本实用新型涉及火焰探测技术领域。更具体地，涉及一种基于闪烁频率的光谱火焰探测器。
背景技术：
火灾探测器是消防火灾自动报警系统中，对现场进行探查，发现火灾的设备，用于火警报警及启动火灾抑制措施。目前国内外主要火灾探测器类型有感烟火灾探测器、感温火灾探测器、气体型火灾探测器和光谱火灾探测器。其中感烟火灾探测器、感温火灾探测器和气体型火灾探测器由于其探测机理限制，对实际火灾响应时间过长，甚至由于探测参量不能够到达探测器而出现漏报现象。由于光谱火灾探测器具有响应速度快、探测距离远和环境适应性好等特点，所以目前一般都采用光谱火灾探测器进行火灾探测。
燃烧火焰具有各种特性，如发热程度、电离状态、火焰不同部位的辐射、光谱及火焰的脉动或闪烁现象、差压、音响等，均可用来检测火焰的“有”或“无”。所有的燃料燃烧都辐射一定量的紫外线和大量的红外线，且光谱范围涉及红外线、可见光及紫外线。因此，整个光谱范围都可以用来检测火焰的“有”或“无”。由于不同种类的燃料，其燃烧火焰辐射的光线强度不同，相应采用的火焰检测元件也会不一样。一般说来，煤粉火焰中除了含有不发光的CO2和水蒸气等三原子气体外，还有部分灼热发光的焦炭粒子和炭粒，它们辐射较强的红外线、可见光和一些紫外线，而紫外线往往容易被燃烧产物和灰粒吸收而很快被减弱，因此煤粉燃烧火焰宜采用可见光或红外线火焰检测器。而在用于暖炉和点火用的油火焰中，除了有一部分CO2和水蒸气外，还有大量的发光碳黑粒子，它也能辐射较强的可见光、红外线和紫外线，因此可采用对这三种火焰较敏感的检测元件进行测量。而可燃气体作为主燃料燃烧时，在火焰初始燃烧区辐射较强的紫外线，此时可采用紫外线火焰检测器进行检测。
除辐射稳态电磁波外，所有的火焰均呈脉动变化。例如，在10-20Hz的低频范围内，煤粉与油有火与无火之间闪烁强度的差异都很小；煤粉有火与无火之间辐射强度最大差异处的闪烁频率约300Hz；油有火与无火之间区别都要在100Hz以上频率才能较好地实现检测。闪烁频率与辐射强度之间的关系取决于燃烧器结构布置、检测方法、燃料种类、燃烧器的运行条件以及观察角度等因素。一般来说：1)火焰闪烁频率在火焰的初始燃烧器较高，然后向燃烬区依次降低；2)检测器距火焰初始燃烧区越近，检测到的高频成分(100—400Hz)越强；3)检测器探头视角越狭窄，所检测到的火焰信号越真实；反之亦然。
因此，需要提供一种基于火焰燃烧特性的，具有高防误报特性，能够实现高速、高灵敏度火焰探测的火焰探测器。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于火焰燃烧辐射及脉动变化特性的，具有高防误报特性，能够实现高速、高灵敏度火焰探测的火焰探测器。
为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种基于闪烁频率的光谱火焰探测器，该探测器包括感测单元、计算单元和处理单元，其中：
感测单元，包括感测第一波长的辐射并输出第一信号的第一辐射传感器，及感测红外辐射并输出第二信号的光敏感测器。第一辐射传感器用于感测特征波长的辐射信号并将该辐射信号转化为电信号输出。辐射信号的强度与电信号的幅值线性正相关，即电信号的幅值用于反映对应辐射信号的强度。光敏感测器用于感测待测物辐射的红外信号，并将该红外信号转化为电信号，能够表征光敏感测器感测到的光强。
计算单元，基于第二信号计算待测物闪烁频率。进行闪烁频率计算时，可以根据光敏感测器感测到的红外信号的波形图，计算相邻/不相邻的两个波峰/波谷的时间间隔，进一步计算出闪烁频率。
处理单元，基于第一信号和待测物闪烁频率判断是否存在火焰及发出报警信号。
优选地，第一波长为4.4微米。任何燃料在燃烧时，都会不同程度地向外辐射可见光和红外线等光波。燃料不同，辐射出的光波段就不同。燃烧条件不同，火焰辐射光波在各波段上的可检测性也不同。
实际中，碳氢化合物火灾发生时所产生的明火，具有其特有的光谱特性。火源释放的能量大部分能量集中在红外波段且不同波长的红外辐射能量不同。红外段4.4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。
