一种火花检测系统的制作方法

本发明涉及电子检测技术领域，尤其涉及一种火花检测系统。

背景技术：

随着石油化学工业的发展，易燃、易爆和有毒气体的种类和应用范围都有所增加，这些气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。

因此，针对石油、化工及高粉尘等行业的生产、存储和运输安全，如何利用火花探测器快速有效的检测火花的发生发展，防控由火花引起的燃烧和爆炸，及时采取应急措施，是企业安全生产，人员的生命保障的首要命题。

目前，国内外的火花探测技术还不够成熟，通常采用单一的红外传感技术或者紫外传感技术，一般对火花的反应时间大于3毫秒，反应速度较慢，容易出现危险报警延误，或者检测的精度往往较低，产生误报时有发生，影响了工业生产的效率。另外，以上两种方式还极容易受到其他光线、热源及粉尘等因素的干扰，只能应用于管道或黑暗环境中，没有对阳光和红外热源的抗干扰能力，应用环境大大受到限制。

而且现有的火花探测器，只能单纯记录报警数据、系统启动时间和次数等数据，反应时间慢，系统反应时间一般大于30ms，且无法判断系统报警是否为误报警。

因此，本领域急需一种应用环境广泛、能滤除阳光和热源体干扰且在提高系统响应速度的同时，能保证接收火花检测准确性的火花检测系统。

技术实现要素：

本发明提供了一种火花检测系统，在针对火花检测时，不仅具有了抗阳光干扰的功能，更具有红外热源干扰的功能，极大的提高了火花探测精度，还可适应复杂的工作环境，有效拓展了应用范围，可以在保证火花探测精度的同时具有较快反应速度，风险处理策略更为多样化，适用于多领域的工业生产；

火花检测系统包括控制器，以及分别与控制器电连接的火花探测器、报警机构和喷灭装置，所述火花探测器包括处理器芯片，以及分别与处理器芯片电连接的摄像头、阳光光谱传感器、热源传感器、紫外传感器、红外传感器和信号输出单元，所述摄像头、阳光光谱传感器、热源传感器、紫外传感器、红外传感器检测到的信号传输至处理器芯片分析校正后通过信号输出单元传输至控制器分析处理存储并形成控制命令，所述控制器根据控制命令控制报警机构和喷灭装置工作。

优选地，所述处理器芯片包括第一校正单元、第二校正单元和处理单元，所述处理单元用于接收、转发、处理信号并预设有光谱校正公式，所述第一校正单元通过调取预设在处理单元的光谱校正公式对以预设的标准阳光全波段光谱进行校正，生成前一阳光全波段光谱曲线；所述第二校正单元通过调取预设在处理单元的光谱校正公式对前一阳光全波段光谱曲线进行校正，生成当前阳光全波段光谱曲线，作为当前时刻的处理器芯片处理的校正信号。

优选地，所述系统还包括：

记录单元，所述记录单元实时获取处理单元校正后得到的校正信号，并根据所述校正信号生成基于火花放射能量值与时间的能量值曲线。

优选地，所述第二校正单元包括：

红外热源比较模块，将所述红外传感器测得的红外辐射信号与预设的红外热源数据库进行比对；

第二校正模块，基于比对结果判断出所述红外辐射信号是由热源体产生时，通过预设的光谱校正公式对前一阳光全波段光谱曲线进行第二次校正，生成当前阳光全波段光谱曲线。

优选地，所述控制器还包括用于给各模块供电的供电模块，以及与所述供电模块分别连接的信号接收模块、信号分离器、信号应答单元、信号处理单元、控制单元和信号输出模块，所述信号接收模块接收到的火花信号通过第一信号支路和第二信号支路传输至信号输出模块，所述信号应答单元设置在第一信号支路上，所述第二信号支路依次串联电连接有信号处理单元和控制单元，所述控制单元还设有火花点燃数据库，所述控制器的控制命令通过信号输出模块传输到报警机构和喷灭装置。其中，

