专利名称：自动灭火系统差定温火灾探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种消防探测设备，特别是涉及一种自动灭火系统差定温火灾探测器。
背景技术：
火灾探测器是自动灭火系统的重要组成部分，火灾探测器探测火灾的原理主要有以下几种:一通过气体受热膨胀原理；二通过液体受热膨胀原理；三通过固体金属受热发生形变原理；四通过金属合金受热熔化原理；五通过电子元件受热电参数发生改变的原理；其中尤以电子元件受热电参数发生改变原理应用最为广泛，形成一个重要分支，这种探测器适用于不适合使用感烟火灾探测器的场所，以及无烟火灾探测的应用；其在对火灾探测器的有效性和误报警率有极高要求的特殊场所的自动灭火应用中，常采用“冗余和双重确认”的技术手段确保其稳定性，即在被监测场所安装多于最小安装数量的火灾探测器，有两个火灾探测器被触发并且被触发的火灾探测器中至少有一个不是感烟火灾探测器，火灾事件才被确认，之所以采取这样的手段，是因为利用现有的火灾探测器，仅靠一只探测器很难做到有效性、可靠性、反应速度和误报免疫力都能很好的满足应用要求，仍有待于技术更新。
发明内容
为了达到使用一只探测器即可完成火灾事件的确认，并保证有效性、可靠性、反应速度和误报要求，本发明提供了一种自动灭火系统差定温火灾探测器。本发明采用的技术方案为:一种自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于包括两个相同的探测通道，各通道均包括以下八个模块:测温电桥、信号调理电路、测量电路、微控制器、电源及接口电路、 测试电路、精度检测电桥、电压监测电桥；信号调理电路分别与测温电桥、测量电路、精度检测电路和微控制器连接，微控制器分别与测试电路、电压监测电桥和电源及接口电路连接，测试电路和测温电桥连接。所述信号调理电路设有模拟开关，测量电路由模数转换器和基准电路组成，模拟开关输出端与模数转换器输入端相连，模拟开关控制端、模数转换器控制端、模数转换器输出端分别与微控制器连接，模数转换器和基准电路相连；电压监测电桥由电阻R13和R16串联构成的电压下限支路、电阻R14和R17串联构成的电压上限支路、电阻R15和稳压器U8串联构成的基准电压支路三个支路组成，此三个支路的两端分别与电源正负极连接，R13与R16的连接点为下限电压采集点，R14与R17的连接点为上限电压采集点，R15与稳压器U8负极的连接点为基准电压采集点，此三个采集点分别与微处理器连接；测温电桥由电阻Rl和R4串联构成的初始值设定支路、电阻R2和R5串联构成的测试状态确认支路、电阻R3和热敏电阻Rt串联构成的测温支路三个支路组成，此三个支路的两端分别与电源正负极连接，Rl与R4的连接点为静态电压采集点，R2与R5的连接点为测试电压采集点，R3和Rt的连接点为动态电压采集点，此三个采集点分别与信号调理电路中的模拟开关输入端口连接；测试电路设有一场效应管，漏极与电源正极连接，源极与静态电压采集点连接，栅极通过电阻与微控制器连接；精度检测电桥由Rll和稳压器U6串联构成的稳压支路、R12和稳压器U7串联构成的稳压支路两个支路组成，此两个支路的两端分别与电源正负极连接，Rll与稳压器U6的连接点、R12与稳压器U7的连接点分别与信号调理电路中的模拟开关输入端口连接；电源及接口电路与微控制器连接。所述微控制器为自带两通道比较器的微处理器。所述电源及接口电路设有电源接口、报警信号接口、报警确认接口、探测器测试接口，电源接口连接有电源。所述两个探测通道各自的八个模块通过电路板联结放置在探测器密封壳体内，电源及接口电路与固定在密封壳体上的电气连接头连接，测温电桥设有热敏电阻，热敏电阻穿过密封壳体设置在壳体外，对应电气连接头设有匹配的电气连接座，电气连接座固定在探测器底座上。所述探测器底座内设有与电气连接座电气连接的接线端子，探测器底座一侧设有电缆出线管和密封接头。所述探测器底座与密封壳体间密封连接，电气连接头与电气连接座插接置于密封连接处内部。所述模拟开关输出分别为静态电压采集点输出端和动态电压采集点输出端，其中动态电压采集点输出端通过运放器U4组成的射随运放电路，与动态电压采集点输出端一起通过运放器U5和电阻R7、R8、R9、R10组成的比例运算电路，U5运放输出端连接到模数转换器。本发明为本质安全防爆型，通过一个探测器设置相同的双通道探测电路，每通道均具有全面自检功能，可区分自身电路故障和火灾报警信号，为自动灭火控制器提供准确的报警信息，具有的火灾·确认机制可以保证产品趋于零误报警，只需一个火灾探测器即可确认火灾事件的发生，有效性和可靠性高，反应速度，适于推广应用。
