专利名称：风管感烟火灾探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于火灾探测技术领域，特别涉及一种风管感烟火灾探测器。
背景技术：
建筑的暖通空调系统中的风管组成了一个复杂的管道系统，主要用于将空气按流量高效率地输送和分配，是建筑内暖通空调系统工程中最重要的一个组成部分。然而在火灾发生的时候，烟雾、有毒气体和火焰有可能沿着风管传播，从而引发更大的火灾，风管火灾探测可以设置在主送风管内部用来探测空调系统本身发生的故障，例如风机过热；也可以设置在房间回风管道内用来探测该房间是否发生火灾；还可以设置在风管系统内各类风阀附近，控制风阀的动作，防止火灾通过风管系统传播。此外，可以用来保护重要的设备，例如大型计算机主机的通风和排气风管。通过地址编码与信号传输，构成建筑火灾自动报警系统的一个组成部分，实现整个建筑的火灾早期探测与报警。
国外早期使用普通点型火灾探测器安装在风管中进行火灾探测，但由于受技术水平及工艺水平的限制以及风管内部灰尘等因素的影响，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，并且维护困难，因而难以满足早期探测报警的要求。随着技术的发展，出现了安装在风管外壁的感烟火灾探测器。这种探测器将普通的点型感烟火灾探测器安装在一个密闭的盒子内，盒子连接两根伸入风管内部的直管来采样风管内的烟雾，从而实现对风管内部的烟雾进行探测的目的。实际应用中由于暖通空调系统风管中各处的风速不同，变化范围较大，因此这类探测器难以适应大范围的风速变化，存在漏报警的问题。另一方面，风管内存在灰尘、水雾以及加热的空气，普通点型感烟火灾探测器难以将其与烟雾颗粒区别，因此存在误报警现象，这两方面的问题制约了这类火灾探测器的大范围应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种风管感烟火灾探测器，通过对烟粒子特征和干扰噪声信号特征的研究，以提高探测器对干扰信号的分辨识别能力，从而相应地减少火灾信息的误报率及避免漏报。
本发明的技术方案是这样实现的本发明探测器其结构包括外壳、气流采样管、气流排气管、烟雾光学探测室、红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、延时故障信号输出电路、信号输出及显示电路和电源转换电路。
该探测器的连接是外壳上左、右两侧分为气密的气流探测腔和控制电路腔，气流采样管和气流排气管伸入需气流采样的风管并固定在该探测器外壳上，气流采样管和气流排气管将采样气流引入气流探测腔，烟雾光学探测室固定在气流探测腔中，红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、延时故障信号输出电路、信号输出及显示电路和电源转换电路安装在控制电路腔内，其中红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、延时故障信号输出电路和信号输出及显示电路依次相连，利用红外光电探测电路对通过的采样气流进行检测，红外光电探测电路输出的探测信号经过低阻抗信号采样放大电路滤波放大后送入信号处理电路，信号处理电路对放大后的探测信号进行A/D转换、采样和数据处理分析最后输出判断结果，延时故障信号输出电路根据判断结果输出无源触点信号，并综合其他故障信息将报警和故障信号显示出来，如果外壳上罩脱落，延时故障信号输出电路可将故障信号延时6.5分钟输出并显示，电源转换电路则负责将24V消防电源转换为探测器需使用的5V电源，并加以隔离和保护。
