设置在检测器与模数转换器之间的转换模块的制作方法

本发明涉及安防技术，更为具体地，涉及检测器的检测信号到模拟转换器之间的转换技术。

背景技术：

目前，安防系统应用在许多场合，例如机场、大厦、小区、学校等等。安防系统一般包括获取现场数据的前端数据采集部分，接收并处理现场所采集的数据处理部分。大多数安防系统还包括在发现异常情况时进行报警的部分和/或对紧急情况进行处理的应急处理部分。

以安防系统中的烟雾检测系统为例，其通常包括烟雾浓度检测模块、电源及后端处理部分。电源向各模块提供电力，烟雾浓度检测模块采集现场烟雾浓度数据，并将采集的数据传送给后端处理部分。后端处理部分对所采集的数据进行模数转换等处理，以根据该数据确定是否需要警示和/或其它应对处理。

后端处理部分包括转换部，用以将烟雾浓度检测模块采集的数据转换成可由后端处理部分进行后续有效处理的信号，例如电压信号。如大家所知的那样，市售检测器(或称探头等)的种类很多，这就使得后端处理部分在接入不同的探头时，设置不同的转换部，成本较高。

也有以一个转换部对应两三种类型的解决方案。这种解决方案里，设置在后端处理部分的模数转换器必需具有相当的精度以应对不同的输入。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供设置在检测器与模数转换器之间的转换模块，以解决上面所提到的至少一种问题。该设置在检测器与模数转换器之间的转换模块包括与该检测器电性连接的分压电路，用于接收来自该检测器的输入信号并在调整该输入信号的电压大小后，向该模数转换器输出调整后的检测信号。

可选地，根据本发明示例的设置在检测器与模数转换器之间的转换模块的分压电路还包括开关，用于在断开时，仅使该分压电路的基本分压电阻被接入到该检测器与模数转换器之间的电路中，而在接通时，使得该分压电路整个接入到该检测器与模数转换器之间的电路中。

根据本发明示例的设置在检测器与模数转换器之间的转换模块，可选地，所述分压电路包括场作为开关的效应晶体管以及设置在该场效应晶体管源极与栅极之间的第一分压电阻、设置在该场效应晶体管栅极与漏极之间的第二分压电阻、以及设置在该场效应晶体管源极与漏极之间且作为基本分压电阻的第三分压电阻。

根据本发明示例的设置在检测器与模数转换器之间的转换模块，可选地，所述场效应管的栅极设置为使能端。

根据本发明示例的设置在检测器与模数转换器之间的转换模块，可选地，还包括电阻电路，其设置在在所述分压电路与所述模数转换器之间。

根据本发明示例的设置在检测器与模数转换器之间的转换模块，可选地，还包括跟随电路，其设置在所述分压电路的输出端与所述电阻电路的输入端之间。

根据本发明的一个方面，还提供用于检测系统的检测方法，该检测系统包括检测器与模数转换器，该方法包括：在来自检测器的检测信号进行模数转换之前，通过分压电路调整该检测信号的电压；将调整后的电压信号转换为数字信号；以及基于该数字信号进行处理以判断被检测的现场是否异常。

根据本发明的一个方面，还提供检测系统，其包括检测部，与该检测部电性连接的转换模块以及后端处理部，其中，所述转换模块是上述任意一种转换模块。

根据本发明的又一个方面，还提供烟雾检测系统，其包括烟雾检测部，与该烟雾检测部电性连接的转换模块以及后端处理部，其中，所述转换模块是上述任意一种转换模块。

根据本发明的再一个方面，还提供检测系统，其包括检测器与模数转换器，且执行根据本发命名示例的所述的用于检测系统的检测方法。

附图说明

图1是根据本发明示例的烟雾检测系统的示意性结构图。

图2是根据本发明示例的转换模块的示意性结构图。

图3是根据本发明一个具体示例的转换模块的电路原理示意图。

图4是根据本发明示例的用于检测系统的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

现在参照附图描述本发明的示意性示例，相同的附图标号表示相同的元件。下文描述的各示例有助于本领域技术人员透彻理解本发明，其意在示例而非限制。图中各元件、部件、模块、装置及设备本体的图示并未按比例绘制，仅示意性表明这些元件、部件、模块、装置及设备本体之间的相对关系。

