专利名称：红外火灾探测系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于探湖係统，尤其是关于火灾探测系统。更具体地，本发明关 于火灾探测系统。
发明内容
本发明是一种可记录一段时间内在场地的不同视域中M变化的红外探测 系统。
图1是红外火灾探测系统的框图； 图2a， 2b和2c是提供不同视域的透镜的结构图； 图3a和3b是显示探测器阵列与透镜结构之间的关系亂 图4是具有探测器阵列的传感器和具有覆盖场地不同视域的遮光器的透镜 结构图5是具有探测器阵列的传繊的侧视图与纖和遮光器结构的半球型式
图6是具有图5中具有半球透镜结构的探测系统图，该系统具有可移动的 半球形外壳代替遮光器，该外壳具有符合半球形透镜结构的前部,和适合半 球形透镜结构的前部的孔；以及
图7a， 7b， 7c， 8a， 8b, 9， IO和11是具有分别比图2， 2b, 2c， 3a， 3b， 4, 5和6更复杂的纖结构的探测系统图。
具体实施例方式
具有早期报警能力的低误警率火灾探测系统可以允许在最早时刻探测到火 灾。这样火灾可能处在较低水平或者 烧的早期阶段。然而，这样的火灾也
有可會鹏烧成大型火灾。纟M探测到阴燃火灾，因为对中波红外(MWIR)探 测器来说，阴燃没有足够多的气体或烟以及温度相对较低。MWIR可以为大约 3-8綠
本系统可包括舰多嫂在墙ai:的长波红外(L戰)辐射繊测器，可 以排成阵列，以探测燃烧比较轻微的火灾。LWIR可以为大约8-15微米。传感 器具有二维(2D)阵列的^碟测器。阵列尺寸可以很小(例如50*50像素)， 从而相对较大区域阵列具有较低的价格。M:使用多个安装在环绕在阵列周围 的半職其他结构中的M或小透镜维持髓范围。此时在任意一点，除去一 个之外的其余所有透镜被覆盖，因此到达阵列的红外线只肖辦来自一个空间位 置，因为只有一^M是打开的。相比较于红外鱼眼纖和大型2D阵列，该系 统可以以较低的J^提供更好的解决办法。遮光器结构可以覆盖所有透镜中除 去一个之外的其余全部。遮光器可以是巻轴、叶子、线鹏的形式或安装在第 二旋转台或半球上的遮光器阵列的形式，所有遮光器中除去一个其余均覆盖着
、计算显示，适当数目的纖将繊30英尺舰小于一平方英尺(例如，每 个线性尺寸为3"6英寸)的空间分辨率。对于不同应用的，率可以不同。阵列 可以探测轻微的温度升高，甚至在低外亭止数目的透镜(例如8个)，因此能够 察觉到阴燃火。存储器可以记载每个场地的温度并注意指示不希望的火的温度
变化。温变的变化可以是一段时间内关于一个区域^t一个点禾tv或关于其他区
域或点的变化。在特定环境下视域可以定义一个区域或点。例如，在着火点， i!31相应纖的视域，与适当的硬件和软件结合，观察或聚焦的探测像素可以 被训练为知晓该源头是目标着火点或一个小关注点。ffi31在像素外涂覆吸收性 金属涂层，阵列中同样具有对MWIR和LWIR射线敏感的交劍象素。本系统的 ^M专感器可用在探测外观不可视处的火灾的防火帽上以探测火灾。
本系统可以是壁挂或永久固定安装的火灾探测系统。固定列透镜的视野可 以提供固定视域的阵列,地的一部分，因此可以在没有注册或特定场地数据 情况下基于逐个像素地察觉MJS变化。可能有公知的热点(例如，火炉、热水 管、 炉)，这些地点不是一定要关注的点可以被系统忽略。该阵列可以包括 一个或多个调制至8-12 段的辐射热测量计。
探观係统可以具有使用小型低成本阵列的相机。该相机可以很慢，因为火 灾探测不需要视,鹏率。甚至带有小透镜的鹏Wl可以具有高的、鹏^^l率。 因为M^il率可以很慢，所以每次具有一^Ni镜打开的透镜阵列肖激提供没有 移动部分的固定图像组，除了打开和关闭遮光器的那部分之外。 一个或多个伴 随相自镜组合的像素注意和记录在一段时间内的,变化，这在观测空间例 如房间内可以提供点或区域的、鹏历史。根据视域，透镜的半辦噸测像素阵 列可为红外观测不同空间^间层而设计。