所述信号接收模块用于接收信号输出单元所发送火花信号，并将火花信号转发给信号分离器；

所述信号处理单元用于接收所述信号分离器分离处理的火花信号，进行处理、显示和存储后传输至控制单元；

所述信号应答单元用于接收信号分离器分离处理的另一路火花信号，向火花探测器发送一组确认信号，并在接收到火花探测器回馈的确认信号后，将火花信号发送给信号输出模块；

所述控制单元用于根据预设的风险规则和处理策略调取火花点燃数据库数据以及所述处理器芯片处理的校正信号判断检测现场内是否存在风险，以及在存在风险时基于预设的处理策略对所述风险进行处理并生成对应的控制信号。

优选地，所述信号处理单元还分别连接有显示模块和Flash存储器，所述显示模块用于显示火花能量值和火花探测器的工作状态，所述工作状态包括正常、报警或故障三种，并通过能量柱形式显示火花的能量值大小，所述Flash存储器用于储存或调阅报警前后15s的报警能量值、报警光谱曲线、视频信息以及时间参数。

优选地，所述控制单元包括：

数据存储模块，用于存储或调取所述风险规则以及处理策略；

信号判断模块，用于调取所述风险规则并基于所述风险规则对所述辐射校正信号进行风险判断，在存在风险时向信号处理模块发送处理信息；

信号处理模块，用于调取所述处理策略并基于所述处理策略对所述处理信息进行处理，处理后生成的控制信号并由信号输出模块发送报警机构和喷灭装置。

优选地，所述信号输出模块通过信号接口与所述报警机构和喷灭装置连接，所述信号接口为RS232接口、RS485接口、4-20mA接口与relay接口中的一种或几种。

优选地，所述阳光光谱传感器有5个，所述紫外传感器为0.2um波长的紫外传感器，所述红外传感器为2.7um波长的红外传感器、4.3um波长的红外传感器、3.9um波长的红外传感器或4.7um波长的红外传感器。

由此可见，通过应用本发明的技术方案，在针对火花检测时，不仅具有了抗阳光干扰的功能，更具有红外热源干扰的功能，极大的提高了火花探测精度，还可适应复杂的工作环境，有效拓展了应用范围，可以在保证火花探测精度的同时具有较快反应速度，风险处理策略更为多样化，适用于多领域的工业生产。

附图说明

图1为本申请提出的一种火花检测系统的结构框图；

图2为本申请提出的一种火花检测系统的处理器芯片的结构框图；

图3为本申请提出的一种火花检测系统的控制器的结构框图。

具体实施方式

有鉴于现有技术中的问题，本发明提供了一种火花检测系统，在针对火花检测时，不仅具有了抗阳光干扰的功能，更具有红外热源干扰的功能，极大的提高了火花探测精度，还可适应复杂的工作环境，有效拓展了应用范围，可以在保证火花探测精度的同时具有较快反应速度，风险处理策略更为多样化，适用于多领域的工业生产。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本申请的火花检测系统，包括控制器1，以及分别与控制器1电连接的火花探测器2、报警机构3和喷灭装置4，所述火花探测器2包括处理器芯片21，以及分别与处理器芯片21电连接的摄像头22、阳光光谱传感器23、热源传感器24、紫外传感器25、红外传感器26和信号输出单元27，所述摄像头22、阳光光谱传感器23、热源传感器24、紫外传感器25、红外传感器26检测到的信号传输至处理器芯片21分析校正后通过信号输出单元27传输至控制器1分析处理存储并形成控制命令，所述控制器1根据控制命令控制报警机构3和喷灭装置4工作。

在具体的应用场景中，所述阳光光谱传感器23有5个，所述紫外传感器25为0.2um波长的紫外传感器，所述红外传感器26为2.7um波长的红外传感器、4.3um波长的红外传感器、3.9um波长的红外传感器或4.7um波长的红外传感器。

需要说明的是：由于火花探测技术基于光学传感器技术发展应用而来，所谓的干扰源主要为各种光，热源辐射干扰。主要分为阳光光源干扰，热源体辐射干扰和其他光源的干扰。火花探测要求更灵敏，更快，更准确，各种光源和辐射源的干扰难以完全有效的滤除，是目前限制火花探测仪器无法在相对复杂环境下，甚至在户外使用的主要原因。为此，将为仪器配备阳光全波段光学传感器，同时建立尽可能想尽的热源体红外辐射数据库，配以简洁高效的数据模型及算法，使火花探测仪器在复杂环境下的稳定运行得到了可能。