其中所述的烟雾光学探测室为圆柱型结构，上、下底面呈圆形，包括红外发射二极管、红外接收二极管、叶片式遮光窗和遮光导流板，烟雾光学探测室下底面固定在风管探测器外壳左侧的气流探测腔内，位于气流采样管和排气管之间，采样气流从烟雾光学探测室上、下底面间水平流过，在沿着采样气流流经烟雾光学探测室的方向上左右两侧分别设置了一块和两块遮光导流板，遮光导流板固定在烟雾光学探测室的下底面上，其长度和中间留出的开口区域，以不遮挡下方包括红外发射二极管和红外接受二极管的探测光线为准，红外发射二极管和红外接受二极管固定在烟雾光学探测室下底面内圆周上采样气流流向的下方，发射管和接收管轴向的夹角呈42°，构成后向散射烟雾探测角，在烟雾光学探测室底面的内圆周上，除了红外发射二极管和红外接收二极管占据的区域以外其它均匀分布叶片式的遮光窗，每个遮光窗叶片呈V字形开口。
烟雾光学探测室整体结构，既保证了烟雾光学探测室不受外界光线影响形成光学暗室，又能使采样气流顺利的定向通过，保证了气流探测腔体整体的流体力学特性。其中，V字形叶片遮光窗在遮蔽外界光线的同时起到了引导气流的作用；烟雾光学探测室中左右数量不对称的遮光导流板，在遮挡探测室内的反射光线的同时，促进了气流在烟雾光学探测室内的定向流动，减轻了低速采样气流的滞回现象；红外发射二极管和红外接收二极管固定在烟雾光学探测室的一侧，够成后向散射烟雾探测角，既能增加有效探测空间，便于对流动的采样气流进行探测，又能针对风管中烟雾粒子粒径较大的特点增强对大粒径粒子的探测能力和灵敏度。
所述的红外光电探测电路网络端口Pulse为信号处理电路中控制单片机输出的控制脉冲信号，R1和R2串联并接在控制脉冲信号Pulse和电路地之间，起到分压作用，分压后的控制信号接入场效应管Q1的门级控制Q1的输出，场效应管Q1的漏极接在电源Vcc上，源极接在红外光电发射二极管D1的正极上，红外光电发射二极管D1的负极通过限流电阻R3接到电路地上。当控制脉冲信号Pulse为高时，Q1导通并为D1供电，D1工作，发出红外光线；而当控制脉冲信号Pulse为低时，Q1关断，D1不工作。电解电容C1的正极和负极分别接在电源Vcc和电路地上，并在电路板上临近Q1和D1设置，能够在Q1导通和关断时起到续流和保护的作用。其中，控制脉冲信号Pulse占空比为1∶20，能够起到延长红外发射二极管和红外接收二极管工作寿命和保护其探测灵敏度的作用。
根据光敏二极管短路电流即光生电流与光照强度呈线性正比例关系且动态范围较光生电动势大很多的特点，将红外光电接收二极管D2置于光电池的工作状态，即红外光电接收二极管D2的正、负极直接作为电流信号的正、负输出到低阻抗信号采样放大电路中，并将红外光电接收二极管D2的负极接到电阻R5和R7上以抬高红外光电接收二极管D2输出信号的电位，并起到了滤除干扰的作用，其中R5和R7串联在电源Vcc和电路地中，起到了分压的作用，C5起滤波作用。
所述的低阻抗信号采样放大电路分为前后两级运放U2中的一个运放单元U2A与R4、C2构成了前级I/V电流取样放大电路，红外光电探测电路输出的脉冲电流信号I+、I-分别接到运放U2A的2脚和3脚，利用运放的正、负极作为脉冲电流信号的输入端可以大大降低采样放大电路的输出电阻，保证对红外光电探测电路中红外光电接收二极管D2微小电流输出信号的采样与放大，R4、C2并联接到运放U2A的2脚和1脚之间，脉冲电流信号经过R4取样后转为脉冲电压信号，并经过运放U2A和R4放大在U2A的1脚输出，C2起滤波作用，U2的4脚和8脚接到电源Vcc和电路地之间，用以给运放U2供电；运放U2中的另一个运放单元U2B与C3、C4、R6组成交流电压比较器，前级输出的脉冲电压信号由U2A的1脚接到U2B的5脚上，作