基于三波长红外火焰探测器的火焰探测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及火焰探测领域，尤其涉及一种基于三波长红外火焰探测器的火焰探测方法。
【背景技术】
[0002]目前我国现有的火灾探测器按照信息采集类型可以分为感烟探测器、感温探测器、气体火灾探测器和火焰探测器。
[0003]感烟探测器对燃烧或热解产生的固体或液体微粒十分敏感，通常用来探测各种可见或不可见的物质燃烧产物和起火速度较慢的初期火灾。感烟探测器根据检测原理分为光电型感烟探测器、离子型感烟探测器和红外光束型感烟探测器；光电型探测器利用烟雾粒子对光线折射、射散、遮挡或吸收的原理而设计，相应地有散射型和减光型光电探测器，其内部采用光学系统和红外线光源作为探测器件；离子型探测器利用烟雾粒子改变电离室的电流原理而设计，其内部采用放射源电离室作为传感器件；红外光束型感烟探测器利用烟雾粒子散射或吸收红外光束的原理而设计，主要包括一个光源，一套光线照准装置和一个接收装置。
[0004]感烟探测器能探测出物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，探测时期早。该类探测器适用于产生大量烟雾和少量热、很少或者没有火焰辐射的火灾。但是它对烟雾不大的火情探测效果不理想，响应速度也较慢。
[0005]感温火灾探测器叫对火灾现场的异常温度、温升速率和温差特别敏感，相应地可分为定温火灾探测器、温升火灾探测器、差温火灾探测器。感温火灾探测器的核心器件为热敏元件，它的阻值随温差的变化而相应地改变，从而将温度信号转变成电信号，并进行报警处理。感温探测器适用于相对湿度常高于8 5 %、富含粉尘及水雾滞留、无烟、有烟雾和蒸气等场所。而火灾现场的温度变化通常是一个缓慢的过程，因此该火灾探测器响应速度最慢，难以实现实时报警。
[0006]气体火灾探测器主要探测易燃易爆场合中气体和粉尘的浓度，是一种监测环境气体浓度的仪器。探测器一般在可燃性气体浓度达到爆炸下限浓度的1/5-1/6时动作报警。该类探测器一般用在散发可燃气体或易燃液体蒸气的场所，如煤矿、加油站等，主要是作报警预测，在尚未引起火灾和爆炸之前报警。由于可燃性气体对探测器的长期腐蚀作用，需要定期对探测器进行清洗，使系统灵敏度不受影响。且由于某些场合的火情并不引起现场易燃易爆气体浓度的明显变化，探测器无法进行报警，限制了它的应用范围。
[0007]火焰探测器主要响应火灾的光特性，是一种探测火焰燃烧过程中的光谱辐射强度和火焰闪烁频率的新型火灾探测器。根据普朗克黑体辐射定律，任何温度高于绝对零度的物体都会不断地向周围的空间辐射电磁波。理论上黑体辐射电磁波的波长分布范围为零至正无穷大，大部分能量集于中心波长的附近区间，能量的大小和黑体温度成正比，中心电磁波波长与黑体温度成反比。任何物质的燃烧必然伴随着局部温度的升高.从而在其周围空间产生一定强度的电磁波辐射。物质燃烧过程中所产生的辐射光谱有其固有的特点，利用传感器来测量辐射信号，便可以探测到火焰的产生。这就是火焰探测器的基本原理。它具有火焰响应速度快、可靠性高.探测距离远、结构防爆的特点，且对风、雨、高温、高湿以及环境光和人工光源等干扰信号有很好的免疫作用，能快速、准确无误地对火灾进行预报，具有较高的报警灵敏度和可靠性。
[0008]根据火焰的光特性，目前使用的火焰探测器有三种:一种是对火焰中波长较短的紫外光辐射敏感的紫外探测器；另一种是对火焰中波长较长的红外光辐射敏感的红外探测器；第三种是同时探测火焰中波长较短的紫外线和波长较长的红外线的紫外/红外混合探测器。其中红外火焰探测器对火焰辐射光谱中波长较长的红外光辐射信号敏感，适合探测烃类有机化合物引起的火灾；而紫外火焰探测器对火焰辐射光谱中波长较短的紫外光辐射敏感，适合探测金属火灾，如镁、铝，应用范围相对较窄.而紫红外混合探测器的虽然性能优越，适用于各种火灾探测，但由于其通常比同类火焰探测器采用更多的传感器，造价成本过于昂贵，一定程度上限制了它的使用。
