专利名称：自检光源直射式火焰探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于火灾自动探測报警领域，特别涉及一种自检光源直射式火焰探测器。
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エ艺水平的限制，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，还有人研究利用C⑶火焰成像技术来探測火焰，由于相应的早期火灾图象探測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。它可进一歩抑制环境干扰信号的干扰，提高探測器的可靠性，成为保护地下与大空间建筑消防安全的最新产品。 随着大空间建筑及地下建筑的数量不断増加，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 O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エ艺水平的限制，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。火焰探测器生产行业检验方法主要围绕火焰探测器是否有效响应，即探测有效性和探測器灵敏度的测试。一些厂家利用汽油等燃料点燃的火焰进行检验，也有些利用蜡烛火焰，将探測器与火焰相隔一定距离，观察火焰探测器是否能在规定时间内有效响应，如根据各火焰探测器对O. 3m2的汽油火焰在典型探测距离下的响应情况来对比火焰探测器性能；某公司的火焰探测器灵敏度按对O. Im3可燃性介质(汽油、柴油、煤油、こ醇、庚烷)的响应情况划分为4档(15m、30m、45m和60m);某公司的紫外火焰探测器灵敏度评定指标为对O. 09m2汽油火焰在5 15m距离内发出报警讯号，或对ー支蜡烛火焰在O. 8^1. 2m范围内发出报警讯号。根据消防设施检测技术规程要求，对火焰探測器的检测应在探測器监测视角内、距离探測器O. 55^1. Om处，放置紫外波长小于O. 28 μ m (对于紫外火焰探测器)或红外波长大于0.85 μ m (对于红外火焰探测器)的光源，查看探测器是否报警。上述火焰探测器生产行业检测方法普遍存在一定缺陷，如不易控制燃烧过程，火灾危险性大；不能控制提供的辐射波长范围；不方便举高以满足检测规程规定的测试距离；易受外界干扰；检验中需要不断更换燃料，一致性和可重复性差。此外，检验主要依靠人工完成，大批量的检验将耗费大量的人力，检验效率低。针对现有检测方法的不足之处，一些火焰探測器生产厂家开发具有光学完整性的火焰探测器，井根据探测器自检时根据传感器是否响应判断探测器是否失效并给出对应的信号，目前的现有技术中存在结构简单、操作方便、便于携带的手持式红外火焰探测器现场检测设备，利用半导体红外发射管制作了可替代明火的红外光源，能够解决火焰探测器现场测试存在的ー些问题。尽管目前已有ー些成型的用作火焰探测器现场检测的人工光源，手持式现场检测设备亦解决了以往现场点火试验装置一致性和可重复性差的问题，然而此类检测设备仍受限于安装的位置，且无法实现实时监测，有一些厂家开发了利用光的反射原理，通过在探測器内部设置自检光源，透过检测窗口外面的反光板将检测光源的光线反射，反射光线透过保护镜片再入射到传感器，实现自检。这样设计基本实现了自检功能，但是整个光路采用了 2个保护镜片，一个反光板，检测的效率低下，受污染的概率较大，因此有必要研究采用简单自检光路的火焰探测器，实现其良好的光学完整性。
