基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置及标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烟雾探测器的检定装置，具体涉及一种基于激光散射测量原理的 烟雾探测器检定装置及标定方法。
【背景技术】
[0002] 针对不同类型和不同阶段的火灾，已得到广泛应用的传感技术有：气敏型感应火 灾释放的可燃气体成分、红外型检测火灾的热源、紫外型探测火灾伴生的紫外光线，以及离 子型感应火灾烟雾粒子对电离子场的干扰、光电型测量火灾烟雾的粒子浓度或烟雾粒子对 光的遮挡效果（以下统称为粒子型）。矿用烟雾传感器是矿井安全生产监测监控的重要设 备，随着技术水平不断提高，其主导地位逐渐由气敏型转变为粒子型。尤其是需要早期预防 火灾事故的场合，如监控井下的胶带机械磨擦、电缆发热、煤层自燃等阴燃危险性较高的部 位，光电传感的技术优势更为明显，其应用前景广阔。
[0003] 过去的矿用烟雾传感器检测标准，要求检测的是烟雾质量浓度，其缺点一是实时 性差，二是质量浓度和响应时间的测量误差大，三是检测过程中，烟雾质量浓度的控制难度 大。当前，矿用烟雾传感器的核心技术指标已修订为遮光率（量纲S%0b s/m)。受检测设 备的制约，目前仅评价烟雾传感器在某一浓度阈值下的报警触发，不能完成全量程任一烟 雾浓度的检定，也无法通过其他行业的检定基准完成法定计量溯源。因此，检测检验机构和 生产企业亟需全量程范围的新型检定装置，用于正确评判矿用烟雾传感器的性能参数，促 进国内自主研发能力的发展。
【发明内容】
[0004] 鉴于此，本发明提供不需要标准烟雾试样的散射型烟雾探测器检定装置及标定方 法。
[0005] 本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，基于激光散射测量原理的烟雾探测 器检定装置，包括检定仪和标定仪，所述检定仪包括检定仪处理电路、设置有第一透明窗口 20和第二透明窗口 21的测量腔14以及第一光电传感器13,所述标定仪包括第二光电传感 器17和触发器18 ;测量光束23由第一透明窗口入射，经被测烟雾后由第二透明窗口出射； 所述第一光电传感器13用于检测经被测烟雾散射形成的散射光束的光强；所述第二光电 传感器17用于检测穿过被测烟雾形成的透射光束的光强；所述触发器同步触发第一光电 传感器和第二光电传感器。
[0006] 优选的，所述第一透明窗口 20与第二透明窗口 21沿测量腔14的轴向分别设置于 测量腔的两侧；所述散射光束从第一透明窗口出射，所述透射光束从第二透明窗口出射；
[0007] 或所述第一光电传感器和第二光电传感器为一体化结构的环形光电传感器，所述 环形光电传感器具有内环检测区域和外环检测区域，散射光束的光强由外环检测区域检 测，透射光的光强由内环检测区域检测。
[0008] 本发明的目的之二是提供运用上述装置进行标定的方法，包括以下步骤：
[0009] 1)烟雾发生器产生烟雾，待烟雾相对稳定后通入测量腔；触发器输出脉冲，触发 第一光电传感器和第二光电传感器采集数据并存储；
[0010] 2)调节烟雾发生器，改变烟雾的浓度，在此过程中触发器随机性的输出脉冲，触发 第一光电传感器和第二光电传感器采集数据并存储；
[0011] 3)重复步骤2)多次；
[0012] 4)去掉测试数据中显著的奇异值，将成对数据拟合成曲线方程，横坐标为散射光 功率，纵坐标为透射光功率，确定测试数据与拟合曲线的最大偏移值；
[0013] 5)将曲线系数写入烟雾探测器的程序存储器中。
[0014] 优选的，在步骤1)前还包括步骤A :所述步骤A具体为：保持测量腔的洁净状态， 起动触发器输出脉冲信号，触发第一光电传感器和第二光电传感器采集数据并存储。
[0015] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0016] 本发明利用电子同步器高速同步触发检定仪的第一光电探测器和标定仪的第二 光电探测器，实现对烟雾散射光功率和透射光功率的同步采集，建立散射光与透射光变化 精确的函数关系，克服现实中无法制造标准烟雾试样的难题。应用烟雾探测器时，根据事先 确立的函数，由实测的散射光功率反演出烟雾的透射光功率，从而获得被测烟雾的遮光率 或浓度。该方法具有无需标准烟雾试样、标定时烟雾浓度任意等优点，适用于散射型烟雾传 感器的检定或出厂标定工作。
【附图说明】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0018] 图1为标定装置组成框图；
[0019] 图2为检定仪处理电路框图
[0020] 图3为烟雾发生器结构示意图；
[0021] 图4为后向式散射测量及其标定光路不意图；
[0022] 图5为前向式散射测量及其标定光路示意图。
【具体实施方式】
[0023] 以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0024] 火灾产生的悬浮气溶胶粒子形成烟雾，粒子含量越高，则烟雾浓度越高，对光的遮 拦效果越好，反之也成立。因此，采用遮光率衡量烟雾浓度的高低，判定火灾的发展阶段或 严重程度。矿用烟雾传感器以Im厚度烟雾的遮光率精确测度烟雾浓度，其数学定义为：
[0025] S = (l-+)x 1()()% (1) Λ
[0026] 其中，S为遮光率，Ii为输入光强，I。为穿过Im厚度烟雾的透射光强，T = IcZIiS 透光率。
[0027] 检定装置遮光率的测定服从式（1)。受体积限制，检定装置测量光束穿过的烟雾厚 度不会达到lm，需将实测的遮光率推算到Im厚度烟雾等效的遮光率。假设被测烟雾浓度较 低且均匀，忽略烟雾粒子间的相互作用，且采用平行单色光垂直照射。根据朗伯比尔定律， 测量光束的烟雾透光率Tm和其穿过Im厚度相同被测烟雾的透光率T分别为：
