专利名称：红紫外复合火焰探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及火灾预警系统领域，特别涉及火焰探测装置领域，具体是指一种红紫外复合火焰探测器。
背景技术：
太阳、火焰、人体以及其它热物体，都会辐射不同频谱、不同强度的辐射能量。例如到达地球表面的太阳光线基本上就属于全光谱(包含紫外、中红外、远红外)的辐射光线，请参阅图1所示，其中区域I为可见光，区域II为红外辐射，区域III为到达地球表面的太阳辐射，在辐射光谱中，11段为紫外探测波段，12段为红外探测波段，13段为CO2峰值波段。火灾发生时产生的火焰，辐射出的红外线主要集中在中红外频谱范围内。
请参阅图2所示，红外火焰探测器使用的红外传感器，其中包括窄带滤光片22和红外线传感功能电路23，将不同红外辐射能量转换成为不同强度的电信号，图中21为输入的红外辐射，24为输出的电信号，因而红外火焰探测器根据传感器检测到的电信号来识别是否有明火存在，发生火灾报警信号。基于这样的工作原理，红外火焰探测器具有以下的特性(1)被动探测如果没有辐射红外线的物体存在，红外火焰探测器没有任何的响应。同理，如果红外火焰探测器没有主动红外辐射装置，红外探测器就难以实现污染检测。
(2)探测距离随探测角度的变化而变化从图3可以看出，同一物体发出的红外辐射能量是相同的，但是若处于不同的辐射角度，到达红外传感敏感源的能量是不同的，其关系相当于几何上的余弦函数(COS)关系，例如当辐射角度为0度(垂直辐射)时若辐射能量为A，则辐射角度为60度(斜射)时辐射能量为cos60°×A＝A/2。
请参阅图4所示，所有的红外探测器的监视范围均是抛物线锥体而不是等圆锥体。
在现有技术中，普通常规的红外火焰探测器是使用单红外探测设计，而紫外火焰探测器是使用单紫外探测设计，导致整体产品的抗干扰性不强，容易受到环境各种干扰光源的影响导致误报；同时，传统的红外火焰探测器使用的红外传感器接收的中心波长不在火焰的峰值波长上，带宽较宽，不能正确的接收火焰中发射出来的红外信号，不能正确反应火灾发生的情况；在对环境的适应能力上，自然光、阳光、灯光、电焊等干扰源对传统红外火焰探测器会造成很大的影响，所以普通的红外火焰传感器对使用环境的要求很高，不能很好的满足用户的各种要求；而且由于红外火焰传感器内部的采样电阻很大，红外传感器不宜在震动、晃动的环境下使用，在这样环境下使用的红外火焰探测器只能牺牲探测器的灵敏度和探测距离来满足使用要求；同时，普通红外火焰探测器的探测视角一般只能达到80度的探测视角，保护面积小；不能形成一个余弦关系的视角圆锥；不仅如此，一般的红外火焰探测器只能探测到25米以内的一个标准火源；当距离达到25米探测距离的时候，探测器的灵敏度就会降低很多；无法探测到50米的标准火焰；同时普通红外火焰探测器灵敏度低，容易由于环境非火焰因素导致探测器误报警；当火源的距离超出探测器的探测保护距离时，探测器无法对火灾做出及时的报警；普通红外火焰探测器结构上无法满足防爆防护要求，无法在特殊场合的使用。
实用新型内容本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够准确进行火焰探测和精确报警、抗干扰能力和环境适应能力较强、探测视角相对较大、探测灵敏度高的红紫外复合火焰探测器。
为了实现上述的目的，本实用新型的红紫外复合火焰探测器具有如下构成该红紫外复合火焰探测器，包括壳体、嵌装于壳体上的窄带滤光片、窄带滤光片后壳体内部的红紫外线传感功能电路，其主要特点是，所述的红紫外线传感功能电路包括二路具有不同的接收波段的红外线传感信号处理电路、一路紫外线传感信号处理电路和一个中央处理器，每一路红外线传感信号处理电路均包括依次相连接的红外传感信号匹配电路单元、低噪声前置放大器、多环有源选频放大器、交流可调增益放大器、AD采样和单片机接口电路，所述的单片机接口电路和所述的中央处理器相连接，所述的紫外线传感信号处理电路包括依次相连接的紫外传感信号匹配电路单元、调节触发电路单元和紫外传感器自动触发逻辑电路，所述的紫外传感信号匹配电路单元还依次连接有紫外信号接收电路单元和紫外脉冲信号调节电路单元，所述的紫外脉冲信号调节电路单元和调节触发电路单元均与所述的中央处理器相连接。