发明内容针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种自检光源直射式火焰探测器，采用火焰红外光源外置进行光源自检。本实用新型的自检光源直射式火焰探测器，包括外壳、红外光源、紫外光源、红外窗片、紫外窗片、红外传感器I、红外传感器II、紫外传感器、红外光源驱动电路、紫外光源驱动及信号提取电路、放大取样电路I、放大取样电路II、信号处理电路、电源处理电路、信号输出电路、报警显示模块和自检信号输入电路。本实用新型探測器的外壳包括壳体、面板、紫外自检灯座、紫外窗片、红外自检灯座和红外窗片。紫外、红外探測板固定在面板上，电源转换及信号输出接ロ板固定在壳体后部，紫外、红外探測板和电源转换及信号输出接ロ板通过信号线连接。红外窗片和紫外窗片安装在外壳同一侧内壁上，在红外窗片的上方安装对应的红外光源，在紫外窗片的侧上方安装对应的紫外光源，信号处理电路的输出引脚与红外光源驱动电路输入端相连，红外光源驱动电路输出端与红外光源相连，红外传感器I的输出端与放大取样电路I输入端相连，放大取样电路I输出端与信号处理电路的输入引脚相连，红外传感器II的输出端与放大取样电路II输入端相连，放大取样电路II的输出端连接信号处理电路的输入引脚，紫外光源与紫外光源驱动及信号提取电路输出端相连，信号处理电路输出引脚与紫外光源驱动及信号提取电路输入端相连，紫外光源驱动及信号提取电路输出端连接紫外传感器，信号输出电路与信号处理电路输出引脚相连，电源处理电路与外部电源输入端相连，通过转换极性，调整出不同电压输出至放大取样电路I、放大取样电路II、信号处理电路、紫外光源和红外光源，报警显示模块与信号处理电路相连，实现探測器工作信号指示与报警指示的显示；自检信号输入电路与信号处理电路相连，是采用红外遥控接收电路接收外部自检信号。所述信号输出电路包括继电器输出电路、485通讯接ロ电路和4_20mA信号输出电路，4-20mA信号输出电路输出4-20mA信号，485通讯接ロ电路输出485通讯信号，继电器输出电路输出无源开关信号。三个电路分别与信号处理电路的输出引脚通过对应的控制ロ线连接。[0012]采用本实用新型自检光源直射式火焰探测器进行火焰探测，具体包括以下步骤步骤I:初始化系统复位，关中断，继电器、端ロ、RAM和定时器V T1初始化，设置报警时间，选择灵敏度，点亮红色LED 5秒，绿色LED 5秒，设定A/D转换采样周期，设定定时器T2定时周期，设定并开中断，清看门狗标志位，循环等待中断。步骤2 :通过红外、紫外传感器采集火焰信号数据，通过编码实现通过T2定时中断后进行A/D转换得到两个通道的信号幅值和频率数据。通过中断判断，进行相应的中断操作，进入T2定时中断服务子程序后操作顺序为τ2定时中断初始化；火警判断；是否需要频率采集；是否需要幅值采样数据；是否需要进行火警综合判断；然后T2定时中断返回。步骤3 :对采集的数据进行信号处理，进行火灾发生判断，包括红外火焰及背景幅 值判断、红外火焰及背景频率判断、紫外火焰频率信号判断和紫外红外复合判断；步骤3. I :红外火焰及背景幅值判断步骤3. I. I基于固定基值判断火焰通道相对于固定基值的增加值Λ FaO=Fa-Ca,其中，Fa为火焰通道当前红外AD采样幅值，Ca为火焰通道固定基值；背景探測通道幅值相对于固定基值的增加值Λ BaO=Ba-Da，其中，Ba为背景探測通道当前红外AD采样幅值，Da为背景探測通道固定基值；当AFaO >ABaO且AFa0/N>ABa0，其中，N为常数，在设定的判断次数内满足该条件则判断幅值满足火警条件，跳过基于补偿基值判断程序并进行闪烁频率判断；当Δ FaO/N BaO时，判断幅值是否满足火警条件，满足则返回，不满足则进行基于补偿基值判断；当Λ FaO BaO时，判断幅值是否满足火警条件，满足则返回，不满足则进行基于补偿基值判断。