为交流电压比较器的正极输入，R6和C4串联，接在U2A的3脚与U2B的6脚之间，作为交流电压比较其的负极输入，并将U2B的6脚接到网络端口S2上，S2接到信号处理电路中的控制单片机上来控制交流电压比较器的工作状态，R6和C4这里起隔绝直流信号和充电以抬高交流电压比较器负极输入电压的作用，经过交流电压比较器处理后的电压信号由U2B的7脚接入到网络端口S1上，再接入到信号处理电路的控制单片机上，进行A/D采样和数据处理，C3接到U2B的6脚和7脚之间起到隔绝直流信号、选通交流信号的作用。在本电路中，选用OP2340PA双单元运放作为放大器，其信号转换速度(slew rate)快，为6V/μs，而噪声低，为0.0007％，并且采用了输入输出均为轨到轨的方法，增强了交流信号处理能力。
所述的延时故障信号输出电路利用动作开关S2监视装置外壳上罩的脱落和气流探测腔体的气密性，并利用由C9、R14、C10、Q3和U4构成的延时故障信号输出电路将外壳上罩脱落或松动的故障信号延时6.5分钟输出，能够方便设备的日常开盖检修和维护，提高探测器工程实际应用的适用性。外壳上罩脱落故障延时电路中，动作开关S2的常闭点2脚和3脚分别接在电阻R13和R10上，R13的另一端接电路地，R10的另一端接电源Vcc，电解电容C7分别接到R10和电路地之间，起到续流和缓冲的作用，动作开关S2的2脚接到定时器U4的2脚，作为定时器的触发电压，电阻R14和电解电容C10串联接到电源Vcc和电路地之间，并将C10的正极接到定时器U4的6脚上，用以为定时器提供门限电压并确定了定时器U4的定时时长，定时器U4的7脚同时接到C10的正极来控制对电解电容C10的充放电，PNP型三极管Q3的基极接到定时器U4的2脚上、发射极接到C10的正极上、集电极接电路地用来控制C10的放电回路。电容C9的两端接到U4和电路地之间，进行滤波。定时器U4的8脚和1脚分别接电源Vcc和电路地，以给U4提供工作电压，定时器U4的4脚即复位控制端接电源Vcc。定时器3脚将延时故障信号通过网络端口Trb-R，输出到信号输出及显示电路。
当外壳上盖扣合时，动作开关S2动作，其2脚和1脚相连接，定时器U4的2脚通过R10接地，触发电压小于1/3Vcc，定时器U4的3脚输出高电平，由于故障信号为低有效，风管探测器显示为无故障状态。一旦探测器外壳上罩脱落或者松动，工作开关S2复位，其2脚与3脚相连接，R10和R13串联在电源Vcc和电路地之间，定时器U4的2脚接到R10和R13连接处，触发电压为10/11Vcc，大于1/3Vcc，电解电容C10开始充电，直到电解电容C10正极电压大于2/3Vcc时，定时器U4的6脚的门限电压大于2/3Vcc，定时器U4的3脚输出变为低电平，由于故障信号为低有效，所以此时探测器才由无故障状态转为故障状态。
本发明的工作过程风管火灾探测器是安装在风管外部的采用采样管方式的感烟火灾探测器。
探测器结构由壳体和两根中空采样管组成，采样管伸入被测风管内部，垂直于气流方向。总压管在迎风面上上开有一排采样孔，外形似笛，气流通过采样孔被收集到总压管后，气流由于压差作用流入壳体，流经烟雾光学探测室，从静压管流出，在这个过程中，通过烟雾光学探测室中红外发射二极管和红外接收二极管感知气流中烟雾对红外光线的散射作用，风管感烟探测器就能探测到风管中的气流是否存在烟雾。一旦探测到烟雾的存在，风管探测器便点亮报警指示灯，并按预设逻辑联动相关设备(风机、阀等)动作。