据火焰光谱分析结果，火焰光谱以中心波长4.4微米的波峰最为明显，因其能量幅值最高，有利于提高检测器灵敏度，而且阳光在这个波段有一个较强的吸收峰，普通灯光在4.4微米波长处辐射量也非常微弱可以忽略。所以一般选择4.4微米作为检测波段有利于增强检测器的抗干扰能力，提高可靠性。
优选地，光敏感测器为硫化铅感测器。硫化铅(PbS)感测器包括硫化铅光敏电阻，其对红外线辐射具有很强的敏感性。
燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅光敏电阻感应，转变成电信号，再经放大器处理后，输出4-20mA或0-10V的模拟量。在光谱中，红外线的波长为600nm以上，硫化铅感测器的光谱灵敏度为600nm-3000nm，对绝大部分红外线辐射都可有效采集，同时还涵盖了部分可见光中的红光，这样充分保证采集到火焰信号的真实性。
优选地，当存在第一信号且待测物闪烁频率大于第一阈值时，处理单元判断存在火焰并发出报警信号。第一信号作为燃烧火焰的特征波长，当存在第一信号时，说明待测物具有与待测火焰特征波长相同的波长。进一步地，若待测物闪烁频率大于第一阈值，则处理单元根据待测物辐射的光波的幅值和闪烁频率判断存在火焰并发出报警信号。
优选地，当待测物闪烁频率大于第一阈值且第一信号强度大于第二阈值时，处理单元判断存在火焰并发出报警信号。实际中探测过程中，存在与特征波长相同波长干扰信号的可能。为了避免干扰信号的影响，只有满足存在第一信号且信号的强度大于第一阈值时，确认第一信号存在，说明待测信号是燃烧火焰，判断单元判断存在燃烧火焰。若感测到的第一信号的信号强度小于第一阈值，则认为该第一信号并不能用于排除干扰信号的干扰，即不能说明该待测信号是否为燃烧火焰，火焰探测器需要进行进一步地判断。
优选地，计算单元还用于基于待测物闪烁频率计算闪烁频率变化率。火焰燃烧的闪烁频率会随着燃烧过程的变化而变化。一般地，火焰燃烧初期，闪烁频率不断增大。进行闪烁频率变化率计算时，选取一定时间间隔的两次闪烁频率值，其数值与时间间隔的比值即为闪烁频率变化率。
进一步优选地，当存在第一信号且待测物闪烁频率变化率大于第三阈值时，处理单元判断存在燃烧初期的火焰并发出报警信号。通过设定第三阈值，能够排除闪烁频率变化率波动带来的影响，处理单元更加准确地判断存在燃烧初期的火焰并发出报警信号。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型中的基于闪烁频率的光谱火焰探测器，通过对闪烁频率和特征波长辐射进行综合判断，能够有效避免干扰信号的影响，对火焰的判断具有高防误报特性，能够实现高速、高灵敏度的火焰探测。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出基于闪烁频率的光谱火焰探测器结构原理图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种基于闪烁频率的光谱火焰探测器，该探测器包括感测单元、计算单元和处理单元。感测单元包括感测第一波长的辐射并输出第一信号的第一辐射传感器及感测红外辐射并输出第二信号的光敏感测器。第一辐射传感器用于感测特征波长的辐射信号并将该辐射信号转化为电信号输出。辐射信号的强度与电信号的幅值线性正相关，即电信号的幅值用于反映对应辐射信号的强度。光敏感测器用于感测待测物辐射的红外信号，并将该红外信号转化为电信号，能够表征光敏感测器感测到的光强。计算单元，基于第二信号计算待测物闪烁频率。进行闪烁频率计算时，可以根据光敏感测器感测到的红外信号的波形图，计算相邻/不相邻的两个波峰/波谷的时间间隔，进一步计算出闪烁频率。处理单元，基于第一信号和待测物闪烁频率判断是否存在火焰及发出报警信号。
任何燃料在燃烧时，都会不同程度地向外辐射可见光和红外线等光波。燃料不同，辐射出的光波段就不同。燃烧条件不同，火焰辐射光波在各波段上的可检测性也不同。实际中，碳氢化合物火灾发生时所产生的明火，具有其特有的光谱特性。火源释放的能量大部分能量集中在红外波段且不同波长的红外辐射能量不同。红外段4.4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。据火焰光谱分析结果，火焰光谱以中心波长4.4微米的波峰最为明显，因其能量幅值最高，有利于提高检测器灵敏度，而且阳光在这个波段有一个较强的吸收峰，普通灯光在4.4微米波长处辐射量也非常微弱可以忽略。所以一般选择4.4微米作为检测波段有利于增强检测器的抗干扰能力，提高可靠性。