步骤3. I. 2基于补偿基值判断火焰通道信号相对于补偿基值的增加值Λ Fal=Fa-Cal,其中，Fa为火焰通道当前红外AD采样幅值，Cal为火焰通道补偿基值，背景探測通道信号相对于补偿基值的增加值ABal= Ba-Dal，其中，Ba为背景探测通道当前红外AD采样幅值，Dal为背景探測通道响应补偿设定值。当Λ Fal >Δ Bal且Λ FaI/N >Δ Bal时，在设定的判断次数内满足该条件则判断幅值是否满足火警条件，并进行红外火焰闪烁频率判断。步骤3. 2红外火焰及背景频率判断红外火焰通道在设定的判断次数内频率数据平均值为Fav，背景探測通道在设定的判断次数内频率数据平均值为Bav < 2或Bav ^ 20，并且火焰及背景探測通道红外采样频率数据连续4次满足频率要求，则闪烁频率满足火警报警条件。步骤3. 3紫外火焰频率信号判断紫外响应值为Xtl, Kz为紫外计数基值，Zt为紫外预警判断计数器，当Zl-Kz〉0时，连续Zt次满足该条件则直接判断紫外频率满足火警条件。当Zl-Kz ( O时，连续Zc次满足该条件则紫外报警计数器清零，返回。紫外火焰通道在设定的判断次数内频率数据平均值为Fuv, Fmin彡Fuv彡Fmax,并且紫外火焰通道频率数据依次为Fu0 (当前)、FU1、FU2、……Fui (i=N)，设定的判断次数内满足Fmini^ F Ui ^ Fmax (i=N),则紫外闪烁频率判断满足火警报警条件。步骤3. 4紫外红外复合判断当红外火焰及背景信号判断结果符合火警时，输出红外火警信号，当紫外火焰信号判断符合火警时，输出紫外火警信号，当两种信号有ー种符合火警信号时，另ー种处于火警预警状态时，根据预先设置的对比參数进行配对，若符合报警状态则报火警。步骤4 :信号输出通过探测器4_20mA信号输出电路或继电器输出电路将报警信号输出，是报警信号则运行结束，不是则进入自检判断。步骤5:自检判断判断是否自检时间到或外部信号输入启动，是则进入自检，启动自检光源，采集数据，对比分析数据，数据符合预定范围，就返回，数据超出预定范围就报故障。本实用新型技术方案带来的有益效果，包括以下几点I.采用具有火焰红外、紫外光谱特征的光源，结合直射光路设计的外置结构进行光源自检，保证光源能够透过保护镜片直射到对应的传感器，并且不影响探测器的探测视场角，通过采用最简单的直射光路，減少了普通反射式自检光路中的光路器件，提高了光源效率，同时减少污染点，提高了自检的可靠性。2.通过配置红外參比波段即背景探測波段，当现场存在红外干扰时，可通过两个通道对红外辐射的响应比值进行去除干扰，提高抗误报的能力，提升探测器环境适应性。3.采集单紫外响应火焰的脉冲计数信号，获取其统计特征；采集双波段红外传感器响应火焰的幅值、趋势及火焰频率，获取其阈值、时域及频域特征，将这些特征融合多信息复合判断算法进行火焰探测报警，实现对火焰的可靠探測。
图I为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器整机结构示意图，其中，I-壳体，2-面板，3-紫外自检灯座，4-紫外窗片，5-红外自检灯座，6-红外窗片；图2为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器系统构成示意图，其中，7-外壳；图3为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器基本设计原理框图；图4为本实用新型实施例红外光源驱动电路原理图；图5为本实用新型实施例紫外光源驱动及信号提取电路原理图；图6为本实用新型实施例放大取样电路原理图；图7为本实用新型实施例信号处理电路原理图；图8为本实用新型实施例电源处理电路原理图；图9为本实用新型实施例信号输出电路原理图；图10为本实用新型实施例报警显示模块及自检信号输入电路原理图；图11为