一种烟雾传感器及其控制电路的制作方法

本实用新型属于消防火灾探测报警技术领域，尤其涉及一种烟雾传感器及其控制电路。

背景技术：

目前，光电感烟探测产品是利用在火灾发生时，红外光遇到火灾烟雾颗粒会发生光的吸收和散射作用这一基本原理而制成的。而现有的红外光的接收和处理部分均是采用了线性运算放大的原理，当要求接收信号的动态范围必须很宽时，受制于模数转换器和处理器有限的工作电压范围，等比例线性放大后的信号将无法被数字化处理。

因此，现有的用于烟雾传感器的控制技术存在着由于接收信号的动态范围太宽，导致无法对烟雾灵敏度进行分级以及无法对测量结果进行再加工处理的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种烟雾传感器及其控制电路，旨在解决现有的用于烟雾传感器的控制技术存在着由于接收信号的动态范围太宽，导致无法对烟雾灵敏度进行分级及对测量结果进行再加工处理的问题。

本实用新型第一方面提供了一种用于烟雾传感器的控制电路，所述控制电路包括：

用于发射光信号后遇到烟雾颗粒后发生散射，并产生接收信号的光电传感模块；

用于发出预设电信号的参考源模块；

与所述光电传感模块以及所述参考源模块相连接，用于对所述接收信号和所述预设电信号进行比较后进行对数放大，并输出模拟信号的对数放大模块；以及

与所述对数放大模块相连接，用于对所述模拟信号转换为数字信号的模数转换模块。

本实用新型第二方面提供了一种烟雾传感器，包括电源电路和控制电路，所述电源电路用于对所述控制电路进行供电，所述控制电路包括：

用于发射光信号后遇到烟雾颗粒后发生散射，并产生接收信号的光电传感模块；

用于发出预设电信号的参考源模块；

与所述光电传感模块以及所述参考源模块相连接，用于对所述接收信号和所述预设电信号进行比较后进行对数放大，并输出模拟信号的对数放大模块；以及

与所述对数放大模块相连接，用于对所述模拟信号转换为数字信号的模数转换模块。

本实用新型提供的一种烟雾传感器及其控制电路，通过光电传感模块发射光信号后遇到烟雾颗粒后发生散射，并产生接收信号；该接收信号与预设电信号进行比较后进行对数放大，并输出模拟信号；最后将模拟信号转换为数字信号。由此实现了通过数字量运算处理即可对烟雾灵敏度进行分级的效果，同时方便对测量结果进行再加工处理，解决了现有的用于烟雾传感器的控制技术存在着由于接收信号的动态范围太宽，导致无法对烟雾灵敏度进行分级及对测量结果进行再加工处理的问题。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种用于烟雾传感器的控制电路的模块结构示意图。

图2是本实用新型提供的一种用于烟雾传感器的控制电路的具体模块结构示意图。

图3是本实用新型提供的一种用于烟雾传感器的控制电路的示例电路图。

图4是本实用新型第一实施例提供的一种用于烟雾传感器的控制电路中参考源模块的示例电路图。

图5是本实用新型第二实施例提供的一种用于烟雾传感器的控制电路中参考源模块的示例电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

上述的一种烟雾传感器及其控制电路，通过光电传感模块发射光信号后遇到烟雾颗粒后发生散射，并产生接收信号；该接收信号与预设电信号进行比较后进行对数放大，并输出模拟信号；最后将模拟信号转换为数字信号。具体地，发射器发出的光信号，遇到烟雾颗粒后发生光的散射，其散射强度会随着烟雾浓度的不同而产生巨大的变化，这种变化量非常巨大的光信号被接收器接收后，也将等比例产生一个变化量非常巨大的接收信号；将这种变化量非常巨大的接收信号通过对数放大而非线性放大的方式，可以将动态输入范围非常宽的接收信号经对数放大后，匹配成线性的动态输出范围。通过这种信号处理方式而制成的烟雾传感器，可以测量动态范围非常之宽广的被测烟雾；可以非常方便地对烟雾灵敏度进行分级；同时原来动态范围非常宽广的测量结果被量化到线性范围输出，便于数字化设备对测量结果的再加工处理。