风管感烟火灾探测器一般可以设置在主送风管内部用来探测空调系统本身发生的故障，例如风机过热；也可以设置在房间回风管道内用来探测该房间是否发生火灾；还可以设置在风管系统内各类风阀附近，控制风阀的动作，防止火灾通过风管系统传播。此外，可以用来保护重要的设备，例如大型计算机主机的通风和排气风管。通过地址编码与信号传输，构成建筑火灾自动报警系统的一个组成部分，实现整个建筑的火灾早期探测与报警。特别是于目前国内大量兴建的体育馆、展览中心等高大空间类建筑更加适合。
本发明的优点本发明探测器保证了气流探测腔内气流的流动性以及减少环流区的影响，使烟雾光学探测室附近的流场均匀。保证风管内不同风速情况下烟雾光学探测室内有合格的采样气体并维持探测灵敏度保持一致。烟雾光学探测室，采用了叶片式的遮光窗并将红外发射二极管和红外接收二极管固定在烟雾光学探测室的一侧，既能使采样气流顺利通过，保证了气流探测腔体整体的流体力学特性，又能给在光学探测室中给烟雾探测留出充足的探测空间，从而实现流动气体中烟雾的可靠探测。根据实验研究得到的风管烟气特性，选用特定峰值波段的发射和接收红外对管，并形成后向散射的烟雾探测方式，将工作在光电池状态下的光敏接收二极管的输出电流作为烟雾探测信号，利用低输出阻抗I/V转换电路进行信号的接收和放大，使烟雾传感器的动态范围更大、线性更好，增强了本发明探测器对风管中较多的大粒径烟雾粒子的探测能力和灵敏度。内置了动作开关来监视装置外壳上罩的脱落，信号延时输出电路，使上罩脱落故障信息能延时6.5分钟输出，本发明既保证了对气流探测腔体气密性和外壳上罩脱落的监视能力，同时也方便了设备的日常开盖检修和维护，提高了本发明探测器的工程实际适用性。
图1为风管感烟火灾探测器的整机结构原理图； 图2为风管感烟火灾探测器气流采样及流通功能示意图； 图3为风管感烟火灾探测器的系统功能结构框图； 图4为风管感烟火灾探测器中烟雾光学探测室的结构原理图； 图5为探测器红外光电探测电路电原理图； 图6为探测器信号低阻抗信号采样放大电路电原理图； 图7为探测器信号处理电路电理图； 图8为探测器电源转换电路电原理图； 图9为探测器延时故障信号输出电路电原理图； 图10为测器信号输出及显示电路电原理图； 图11为风管感烟火灾探测器火灾探测原理图。
图中1气流采样管、2气流排气管、3气流探测腔、4烟雾光学探测室、5控制电路腔、6风管、7红外发射二极管、8红外接收二极管、9叶片式遮光窗、10遮光导流板。
具体实施例方式 本发明一种风管感烟火灾探测器的详细结构结合实施例加以说明。
该探测器如图1所示，包括外壳、气流采样管1、气流排气管2、烟雾光学探测室3、红外光电探测电路如图5所示、低阻抗信号采样放大电路如图6所示、信号处理电路如图7所示、延时故障信号输出电路如图9所示、信号输出及显示电路如图10所示和电源转换电路如图8所示。
该探测器的连接是外壳上左、右两侧分为气密的气流探测腔3和控制电路腔5，气流采样管1和气流排气管2伸入需气流采样的管路并固定在该探测器外壳上，气流采样管1和气流排气管2将采样气流引入气流探测腔3，烟雾光学探测室4固定在气流探测腔3中，红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、延时故障信号输出电路、信号输出及显示电路和电源转换电路安装在控制电路腔内，如图3所示，其中红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、信号输出及显示电路和延时故障信号输出电路依次相连，利用红外光电探测电路对通过的采样气流进行检测，红外光电探测电路输出的探测信号经过低阻抗信号采样放大电路滤波放大后送入信号处理电路，信号处理电路对放大后的探测信号进行A/D转换、采样和数据处理分析最后输出判断结果，延时故障信号输出电路根据判断结果输出无源触点信号，并综合其他故障信息将报警和故障信号显示出来，如果外壳上罩脱落，延时故障信号输出电路可将故障信号延时6.5分钟输出并显示，电源转换电路则负责将24V消防电源转换为探测器需使用的5V电源，并加以隔离和保护。