图1是根据本发明示例的烟雾检测系统的示意性结构图。如图1所示，检测部20经由转换模块22与后端处理部24电性连接。后端处理部24包括模数转换器(ad转换器)241与控制器242。检测部20检测现场10的烟雾情况，将检测信号传送给转换模块22。转换模块22将所接收的检测信号转换成适当的电压信号，传送给ad转换器241，由其将该电压信号数字化。数字化的电压信号由ad转换器241传送给控制器242。控制器242依据该信号确定现场10的烟雾含量是否出现异常。在某些示例中，控制器242还会在异常的情况下控制其相关部件做出相应处理，例如通过警示装置发出警示等。

图2是根据本发明示例的转换模块22的示意性结构图。如图2所示，该转换模块22包括分压电路222。在结合图2进一步阐述本发明之前，首先简单介绍一下检测部20(参见图1)。检测部20包括探头与终端电阻。不同类型的探头对应不同的终端电阻，各类型探头所需的终端电阻的电阻值可参考各探头的说明书(datasheet)。根据本发明的示例，可在该分压电路的222的输入端接入多个终端电阻，以对应不同类型的探头。例如，选用了a类探头后，将该a类探头与多个终端电阻中与该a类探头对应的终端电阻电性连接。

结合图1与图2，检测部20检测现场的烟雾，并将烟雾检测信号经由终端电阻中的与该探头20电性连接的那一个传输到分压电路222，分压电路222将检测信号转换为适当的电压信号并输出。

根据本发明的一个示例，该转换模块的分压电路还包括开关(图中未示出)。在该开关断开时，该分压电路中仅基本分压电阻被接入到该检测器器与模数转换器之间的电路中。在该开关接通时，该分压电路整个接入到该检测器与模数转换器之间的电路中。换句话说，根据该示例，无论开关打开与否，该分压电路中都有基本分压电阻用来调节从检测器到ad转换器之间的电信号的电压，开关断开与接通的区别仅仅在于，分压电路接入到该检测器与模数转换器之间的电路中的分压电阻的多少及大小。

在一些示例中，该检测信号经由分压电路222转换为适当的电压信号后直接输入到模数转换器241(见图1)。

在又一些示例中，图2所示的转换模块22还包括设置在分压电路222后用于与ad转换器241(见图1)电性连接的电阻电路。该电阻电路的一端接收来自分压电路222的输入，另一端电性连接ad转换器241。

根据本发明的又一些示例，转换模块22还包括跟随电路。根据本发明的示例，跟随电路设置在分压电路222的输出端，使得来自分压电路222的输出经由该跟随电路之后再被传输到ad转换器241(见图1)。

根据本发明的一个具体示例，转换模块包括分压电路、跟随电路以及电阻电路。图2所示的转换模块22即包括分压电路222、跟随电路225以及电阻电路226。其中，跟随电路225设置在分压电路222与电阻电路226之间，电阻电路226则设置在跟随电路225之后，用于与模数转换器(ad转换器)241(见图1)电性连接。该示例中，分压电路222包括开关223，基本分压电阻2220以及另外两个标记为2221与2222的电阻，其中电阻2221与2222均与开关223电性连接。在开关223接通时，电阻2221与2222与基本分压电阻2220并联，一起达成分压功能。在开关223断开时，只基本分压电阻2220工作在该电路中。尽管图中仅仅示例了三个电阻，但实际电阻的数量并不以此为限。此外，开关的设置也不以一个为限制。

参考图1，在将模拟信号转换为数字信号的过程中，ad转换器241的工作曲线并非线性。探头20的输入阻抗越大，ad转换器241在转换来自检测部的检测信号时，误差就会越大。