图1示出了本实用新型提供的一种用于烟雾传感器的控制电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述一种用于烟雾传感器的控制电路，该控制电路包括光电传感模块102、参考源模块103、对数放大模块104以及模数转换模块105。

光电传感模块101用于发射光信号后遇到烟雾颗粒后发生散射，并产生接收信号。

参考源模块102用于发出预设电信号。

对数放大模块103与光电传感模块101以及参考源模块102相连接，用于对接收信号和预设电信号进行比较后进行对数放大，并输出模拟信号。

模数转换模块104与对数放大模块103相连接，用于对模拟信号转换为数字信号。

作为本实用新型一实施例，上述接收信号会随着光学暗室组件中烟雾浓度的显著不同，其幅值变化范围将非常巨大(最大值和最小值相差约105倍)，这个动态范围非常宽的接收信号经过对数放大后，被转换成一个窄的具有线性范围的输出值，再通过数模转换将这个模拟量进行数字量，变换成处理器可识别的数字量进行运算处理。

作为本实用新型一实施例，上述预设电信号包括参考电流，该参考电流与接收信号(电流信号)的比值经对数放大后输出。参考电流可以由电流源得到，也可以由电压源得到。

图2示出了本实用新型提供的一种用于烟雾传感器的控制电路的具体模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述控制电路还包括控制模块105，该控制模块105与光电传感模块101相连接，用于控制光信号的发射或关断。

图3示出了本实用新型提供的一种用于烟雾传感器的控制电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述光电传感模块101包括发射器(图3采用二极管D1表示)、接收器(图3采用二极管D2表示)、第一开关管Q1以及第一电阻R1；

发射器的输入端接参考电源POWER，发射器的输出端接第一开关管Q1的输入端，第一开关管Q1的输出端接第一电阻R1的第一端，第一开关管Q1的受控端接控制模块105，第一电阻R1的第二端接地，发射器与接收器配对使用。

具体地，第一开关管Q1可以是三极管或者场效应管；

三极管的基极、集电极以及发射极分别对应于第一开关管Q1的受控端、输入端以及输出端；

场效应管的栅极、漏极以及源极分别对应于第一开关管Q1的受控端、输入端以及输出端。

作为本实用新型一实施例，上述对数放大模块103包括对数运算放大器LOG，对数运算放大器LOG的第一输入端接光电传感模块101，对数运算放大器LOG的第二输入端接参考源模块102，对数运算放大器LOG的输出端接模数转换模块104。在本实施例中，对数运算放大器LOG采用型号为TL441的对数运算放大器，当然，对数运算放大器的型号不做限定，只要能达到与本实施例对数运算放大器LOG所述的功能作用亦可。

作为本实用新型一实施例，上述模数转换模块104包括模数转换器ADC，模数转换器ADC的输入端接对数放大器LOG的输出端。在本实施例中，模数转换器ADC采用型号为AD7478的模数转换器，当然，模数转换器的型号不做限定，只要能达到与本实施例模数转换器ADC所述的功能作用亦可。

图4示出了本实用新型第一实施例提供的一种用于烟雾传感器的控制电路中参考源模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述参考源模块102包括电流源、基准电阻Rref、第二开关管Q2、第三开关管Q3、限流电阻Rs以及稳压二极管D3；

电流源的输出端与基准电阻Rref的第一端以及稳压二极管D3的阳极共接，基准电阻Rref的第二端接第三开关管Q3的输入端，第三开关管Q3的输出端接对数放大模块103，稳压二极管D3的阴极接第二开关管Q2的输入端，第二开关管Q2的受控端、第二开关管Q2的输出端、第三开关管Q3的受控端以及限流电阻Rs的第一端共接，限流电阻Rs的第二端接地。