只有保证烟雾光学探测室附近的流场均匀，才能保证风管内不同风速情况下烟雾光学探测室内有合格的采样气体并维持探测灵敏度保持一致。本发明装置采用计算流体力学方法对整机结构进行优化。如图2所示，探测器如图示方式安装于被测风管外壁，气流由采样孔进入采样管内，流经烟雾光学探测室，经排气管排回到风管中。其中，采样孔的直径和分布、气流采样管伸入气流探测腔的长度、气流探测器的内部空间尺寸和排气管长度等都经过详细的计算和仿真，保证了不同风速情况下烟雾光学探测室内有合格的采样气体并维持探测灵敏度保持一致。
烟雾光学探测室如图4所示，为圆柱型结构，上、下底面呈圆形，直径为60.2mm；内高28.3mm，其水平剖面结构图如图4所示，其下底面固定在风管探测器外壳左侧的气流探测腔内，位于气流采样管和气流排气管之间，采样气流从烟雾光学探测室上、下底面间水平流过，在沿着采样气流流经烟雾光学探测室的方向上左右两侧分别设置了一块和两块遮光导流板，遮光导流板固定在烟雾光学探测室的下底面上，高度为25.3mm，其长度和中间留出的开口区域，以不遮挡下方红外发射二极管和红外接收二极管的探测光线为准，红外发射二极管和红外接收二极管固定在烟雾光学探测室内圆周下底面上采样气流流向的下方，发射管和接收管轴向的夹角呈42°，构成了后向散射烟雾探测角，在烟雾光学探测室底面的圆周上，除了红外发射二极管和红外接收二极管占据的区域外其它均匀分布叶片式的遮光窗，每个遮光窗叶片呈V字形开口，叶片夹角呈87°，叶片中心的间距为每片叶片宽度的1/3.1，即3.27厘米。
红外光电探测电路如图5所示，网络端口Pulse为信号处理电路中控制单片机输出的控制脉冲信号，R1和R2串联并接在控制脉冲信号Pulse和电路地之间，进行分压，分压后的控制信号接入场效应管Q1的门级控制Q1的输出，场效应管Q1的漏极接在电源上Vcc上，源极接在红外光电发射二极管D1的正极上，红外光电发射二极管D1的负极通过限流电阻R3接到电路地上。当控制脉冲信号Pulse为高时，Q1导通并为D1供电，D1工作，发出红外光线；而当控制脉冲信号Pulse为低时，Q1关断，D1不工作。电解电容C1的正极和负极分别接在电源Vcc和电路地上，并在电路板上临近Q1和D1设置，可在Q1导通和关断时起到续流和保护的作用。这里，控制脉冲信号Pulse占空比为1∶20，这样起到了延长红外发射二极管和红外接收二极管工作寿命和保护其探测灵敏度的作用。
根据光敏二极管短路电流(光生电流)与光照强度呈线性正比例关系且动态范围较光生电动势大很多的特点，本发明将红外光电接收二极管D2置于光电池的工作状态，即红外光电接收二极管D2的正、负极直接作为电流信号的正、负输出到低阻抗信号采样放大电路中，并将红外光电接收二极管D2的负极接到电阻R5和R7上以抬高红外光电接收二极管D2输出信号的电位，起到了滤除干扰的作用，其中R5和R7串联在电源Vcc和电路地中，起到了分压的作用，C5起滤波作用。
信号低阻抗信号采样放大电路如图6所示，分为前后两级运放U2中的一个运放单元U2A与R4、C2构成了前级I/V电流取样放大电路，红外光电探测电路输出的脉冲电流信号I+、I-分别接到运放U2A的2脚和3脚，这里利用运放的正、负极作为脉冲电流信号的输入端可以大大降低采样放大电路的输出电阻，保证对红外光电探测电路中红外光电接收二极管D2微小电流输出信号的采样与放大，R4、C2并联接到运放U2A的2脚和1脚之间，脉冲电流信号经过R4取样后转为脉冲电压信号，并经过运放U2A和R4放