参考图2与图1，采用本发明示例的转换模块22，检测部20的检测信号首先通过该分压电路222，使得将要传输到ad转换器241的电压信号的电压值降低，这就使ad转换器241能在有限的转换精度下获得较为精确的转换结果，从而控制器242可更为准确地确定现场信号。

此外，如通常的检测系统一样，允许被检测的电压信号都有一定的容差，例如±30％。在不设置分压电路的情况下，随着探头阻抗增大，容差允许范围(+30％与-30％)内电压信号的电压值的范围会变得越来越窄，下文将在结合图3的具体示例中进行说明。

根据本发明的一个示意性的示例，转换模块22的分压电路可由场效应晶体管(作为开关)与电阻实现。如此，示例地，该分压电路实现为如下方式：在该场效应晶体管源极与栅极之间设置有第一分压电阻、在该场效应晶体管栅极与漏极之间设置有第二分压电阻、以及在该场效应晶体管源极与漏极之间设置有第三分压电阻(作为基本分压电阻)。其中，该场效应晶体管的源极接收来自检测部的检测信号。该场效应晶体管的栅极可作为该场效应晶体管的使能端，亦即作为分压电路的开关。

图3示意了根据本发明一个具体示例的转换模块的电路原理图。在图3所示的例子中，该场效应晶体管为mosfet。在该示例中，mosfet与设置在其源极与栅极之间的第一分压电阻、栅极与漏极之间的第二分压电阻以及源极与漏极之间的第三分压电阻一起构成了分压电路322。其中，在mosfet处于完全接通的情况下，第一分压电阻、第二分压电阻以及第三分压电阻一起构成的分压阻抗rz，作为开关，在mosfet的源极与栅极之间处于断开的情况下，主要是第三分压电阻作为分压阻抗rz。可通过操作栅极来使mosfet处于完全接通还是断开，下文中也将栅极称为使能端，在使能的情况下，mosfet处于完全接通，反之，mosfet的源极与栅极之间处于断开。

如图3所示，检测部30将检测信号传送到该分压电路322，由该分压电路322调整检测信号的电压。经调整的检测信号随后被传送到跟随电路325。跟随电路325又将该检测信号输出给电阻电路326，随后，经由电阻电路326，调整信号作为转换模块32的输出信号被传送到例如图1中的ad转换器241。

需要说明的是，检测部30在此包括探头以及与探头电性连接并将探头的检测信号传输到分压电路322的终端电阻。图3的3a部分示意了探头50与终端电阻部52，换句话说，由3a部分示意了检测部30的一个具体示例，图中用来连接检测部30与3a部分的线段仅表明这一点，而不是说在检测部20与标识为3a的部分之间有电性连接。探头50被示意为其等效电阻rt，而将探头50连接到终端电阻部52中相应终端电阻的电线则等效为电阻rw。该3a部分中示意了若干个终端电阻，这并不是说探头50必需与多个终端电阻连接，仅是为了示意性说明此处的终端电阻是可选的，如上文所提到的，可根据探头50的类型选择。

在图3所示的原理图中，第一分压电阻r192为4.75k，第二分压电阻r109为10.0k，第三分压电阻r171为8.20k，电阻电路326中的第一电阻r17为3.30k，第二电阻r136为5.6k，其它在此描述的电子器件的值可参见附图中。

表1是按照图3所示的转换模块，其中，作为开关的mosfet处于断开，亦即mosfet的源极与栅极之间未接通的情况下的一些参数的值。其中，rt为探头50的阻抗，rz为分压电路的阻抗，vz为分压电路的电压，vi/o为实际测试出的电阻电路326的电压，nv为所计算的转换模块要输出到ad转换器241(参见图1)的信号的理论电压。

表1

表2是按照图3所示的转换器在作为开关的mosfet处于接通，亦即mosfet的源极与栅极之间接通的情况下的一些参数的值。其中，rt为探头的阻抗，rz为分压电路的阻抗，vz为分压电路的电压，vi/o为实际测试出的电阻电路326的电压，nv为所计算的转换模块要输出到ad转换器241的理论电压。