图1为本发明电气原理框 图2为本发明一个通道的电路原理示意 图3为本发明探测器密封壳体的结构示意 图4为本发明探测器底座的结构示意 图5为本发明探测器底座与探测器密封壳体连接结构示意 图中标号名称:1电路板；2密封壳体；3电气连接头；4热敏电阻；5电气连接座；6接线端子；7电缆出线管；8密封接头。
具体实施例方式本发明实施例如图1至5所示，该自动灭火控制器差定温火灾探测器设有两个相同的探测通道，各通道均包括以下八个模块:测温电桥、信号调理电路、测量电路、微控制器、电源及接口电路、测试电路、精度检测电桥、电压监测电桥；信号调理电路分别与测温电桥、测量电路、精度检测电路和微控制器连接，微控制器分别与测试电路、电压监测电桥和电源及接口电路连接，测试电路和测温电桥连接。其中微控制器采用自带双通道比较器的控制器，信号调理电路由模拟开关和运放电路组成，测量电路由模数转换器和基准电路组成，本实施例中模拟开关Ul采用双四选一模拟开关4052，模数转换器U2采用TLC2543，基准电路U3采用MAX6133，4052输出端与由2个3140运放器U4、U5组成的射随和比例运算电路连接，运放电路与TLC2543输入端相连，4052控制端、TLC2543控制端、TLC2543输出端分别与微控制器连接，MAX6133与TLC2543相连提供基准电压；电压监测电桥由电阻R13和R16串联构成的电压下限支路、电阻R14和R17串联构成的电压上限支路、电阻R15和稳压器U8串联构成的基准电压支路三个支路组成，此三个支路的两端分别与电源正负极连接，R13与R16的连接点h点为下限电压采集点，R14与R17的连接点g点为上限电压采集点，R15与稳压器U8负极的连接点f点为基准电压采集点，三个采集点分别与微处理器连接；测温电桥由电阻Rl和R4串联构成的初始值设定支路、电阻R2和R5串联构成的测试状态确认支路、电阻R3和热敏电阻Rt串联构成的测温支路三个支路组成，此三个支路的两端分别与电源正负极连接，Rl与R4的连接点c点为静态电压采集点，R2与R5的连接点b点为测试电压采集点，R3和Rt的连接点a点为动态电压采集点，三个采集点分别与信号调理电路中的模拟开关输入端口连接；测试电路设有一场效应管，漏极与电源正极连接，源极与静态电压采集点c点连接，栅极通过电阻与微控制器连接；精度检测电桥由Rll和稳压器U6串联构成的稳压支路、R12和稳压器U7串联构成的稳压支路两个支路组成，此两个支路的两端分别与电源正负极连接，Rll与稳压器U6的连接点e点、R12与稳压器U7的连接点d点分别与信号调理电路中的模拟开关输入端口连接；电源及接口电路与微控制器连接，电源及接口电路通过电源接口连接外接电源，通过报警信号接口、报警确认接口、探测器测试接口与自动灭火控制器连接。正常状态下，在U8的稳压作用下f点的电压值基本保持不变，本实施例设定为1.235V，h点电压略高于f点电压，g点电压略低于f点电压；当电源电压下降幅度稍大时，h点电压将变得低于f点电压，当电源电压升高幅度稍大时，g点电压将变得高于f点电压，这两种情况电压波动实时传送到微控制器的比较器进行比较，电压波动幅度超出正常范围比较器翻转，认定为供电电源故障，微控制器通过报警信号接口向自动灭火控制器发出报警信号，自动灭火控制器随即通过报警确认接口返回报警确认信号，微控制器收到报警确认信号后继续持续发出报警信号，提示设备故障而非火警。在正常温度监测状态下，测试电路中的场效应管Tl处于截止状态，微控制器控制模拟开关4052将a点、c点电压接入信号调理电路，经TLC2543模数转换后传送到微控制器；当环境温度发生变化时，测温电桥中的热敏电阻Rt阻值随之发生变化，导致a点与c点之间的电压Ui发生变化，无电路故障时，Rt的阻值范围在100 Ω到10ΚΩ之间，Ui设定正常变化范围在0.5疒3.5V内，微控制器可以通过查表程序获得不同电压对应的温度值，表格数据是根据多组实测数值通过曲线插值获得的；无电路故障时，当Ui小于0.5V时Rt阻值小于100 Ω，可视为Rt短路故障，当Ui大于3.5V时Rt阻值大于IOK Ω，可视为Rt断路故障；设置定温报 警门限Ts，一般Ts设为70°C，70°C时对应a点与c点间有一电压Uh，微控制器将测得的Ui电压与Uh进行对比，当Ui从低于Uh升高到高于3.5V所持续的时间短于5s时，即认定该通道的热敏电阻Rt发生了断路故障，当Ui低于0.5V时，即认定该通道的热敏电阻Rt发生了短路故障，上面两种情况无论是热敏电阻自身故障还是其他电路故障引起的，微控制器都发出报警信号且在收到报警确认信号后继续持续发出报警信号，提示设备故障而非火警，提示设备故障而非火警。