具体地，第二开关管Q2可以是三极管或者场效应管；

三极管的基极、集电极以及发射极分别对应于第二开关管Q2的受控端、输入端以及输出端；

场效应管的栅极、漏极以及源极分别对应于第二开关管Q2的受控端、输入端以及输出端。

具体地，第三开关管Q3可以是三极管或者场效应管；

三极管的基极、集电极以及发射极分别对应于第三开关管Q3的受控端、输入端以及输出端；

场效应管的栅极、漏极以及源极分别对应于第三开关管Q3的受控端、输入端以及输出端。

图5示出了本实用新型第二实施例提供的一种用于烟雾传感器的控制电路中参考源模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

作为本实用新型一实施例，上述参考源模块102包括电压源、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4；

电压源的输出端接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端与第二电阻R2的第一端以及第三电阻R3的第一端共接，第二电阻R2的第二端接地，第三电阻R3的输出端接对数放大模块103。

本实用新型还提供了一种烟雾传感器，包括控制电路和用于对控制电路进行供电的电源电路，该控制电路如上述所述。

以下结合图3-图5对上述的一种烟雾传感器及其控制电路的工作原理进行说明：

首先，二极管D1的阳极连接参考电源POWER，阴极接第一开关管Q1(三极管)的集电极；处理器的脉宽调制输出口PWM与三极管的基极相连，处理器输出脉宽调制的控制信号来驱动三极管的导通和截至，从而控制二极管D1的发射和关断；三极管的发射极连接第一电阻R1，用来限制发射电路的总功耗。

对数运算放大器LOG可以计算宽动态范围的接收信号的电流与参考电流之比率的对数值。宽动态范围的接收信号，经光电接收管被转换为宽动态范围的电流信号Is，该信号被输入到对数运算放大器LOG的第一输入端；参考源模块102产生的参考电流Iref被输入到对数运放的第二输入端，这两个电流值的比值经对数放大后输出；对数运放放大器LOG的输出端Vout接模数转换器ADC，经由数模转换器ADC将输出的模拟量转换成数字量处理。

烟雾传感器对人类生产生活产生影响的火灾烟雾所产生的光电流信号，也就是对数运放放大器LOG所接收到的光电流信号的动态变化范围在1nA至100uA左右，变化范围达105倍。假设选择1nA的基准参考电流，那么该信号经对数放大后，其输出为

Is＝1nA，Vout＝(1V)*LOG10(Is/Iref)＝LOG10(1nA/1nA)＝0V

Is＝10nA，Vout＝(1V)*LOG10(Is/Iref)＝LOG10(10nA/1nA)＝1V

Is＝100nA，Vout＝(1V)*LOG10(Is/Iref)＝LOG10(1nA/1nA)＝2V

Is＝1uA，Vout＝(1V)*LOG10(Is/Iref)＝LOG10(1nA/1nA)＝3V

Is＝10uA，Vout＝(1V)*LOG10(Is/Iref)＝LOG10(1nA/1nA)＝4V

Is＝100uA，Vout＝(1V)*LOG10(Is/Iref)＝LOG10(1nA/1nA)＝5V

经过这样的变换，将1nA-100uA宽输入范围的接收信号转换成0v-5v范围的输出信号，便可以使用模数转换器ADC进行量化处理。

宽动态范围的光接收信号经对数放大被转换成线性输出后，可以很方便地对烟雾传感器的灵敏度进行分级。例如，将上述1nA-100uA范围的接收信号按每级10倍的关系分为5个灵敏度级别，当需要最高的灵敏度级别时，将报警门限设置在1nA-10nA，也就是输出值在0v-1v的范围内；当需要最低的灵敏度级别时，将报警门限设置在10uA-100uA，也就是输出值在4v-5v的范围内，中间范围的灵敏度设置以此类推。

综上，本实用新型实施例提供的一种烟雾传感器及其控制电路，通过光电传感模块发射光信号后遇到烟雾颗粒后发生散射，并产生接收信号；该接收信号与预设电信号进行比较后进行对数放大，并输出模拟信号；最后将模拟信号转换为数字信号。由此实现了通过数字量运算处理即可对烟雾灵敏度进行分级的效果，同时方便对测量结果进行再加工处理，解决了现有的用于烟雾传感器的控制技术存在着由于接收信号的动态范围太宽，导致无法对烟雾灵敏度进行分级及对测量结果进行再加工处理的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。