所述的红外传感信号匹配电路单元包括红外线传感器接收单元和与之相连接的自举电路单元，所述的红外线传感器接收单元由场效应管、串联连接于该场效应管栅极的传感元和耦合电容、与该传感元和耦合电容相并联的输入偏置电阻组成，所述的自举电路单元跨接于该场效应管的漏极与源极之间。
所述的传感元为钽酸锂薄片灵敏元。
所述的两个红外线传感器接收单元所接收的红外线波长分别为3.8μm和4.3μm。
所述的低噪声前置放大器为级联的多级放大器，其中第一级放大器为PF5301-1场效应管放大器。
所述的多环有源选频放大器为三阶有源带通滤波器，且该带通滤波器的中心频率为10Hz，带宽为2.3Hz，增益为2.8倍。
所述的交流可调增益放大器的放大增益为20～100倍。
所述的AD采样和单片机接口电路包括一参考电压可调式差动放大器，所述的交流可调增益放大器和参考电压可调式差动放大器的输出端均与所述的中央处理器的采样输入端相连接，该中央处理器的PWM输出端与所述的参考电压可调式差动放大器的输入端相连接。
所述的紫外传感信号匹配电路单元包括紫外线传感器接收单元和与之相连接的升压电路。
所述紫外线传感器接收单元为真空的光电倍增管，所述的升压电路包括触发三极管和连接于该触发三极管集电极的升压变压器。
所述的紫外线传感器接收单元所接收的紫外线波长范围为180纳米～260纳米。
所述的调节触发电路单元包括依次相连接的可调占空比施密特触发器和可调周期施密特触发器，所述的可调占空比施密特触发器的输出端与所述的升压电路的输入端相连接，所述的中央处理器的输出端与该可调周期施密特触发器的输入端相连接。
所述的紫外脉冲信号调节电路单元包括依次相连接的紫外脉冲信号整形电路和信号脉冲宽度扩展电路，所述的紫外信号接收电路单元的输出端连接于该紫外脉冲信号整形电路的输入端，该信号脉冲宽度扩展电路的输出端连接于所述的中央处理器的输入端。
采用了该实用新型的红紫外复合火焰探测器，由于其具有两个波长的红外火焰传感器和一个紫外火焰探测器，通过三个火焰传感器对火灾进行监控和检测，三个波长的传感器的采样信号同时采样，从而灵敏度更高，可靠性更强；同时，紫外传感器相对红外传感器灵敏度高、反应速度快，因而适用于需要对火灾进行快速反应的场合，探测火灾的范围包括火灾发生时辐射出来的紫外线和红外线检测，使探测器更加准确的探测到火灾的发生；不仅如此，本实用新型的红紫外复合火焰传感器能够最大限度地接收火焰发出的辐射能，最低限度地接收非火灾干扰源，检测红外频谱范围在3.5～5.0微米范围，紫外频谱范围在180nM～260nM范围、振荡频率在5至25赫兹的火焰辐射能，并对三个传感器采集信号的变化比率和对应关系进行数据分析，仅对火焰特征频谱范围内的辐射发出报警，具有了非常高的防误报警能力；而克服了探测灵敏度与误报警的矛盾，既具有极高的火灾探测灵敏度，又具有传统火焰探测器所不具备的非火灾干扰源识别能力；同时本实用新型的探测器克服了红外传感器不宜在震动、晃动的环境下使用的缺陷，使其灵敏度和探测器距离大大提高；而且该探测器的探测视场角可以达到120度的探测范围，保护面积大，探测保护距离和探测灵敏度高，实现了精确报警，满足了防爆和防护要求；不仅如此，在生产工艺要求上，本探测器的电路模块化设计，降低了产品的工艺安装要求，并使得探测器抗电磁干扰能力强，可靠性高，而且安装简单快速，维护和维修方便。
图1为碳氢类化合物燃烧的辐射光谱示意图。
图2为红外传感器工作原理示意图。
图3为当光线为倾斜角度辐射红外传感器情况下的示意图。
图4为红外火焰探测器的监视范围示意图。
图5为本实用新型的红外线传感信号处理电路的功能模块示意图。
图6为本实用新型的红外线传感器接收单元的电路原理图。
图7为本实用新型的红外传感信号匹配电路单元的电路原理图。
图8为本实用新型的低噪声前置放大器的电路原理图。
图9为本实用新型的多环有源选频放大器的电路原理图。
图10为本实用新型的交流可调增益放大器的电路原理图。
图11为本实用新型的AD采样和单片机接口电路的工作原理图。
图12为本实用新型的参考电压可调式差动放大器的电路原理图。
图13为本实用新型的紫外线传感信号处理电路的功能模块示意图。
图14为本实用新型的紫外线传感信号处理电路原理图。
图15为本实用新型的电源供电部分的电路原理图。
图16为本实用新型的继电器驱动电路的原理图。
图17为本实用新型的中央处理器电路的原理图。
