热解粒子探测装置及系统的制作方法

本发明涉及电气火灾探测技术领域，具体而言，涉及一种热解粒子探测装置及系统。

背景技术

现有火灾监控设备，仅是对发生火灾后的烟雾和火焰温度进行探测，无法在可燃物燃烧前进行预警。也即是说，现有的火灾监控设备报警时，火灾已经形成，再进行扑救已经比较困难，从而造成巨大损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种热解粒子探测装置及系统，通过探测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子以及导线发热后发出的光谱数据，在火灾尚未发生时进行预警，有效防止了火灾的发生。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提出一种热解粒子探测装置，包括单片计算机、热解粒子检测单元、光谱检测单元、选择电路、数值比较电路及提示电路，所述热解粒子检测单元和所述光谱检测单元均与所述选择电路电连接，所述选择电路、所述数值比较电路均与所述单片计算机电连接，所述数值比较电路与所述提示电路电连接；所述热解粒子检测单元用于检测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子数目，并将所述粒子数目输出至所述选择电路；所述光谱检测单元用于检测所述发热导线的绝缘外皮的光谱数据，并将所述光谱数据输出至所述选择电路；所述选择电路用于交替式地将所述粒子数目和所述光谱数据输出至所述单片计算机；所述单片计算机用于将所述粒子数目与第一参考值、所述光谱数据与第二参考值输出到所述数值比较电路；所述数值比较电路用于判断所述粒子数目是否达到所述第一参考值以及判断所述光谱数据是否达到所述第二参考值，得到判断结果，并在所述判断结果符合预设条件时，控制所述提示电路发出提示信息。

进一步地，所述数值比较电路用于在所述判断结果为所述粒子数目达到所述第一参考值且所述光谱数据达到所述第二参考值时，控制所述提示电路发出提示信息。

进一步地，所述数值比较电路用于在所述判断结果为所述粒子数目达到所述第一参考值且所述光谱数据达到所述第二参考值的预设百分比时，控制所述提示电路发出提示信息。

进一步地，所述数值比较电路用于在所述判断结果为所述粒子数目达到所述第一参考值的预设百分比且所述光谱数据达到所述第二参考值时，控制所述提示电路发出提示信息。

进一步地，所述热解粒子检测单元包括热解粒子传感器及第一模拟量采样电路，所述热解粒子传感器与所述第一模拟量采样电路电连接，所述第一模拟量采样电路与所述选择电路电连接。

进一步地，所述光谱检测单元包括光谱传感器及第二模拟量采样电路，所述光谱传感器与所述第二模拟量采样电路电连接，所述第二模拟量采样电路与所述选择电路电连接。

进一步地，所述热解粒子探测装置还包括数据存储电路，所述数据存储电路与所述单片计算机电连接，所述数据存储电路用于存储所述第一参考值和所述第二参考值。

进一步地，所述热解粒子探测装置还包括通信电路，所述通信电路与所述单片计算机电连接，所述热解粒子探测装置通过所述通信电路与一上位机通信。

进一步地，所述热解粒子探测装置还包括电源电路，所述电源电路与所述单片计算机电连接。

第二方面，本发明实施例还提出一种热解粒子探测系统，包括上位机以及上述第一方面所述热解粒子探测装置，所述热解粒子探测装置与所述上位机通信连接；所述单片计算机还用于将所述粒子数目和所述光谱数据发送至所述上位机。

相对现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的热解粒子探测装置及系统，该热解粒子探测装置包括单片计算机、热解粒子检测单元、光谱检测单元、选择电路、数值比较电路及提示电路，所述热解粒子检测单元和所述光谱检测单元均与所述选择电路电连接，所述选择电路、所述数值比较电路均与所述单片计算机电连接，所述数值比较电路与所述提示电路电连接；所述热解粒子检测单元用于检测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子数目，并将所述粒子数目输出至所述选择电路；所述光谱检测单元用于检测所述发热导线的绝缘外皮的光谱数据，并将所述光谱数据输出至所述选择电路；所述选择电路用于交替式地将所述粒子数目和所述光谱数据输出至所述单片计算机；所述单片计算机用于将所述粒子数目与第一参考值、所述光谱数据与第二参考值输出到所述数值比较电路；所述数值比较电路用于判断所述粒子数目是否达到所述第一参考值以及判断所述光谱数据是否达到所述第二参考值，得到判断结果，并在所述判断结果符合预设条件时，控制所述提示电路发出提示信息。在本申请中，由于配电箱柜中的导线发生过电流故障时，温度会逐渐升高，但温度还没有达到可燃物的燃点时，不会发生燃烧现象，但是发热导线的绝缘外皮会因导线温度升高而分解出越来越多的粒子，且绝缘外皮的光谱也不断发生变化，故通过探测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子以及光谱数据进行火灾预警，可以提醒人们及时将火灾消灭在萌芽之中，从而有效防止火灾的发生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的热解粒子探测装置的结构框图。