[0009]单波段红外火焰探测器烃类物质(例如甲烷、油类等)燃烧时将发出一定强度的电磁波，电磁波的波长主要分布于红外区。其燃烧产物C02在4.26um波段处有一受热共振辐射峰值，加强了该波段的红外电磁波能量。单波段红外火焰探测器正是利用这一火焰光谱特征而设计的。它利用光学滤波器采集4.26um窄波段的红外辐射信号。同时，通常加入火焰闪烁分析，以便更好地区分火焰信号和干扰信号，提高探测器的抗干扰能力。
[0010]单波段红外火焰探测器设计简单、成本低廉。对太阳辐射、紫外辐射等干扰信号也有一定的抑制能力，但存在探测灵敏度低、误报警率高等缺点，主要原因如下:
1.工业环境中通常存在人工热源、人工光源等干扰源，这些干扰源的电磁波辐射信号可能覆盖了单波段红外火焰探测器的火焰探测波段。探测器仅对4.26um窄波段的红外辐射信号进行探测，无法区分真实火焰信号和干扰信号的差异，降低了报警准确率。
[0011]2.真实火焰辐射的红外电磁波容易被环境中的气体、粉尘所散射、反射和吸收。因此，随着火焰辐射电磁波传输距离的增加，其信号强度剧烈衰减.单波段火焰探测器仅对采集信号幅值与设定阈值进行比较，无法探测远距离的火焰信号，探测器灵敏度受到限制。
[0012]正是由于上述缺点，单波段火焰探测器只适合简单的场合使用。
[0013]传统的单红外火焰探测器仅采集单个通道的传感器数据，无法区分真实火焰信号和干扰信号，很难抑制环境中的干扰，因此误报率高。双波段红外火焰探测器采用两个红外传感器对火焰信号和干扰信号进行检测，从而实现对火焰与干扰的分辨:第1个红外传感器探测烃类化合物燃烧过程中所发出的红外辐射(中心波长一般为4.26um);第2个红外传感器主要探测非火灾红外辐射(中心波长一般为3.8um)，如调制人工热源、太阳光，人工光源、电弧焊等。两路传感器的检测信号经过放大和处理后，同时输入系统处理器进行数字滤波处理，并采用火焰识别算法对处理后的数据进行阈值、闪烁、相关量等逻辑分析，判断有无火灾发生。
[0014]双波段红外火焰探测器一定程度上克服了背景辐射的干扰，提高了火灾探测灵敏度，具有比单波段红外火焰探测器更好的探测性能。但整体上依然存在误报警率高、探测距离短等缺点，主要原因如下:
1.环境中存在的少量C02气体对火焰在4.26um波段发出的共振峰值福射信号具有很强的吸收作用，因而导致火焰辐射信号能量随传播距离的增加而锐减，当探测距离增加到某一程度时，由于探测器所接收到的火焰辐射信号幅值未达到规定阈值，火焰探测器将无法有效地对火焰信号的进行响应。
[0015]2.4.26um的共振峰辐射信号是对火焰探测的主要目标信号，但是由于该信号在环境中传播时造成信号损失，使得其探测幅值与第二通道3.Sum处探测幅值的比值接近1: 1，不再是通常的火焰应有的比值，使得环境中即使有火焰存在，探测器也不能发出报警信号，探测器产生漏报。
[0016]3.虽然双波段火焰探测器采用双息技术一定程度上消除了高温辐射源对探测器的干扰，但是其对某些特殊的背景辐射源所引起的干扰依然无能为力。通常需要在误报警率和灵敏度之间进行折中，影响了系统的整体性能。
【发明内容】
[0017]本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】中所涉及到的缺陷，提供一种基于三波长红外火焰探测器的火焰探测方法。
[0018]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
基于三波长红外火焰探测器的火焰探测方法，所述三波长红外火焰探测器包含火焰检测红外感应模块、第一参考红外感应模块、第二参考红外感应模块和报警模块；
所述火焰检测红外感应模块、第一参考红外感应模块、第二参考红