大在U2A的1脚输出，这里C2起滤波作用，U2的4脚和8脚接到电源Vcc和电路地之间，用以给运放U2供电；运放U2中的另一个运放单元U2B与C3、C4、R6组成交流电压比较器，前级输出的脉冲电压信号由U2A的1脚接到U2B的5脚上，作为交流电压比较器的正极输入，R6和C4串联，接在U2A的3脚与U2B的6脚之间，作为交流电压比较其的负极输入，并将U2B的6脚接到网络端口S2上，S2接到信号处理电路中的控制单片机上来控制交流电压比较器的工作状态，R6和C4这里起隔绝直流信号和充电以抬高交流电压比较器负极输入电压的作用，经过交流电压比较器处理后的电压信号由U2B的7脚接入到网络端口S1上，再接入到信号处理电路的控制单片机上，进行A/D采样和数据处理，C3接到U2B的6脚和7脚之间起到隔绝直流信号、选通交流信号的作用。在本电路中，选用OP2340PA双单元运放作为放大器，其信号转换速度(slew rate)快，为6V/μs，而噪声低，为0.0007％，并且采用输入输出均为轨到轨的方法，增强了交流信号处理能力。
此电路利用动作开关S2监视装置外壳上罩的脱落和气流探测腔体的气密性，并利用由C9、R14、C10、Q3和U4构成的延时故障信号输出电路将外壳上罩脱落或松动的故障信号延时6.5分钟输出，既方便了设备的日常开盖检修和维护，又提高探测器工程实际应用的适用性 延时故障信号输出电路如图9所示，动作开关S2的常闭点2脚和3脚分别接在电阻R13和R10上，R13的另一端接电路地，R10的另一端接电源Vcc，电解电容C7分别接到R10和电路地之间，起到续流和缓冲的作用，动作开关S2的2脚接到定时器U4的2脚，作为定时器的触发电压，电阻R14和电解电容C10串联接到电源Vcc和电路地之间，并将C10的正极接到定时器U4的6脚上，用以为定时器提供门限电压并确定了定时器U4的定时时长，定时器U4的7脚同时接到C10的正极来控制对电解电容C10的充放电，PNP型三极管Q3的基极接到定时器U4的2脚上、发射极接到C10的正极上、集电极接电路地用来控制C10的放电回路。电容C9的两端接到U4和电路地之间，起滤波作用。定时器U4的8脚和1脚分别接电源Vcc和电路地，以给U4提供工作电压，定时器U4的4脚即复位控制端接电源Vcc。定时器3脚将延时故障信号通过网络端口Trb-R，输出到信号输出及显示电路。
本电路中，定时器选用定时芯片ICM7555，其采用CMOS工艺，功耗低、定时精度高，并在控制逻辑上，触发电压的控制优先级高于限门压电，这样可以实现外壳上罩扣合后故障信号的恢复，其真值表如下 当外壳上盖扣合时，动作开关S2动作，其2脚和1脚相连接，定时器U4的2脚通过R10接地，触发电压小于1/3Vcc，定时器U4的3脚输出高电平，由于故障信号为低有效，所以风管探测器显示为无故障状态。一旦探测器外壳上罩脱落或者松动，工作开关S2复位，其2脚与3脚相连接，R10和R13串联在电源Vcc和电路地之间，定时器U4的2脚接到R10和R13连接处，触发电压为10/11Vcc，大于1/3Vcc，电解电容C10开始充电，直到电解电容C10正极电压大于2/3Vcc时，定时器U4的6脚的门限电压大于2/3Vcc，定时器U4的3脚输出变为低电平，由于故障信号为低有效，所以此时探测器才由无故障状态转为故障状态。
定时时长的确定 定时时长＝η·RC， 式中η为校正系数，这里取1.18，R和C分为定时电阻和电容，即本电路中的R14和C10。所以当选取R14为1.5MΩ，C10为220μF时，定时时长为389.4秒，约为6.5分钟。
风管火灾探测的工作过程风管火灾探测器是安装在风管外部的采用采样管方式的感烟火灾探测器。其基本工作过程如图11所示。