微控制器检测到Ui值对应的温度超过40°C但没有达到Ts值，当温度升高速率超过设定门限时，微控制器先控制模拟开关4052将精度检测电桥的d点和e点电压接入信号调理电路，经TLC2543模数转换后传送到微控制器，正常情况下在U6和U7稳压作用下，d点与e点之间为一恒定电压值，如果微控制器测得该恒定电压值偏离正常范围，说明信号调理电路或测量电路存在故障，微控制器发出报警信号且在收到报警确认信号后继续持续发出报警信号，提示设备故障而非火警；如果微控制器测得该恒定电压值在正常范围内，微控制器再控制模拟开关4052将测温电桥的b点和c点电压接入信号调理电路，经TLC2543模数转换后传送到微控制器，正常状态下场效应管Tl截止，b点、c点间的电压相对稳定，如果Tl故障击穿c点电压将显著升高，微控制器测得b点、c点间电压偏离正常稳定值的范围，微控制器发出报警信号且在收到报警确认信号后继续持续发出报警信号，提示设备故障而非火警；如果b点、c点间电压正常Tl无击穿故障，微控制器发出报警信号且在收到报警确认信号后停止发出报警信号，提示火警报警而非设备故障，待报警确认信号消失后，微控制器继续根据实时测得的温度，确定是否重新发出报警信号。工作时自动灭火控制器可随时通过探测器测试接口向两通道微控制器发出测试信号，微控制器接收后控制各自通道的场效应管Tl导通，测温电桥c点的电压值升高至接近电源电压值，使c点和a点之间的电压产生幅度较大的显著变化，模拟产生一个温度超限事件，接着进行上述程序的自检，这一过程中微控制器工作在测试状态，不认定为测试电路故障和热敏电阻短路故障，如有故障微控制器发出报警信号且在收到报警确认信号继续持续发出报警信号，提示设备故障。工作时自动灭火控制器收到探测器一个通道的报警信号后，发出报警确认信号，如果报警信号仍持续发出，0.1s后自动灭火控制器撤销报警确认信号，认定该通道存在故障，0.6s后将自动切断该探测器的电源；如果报警确认信号发出后0.1s内报警信号消失，自动灭火控制器将撤销报警 确认信号，如果报警确认信号撤消后报警信号未恢复，设备重新进入正常的监控状态，如果报警确认信号撤消后报警信号恢复，自动灭火控制器提示注意报警并等待另一通道发送报警信号，等待过程中当报警信号消失时将自动撤销注意报警提示设备重新进入正常的监控状态，当接到另一通道报警信号时自动灭火控制器自动启动消防设备。本发明在Exib IICT5防爆等级下使用的工作环境温度为_10°C 85°C，在ExibIICT6防爆等级下使用的工作环境温度为-10°C ^70°C。本发明的敏感元件一热敏电阻可承受的环境温度范围为_40°C ^150°C，在_25°C热敏电阻的阻值不大于IOK Ω，在105°C时热敏电阻的阻值不小于100 Ω。本发明通过一个探测器设置相同的双通道探测电路，每通道均具有多重全面自检功能，可区分自身电路故障和火灾报警信号，为自动灭火控制器提供准确的报警信息，具有的火灾确认机制可以保证产品趋于零误报警，只需一个火灾探测器即可确认火灾事件的发生，布局灵活，有效性和可靠性高，反应速度，适于推广应用。本实施例中Rt为负温度系数热敏电阻，实施时还可以采用正温度系数热敏电阻，场效应管的漏极和源极分别接在R4的两端，可同样采集到温升引起的电压变化数据。
本发明两个探测通道各自的八个模块通过电路板I联结放置在探测器密封壳体2内，电源及接口电路与固定在密封壳体2上的电气连接头3连接，测温电桥的热敏电阻Rt4穿过密封壳体2设置在壳体外，采集外部温度变化，对应电气连接头3设有匹配的电气连接座5，电气连接座5固定在探测器底座上，探测器底座内设有与电气连接座5电气连接的接线端子6，探测器底座一侧设有电缆出线管7和密封接头8 ;探测器底座与密封壳体2间密封连接，可用卡扣或螺栓连接，电气连接头3与电气连接座5插接置于密封连接处内部，结构紧凑安全 性好。
权利要求
1.一种自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于包括两个相同的探测通道，各通道均包括以下八个模块:测温电桥、信号调理电路、测量电路、微控制器、电源及接口电路、测试电路、精度检测电桥、电压监测电桥；信号调理电路分别与测温电桥、测量电路、精度检测电路和微控制器连接，微控制器分别与测试电路、电压监测电桥和电源及接口电路连接，测试电路和测温电桥连接。