探测系统的相机可以具有阵列大小为50*50像素，W^素大小为100微 米(0.004英寸)。阵列尺寸可以约为0.2*0.2平方英寸面积。阵列尺寸将导致每 6英寸晶片的近100个芯片。半球尺寸约为0.8英寸。30英尺处空间併Jf率约为 3英寸。透镜的视域约为17度。it^m径约为50密耳，ig^间距约为0.125英 寸。纖條可以约为8。探测系统的離^Df率小于5摄氏度。相机的帧速率 是每透镜为一赫兹。本说明仅是示范性示例。为了特定应用，可以选择和设计 特定M规范至系统。可设itit镜上的遮光器设置以使每次打开不超过一4St 镜。
由于相机或探测器阵列的不同参数，可以获得不同鹏分辨率。对于像素 大小为50微米，透镜仍和30赫兹帧速率，分辨率可以约为0,2摄氏度。与50 微米、F8和30赫兹的参数相对应，可以产生的分辨率大约为30摄氏度。50微 米、M和0.3赫兹的参数可以导致分辨率为3摄氏度。100微米、f/8和0.3赫 兹的参数可以导致分辨率为1摄氏度。
图1显示一种红外火灾探测器系统10。可以有具有探测器P车列18的模块 11和透镜结构(图3a)。阵列18可以具有一个或多个探测器元〗牛。具有视域 (FOV) M^择器的模块12可连接至模块11 。具有带有存储器的M驟计算 机的模块13可以连接至模块11和模块12。探观螺阵列18可以包括处^^或 小纖的半球后面的辐射热测影十或其他1R传繊阵列,每次只选择和打开一 ^itll或小纖，在探测器阵列上^ 地的一彿定视域。因此，在这种配 置中，每次只在阵列18上JW仅一个视域。^h视嫩目对于其它视域都是唯一 的。可以M51模块12提供itli或视,择。选择穀腿光器SSfi或其它允许仅 一^ 在阵列上传送或娜图像的1 ^2的影响。在模块13的存储器中可 以记录特定FOV的图像。 一个FOV在一段时期的系列图像可以指示在该FOV 处雖是否变化。可以以类似的方式探测和记录其他视域。没有必要注册、登
记或校准。每个点可以与关注变化的一个或多个像素匹配。对于可能关注的火
灾或其他危害，可以审查现场的一个或多个FOV中的皿变化。为了审查和分 析，M器可以鹏测器信息描绘成地图或场地的图示形式。不同FOV的纖 选择可舰模块13鹏至模块12。
图2a、 2b和2c显示结构14,其可以包含和保持用于提供不同视域的透镜 或小透镜15。结构14可以具有圆形或半球形或其他皿。图2a是结构14中的 一组透镜15的图表。可以具有比所显示的那些更多或更少的，，因为图2a、 2b和2c构成一个用于示范说明的例子。图2b是为场地的某一视域的多^it^ 15中单挑出的透镜16的图。图2c是显満光器17 (也就是暗点)的结构14 的图，遮光器覆盖或关闭全部透镜15，除了一顿镜15之外，繊镜可设计为 与纖16 —样，纖16用于娜用于娜其场地的视赔IR探测器阵列18 上。
图3a和3b ^S示探测器阵列18与结构14和其透镜15之间关系的图。在 图3a中，例如结构14的纖16可娜视域19至探测翻车列18上。其 ^ 15由遮光器17遮蔽以防止其他视域同B^M至幌测器18上。在图3b中，作为 前述已经舰的结构14的纖15，作为另一个例子，其^HI21可以挪不 同的视域22至探测器阵列18上。相似地，包^tH 16的其ftkitH 15由遮光 器17 (由点纖线标)遮蔽以防止其它视域同时娜至探测器阵列18上。每 次可执行一个或多，'M光^M多^t^。
图4是带有模块11的区域23的图，模块11具有探测器阵列18，结构14 和带有遮光器17的透镜15。模块11从较小的壁挂模块11沿箭头24的指向放 大。未M住的透镜25可以衝共视域26至探测器阵列18。视域26可以覆盖出 口27，该出口27可能会意外地变得很热；尤其是如果，一些短路皿载，例 如，电器的反向制动。其他冬鹏28， 29， 31和32以虚线标；然而，它们相 应的纖可SMii光器17被关闭。探测器阵列18上的视域28可以揭示热点但 并不是关注项目，因为其被识别为带有炉火34的^j:户33，其被理所当然的承认 为正常热点。然而，视域29可以覆盖位于地面36上的热点或阴燃煤块35。当 视^W至阵列18而且相应信号发趟模块13的存储器和处理器(图1)时， ffl3i模块13的^器可以指示可肖脆险膚况的警报，并引,作者的注意。视 域31和32是附加实施例；然而，相应于各自纖15的其他视域可以JI^场地23的彻底亂