图18为本实用新型的智能总线接口电路的原理图。
图19为本实用新型的红紫外复合火焰探测器对火焰的响应曲线示意图。
图20为本实用新型的红紫外复合火焰探测器对热物体的响应曲线示意图。
图21a、图21b分别为本实用新型的红紫外复合火焰探测器的两种安装方式示意图。
图22为本实用新型的红紫外复合火焰探测器在隧道中安装使用的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图5和图13所示，该红紫外复合火焰探测器，包括壳体、嵌装于壳体上的窄带滤光片、窄带滤光片后壳体内部的红紫外线传感功能电路，其中，所述的红紫外线传感功能电路包括二路具有不同的接收波段的红外线传感信号处理电路、一路紫外线传感信号处理电路和一个中央处理器，每一路红外线传感信号处理电路均包括依次相连接的红外传感信号匹配电路单元1、低噪声前置放大器2、多环有源选频放大器3、交流可调增益放大器4、AD采样和单片机接口电路5，所述的AD采样和单片机接口电路5和所述的中央处理器相连接，所述的紫外线传感信号处理电路包括依次相连接的紫外传感信号匹配电路单元、调节触发电路单元和紫外传感器自动触发逻辑电路U2B，所述的紫外传感信号匹配电路单元还依次连接有紫外信号接收电路单元U2C和紫外脉冲信号调节电路单元，所述的紫外脉冲信号调节电路单元和调节触发电路单元均与所述的中央处理器相连接。在实际使用当中，所述的二路红外线传感信号处理电路的参数是一致的。
再请参阅图6和图7所示，所述的红外传感信号匹配电路单元1包括红外线传感器接收单元S1和与之相连接的自举电路单元，所述的红外线传感器接收单元由场效应管、串联连接于该场效应管栅极G的传感元Cd和耦合电容Ca、与该传感元Cd和耦合电容Ca相并联的输入偏置电阻Ri组成，所述的传感元Cd为钽酸锂薄片灵敏元；所述的自举电路单元3DJ2H跨接于该场效应管的漏极D与源极S之间。
同时，所述的两个红外线传感器接收单元所接收的红外线波长分别为3.8μm和4.3μm，这是因为火焰的中心频率是4.3μm，而3.8μm的传感器不对火焰信号相应；但两个传感器对热物体(非火焰信号)的相应强度是一样的。
同时，本实用新型的探测器的红外频谱是通过嵌入在中央处理器CPU内部的软件来选择的，也就是文中提到的人工智能算法，电路只是把传感器的信号进行采样和整形处理。
其中的人工智能算法包括(1)火焰特征频率算法，实现对红外传感器采样到火焰信号进行分析和计算火焰的频率，因为火焰的频率范围在5～25Hz的范围内跳动，所以算法只分析5～25Hz的传感器信号。
(2)火焰变化率算法。
(3)两路传感器信号对比关系算法，因为3.8微米的传感器不对火焰信号反应，对火焰信号反应的传感器是4.3微米的传感器，通过两个传感器的相对信号的比较，可以正确检测到火灾。
在实际使用当中，Cd为钽酸锂薄片灵敏元，为电容性信号源，其直流阻抗在1013欧数量级。G为低噪声J-FET，Ri为G的输入偏置电阻，数量级为2×1011欧左右。如果Cd与J-FET直接耦合，则传感器的电压响应频率将远大于火焰的特征频率(5～25Hz)，所以要插入Ca电容耦合，抑制干扰的串入。又因G的结电容及传感器中寄生的分布电容，使G的输入端存在一个非实体的等效输入电容Ci，与输入电阻Ri组成了一个达到秒级的RC电容时间常数，因此，匹配级电路的设计应尽量减小Ci的数值，所以电路中必须加入一个自举电路单元来尽可能减小Ci的数值，其中自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗、降低输入电容Ci的电路，该电路中使用结型场效应管3DJ2H，把红外传感器的输出反馈到效应管3DJ2H的输入端，红外线传感器接收单元S1接收到火焰信号的时候，信号反馈到3DJ2H的输入端，场效应管3DJ2H强制拉高红外线传感器接收单元S1的阳极电压，从而减小了对下一级的输入回路索取电流，提高了输入阻抗，降低了输入电容。因此，自举电路常应用于传感器的输出阻抗很高的测量放大电路中。如电容式、压电式、热释电(红外传感器属于热释电传感器)传感器的测量放大电路。
再请参与图8所示，所述的低噪声前置放大器2为级联的多级放大器，其中第一级放大器为PF5301-1场效应管放大器。