表2

对比表1与表2可以看出，在不使能，也就是不采用分压电路分压的情况下，当探头阻抗变大时，容差允许范围(+30％与-30％)内电压信号的电压值的范围越来越窄。例如，对于具有12.1千欧的阻抗的探头，所计算的转换模块要输出到ad转换器241(参见图1)理论电压值的范围是最小2.32088735伏特，最大2.6418448，对于具有22千欧的阻抗的探头，所计算的转换模块要输出到ad转换器241(参见图1)理论电压值的范围是最小2.63281738伏特，最大2.84699607；但是在使能，也就是第一分压电阻、第二分压电阻以及第三分压电阻均参与分压的情况下，对于具有12.1千欧的阻抗的探头，所计算的转换模块要输出到ad转换器241(参见图1)理论电压值的范围是最小1.60082915伏特，最大2.06914185，对于具有22千欧的阻抗的探头，所计算的转换模块要输出到ad转换器241(参见图1)理论电压值的范围是最小2.05409904伏特，最大2.44551744。显然，采用了本发明示例转换模块后，一方面降低了输入到ad转换器中的电压，同时扩大了设置在控制器中的可处理的电压的范围。

根据本发明图3的示例中，理论电压nv可按照等式(1)来计算：

其中，nv表示所计算的转换模块要输出到ad转换器的理论电压，vcc为5伏特。

根据本发明图3的示例中，包括mosfet322的分压电路的评估电压可按照等式(2)来计算：

其中，evav是整个电路(包括图3所示的转换模块以及探测部)的误差，vcc为5伏特。

根据本发明图3的示例中，最终要输出到ad转换器的电压按照等式(3)或等式(4)计算：

vdetect_point＝nv–evav(3)

vdetect_point＝nv+evav(4)

其中，vdetect_point是从图3所示的转换模块实际输出到ad转换器的电压。

根据本发明另外的实施例，还提供用于检测系统的检测方法。图4是根据本发明示例的用于检测系统的检测方法的流程示意图，该检测系统包括检测器与模数转换器。如图4所示，在步骤40，在来自检测器的检测信号进行模数转换之前，通过分压电路调整该检测信号的电压。在步骤42，将调整后的电压信号转换为数字信号。在步骤44，基于该数字信号进行处理以判断被检测的现场是否异常。

示例地，步骤40中通过分压电路调整该检测信号的电压可例如通过图1、图2、图3等上文各示例中任意一个示例的描述的分压电路来达成。步骤42中，可通过例如图1中的ad转换模块来将信号数字化。步骤44中，可通过上文结合图1等示例中描述的控制器来执行。

需要特别说明的是，尽管上文是以烟雾检测系统作为示例来阐述根据本发明示例的转换模块、检测系统以及检测方法，但是应理解到，根据本发明的转换模块、检测系统以及检测方法还可以应用在其它类型的检测系统中(即，用于检测其它对象的检测系统中)。

根据本发明的又一实施例，提供检测系统，其包括检测部，以及与该检测部电性连接的转换模块以及后端处理部，其中，该转换模块是如上文所描述的示例中的任意一个示例的转换模块。

根据本发明的又一实施例，提供检测系统，其包括检测器与模数转换器，且执行如上文结合图4所述的用于检测系统的检测方法。

根据本发明的再一实施例，还提供烟雾检测系统，其包括烟雾检测部，与该烟雾检测部电性连接的转换模块以及后端处理部，其中，该转换模块是如上文所描述的示例中的任意一个示例的转换模块。

尽管已结合附图在上文的描述中，公开了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员可以理解到，可在不脱离本发明精神的情况下，对公开的具体实施例进行变形或修改。本发明的实施例仅用于示意并不用于限制本发明。

本发明上文中所阐述的各示例即可单独实施又可相互结合。