具体的，仪器对阳光光线免疫，即避免由于阳光光线产生的误报警，可以使得火花探测器的应用环境得到了极大的提高。在火花探测器内安装5支阳光光谱传感器，采用5个阳光光谱传感器可以配合生成阳光全波段光谱，功能全面强大，实时采集周围光线变化，对照程序内置阳光光谱数据，滤除阳光光线干扰，保证了对细微火花探测的精度。

其中，当火花探测器具有了阳光免疫功能，置于开放环境中使用后，火花探测器将会收到红外热源体所辐射的红外线影响，例如人体，或者汽车引擎等。在火花探测器安装红外热源传感器后，实时采集预设区域红外热源变化，对照程序内置光谱基线，滤除热源体干扰，保证了对细微火花探测的精度。

在具体的应用场景中，如图2所示，所述处理器芯片21包括第一校正单元211、第二校正单元212和处理单元213，所述处理单元213用于接收、转发、处理信号并预设有光谱校正公式，所述第一校正单元211通过调取预设在处理单元213的光谱校正公式对以预设的标准阳光全波段光谱进行校正，生成前一阳光全波段光谱曲线；所述第二校正单元212通过调取预设在处理单元213的光谱校正公式对前一阳光全波段光谱曲线进行校正，生成当前阳光全波段光谱曲线，作为当前时刻的处理器芯片21处理的校正信号。

需要说明的是，本申请的预设校正公式具体为：

a)将前一阳光辐射曲线与当前阳光辐射曲线通过如下公式进行合成：

A(z,t)＝2acos(k_mz-ω_mt)

令

则，在时间域上，相位变化所需的时间：

在空间域上，相位变化经过的距离：

b)两个频率接近，振幅、振动和传播方向均相同的光形成的合成光波的强度随位置和时间而变化的现象：

则，光强I为：

I＝A²＝4a²cos²(k_mz-ω_mt)＝2a²[1+cos2(k_mz-ω_mt)])；

光强变化的频率：

2ω_m＝ω₁-ω₂；

c)当Δω小时，因此，

故群折射率：v_g＜v

则，正常色散：v_g＜v；

反常色散：v_g＞v；

真空和无色散介质：v_g＝v。

以上校正公式只是本发明较为优选的实施方式，达到上述目的还可以使用其他的校正步骤和公式，以上均不限制本申请的保护范围。

在具体的应用场景中，所述系统还包括：

记录单元214，所述记录单元214实时获取处理单元213校正后得到的校正信号，并根据所述校正信号生成基于火花放射能量值与时间的能量值曲线。

在具体的应用场景中，所述第二校正单元212包括：

红外热源比较模块2121，将所述红外传感器26测得的红外辐射信号与预设的红外热源数据库进行比对；

第二校正模块2122，基于比对结果判断出所述红外辐射信号是由热源体产生时，通过预设的光谱校正公式对前一阳光全波段光谱曲线进行第二次校正，生成当前阳光全波段光谱曲线。

需要说明的是，通常情况下，火花产生初期将产生大量的紫外线，随着火花的发展，红外辐射不断增强，而紫外辐射相对较弱。紫外线光波是比可见光光波张更长的光。人的肉眼无法看见，探测火警的紫外光的波长范围从185纳米到260纳米(0.185至0.260微米)。火花探测器，利用了近频紫外线光谱的185到0.260微米部分探测器的探测波长范围大约为0.12到3微米。探测器可以感应到火花燃烧释放出的80％的黑体能量辐射。探测器测量能量辐射，这种能量辐射因燃烧而产生，并以光速传播。综上所述，紫外检测手段，能够在火花发生的初期，相对于红外检测手段，紫外辐射的检测能够更快更准确的发现火花，为进一步的确认及预防爆炸的产生，争取到了时间。而探测火警的红外光的波长范围从700纳米到7000纳米(0.7至7.0微米)。火花探测器利用了近频红外线光谱的0.7到1.1微米部分和宽频红外线光谱的1.1到7.0微米部分。探测器还使用到一个额外的光谱区域，可见光谱从400纳米到700纳米(0.4到0.7微米)，可见光谱用来纠正非火警误报的产生。探测器还能感应特定的宽频4.3红外，“三红外”区域，波长范围大约从3到5微米。在紫外检测手段判断火花的产生的同时，红外光学传感器进一步确认火花的发生，进而测量火花能量，从而达到对火花的定性和定量，然后通过系统预设，决定是否输出报警等功能。