在实际使用当中，对于多级放大器，级联网络噪声主要来自第一级噪声，因此做好第一级低噪声放大器使至关重要的，它将决定能否良好的发挥传感器原有的性能。通常在现有技术中，大多数的低噪声前置放大器设计中，第一级多用J-FET担当，而本实用新型中使用的J-FET型号为PF5301-1的场效应管，具有良好的工作稳定性和低噪声的特点。
再请参阅图9所示，所述的多环有源选频放大器3为三阶有源带通滤波器3，主要根据火焰的闪烁频率，中心频率在10Hz左右，因此根据这个参数，本实用新型中设定带通滤波器3的中心频率为10Hz，带宽为2.3Hz的范围，增益为2.8倍。
再请参阅图10所示，所述的交流可调增益放大器4的放大增益为20～100倍。在实际使用当中，由于该级无特殊要求，传感器经前置放大器和选频放大器放大后，其输出信号的噪声增益和后续数字电路可识别处理无法满足，因此尚需要再放大20～100倍，可以由普通的可调增益放大器4来完成这个功能。
再请参阅图11和12所示，所述的AD采样和单片机接口电路5包括一参考电压可调式差动放大器51，所述的交流可调增益放大器4和参考电压可调式差动放大器51的输出端均与所述的中央处理器的采样输入端(I1+和I1-；I2+和I2-)相连接，该中央处理器的PWM输出端与所述的参考电压可调式差动放大器41的输入端相连接。
在实际使用当中，由于中央处理器CPU的AD采样输入端使用的是差动放大器输入，同时传感器的直流电压输出是随环境温度、环境光的强度等环境因素而变化，所以需要对采样输出信号进行跟踪和调整。
再请参阅图13和图14所示，所述的紫外传感信号匹配电路单元包括紫外线传感器接收单元S3和与之相连接的升压电路91；所述紫外线传感器接收单元S3为真空的光电倍增管S3，所述的升压电路91包括触发三极管Q7BD237和连接于该触发三极管Q7BD237的集电极的升压变压器T1；所述的调节触发电路单元包括依次相连接的可调占空比施密特触发器U2A和可调周期施密特触发器U3B，所述的可调占空比施密特触发器U2A的输出端与所述的升压电路91的触发三极管Q7BD237基极输入端相连接，所述的中央处理器的输出端与该可调周期施密特触发器U3B的输入端相连接；所述的紫外脉冲信号调节电路单元包括依次相连接的紫外脉冲信号整形电路U2D和信号脉冲宽度扩展电路U3A，所述的紫外信号接收电路单元U2C的输出端连接于该紫外脉冲信号整形电路U2D的输入端，该信号脉冲宽度扩展电路U3A的输出端连接于所述的中央处理器的输入端。
在实际使用当中，紫外线传感器接收单元S3采用内部真空的光电倍增管，需要很高的电源电压才能驱动，要求是320VDC～350VDC的工作电压，电路中，升压变压器T1的匝数比是1∶70，变压器的输入电压是5VDC，输出电压是350VDC，Q7BD237三极管是变压器的触发三极管。同时，软件只需要对紫外线传感器接收单元S3工作提供触发信号，同时接收紫外线传感器接收单元S3输出的触发信号，而且紫外线传感器接收单元S3只在接收到紫外线信号的时候才有输出，在没有紫外线信号的状态下，是没有任何信号输出的；本实用新型的探测器在没有检测到火焰信号的时候，紫外线传感器接收单元S3是由紫外传感器自动触发逻辑电路U2B提供工作触发电压，触发的脉冲宽度是10微秒，触发周期是50毫秒；当软件检测到有火焰信号，软件则会自动转换到紫外传感器主动触发状态，结合前述的算法，判断是否有火灾的发生；而且，本实用新型的探测器使用了三个火焰探测传感器，只有红外部分和紫外部分的传感器同时检测到火焰信号，探测器才会发出报警信号(通过继电器输出)。
基于以上，由于紫外线传感器接收单元S3采用的是调制的方式工作，实际上和数字电路工作原理相似，因此控制紫外线传感器接收单元S3工作的是数字信号，接收到紫外线传感器接收单元S3反应火焰的信号也是数字信号。
不仅如此，所述的紫外线传感器接收单元所接收的紫外线波长范围为180纳米～260纳米，该探测的频谱范围的确定依据如下
(1)火焰在燃烧的时候发射出来的频谱是全波长的，包含了从紫外波长到远红外波长，其中包括了可见光部分。
(2)本实用新型的探测器选用的紫外传感器的接收频谱范围是180纳米到260纳米，该范围不在可见光的范围内，可以使探测器对可见光(比如阳光可见光部分、灯光、热物体等非紫外辐射物体)有很强的抗干扰能力。
(3)虽然火焰中的紫外成分不多，没有红外成分占的比例高，但紫外线传感器接收单元S3的工作原理和光电倍增管的工作原理相同，灵敏度非常高，完全能满足本实用新型的探测器的设计要求。