图5是具有^ij器阵列18和带有it^; 15和遮光器17的结构14的模块11 的侧视图。在图5中显示半球型^ 结构14。 MM3i接器41和电线或其舰 式连接器42,由FOV模块12的it^ii择難伟i鹏15的遮光器17。所有的 遮光器17可以鹏线、电线或连接器42连接，尽管连接器42的一部分未在图 10中显示。可能仅需要少量电线^^接器42，因M光器17可选择为代码、 栅格排列、多路gffi等等。图5中，Biiit镜可以为M37，透镜37带来视域 38,以及聚焦在阵列18上的可视图像38光线39。透镜的数目和视域可以由于 应用或其他原因而不同。
图6是具有图5的半球透镜结构14但没有遮光器17和它们相应的控制结 构的系统10的图。代替遮光器，模块11可以具有半球形外壳44， 符合和适合半球形透镜结构14的前部。外壳44可以是不透光的，除了一个孔 径45以外，为了特定视域该孔径移向结构14的多4Sg镜15中的所i^tli上。 由外壳44遮住的透镜15用点，线画出。在图6的示例中，可选,镜37以 ^1域38至探测器阵列18。从结构14至外壳44的距离46为了示例的目的 !^C大。距离46可以大约为^t级；即，鄉巨离或行距可以足够小以阻止， 从为特定，设计的 L径45 iaA与该特定3t^邻近的透镜到干扰系统10的操 作的程度。外壳44可M FOV模块12的ig^yf^不同方向上旋转以在结 构14 J^,^itli。FOV选^^块12可以从模块13中接收ig^择信息。 模块13可以从阵列18中接收信号用以记录和分析。
探测系统10可以只具有少fi^和相应视域，或者可以具有较多纖和相 应视域，范围达到几百颇多。图7a、 7b、 7c、 8a、 8b、 9、 10和11是具有分 别比相应的图2、 2b、 2c、 3a、 3b、 4、 5和6中示出的系统10更多，装置的 探测系统IO的图。相应图中相同的部件通常具有相同的参考标号。
阵列18可以具有LWIR探测器。阵列18可为LWIR和MWIR设计。可以 为LWIR f顿一个滄波器，为MWIR舰另一个滄波器。没有、搶波器而只有 MWIR时敏感性不充分。系统10可以用LWIR开始目标探测。随着目标ffl^ 热，随后系统可以用MWIR继蛇的探测。
在本说明书中，尽管以其他形式或时态说明， 一些情况可以是假设或预示 'M的。
尽管本发明已经关于至少一个实施例进行了描述，对本领域技术人员来说, 当读到本说明书时，显而易见可以想到有很多变化和修改。因此所附的权利要 求书,欲在现有技术中尽可能包括广泛地解释以包括全部这些变化和修改。
权利要求
1. 一种用于探测轻度燃烧的系统(10)，包含传感器(18)；和与传感器(18)相连的结构(14)，其用于每次从多个视域(19，22，26，28，29，31，32，38)中提供一个视域至该传感器(18)；和其中该传感器(18)用于探测LWIR射线。
2. 如权利要求l的系统(10)，进一步包含- 至结构(14)的视,择器(12);以及 连接至传 (18)和视 (12)的，器(13); 其中该传感器(18)用于Jlf共视域(19， 22， 26, 28， 29， 31， 32， 38)的图像至处理器(13):和处理器(13)用于加亮一段时间内或关于其他视域(19, 22, 26， 28， 29， 31， 32， 38)在驗JiM示变化的任意视域(19， 22， 26， 28, 29, 31, 32, 38)。