硫化铅(PbS)感测器包括硫化铅光敏电阻，其对红外线辐射具有很强的敏感性。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅光敏电阻感应，转变成电信号，再经放大器处理后，输出4-20mA或0-10V的模拟量。在光谱中，红外线的波长为600nm以上，硫化铅感测器的光谱灵敏度为600nm-3000nm，对绝大部分红外线辐射都可有效采集，同时还涵盖了部分可见光中的红光，这样充分保证采集到火焰信号的真实性。
本实施例中，第一波长为4.4微米，光敏感测器为硫化铅感测器。
进行判断时，当存在第一信号且待测物闪烁频率大于第一阈值时，处理单元判断存在火焰并发出报警信号。第一信号作为燃烧火焰的特征波长，当存在第一信号时，说明待测物具有与待测火焰特征波长相同的波长。进一步地，若待测物闪烁频率大于第一阈值，则处理单元根据待测物辐射的光波的幅值和闪烁频率判断存在火焰并发出报警信号。
实施例2
如图1所示，一种基于闪烁频率的光谱火焰探测器，该探测器包括感测单元、计算单元和处理单元。感测单元包括感测第一波长的辐射并输出第一信号的第一辐射传感器及感测红外辐射并输出第二信号的光敏感测器。第一辐射传感器用于感测特征波长的辐射信号并将该辐射信号转化为电信号输出。辐射信号的强度与电信号的幅值线性正相关，即电信号的幅值用于反映对应辐射信号的强度。光敏感测器用于感测待测物辐射的红外信号，并将该红外信号转化为电信号，能够表征光敏感测器感测到的光强。计算单元，基于第二信号计算待测物闪烁频率。进行闪烁频率计算时，可以根据光敏感测器感测到的红外信号的波形图，计算相邻/不相邻的两个波峰/波谷的时间间隔，进一步计算出闪烁频率。处理单元，基于第一信号和待测物闪烁频率判断是否存在火焰及发出报警信号。本实施例中，第一波长为4.4微米，光敏感测器为硫化铅感测器。
进行判断时，当待测物闪烁频率大于第一阈值且第一信号强度大于第二阈值时，处理单元判断存在火焰并发出报警信号。实际中探测过程中，存在与特征波长相同波长干扰信号的可能。为了避免干扰信号的影响，只有满足存在第一信号且信号的强度大于第一阈值时，确认第一信号存在，说明待测信号是燃烧火焰，判断单元判断存在燃烧火焰。若感测到的第一信号的信号强度小于第一阈值，则认为该第一信号并不能用于排除干扰信号的干扰，即不能说明该待测信号是否为燃烧火焰，火焰探测器需要进行进一步地判断。
实施例3
如图1所示，一种基于闪烁频率的光谱火焰探测器，该探测器包括感测单元、计算单元和处理单元。感测单元包括感测第一波长的辐射并输出第一信号的第一辐射传感器及感测红外辐射并输出第二信号的光敏感测器。第一辐射传感器用于感测特征波长的辐射信号并将该辐射信号转化为电信号输出。辐射信号的强度与电信号的幅值线性正相关，即电信号的幅值用于反映对应辐射信号的强度。光敏感测器用于感测待测物辐射的红外信号，并将该红外信号转化为电信号，能够表征光敏感测器感测到的光强。计算单元，基于第二信号计算待测物闪烁频率。进行闪烁频率计算时，可以根据光敏感测器感测到的红外信号的波形图，计算相邻/不相邻的两个波峰/波谷的时间间隔，进一步计算出闪烁频率。处理单元，基于第一信号和待测物闪烁频率判断是否存在火焰及发出报警信号。本实施例中，第一波长为4.4微米，光敏感测器为硫化铅感测器。
进行判断时，当存在第一信号且待测物闪烁频率变化率大于第三阈值时，处理单元判断存在燃烧初期的火焰并发出报警信号。通过设定第三阈值，能够排除闪烁频率变化率波动带来的影响，处理单元更加准确地判断存在燃烧初期的火焰并发出报警信号。
本实施例中的基于闪烁频率的光谱火焰探测器对以下干扰信号具有极强的免疫能力，误报率为零：
1、直射或反射的太阳光；
2、距离200米处功率为100瓦的车前大光灯；
3、距离300米处步枪射击火光；
4、距离400米处功率为500瓦的热风机的热辐射；
5、距离500米处功率为200瓦的红外聚光灯辐射；
6、距离500米处电流强度为200安的电弧光。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。