除此之外，本实用新型的红紫外复合火焰探测器还具有如下创新的设计1.电源供电部分电源部分使用高效率的开关电源转换模块(DC-DC)，转换效率可以达到95％以上，输入电压可以在18～30V，使探测器对供电电源的要求不高，适应实际使用的要求。
请参阅图15所示，其具有如下特点(1)输入使用防止用户电源反接电路，当电源的极性接反时，探测器不工作，也不影响到其他探测器的正常工作；(2)使用可恢复保险管F1(型号时MF-R020，允许通过的电流为200mA)，当探测器内部故障，导致内部电源短路或者使用电路超过200mA，可恢复保险管自动断开和电源的连接，不会影响到整改系统的正常运行。
(3)电源转换器件使用美国国家半导体公司的LM2575系列DC-DC转换芯片，工作稳定，效率高。
2.继电器驱动方式再请参阅图16所示，其中的电路特点如下(1)使用高灵敏度的欧姆龙继电器，型号G5V-2-H的24V继电器，触点允许的容量较大(2A/30VDC)，动作电流低(动作电流为24V/10mA)。
(2)增加继电器误动作控制(CLR)，和RELC1、RELC2的两个继电器控制端组成了一个单非三输入的与门，探测器刚刚上电的时候，CPU的输出口状态不稳定，但要么全是高电平或者全是低电平，这样继电器在上电的时候是不会误动作的。
3.中央处理器(CPU)的使用和电路再请参阅图17所示，其中的电路特点如下(1)使用16位处理能力的工业级微处理器(CPU)，工作频率可以达到66MHz。
(2)CPU自带16位模拟-数字转换器(A/D转换器)，通过程序控制，可以实现24位的采样精度，实现办法是通过两次采样叠加，每次采样的精度是12位，本实用新型的探测器对传感器的信号采样是使用24位的采样，保证CPU读到的传感器信号的精度高。
(3)该CPU可以实现在线软件调试，电路中预留了调试接口。
4.智能总线接口电路再请参阅图18所示，其中的电路特点如下(1)实现探测器和火灾报警控制器的智能连接，是火灾报警控制器可以通过智能总线的通讯协议，监视探测器的运行状态。
(2)如果该电路模块不焊接，探测器将是一个只有开关量输出(继电器输出)的普通型探测器。
本实用新型的红紫外复合火焰探测器工作原理如下红紫外复合火焰探测器通过探测碳氢化合物燃烧产生的不同波长的红外和紫外辐射能量，通过不同的信号处理通道，在中红外光谱区和紫外光谱区分别对火焰信号和背景干扰信号的辐射变化进行响应、运算和分析，实现火焰的快速响应并抑制误报警。
图1为碳氢类化合物燃烧的辐射光谱图，从图中可以看出，火源释放的能量横跨了紫外、可见光和红外等电磁辐射波段，且大部分能量集中在红外波段、不同波长的红外辐射能量不同。红外段4.3微米附近出现的曲线凸起部分是被称为CO2共鸣的CO2原子团发光光谱，它比火焰中其它原子、分子或基团所发出的线状或带状光谱具有绝对大的辐射强度。红外段3.8微米附近凹下的部分是CO2辐射强度最弱的光谱，用以识别热物体发出的红外辐射。
火灾火焰的一个重要特征是其辐射能量有闪烁效应。闪烁频率虽受风等周围环境的影响，但是基本在0.5Hz到30Hz范围之内。而热物体发出的红外和紫外辐射光谱既不同于火焰发出的辐射光谱，又不具有火焰的闪烁特性。因此，红紫外复合火焰探测器通过对特征波长的红外和紫外辐射的能量及闪烁性来识别火焰，实现火焰的快速响应，并非常有效地抑制误报警。
请参阅图19所示，其为红紫外复合火焰探测器对火焰的响应曲线示意图，其中曲线61为探测器对火焰辐射特征光谱的响应曲线，曲线62为探测器对火焰发出的热辐射响应曲线。探测器能够实现火焰的快速响应和报警。
再请参阅图20所示，其为探测器对热物体的响应曲线示意图，其中曲线71为探测器对热物体发出特征辐射响应曲线，曲线72为火焰辐射特征光谱的响应曲线，二者同步响应。探测器能够有效地抑制非火焰报警。
其技术参数如下表所示
在实际应用的场合，本实用新型的探测器具有如下优点(1)距离长、灵敏度高探测器的探测距离的轴线最远探测距离可长达60米。(在0.7m*0.7m汽油火下)。
(2)监视角度大、监视范围广探测器具有120度的视角，配合最远60米的监视距离，监视范围广。
(3)防误报警能力强探测器对电焊、日光、人工光源、热辐射、电磁干扰、机械振动等均具有极强的抗干扰性。