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器的系统流程图；图12为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器的红外探测报警判断数据处理流程图；[0055]图13为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器的紫外探测报警判断数据处理流程图；图14为本实用新型实施例自检光源直射式火焰探测器的自检流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进ー步说明。如图I所示，自检光源直射式火焰探测器整机外壳包括壳体I、面板2、紫外自检灯座3、紫外窗片4、红外自检灯座5和红外窗片6 ;紫外、红外探測板固定在面板上，电源转换及信号输出接ロ板固定在壳体后部，紫外、红外探測板和电源转换及信号输出接ロ板通过信号线连接。本实用新型的自检光源直射式火焰探测器，包括外壳、红外光源、紫外光源、红外窗片、紫外窗片、红外传感器I、红外传感器II、紫外传感器、红外光源驱动电路、紫外光源 驱动及信号提取电路、放大取样电路I、放大取样电路II、信号处理电路、电源处理电路、信号输出电路、报警显不模块和自检信号输入电路。信号输出电路包括继电器输出电路、485通讯接ロ电路和4-20mA信号输出电路。所述信号输出电路，如图9所示，包括继电器输出电路、485通讯接ロ电路和4-20mA信号输出电路，4-20mA信号输出电路输出4_20mA信号，485通讯接ロ电路输出485通讯信号，继电器输出电路输出无源开关信号。三个电路分别与信号处理电路的输出引脚通过对应的控制ロ线连接。红外窗片米用对1-14 μ m的红外光的透过率高于85%的材料制成,环境适应性要求耐腐蚀、擦拭、湿热及高低温。紫外窗片采用对200-1000nm的紫外光的透过率高于85%的材料制成，环境适应性要求耐腐蚀、擦拭、湿热及高低温。探測波段选用PYD-001A型红外传感器I，參比波段选用PYD-001B型红外传感器II ;紫外传感器选用型号R2868，红外光源选用IRL715红外发光管，紫外光源选用Z09紫外发光管。探測器基本设计原理如图3所示，具体组成结构如图2所示，红外窗片和紫外窗片安装在外壳同一侧内壁上，在红外窗片的上方安装对应的红外光源，在紫外窗片的下方安装对应的紫外光源，信号处理电路的输出引脚与红外光源驱动电路输入端相连，红外光源驱动电路(如图4所示)输出端与红外光源相连，红外传感器I的输出端与放大取样电路I输入端相连，放大取样电路I (如图6所示)输出端与信号处理电路的输入引脚相连，红外传感器II的输出端与放大取样电路II输入端相连，放大取样电路II的输出端连接信号处理电路(如图7所示)的输入引脚，紫外光源驱动及信号提取电路(如图5所示)输出端连接紫外光源，信号处理电路输出引脚与紫外光源驱动及信号提取电路输入端相连，紫外光源驱动及信号提取电路输出端连接紫外传感器，信号输出电路与信号处理电路输出引脚相连，电源处理电路(如图8所示)与外部电源输入端相连，通过转换极性，调整出不同电压输出至放大取样电路I、放大取样电路II、信号处理电路、紫外光源和红外光源，I路12V给放大取样电路，I路5V给信号处理电路，I路5V给自检光源使用；报警显示模块与信号处理电路相连，实现探測器工作信号指示与报警指示的显示，自检信号输入电路与信号处理电路相连，是采用红外遥控接收电路接收外部自检信号，报警显示模块及自检信号输入电路如图10所示。[0063]红外传感器I和II、红外光源驱动电路、放大取样电路I和II、紫外传感器、紫外光源驱动及信号提取电路、信号处理电路都固定在紫外、红外探測板上；电源处理电路、信号输出电路、报警显示模块和自检信号输入电路固定在电源转换及信号输出接ロ板上。