2.根据权利要求1所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述信号调理电路设有模拟开关，测量电路由模数转换器和基准电路组成，模拟开关输出端与模数转换器输入端相连，模拟开关控制端、模数转换器控制端、模数转换器输出端分别与微控制器连接，模数转换器和基准电路相连；电压监测电桥由电阻R13和R16串联构成的电压下限支路、电阻R14和R17串联构成的电压上限支路、电阻R15和稳压器U8串联构成的基准电压支路三个支路组成，此三个支路的两端分别与电源正负极连接，R13与R16的连接点为下限电压采集点，R14与R17的连接点为上限电压采集点，R15与稳压器U8负极的连接点为基准电压采集点，此三个采集点分别与微处理器连接；测温电桥由电阻Rl和R4串联构成的初始值设定支路、电阻R2和R5串联构成的测试状态确认支路、电阻R3和热敏电阻Rt串联构成的测温支路三个支路组成，此三个支路的两端分别与电源正负极连接，Rl与R4的连接点为静态电压采集点，R2与R5的连接点为测试电压采集点，R3和Rt的连接点为动态电压采集点，此三个采集点分别与信号调理电路中的模拟开关输入端口连接；测试电路设有一场效应管，漏极与电源正极连接，源极与静态电压采集点连接，栅极通过电阻与微控制器连接；精度检测电桥由 Rll和稳压器U6串联构成的稳压支路、R12和稳压器U7串联构成的稳压支路两个支路组成，此两个支路的两端分别与电源正负极连接，Rll与稳压器U6的连接点、R12与稳压器U7的连接点分别与信号调理电路中的模拟开关输入端口连接；电源及接口电路与微控制器连接。
3.根据权利要求2所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述微控制器为自带两通道比较器的微处理器。
4.根据权利要求2所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述电源及接口电路设有电源接口、报警信号接口、报警确认接口、探测器测试接口，电源接口连接有电源。
5.根据权利要求1至4所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述两个探测通道各自的八个模块通过电路板(I)联结放置在探测器密封壳体(2)内，电源及接口电路与固定在密封壳体(2)上的电气连接头(3)连接，测温电桥设有热敏电阻(4)，热敏电阻(4)穿过密封壳体(2)设置在壳体外，对应电气连接头(3)设有与其匹配的电气连接座(5)，电气连接座(5)固定在探测器底座上。
6.根据权利要求5所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述探测器底座内设有与电气连接座(5)电气连接的接线端子(6)，探测器底座一侧设有电缆出线管(7)和密封接头(8)。
7.根据权利要求5所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述探测器底座与密封壳体(2 )间密封连接，电气连接头(3 )与电气连接座(5 )插接置于密封连接处内部。
8.根据权利要求2至4所述的自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于所述模拟开关输出分别为静态电压采集点输出端和动态电压采集点输出端，其中动态电压采集点输出端通过运放器U4组成的射随运放电路，与动态电压采集点输出端一起通过运放器U5和电阻R7、R8、R9、RlO组成的比例运`放电路，U5运放输出端连接到模数转换器。
全文摘要
一种自动灭火系统差定温火灾探测器，其特征在于包括两个相同的探测通道，各通道均包括以下八个模块测温电桥、信号调理电路、测量电路、微控制器、电源及接口电路、测试电路、精度检测电桥、电压监测电桥；信号调理电路分别与测温电桥、测量电路、精度检测电路和微控制器连接，微控制器分别与测试电路、电压监测电桥和电源及接口电路连接，测试电路和测温电桥连接；本发明具有多重全面自检功能，可区分自身电路故障和火灾报警信号，为自动灭火控制器提供准确的报警信息，具有的火灾确认机制可以保证产品趋于零误报警，只需一个火灾探测器即可确认火灾事件的发生，有效性和可靠性高，反应速度，适于推广应用。
文档编号G08B17/06GK103247135SQ20131020628
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月29日 优先权日2013年5月29日
发明者张义勇, 李成, 董辉, 孙振晓 申请人:中国船舶重工集团公司第七 三研究所