探测器结构由壳体和两根中空采样管组成，采样管伸入被测风管内部，垂直于气流方向。总压管在迎风面上上开有一排采样孔，外形似笛，气流通过采样孔被收集到总压管后，气流由于压差作用流入壳体，流经烟雾光学探测室，从静压管流出，在这个过程中，通过烟雾光学探测室中红外发射二极管和红外接收二极管感知气流中烟雾对红外光线的散射作用，风管感烟探测器就能探测到风管中的气流是否存在烟雾。一旦探测到烟雾的存在，风管探测器便点亮报警指示灯，并按预设逻辑联动相关设备(风机、阀等)动作。
风管火灾探测器的应用风管感烟火灾探测器一般可以设置在主送风管内部用来探测空调系统本身发生的故障(例如风机过热)；也可以设置在房间回风管道内用来探测该房间是否发生火灾；还可以设置在风管系统内各类风阀附近，控制风阀的动作，防止火灾通过风管系统传播。此外，可以用来保护重要的设备(例如大型计算机主机的通风和排气风管)等等。通过地址编码与信号传输，构成建筑火灾自动报警系统的一个组成部分，实现整个建筑的火灾早期探测与报警。特别是于目前国内大量兴建的体育馆、展览中心等高大空间类建筑更加适合。
权利要求
1.一种风管感烟火灾探测器，其特征在于该探测器包括外壳、气流采样管、气流排气管、烟雾光学探测室、红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、信号输出及显示电路、延时故障信号输出电路和电源转换电路；该探测器的连接是外壳上左、右两侧设置有气流探测腔和控制电路腔，气流采样管和气流排气管伸入需气流采样的风管并固定在该探测器外壳上，气流采样管和气流排气管将采样气流引入气流探测腔，烟雾光学探测室固定在气流探测腔中，红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、信号输出及显示电路、延时故障信号输出电路和电源转换电路安装在控制电路腔内，其中红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、信号输出及显示电路和延时故障信号输出电路依次相连，利用红外光电探测电路对通过的采样气流进行检测，红外光电探测电路输出的探测信号经过低阻抗信号采样放大电路滤波放大后送入信号处理电路，信号处理电路对放大后的探测信号进行A/D转换、采样和数据处理分析最后输出判断结果，延时故障信号输出电路根据判断结果输出无源触点信号，并综合其他故障信息将报警和故障信号显示出来，如果外壳上罩脱落，延时故障信号输出电路可将故障信号延时6.5分钟输出并显示，电源转换电路则负责将24V消防电源转换为探测器需使用的5V电源，并加以隔离和保护。
2.按权利要求1所述的风管感烟火灾探测器，其特征在于所述的烟雾光学探测室为圆柱型结构，上、下底面呈圆形，包括红外发射二极管、红外接收二极管、叶片式遮光窗和遮光导流板，烟雾光学探测室下底面固定在风管探测器外壳左侧的气流探测腔内，位于气流采样管和气流排气管之间，采样气流从烟雾光学探测室上、下底面间水平流过，在沿着采样气流流经烟雾光学探测室的方向上左右两侧分别设置了一块和两块遮光导流板，遮光导流板固定在烟雾光学探测室的下底面上，其长度和中间留出的开口区域，以不遮挡下方包括红外发射二极管和红外接受二极管的探测光线为准，红外发射二极管和红外接受二极管固定在烟雾光学探测室下底面内圆周上采样气流流向的下方，发射管和接收管轴向的夹角呈42°，构成后向散射烟雾探测角，在烟雾光学探测室底面的内圆周上，除了红外发射二极管和红外接收二极管占据的区域以外其它均匀分布叶片式的遮光窗，每个遮光窗叶片呈V字形开口。