3. —种火灾探测系统00)，包含 具有多^Ht镜(15, 16， 21， 25, 37)的结构(14); 与该结构(14)相连的传感器(18);和 连接至该结构(14)的3Sliii择器(12);和其中^tH (15， 16， 21， 25, 37)用于JI^1域(19， 22， 26， 28， 29， 31， 32, 38)至传麟(18);禾口^ii择器(12)用于选择一4* (15， 16， 21， 25, 37)以麟视域(19， 22， 26, 28， 29， 31， 32， 38)至传繊08)。
4. 如权利要求3的系统(10)，进一步包含具有存储来自传感器(18)的视 域(19, 22, 26， 28， 29， 31, 32， 38)的图像的存储器的处理器(13)，其中 微理器(13)用于组合多个视域(19， 22， 26, 28， 29， 31， 32, 38)的图像 为场地(23)图。
5. 如权利要求3的系统(10)，其中M^蹄(12)包含用于每次只允多 iSt^ (15, 16， 21， 25， 37)中的一^NtliJI^^见域(19, 22， 26， 28， 29， 31， 32, 38)至帷繊(18)的遮光器机构(17)。
6. 如权利要求3的系统(10)，其中 该结构04)具有半球形表面；和多^Mtlt (15, 16， 21， 25， 37)分布在半球形表面上。
7. 如权利要求6的系统(10)，其中该结构(14)包含邻近于半球形结构的半球形外壳(44); 半球形外壳(44)具有孔径(45);该外壳(44)被移动以使孔径(45)与从多^M (15， 16， 21， 25， 37) 中选择的一^Nt^准，以允许视域(19, 22, 26， 28, 29， 31, 32， 38)的图 像到达传感器(18);和紛卜壳(44)用于PIlh^iaA多4Sm (15, 16， 21， 25， 37)的其它透 镜中。
8. —种錢火灾探测器，包含 传感器(18);和机构(14),用于每次从场地(23)中提供一个视域(19, 22 , 26 ， 28， 29, 31， 32, 38)至传鵷(18);和其中传麟(18〉用于从视域(19， 22， 26， 28， 29， 31， 32, 38)中检测 ,图像；和用于每次H^一个视域(19， 22， 26， 28， 29, 31, 32， 38)的所述机构(14) 具有纖(15， 16, 21, 25, 37)配置，该纖配置用于提供场地(23)的两个 或多个视域(19， 22, 26, 28， 29, 31, 32, 38)。
9. 如权利要求8的探测器，进一步包含驗至用于每次麟一个视域(19, 22， 26， 28, 29, 31， 32， 38)的机构 (14)的视域选，(12);和带有存储器的处理器(13),用于从传感器(18)中接收图像并且将该图像 输入至存储器中以用于当前或随后的评估；和其中视鹏鄉(12)用于按)l,一列机构(14)以根据预定形式舰场地 (23)的视域(19， 22， 26, 28， 29， 31， 32， 38)每次提供一个视域。
10. 如权利要求8的探测器，其中传感器(18)包含对LWIR或LWIR和MWIR射线敏感的元件阵列； LWIR射线经常在,或早期燃烧中被探测；和 MWIR射线经常在比^JtM烧更高等级中被探测。
全文摘要
本发明涉及红外火灾探测系统。一种可记录一段时间内场地的不同视域中温度变化的红外探测系统。该系统可使用长波红外探测器阵列以检测早期或晚期火灾。系统可以检查多个视域。每个视域具有固定的透镜。每个透镜具有其在阵列上聚焦的各自的视域。每次可以遮住或关闭除了一个透镜外的所有透镜中以探测其相应视域。系统可以具有带有存储器的处理器以记录一段时间内来自阵列的温度。某点或另一视域的温度变化可以是即将发生火灾或其他关注情况的提示。
文档编号G01J5/00GK101388134SQ20081017145
公开日2009年3月18日 申请日期2008年9月12日 优先权日2007年9月13日
发明者B·E·科尔 申请人:霍尼韦尔国际公司