(4)自适应、自检测功能可靠的故障自诊断，自动根据探测窗口污染情况调节探测灵敏度，污染低于50％时探测距离无变化。
(5)防护等级高防尘、防水、防爆，适用于各种环境恶劣使用场所。
(6)安装使用方便、维护成本低探测器具有火警继电器、故障继电器输出接口，可方便地配合各种火灾报警系统的使用；具有非常灵活的视角调节方式，可实现180度范围内的任意角度调节；可直接用酒精清洗外监视窗口。
本实用新型的红紫外复合火焰探测器的适用范围如下(1)适用于无烟液体和气体火灾以及产生烟的明火火灾探测，诸如含碳材料的明火燃烧(木材、塑料、酒精、油类产品、气体等)，不适用于对某些化学物质(如磷、钠、镁、硫、氢等物质)燃烧的探测。
(2)其适用场所通常包括但不局限于●公路隧道、铁路隧道●共同沟●电厂●军需品、爆炸物仓库●硅烷储藏库●化学制品装载区●油、气、石化产品生产厂●危险品仓库再请参阅图21a、21b所示，其中图21a为在侧面墙的安装示意图，图21b为在顶面墙的安装示意图。安装过程中的基本原则如下探测器应该对警戒区内各可能发生的火灾均保持直接入射，尽量避免间接入射(反射)。
图中的81为调节探测器左右摆角方向的螺钉，82为调节上下仰角的螺钉，方向调节好后需要把这两组螺钉固定拧紧，这样才能确保安装牢固和定位精确。
同时，本实用新型的双波段火焰探测器接线方法如下
黄/白——故障继电器的无源常闭触点输出，负载能力为2A/30VDC蓝/绿——火警继电器的无源常开触点输出，负载能力为2A/30VDC黑——+24V可复位供电电源负线红——+24V可复位供电电源正线其布线要求为所有信号线均采用Rvs-2×1.5mm线，信号电缆要走单独缆架与动力电缆隔开。
再请参阅图22所示，其为本实用新型的红紫外复合火焰探测器在隧道中安装使用的具体例子。
隧道火灾往往由与汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸、电力电气线路短路等事故引发，其火灾特点是起火速度快、明火事故多于阴燃火。
由于隧道环境密闭、交通量大、人员密集，逃生和救援工作相当困难，若一旦发生火灾后不能迅速报警和及时处理，将导致交通堵塞、重大人员伤亡和财产损失。
任何火灾探测方案，首先需要考虑的是选用什么样的火灾探测方式，才能够迅速、准确地实现火灾探测及火灾报警。鉴于隧道火灾的特点，目前隧道火灾探测使用较多的火灾探测方案是火焰探测、光纤(或感温电缆)感温探测、空气管式火灾探测。
由于隧道往往具有距离长、分散、通讯相对不便利等特点，除了火灾探测的方案选择外，还需要着重考虑的问题是火灾报警控制器总线传输距离、火灾报警控制主机之间的联网方式、通讯方式。
光纤(或感温电缆)感温探测方式、空气管式火灾探测都属于线型感温探测方式，其基本原理都是根据火灾发生后产生的热气流或热烟雾上升到隧道顶部后，引起隧道顶部的温度变化，然后根据温度变化量(温差探测)或温度变化值(定温探测)来实现火灾探测和火灾报警。
隧道由于终年阴冷且保持一定风速(2～10米/秒)，给感温探测机理带来不稳定性和滞后性。同样规模火灾产生的热气流或热烟雾，在环境温度低的情况下，温度上升慢；在环境温度高的情况下，温度上升快。在风速高的情况下，温度上升慢；风速低的情况下，温度上升快。这样，如果火灾探测的灵敏度设置过高(温差小或定温值低)，则容易出现误报警；反之，若灵敏度设置过低(温差大或定温值高)，则容易出现报警大幅度滞后与火灾，甚至不能报警。
相比之下，火焰探测方式具有响应速度快、灵敏度高、保护面积大、不受环境变化的影响，目前是隧道火灾探测中最为成熟和有效的解决方案。
在隧道中，通常是由于汽车事故引发火灾，而且引发的火灾往往直接产生明火(汽油泄漏燃烧)，因此通常使用红紫外复合火焰探测器与手动火灾报警按钮相结合的方式，实现火灾自动报警以及交通管制等自动控制。
隧道火灾探测系统的构成方案通常为(1)在隧道口的管理室内设置火灾报警控制主机，在隧道中每间隔50米的距离，设置一只火焰探测器，通过火焰探测实现火灾自动报警；每间隔50米同时设置一只手动报警按钮和一只声光报警器，用于火灾手动报警，并发出声音、闪光报警信号。
(2)若隧道较长(超过1500米)，通常火灾报警控制主机的总线长度不能超过1500米，此时应采用总线中继器延长总线距离，或者另行设置一台火灾报警控制主机，多台火灾报警控制主机之间进行联网。