电源转换及信号输出接ロ板固定在探測器的外壳的后盖部分。采样上述火焰探测器进行火焰探测的流程如图11所示，具体按如下步骤进行步骤I :初始化系统复位，关中断，继电器、端ロ、RAM和定时器Tci. T1初始化，点亮红色LED 5秒，緑色LED 5秒，设定A/D转换采样周期，设定定时器T2定时周期，设定并开中断，清看门狗标志位，循环等待中断。设置报警时间为红外3秒，紫外5秒，复合探測6秒；设置探測器自检时间为240 秒；选择灵敏度，灵敏度分为三级，灵敏度I级对应红外固定基值是45，补偿基值60，紫外计数基值50 ;灵敏度2级对应红外固定基值是70 ;补偿基值80，紫外计数基值60 ;灵敏度3级对应红外固定基值是90 ;补偿基值100，紫外计数基值75 ；步骤2 :通过红外、紫外传感器采集火焰信号数据，通过编码实现通过T2定时中断后进行A/D转换得到两个通道的信号幅值和频率数据。通过中断判断，进行相应的中断操作，进入T2定时中断服务子程序后操作顺序为τ2定时中断初始化；火警判断；是否需要频率采集；是否需要幅值采样数据；是否需要进行火警综合判断；然后T2定时中断返回。步骤3 :对采集的数据进行信号处理，进行火灾发生判断，包括红外火焰及背景幅值判断、红外火焰及背景频率判断、紫外火焰频率信号判断和紫外红外复合判断；步骤3. I :红外火焰幅值判断步骤3. I. I基于固定基值判断火焰通道相对于固定基值的增加值Λ FaO=Fa-Ca,其中，Fa为火焰通道当前红外AD采样幅值，Fa为210、215、210、215、245，Ca为火焰通道固定基值，Ca=45 ;背景探測通道幅值相对于固定基值的增加值Λ BaO= Ba-Da，其中，Ba为背景探測通道(红外參比波段)当前红外AD采样幅值，Ba为50、51、52、50、52，Da为背景探测通道固定基值，Da=45 ；N=4,Δ FaO=火焰通道探测数据_ Ca固定基值45>150而且Λ BaO=背景探測通道数据-Da固定基值45〈150，若连续4次满足该条件则判断幅值满足火警条件，跳过基于补偿基值判断程序并进行闪烁频率判断 ’当Δ FaO/4 BaO时，判断幅值是否满足火警条件，满足则返回，不满足则进行基于补偿基值判断；当Δ FaO BaO时，判断幅值是否满足火警条件，满足则返回，不满足则进行基于补偿基值判断。步骤3. I. 2基于补偿基值判断火焰通道信号相对于补偿基值的增加值Λ Fal=Fa-Cal,其中，Fa为210、215、210、215,245, Cal为火焰通道补偿基值，Cal=60，背景探測通道信号相对于补偿基值的増加值Λ Bal= Ba-Dal，其中，Ba为90、91、92、90、102，Dal为背景探测通道响应补偿设定值，Dal=580当Λ Fal=红外火焰探测数据_ 60>150且Λ Bal=背景探测通道数据_58〈150时，连续4次满足该条件则判断幅值是否满足火警条件，并进行红外火焰闪烁频率判断。[0079]步骤3. 2红外火焰频率判断红外火焰通道在设定的判断次数内频率数据平均值为Fav，背景探測通道连续4次频率数据平均值为Bav彡2或Bav彡20，若4彡Fav彡20HZ,且Fatl (当前)，Fa1, Fa2,Fa3 (前3次)中有至少2个满足4 ^Fai <20，i=0，I，2，3，则闪烁频率满足火警条件；反之，则不满足火警条件。红外探测报警判断数据处理流程如图12所示。步骤3. 3紫外火焰频率信号判断，流程如图13所示，紫外响应值乂(|为56、78、89、56、121，紫外计数基值1^为50，紫外预警判断计数器Zt 为 5，当Ζ1-Κζ>0时，连续Zt次满足该条件则直接判断紫外频率满足火警条件。当Zl-Kz ( O时，连续Zc次满足该条件则紫外报警计数器清零，返回，Zc=3。