，通过采集当前的探测值对比预先设 置的紫外发光管调制频率和传感器的初始探测参数，判断传感器是否处于正常工作状态，并 可根据探测信号的频率变化幅度推断出紫外保护镜片是否需要清洗或更换；同时探测器外部 信号输入检测及自检红外LED驱动电路驱动自检红外LED发出红外光，通过红外保护镜片后 打到反光板上后反射，再次通过红外保护镜片进入红外传感器，通过采集当前的探测值对比 预先设置的红外LED调制频率以及传感器的初始探测参数，判断传感器是否处于正常工作状 态，并可根据探测值的变化幅度推断出红外保护镜片是否需要清洗或更换。
探测器自检流程通过内部定时器，累计时间达到预先设定时间时，探测器检测紫外传 感器信号是否存在火焰信号，若无火焰信号则启动紫外发光管，并检测紫外传感器是否正常， 正常则进入检测红外传感器，不正常即报紫外探测器故障；同时探测器检测红外传感器信号 是否存在火焰信号，若无火焰信号则启动红外发光管，并检测红外传感器是否正常，正常则 进入火警判断流程，不正常即报红外探测器故障。
l.采用如图l所示的报警器，按照图4所示的流程实施检测，依以下步骤进行红外检测
步骤一 设定原始数据，在探测器上电的同时被初始化，艮口
假定红外响应固定值为Cb，火焰通道固定基值为Ca，火焰通道补偿基值为Cai， 火焰通道当前红外AD采样幅值为A,，火焰通道红外幅值相对于固定基值增加值 AA(pA厂Cb，火焰通道红外幅值相对于补偿基值增加值AA尸A厂Cb，火焰通道红外采样频 率数据依次为Fao (当前)，Fai， Fa2， Fa3 (前3次)火焰通道当前4次红外频率数据平 均值为Fap， N为自然数，数据大小根据传感器的信号比进行设定。
步骤二基于固定基值判断，工作流程如图5所示
当A厂Ca〉Cb，连续4次满足该条件则直接判断红外幅值满足火警条件。并跳过基于 补偿基值判断程序并进行闪烁频率判断；当Ai-Ca〈Cb，则直接进行基于补偿基值判断。
步骤三基于补偿基值判断
8当A1-Ca,〉 Cb且连续4次满足该条件则直接判断红外幅值满足火警条件。 步骤四闪烁频率判断
4《Fap《20，并且Fao (当前)，Fah Fa2, Fa3 (前3次)其中有至少2个满足4《Fa (i)《20 1=0,1，2，3则判断满足频率满足火警条件。反之，则不满足火警条件。
2. 如图4所示，依以下步骤进行紫外判断
步骤一 设定原始数据，在探测器上电的同时被初始化，艮口
假定紫外响应固定高值为Xo,火焰通道固定低值为Yo，火焰通道当前紫外频率采 样高值为Zp火焰通道当前紫外频率采样低值为JQ，
步骤二紫外火焰判断程序
当Z1-X0〉0，连续4次满足该条件则直接判断紫外高值满足火警条件，进行下一判 断；当K1-Y0〉0，且连续4次满足该条件则直接判断紫外低值满足火警条件，反之则不 报警。
3. 紫外红外复合判断
当红外符合火警时，输出红外火警信号，当紫外符合火警时，输出紫外火警信号， 当两种信号有一种符合火警信号时，另一种处于火警预警状态时，根据预先设置的对比 参数进行配对，若符合报警状态则报火警。
通过探测器4-20mA信号输出电路或探测器继电器输出电路将报警信号输出，是报 警信号则运行结束，不是报警信号则进入探测器自检。
4.信号输出
权利要求1. 一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，包括紫外保护镜片、红外保护镜片、带通放大电路、探测器数据主处理电路、智能紫外驱动及信号采样电路、探测器电源转换电路、探测器继电器输出电路、探测器4-20mA信号输出电路、紫外提取及转换电路、紫外发光管、红外发光管、紫外光电探测管、探测器隔离电源485通讯电路、外反光板、探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路和结构固定装置；其特征在于在紫外保护镜片和红外保护镜片后安装反光板；红外发光管与带通放大电路相连；紫外发光管和紫外光电探测管与智能紫外驱动及信号采样电路相连；在探测器电源转换电路输出端连接一个紫外提取及转换电路，在智能紫外驱动及信号采样电路的输出端连接探测器数据主处理电路；在探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路和探测器数据主处理电路的输出端连接带通放大电路；在探测器数据主处理电路和探测器电源转换电路的输出端连接探测器隔离电源485通讯电路、探测器4-20mA信号输出电路和探测器继电器输出电路。
2. 根据权利要求1所述的一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，其特 征在于所述的智能紫外驱动及信号采样电路，采用8位单片机进行单独的脉冲驱动。
3. 根据权利要求1所述的一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，其特 征在于紫外发光管和红外发光管与反光板形成完整的光学自检结构，通过探测器外部信号输 入检测及自检红外LED驱动电路和紫外传感器自检驱动电路的驱动完成探测器的自检功能。
4. 根据权利要求1所述的一种带有光学自检I力能的紫外红外复合火焰探测报警器，其特 征在于所述的紫外光电探测管以及紫外发光管采用升压变压器供电。
5. 根据权利要求1所述的一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，其特 征在于所述的带通放大电路采用数字缩放技术；所述的紫外提取及转换电路和带通放大电路 中的红外提取部分采用动态门槛技术；探测器针对红外传感器进行带通放大，并通过数字电 位器进行放大增益调整。
6. 根据权利要求1所述的一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，其特 征在于所述的探测器继电器输出电路釆用无源继电器信号输出；所述的探测器4-20raA信号输 出电路通过单片机的脉宽调制信号输出。
7. 根据权利要求1所述的一种带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，其特 征在于所述的探测器隔离电源485通讯电路采用光耦、电源隔离模块、485通讯芯片以'及3 个瞬间抑制二极管抑制外部通讯时信号线上的干扰信号。
专利摘要本实用新型涉及带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器，特点是红外发光管与带通放大电路相连；紫外发光管和紫外光电探测管与智能紫外驱动及信号采样电路相连；在探测器电源转换电路输出端连接一个紫外提取及转换电路，在智能紫外驱动及信号采样电路输出端连接探测器数据主处理电路；在探测器外部信号输入检测及自检红外LED驱动电路和探测器数据主处理电路输出端连接带通放大电路；在探测器数据主处理电路和探测器电源转换电路输出端连接探测器隔离电源485通讯电路、探测器4-20mA信号输出电路和探测器继电器输出电路。本实用新型优点是通过紫外红外混合判断火焰信号，降低误报率并提高探测器对使用环境的适应性达到较高智能程度。
文档编号G08B17/12GK201270076SQ20082021864
公开日2009年7月8日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者珍 宋, 曦 张, 梅志斌, 王勇俞, 董文辉 申请人:公安部沈阳消防研究所