【主权项】
1. 基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征在于：包括检定仪和标定 仪，所述检定仪包括检定仪处理电路、设置有第一透明窗口（20)和第二透明窗口（21)的 测量腔（14) W及第一光电传感器（13)，所述标定仪包括第二光电传感器（17)和触发器 (18);测量光束（23)由第一透明窗口入射，经被测烟雾后由第二透明窗口出射；所述第一 光电传感器（13)用于检测经被测烟雾散射形成的散射光束的光强；所述第二光电传感器 (17)用于检测穿过被测烟雾形成的透射光束的光强；所述触发器同步触发第一光电传感 器和第二光电传感器。
2. 根据权利要求1所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测检定装置，其特征在于： 所述第一透明窗口（20)与第二透明窗口（21)沿测量腔（14)的轴向分别设置于测量腔的 两侧；所述散射光束从第一透明窗口出射，所述透射光束从第二透明窗口出射。
3. 根据权利要求1所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征在 于：所述第一光电传感器和第二光电传感器为一体化结构的环形光电传感器，所述环形光 电传感器具有内环检测区域（171)和外环检测区域（172)，散射光束的光强由外环检测区 域检测，透射光的光强由内环检测区域检测。
4. 根据权利要求1所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征在 于；所述检定装置还包括烟雾发生器，所述烟雾发生器与测量腔连接；所述烟雾发生器包 括烟道（7)，所述烟道设置有烟雾入口（4)和烟雾出口（1)，所述烟道内设置有空气累巧）， 烟雾在空气累的驱动下，经过烟雾入口进入烟道并循环流动。
5. 根据权利要求4所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征在 于；所述烟雾发生器还包括设置在烟道内的进气滤网（6)和排气滤网（2)。
6. 根据权利要求2所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征在 于；所述检定仪还包括依次设置的扩束透镜巧）、空间滤波器（10)和准直透镜（11);所述 标定仪还包括会聚透镜（16)，所述准直透镜和会聚透镜设置在测量腔的两侧，准直透镜的 出射光进入到测量腔中，经烟雾（19)散射形成的散射光束进入到第一光电传感器（13)中， 经烟雾透射形成的透射光进入到会聚透镜中，会聚透镜的出射光进入到第二光电传感器 (17)中。
7. 根据权利要求3所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征在 于；所述检定仪还包括依次设置的扩束透镜巧）、空间滤波器（10)和准直透镜（11);所述 标定仪还包括会聚透镜（16)，所述准直透镜和会聚透镜设置在测量腔的两侧，准直透镜的 出射光进入到测量腔中，经烟雾透射形成的透射光进入到会聚透镜中，会聚透镜的形成的 会聚光束进入到环形光电传感器的内环区域，会聚透镜边缘形成的散射光束进入到环形光 电传感器的外环区域。
8. 根据权利要求7或8所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，其特征 在于；所述检定仪还包括设置在准直透镜与测量腔之间的第一光阔（12)和设置在测量腔 (14)与会聚透镜之间的第二光阔（15)。
9. 利用权利要求1~8任意一项所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器标定装置 进行标定的方法，其特征在于：包括W下步骤： 1)烟雾发生器产生烟雾，待烟雾相对稳定后通入测量腔；触发器输出脉冲，触发第一 光电传感器和第二光电传感器采集数据并存储； 2) 调节烟雾发生器，改变烟雾的浓度，在此过程中触发器随机性的输出脉冲，触发第一 光电传感器和第二光电传感器采集数据并存储； 3) 重复步骤2)多次； 4) 去掉测试数据中显著的奇异值，然后拟合出散射和透射光功率的曲线，横坐标为散 射光功率，纵坐标为透射光功率，确定测试数据与拟合曲线的最大偏移值； 5) 将曲线系数写入烟雾探测器的程序存储器中。
10.根据权利要求9所述的基于激光散射测量原理的烟雾探测器标定方法，其特征在 于；在步骤1)前还包括步骤A : 所述步骤A具体为：保持测量腔的洁净状态，起动触发器输出脉冲信号，触发第一光电 传感器和第二光电传感器采集数据并存储。
【专利摘要】本发明提出了一种基于激光散射测量原理的烟雾探测器检定装置，包括检定仪和标定仪，所述检定仪包括检定仪处理电路、设置有第一透明窗口20和第二透明窗口21的测量腔14、第一光电传感器13，所述标定仪包括第二光电传感器17和触发器18；测量光束23由第一透明窗口入射，由第二透明窗口出射；所述第一光电传感器13用于检测经被测烟雾散射形成的散射光束的光强；所述第二光电传感器17用于检测穿过被测烟雾形成的且由第二透明窗口出射的透射光束的光强；所述触发器同步触发第一光电传感器和第二光电传感器。本发明采用高速同步触发第一光电传感器和第二光电传感器的标定方案，解决无标准烟雾试样的困难。
【IPC分类】G01N21-59, G08B17-107
【公开号】CN104637234
【申请号】CN201510071829
【发明人】陈钊, 孔令刚, 柏林, 雷文龙, 郭洪祥, 唐瓒
【申请人】中煤科工集团重庆研究院有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月11日