(3)若多个隧道构成隧道群，在中央控制室或管理中心，应将所有报警控制器的信息反映到中央控制室，此时宜采用长距离联网方式(如光纤)将所有报警控制主机进行联网。
(4)根据本实用新型的红紫外复合火焰探测器的探测原理可知，红紫外复合火焰探测器的监视范围为抛物线锥体形，监视范围与最大探测距离、探测角度有关。另外，由于红紫外复合火焰探测器是被动式探测原理，必须当火焰处于有效监视范围情况下才能实现火灾探测。因此，在实际应用中，选择恰当的安装方式，使得红紫外复合火焰探测器有效对准监视区域，防止障碍物遮挡，变得至关重要，否则不能达到探测效果。
因此需要选择恰当的安装角度，避免探测盲区(1)隧道具有长度大，高度、宽度小的特点(高度通常不超过10米、宽度通常不超过20米)。红紫外复合火焰探测器的监视范围为抛物线锥体且轴线方向探测距离最长，因此，在安装时应将红紫外复合火焰探测器的轴线方向正对(或背对)隧道的通行方向，这样，使得红紫外复合火焰探测器的有效监视范围覆盖隧道的探测区域，避免探测盲区。
(2)假设隧道宽度为A米，隧道高度为B米，红紫外复合火焰探测器的安装间距为50米。探测器的安装角度为水平安装角度＝arc tan(B/50)，垂直安装角度＝arc tan(A/50)。
(3)探测器具有长达60米的轴线探测距离，因此，只要按照规定的安装角度，完全能够避免探测盲区。
同时应当选择恰当的安装高度，避免因障碍物引起的探测盲区(1)隧道火灾通常由车辆事故或故障引发，事故车辆容易对早期火焰形成遮挡，影响火灾的早期探测。
(2)鉴于本实用新型的红紫外复合火焰探测器的监视范围为抛物线锥体形状，因此，为避免障碍物的遮挡，应尽量提高火焰探测器的安装高度，以俯视状态监视探测区域，能够最大限度地减少障碍物造成的探测盲区。
(3)考虑到施工的便利性，建议将探测器的安装位置为隧道壁距隧道顶部20-30厘米处。
(4)考虑到在某些隧道应用中，客户可能采用预埋安装方式，将红紫外复合火焰探测器、手动报警按钮、声光报警器集中安装到一个预埋箱中。探测器也提供了这种安装方式的解决方案，即选用探测器隧道应用组件的方式进行安装。
采用了上述的红紫外复合火焰探测器，由于其具有两个波长的红外火焰传感器和一个紫外火焰探测器，通过三个火焰传感器对火灾进行监控和检测，三个波长的传感器的采样信号同时采样，从而灵敏度更高，可靠性更强；同时，紫外传感器相对红外传感器灵敏度高、反应速度快，因而适用于需要对火灾进行快速反应的场合，探测火灾的范围包括火灾发生时辐射出来的紫外线和红外线检测，使探测器更加准确的探测到火灾的发生；不仅如此，本实用新型的红紫外复合火焰传感器能够最大限度地接收火焰发出的辐射能，最低限度地接收非火灾干扰源，检测红外频谱范围在3.5～5.0微米范围，紫外频谱范围在180nM～260nM范围、振荡频率在5至25赫兹的火焰辐射能，并通过运算处理能力极强的处理器，对三个传感器采集信号的变化比率和对应关系进行数据分析和运算处理，仅对火焰特征频谱范围内的辐射发出报警，具有了非常高的防误报警能力；而克服了探测灵敏度与误报警的矛盾，既具有极高的火灾探测灵敏度，又具有传统火焰探测器所不具备的非火灾干扰源识别能力；同时本实用新型的探测器克服了红外传感器不宜在震动、晃动的环境下使用的缺陷，使其灵敏度和探测器距离大大提高；而且该探测器的探测视场角可以达到120度的探测范围，保护面积大，探测保护距离和探测灵敏度高，实现了精确报警，满足了防爆和防护要求；不仅如此，在生产工艺要求上，本探测器的电路模块化设计，降低了产品的工艺安装要求，并使得探测器抗电磁干扰能力强，可靠性高，而且安装简单快速，维护和维修方便。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求1.一种红紫外复合火焰探测器，包括壳体、嵌装于壳体上的窄带滤光片、窄带滤光片后壳体内部的红紫外线传感功能电路，其特征在于，所述的红紫外线传感功能电路包括二路具有不同的接收波段的红外线传感信号处理电路、一路紫外线传感信号处理电路和一中央处理器，每一路红外线传感信号处理电路均包括依次相连接的红外传感信号匹配电路单元、低噪声前置放大器、多环有源选频放大器、交流可调增益放大器、AD采样和单片机接口电路，所述的单片机接口电路和所述的中央处理器相连接，所述的紫外线传感信号处理电路包括依次相连接的紫外传感信号匹配电路单元、调节触发电路单元和紫外传感器自动触发逻辑电路，所述的紫外传感信号匹配电路单元还依次连接有紫外信号接收电路单元和紫外脉冲信号调节电路单元，所述的紫外脉冲信号调节电路单元和调节触发电路单元均与所述的中央处理器相连接。