紫外传感器测定火花发生初期的紫外放射能量，以判断是否有火花发生，红外传感器接收并记录火花发生及发展过程的红外能量波动。红外传感器的反应时间较慢，一般对火花的反应时间大于3毫秒，则很容易出现危险报警延误，造成不可估量的损失。紫外传感技术和红外检测手段相比，在时间响应方面更为迅速，反应时间甚至可以达到纳秒级别，能够在火花发生的初期检测出火花信号进行报警并处理，但是检测的精度往往较低，产生误报时有发生，影响了工业生产的效率。故本申请采用红外传感器与紫外传感器相结合的方式进行火花的检测。

阳光光谱数据是由阳光光谱传感器实时生成的，校正过程具体是在获取阳光光谱数据中的阳光光谱基线后，基于所述阳光光谱基线将所述辐射信号中的阳光辐射信号滤除，从而生成辐射校正信号。

在具体的应用场景中，如图3所示，本申请的控制器1还包括用于给各模块供电的供电模块(图中未示出)，以及与所述供电模块分别连接的信号接收模块12、信号分离器13、信号应答单元14、信号处理单元15、控制单元16和信号输出模块17，所述信号接收模块12接收到的火花信号通过第一信号支路和第二信号支路传输至信号输出模块17，所述信号应答单元14设置在第一信号支路上，所述第二信号支路依次串联电连接有信号处理单元15和控制单元16，所述控制单元16还设有火花点燃数据库，所述控制器1的控制命令通过信号输出模块17传输到报警机构3和喷灭装置4。其中，

所述信号接收模块12用于接收信号输出单元所发送火花信号，并将火花信号转发给信号分离器13；

所述信号处理单元15用于接收所述信号分离器13分离处理的火花信号，进行处理、显示和存储后传输至控制单元16；

所述信号应答单元14用于接收信号分离器分离处理13的另一路火花信号，向火花探测器2发送一组确认信号，并在接收到火花探测器2回馈的确认信号后，将火花信号发送给信号输出模块17；

所述控制单元16用于根据预设的风险规则和处理策略调取火花点燃数据库数据以及所述处理器芯片21处理的校正信号判断检测现场内是否存在风险，以及在存在风险时基于预设的处理策略对所述风险进行处理并生成对应的控制信号。

在具体的应用场景中，所述信号处理单元15还分别连接有显示模块151和Flash存储器152，所述显示模块151用于显示火花能量值和火花探测器2的工作状态，所述工作状态包括正常、报警或故障三种，并通过能量柱形式显示火花的能量值大小，所述Flash存储器152用于储存或调阅报警前后15s的报警能量值、报警光谱曲线、视频信息以及时间参数。

需要说明的是，摄像头22选用高清摄像头，用于实时记录火花发生发展的过程。摄像头22可以设定24小时工作或者报警时工作2种状态，后端存储火花发生并启动报警功能前后15s影像文件。

在具体的应用场景中，所述控制单元16包括：

数据存储模块161，用于存储或调取所述风险规则以及处理策略；

信号判断模块162，用于调取所述风险规则并基于所述风险规则对所述辐射校正信号进行风险判断，在存在风险时向信号处理模块发送处理信息；

信号处理模块163，用于调取所述处理策略并基于所述处理策略对所述处理信息进行处理，处理后生成的控制信号并由信号输出模块发送报警机构和喷灭装置。

在本申请的实施方案中采用如下方式进行风险判断：

a)根据所述辐射校正信号得出对应的能量校正值；

b)判断所述能量校正值是否大于所述风险规则的风险阈值；

c)若是，则判断所述预设区域内存在风险。

具体的，本申请的实施方案在使用时，可燃物质的风险阈值可通过点燃能量数据库进行选择，如果数据库中缺少该可燃物质对应的点燃能量数据，也可通过相关测量装置测量出对应点燃能量数据后手动输入风险阈值。