3.按权利要求1所述的风管感烟火灾探测器，其特征在于所述的红外光电探测电路的网络端口Pulse为信号处理电路中控制单片机输出的控制脉冲信号，R1和R2串联并接在控制脉冲信号Pulse和电路地之间，起到分压作用，分压后的控制信号接入场效应管Q1的门级控制Q1的输出，场效应管Q1的漏极接在电源Vcc上，源极接在红外光电发射二极管D1的正极上，红外光电发射二极管D1的负极通过限流电阻R3接到电路地上，电解电容C1的正极和负极分别接在电源Vcc和电路地上，红外光电接收二极管D2的正、负极直接作为电流信号的正、负输出到低阻抗信号采样放大电路中，并将红外光电接收二极管D2的负极接到电阻R5和R7上以抬高红外光电接收二极管D2输出信号的电位，其中R5和R7串联在电源Vcc和电路地中。
4.按权利要求1所述的风管感烟火灾探测器，其特征在于所述的低阻抗信号采样放大电路分为前后两级运放U2中的一个运放单元U2A与R4、C2构成了前级I/V电流取样放大电路，红外光电探测电路输出的脉冲电流信号I+、I-分别接到运放U2A的2脚和3脚，R4、C2并联接到运放U2A的2脚和1脚之间，脉冲电流信号经过R4取样后转为脉冲电压信号，并经过运放U2A和R4放大在U2A的1脚输出，C2起滤波作用，U2的4脚和8脚接到电源Vcc和电路地之间，为运放U2供电；运放U2中的另一个运放单元U2B与C3、C4、R6组成交流电压比较器，前级输出的脉冲电压信号由U2A的1脚接到U2B的5脚上，作为交流电压比较器的正极输入，R6和C4串联，接在U2A的3脚与U2B的6脚之间，作为交流电压比较其的负极输入，并将U2B的6脚接到网络端口S2上，S2接到信号处理电路中的控制单片机上来控制交流电压比较器的工作状态，R6和C4这里起隔绝直流信号和充电以抬高交流电压比较器负极输入电压的作用，经过交流电压比较器处理后的电压信号由U2B的7脚接入到网络端口S1上，再接入到信号处理电路的控制单片机上，进行A/D采样和数据处理，C3接到U2B的6脚和7脚之间起到隔绝直流信号、选通交流信号的作用。
5.按权利要求1所述的风管感烟火灾探测器，其特征在于所述的延时故障信号输出电路动作开关S2的常闭点2脚和3脚分别接在电阻R13和R10上，R13的另一端接电路地，R10的另一端接电源Vcc，电解电容C7分别接到R10和电路地之间，动作开关S2的2脚接到定时器U4的2脚，电阻R14和电解电容C10串联接到电源Vcc和电路地之间，并将C10的正极接到定时器U4的6脚上，定时器U4的7脚同时接到C10的正极来控制对电解电容C10的充放电，PNP型三极管Q3的基极接到定时器U4的2脚上、发射极接到C10的正极上、集电极接电路地用来控制C10的放电回路，电容C9的两端接到U4和电路地之间，定时器U4的8脚和1脚分别接电源Vcc和电路地，以给U4提供工作电压，定时器U4的4脚即复位控制端接电源Vcc， 定时器3脚将延时故障信号通过网络端口Trb-R，输出到信号输出及显示电路。
全文摘要
本发明涉及一种风管感烟火灾探测器，属于火灾探测技术领域，本发明探测器其结构包括外壳、气流采样管、气流排气管、烟雾光学探测室、红外光电探测电路、低阻抗信号采样放大电路、信号处理电路、延时故障信号输出电路、信号输出及显示电路和电源转换电路。本发明的优点提高探测器对干扰信号的分辨识别能力，从而相应地减少火灾信息的误报率及避免漏报，保证了气流探测腔内气流的流动性以及减少环流区的影响，使烟雾光学探测室附近的流场均匀。
文档编号G08B17/107GK101763708SQ200910248828
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者董文辉, 张曦, 梅志斌 申请人:公安部沈阳消防研究所