紫外火焰通道在设定的判断次数内频率数据平均值为Fuv, Fmin彡Fuv彡Fmax,并且紫外火焰通道频率数据依次为Fu0 (当前)、FU1、FU2、……Fui (i=5)，设定的判断次数内满足Fmin彡Fui=SO彡Fmax (i=N),则紫外闪烁频率判断满足火警报警条件；其中，Fmin和Fmax分别为紫外火焰通道最小频率和最大频率，Fmin=20, Fmax =200。步骤3. 4紫外红外复合判断当红外火焰信号判断结果符合火警时，输出红外火警信号，当紫外火焰信号判断符合火警时，输出紫外火警信号，当两种信号有ー种符合火警信号时，另ー种处于火警预警状态时，根据预先设置的对比參数进行配对当紫外符合火警判断时，红外Λ Fa/3 >ABa或AFal/2> Λ Bal即符合火焰报警；当红外符合火警判断时，紫外Fmin=IO ;F Ui=SO(i=5) ；Fmax =200 ;即符合火焰报警；步骤4 :信号输出通过探测器4_20mA信号输出电路或继电器输出电路将报警信号输出，是报警信号则运行结束，不是则进入自检判断。步骤5:自检判断如图14所示,判断是否自检时间到或外部信号输入启动,是则进入自检,启动自检光源，采集数据，对比分析数据，数据符合预定范围红外火焰探测值与自检采样值误差在30%以内，就返回，数据超出预定范围就报故障。
权利要求1. 一种自检光源直射式火焰探测器，包括外壳，其特征在于还包括红外光源、紫外光源、红外窗片、紫外窗片、红外传感器I、红外传感器II、紫外传感器、红外光源驱动电路、紫外光源驱动及信号提取电路、放大取样电路I、放大取样电路II、信号处理电路、电源处理电路、信号输出电路、报警显不模块和自检信号输入电路； 所述信号输出电路包括继电器输出电路、485通讯接ロ电路和4-20mA信号输出电路，三个电路分别与信号处理电路的输出引脚连接； 所述红外窗片和紫外窗片安装在外壳同一侧内壁上，在红外窗片的上方安装对应的红外光源，在紫外窗片的侧上方安装对应的紫外光源，信号处理电路的输出引脚与红外光源驱动电路输入端相连，红外光源驱动电路输出端与红外光源相连，红外传感器I的输出端与放大取样电路I输入端相连，放大取样电路I输出端与信号处理电路的输入引脚相连，红外传感器II的输出端与放大取样电路II输入端相连，放大取样电路II的输出端连接信号处理电路的输入引脚，紫外光源与紫外光源驱动及信号提取电路输出端相连，信号处理电路输出引脚与紫外光源驱动及信号提取电路输入端相连，紫外光源驱动及信号提取电路输出端连接紫外传感器，信号输出电路与信号处理电路输出引脚相连，电源处理电路与外部电源输入端相连，通过转换极性，调整出不同电压输出至放大取样电路I、放大取样电路II、信号处理电路、紫外光源和红外光源，报警显示模块与信号处理电路相连，自检信号输入电路与信号处理电路相连。
专利摘要一种自检光源直射式火焰探测器，该探测器包括外壳、红外光源、紫外光源、红外窗片、紫外窗片、红外传感器Ⅰ、红外传感器Ⅱ、紫外传感器、红外光源驱动电路、紫外光源驱动及信号提取电路、放大取样电路Ⅰ、放大取样电路Ⅱ、信号处理电路、电源处理电路、信号输出电路、报警显示模块和自检信号输入电路。探测器采用火焰红外光源外置进行光源自检，通过红外、紫外传感器采集火焰信号数据，进行火灾发生判断，包括红外火焰及背景幅值判断、红外火焰及背景频率判断、紫外火焰频率信号判断和紫外红外复合判断，通过配置红外背景探测波段，当现场存在红外干扰时，提高抗误报的能力，提升探测器环境适应性。
文档编号G08B17/12GK202454031SQ201120556789
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者张曦, 徐放, 梅志斌, 王勇俞, 董文辉, 许峰 申请人:公安部沈阳消防研究所