2.根据权利要求1所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的红外传感信号匹配电路单元包括红外线传感器接收单元和与之相连接的自举电路单元，所述的红外线传感器接收单元由场效应管、串联连接于该场效应管栅极的传感元和耦合电容、与该传感元和耦合电容相并联的输入偏置电阻组成，所述的自举电路单元跨接于该场效应管的漏极与源极之间。
3.根据权利要求2所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的传感元为钽酸锂薄片灵敏元。
4.根据权利要求2或3所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的两个红外线传感器接收单元所接收的红外线波长分别为3.8μm和4.3μm。
5.根据权利要求1所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的低噪声前置放大器为级联的多级放大器，其中第一级放大器为PF5301-1场效应管放大器；所述的多环有源选频放大器为三阶有源带通滤波器，且该带通滤波器的中心频率为10Hz，带宽为2.3Hz，增益为2.8倍；所述的交流可调增益放大器的放大增益为20～100倍。
6.根据权利要求1所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的AD采样和单片机接口电路包括一参考电压可调式差动放大器，所述的交流可调增益放大器和参考电压可调式差动放大器的输出端均与所述的中央处理器的采样输入端相连接，该中央处理器的PWM输出端与所述的参考电压可调式差动放大器的输入端相连接。
7.根据权利要求1所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的紫外传感信号匹配电路单元包括紫外线传感器接收单元和与之相连接的升压电路，所述紫外线传感器接收单元为真空的光电倍增管，所述的升压电路包括触发三极管和连接于该触发三极管集电极的升压变压器。
8.根据权利要求7所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的紫外线传感器接收单元所接收的紫外线波长范围为180纳米～260纳米。
9.根据权利要求7或8所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的调节触发电路单元包括依次相连接的可调占空比施密特触发器和可调周期施密特触发器，所述的可调占空比施密特触发器的输出端与所述的升压电路的输入端相连接，所述的中央处理器的输出端与该可调周期施密特触发器的输入端相连接。
10.根据权利要求7或8所述的红紫外复合火焰探测器，其特征在于，所述的紫外脉冲信号调节电路单元包括依次相连接的紫外脉冲信号整形电路和信号脉冲宽度扩展电路，所述的紫外信号接收电路单元的输出端连接于该紫外脉冲信号整形电路的输入端，该信号脉冲宽度扩展电路的输出端连接于所述的中央处理器的输入端。
专利摘要本实用新型涉及红紫外复合火焰探测器，其中红紫外线传感功能电路包括二路红外线传感信号处理电路、一路紫外线传感信号处理电路和一中央处理器，红外线传感信号处理电路包括依次相连的红外传感信号匹配电路单元、低噪声前置放大器、多环有源选频放大器、交流可调增益放大器、AD采样和单片机接口电路，紫外线传感信号处理电路包括依次相连的紫外传感信号匹配电路单元、调节触发电路单元和传感器自动触发逻辑电路，紫外传感信号匹配电路单元依次连有信号接收电路单元和脉冲信号调节电路单元。采用该种结构的红紫外复合火焰探测器，具备了非常高的防误报警能力，灵敏度和探测器距离高，抗电磁干扰能力强，可靠性高，安装简单，维护和维修方便。
文档编号G08B17/12GK2932336SQ20062004079
公开日2007年8月8日 申请日期2006年4月4日 优先权日2006年4月4日
发明者张 杰 申请人:上海安誉智能科技有限公司