在本申请的实施方式中，基于不同危险等级的生产环境需要选择不同的处理策略，才能够达到最佳的火花检测与处理效果。本申请设置了三种处理策略来适应多种生产环境，具体如下：

1)第一危险等级，设定发现紫外信号即启动最高级别报警，同时启动自动喷淋设备，通过红外传感器测定红外记录频率；

2)第二危险等级，设定发现紫外信号即启动预报警，但此时并不启动自动喷淋设备，等待红外信号予以确认后再启动自动喷淋设备；

3)第三危险等级，设定发现紫外信号不启动预报警也不启动自动喷淋设备，等待红外信号予以确认后再启动自动喷淋设备。

故本申请具体实施方式中公开了以下处理步骤：

a)当所述处理策略为第一等级时，则同时输出报警信号和消防执行信号；

b)当所述处理策略为第二等级时，若所述风险是由紫外辐射信号作为依据判断出的，则仅输出报警信号，若所述风险是由红外辐射信号作为依据判断出的，则同时输出报警信号和消防执行信号；

c)当所述处理策略为第三等级时，若所述风险是由紫外辐射信号作为依据判断出的，不输出报警信号和消防执行信号，若所述风险是由红外辐射信号作为依据判断出的，则同时输出报警信号和消防执行信号。

在具体的应用场景中，所述信号输出模块17通过信号接口与所述报警机构3和喷灭装置4连接，所述信号接口为RS232接口、RS485接口、4-20mA接口与relay接口中的一种或几种。

具体的，其中，本申请产品采用数字降噪和信号分离技术，在提高系统响应速度，显示精度的同时，保证了接收信号的准确性。

控制器的接收模块收到火花探测器信号后，通过信号分离模块，将信号分为独立的2组相同的信号；

第一组信号：目的就是为了保证系统工作时间，即火花的发现到系统启动喷淋，直至火花的熄灭，整体工作时间小于30nSec。信号经过火花探测器内的紫外传感器检测到后，整理后接入信号输出模块，能够完整的实现全部的报警功能，包括启动喷淋系统，启动阀门关闭系统(如果有)，启动声光报警系统。同时，为保证信号的准确性，防止信号误判，本组信号系统内置信号应答单元，当控制器接收到火花探测器发出的报警启动信号后，向火花探测器发送一组确认信号，仅当火花探测器对确认信号回馈后，控制器方启动信号输出功能；

第二组信号：本组信号用于系统分析和记录。信号通过信号处理单元处理和解析之后，由于受到显示频率的限制，在控制器端以能量柱的方式粗略显示能量值，完整的数字记录及影像文件保存于flash闪存中，以供输出和调阅。本组信号的报警输出条件，根据火花能量的大小而设定，只有当火花探测器检测到有火花的发生，且火花的能量达到设定值后，方可输出报警信号。火花报警能量的设定依据可燃性气体或粉尘的点燃能量的50％或80％而设定一般预警信号和报警信号。系统内置可燃性气体或粉尘的最低点燃能量数据库，举例如下：

1标准大气压20℃下：

烃类燃油的最小点燃能量约为9.0mJ

甲烷的约为3.0mJ

甲苯的约为2.5mJ

乙炔和氢的约为0.12mJ

层状沥青粉的约为2－4mJ

报警信号的输出：第一组信号报警输出，即发现火花立即报警；第二组信号输出，即发现火花，并达到最低点燃能量的50％和80％时输出预警和报警信号；其中，第一组信号受限于第二组信号输出，即发现火花立即输出报警信号，然后经过第二组信号的校验，达到最低点燃能量的50％或80％时输出预警和报警信号，其中，最低点燃能量的50％或80％这些预设阈值可根据具体不同环境进行不同值的设定。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。