图2示出了本发明实施例所提供的第一模拟量采样电路和第二模拟量采样电路的电路图。

图3示出了本发明实施例所提供的选择电路的电路图。

图4示出了本发明实施例所提供的数据存储电路的电路图。

图5示出了本发明实施例所提供的单片计算机的电路图。

图6示出了本发明实施例所提供的数值比较电路的电路图。

图7示出了本发明实施例所提供的提示电路的电路图。

图8示出了本发明实施例所提供的热解粒子探测系统的结构框图。

图9示出了本发明实施例所提供的通信电路的电路图。

图标：100-热解粒子探测装置；200-热解粒子探测系统；110-单片计算机；120-热解粒子检测单元；130-光谱检测单元；140-选择电路；150-数值比较电路；160-提示电路；170-数据存储电路；180-通信电路；210-上位机；121-热解粒子传感器；122-第一模拟量传感器；131-光谱传感器；132-第二模拟量传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，为本发明实施例所提供的热解粒子探测装置100的结构框图。该热解粒子探测装置100能够对配电箱柜中的发热导线的聚氯乙烯或橡胶绝缘外皮分解出的粒子以及发热时的光谱的变化进行探测，能够在导线过热但尚未起火时，提前预测到发生电气火灾的可能，实现将火灾消灭在萌芽之中。所述热解粒子探测装置100包括单片计算机110、热解粒子检测单元120、光谱检测单元130、选择电路140、数值比较电路150及提示电路160，所述热解粒子检测单元120和所述光谱检测单元130均与所述选择电路140电连接，所述选择电路140、所述数值比较电路150均与所述单片计算机110电连接，所述数值比较电路150与所述提示电路160电连接。

所述热解粒子检测单元120用于检测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子数目，并将所述粒子数目输出至所述选择电路140。

在本实施例中，所述热解粒子检测单元120包括热解粒子传感器121及第一模拟量采样电路，所述热解粒子传感器121与所述第一模拟量采样电路电连接，所述第一模拟量采样电路与所述选择电路140电连接。所述热解粒子传感器121能够对绝缘外皮分解出的粒子进行计数，并将计数结果输出至所述第一模拟量采样电路，其中热解粒子传感器121输出的计数结果为模拟信号，所述第一模拟采样电路将模拟的计数结果转换为数字信号，即上述的粒子数目，然后将该粒子数目输出至所述选择电路140。

所述光谱检测单元130用于检测所述发热导线的绝缘外皮的光谱数据，并将所述光谱数据输出至所述选择电路140。

在本实施例中，所述光谱检测单元130包括光谱传感器131及第二模拟量采样电路，所述光谱传感器131与所述第二模拟量采样电路电连接，所述第二模拟量采样电路与所述选择电路140电连接。所述光谱传感器131为可见光及红外光谱传感器131，用于实时检测发热导线的绝缘外皮的光谱，当温度逐渐上升时，发热部分的光谱也开始由红外光到可见光发生变化，光谱传感器131将检测到的模拟数据输出至所述第二模拟量采样电路，所述第二模拟量采样电路将该模拟数据转换为数字信号，即上述的光谱数据，然后将该光谱数据输出至所述选择电路140。

在本实施例中，所述第一模拟量采样电路和所述第二模拟量采样电路均可采用图2所示的电路结构，其中，adc1为模拟输入端，用于与热解粒子传感器121或光谱传感器131电连接，out为采样后的模拟量输出端，用于与选择电路140电连接。

所述选择电路140用于交替式地将所述粒子数目和所述光谱数据输出至所述单片计算机110。

在本实施例中，所述选择电路140在输出粒子数目和光谱数据时，由单片计算机110控制该选择电路140每次只传送一个数据，该选择电路140将获取的粒子数目和光谱数据交替式地传送给单片计算机110。也即是说，该选择电路140时轮流把所述粒子数目和所述光谱数据输出到单片计算机110。

在本实施例中，所述选择电路140可以采用图3所示的8选1数据选择器，a、b、c为选择控制端，按二进制译码，可从8个数据输入端d0～d7接收的数据中，选择一个需要的数据送到输出端y。具体他，该三个选择控制端与单片计算机110电连接，选择两个数据输入端(例如，选择d0和d1)分别与第一模拟量采样电路和第二模拟量采样电路电连接，输出端y与单片计算机110电连接，当单片计算机110输入到选择控制端的控制指令cba＝000时，选择数据输入端d0接收的数据输出到输出端y，即选择电路140将第一模拟量采样电路输出的粒子数目输出到单片计算机110；当单片计算机110输入到选择控制端的控制指令cba＝001时，选择数据输入端d1接收的数据输出到输出端y，即选择电路140将第二模拟量采样电路输出的光谱数据输出到单片计算机110。

所述单片计算机110用于将所述粒子数目与第一参考值、所述光谱数据与第二参考值输出到所述数值比较电路150。

在本实施例中，所述热解粒子探测装置100还包括数据存储电路170，所述数据存储电路170与所述单片计算机110电连接，所述第一参考值和所述第二参考值分别为经过多次发热试验后取得的粒子数目试验数据和光谱试验数据，该第一参考值和第二参考值为导线即将燃烧的临界值，所述数据存储电路170用于存储所述第一参考值和所述第二参考值。

在本实施例中，所述数据存储电路170的电路图可以参考图4，所述单片计算机110可以采用图5所示的单片微控制器(microcontrollerunit，mcu)，该单片计算机110在接收到粒子数目时，则从数据存储电路170中获取存储的第一参考值，并将该第一参考值和所述粒子数目一起输出到数值比较电路150中进行比较，在接收到光谱数据时，则从数据存储电路170中获取存储的第二参考值，并将该第二参考值与所述光谱数据输出到数值比较电路150中进行比较。

所述数值比较电路150用于判断所述粒子数目是否达到所述第一参考值以及判断所述光谱数据是否达到所述第二参考值，得到判断结果，并在所述判断结果符合预设条件时，控制所述提示电路160发出提示信息。

在本实施例中，所述提示电路160可以通过发出提示信息进行预警，同时显示粒子数目和光谱数据，以便人们查看。所述数值比较电路150和所述提示电路160的电路图可以参考图6和图7。如图6所示，s1和s2为信号输入端，out1和out2为输出端，out1和out2输出到一个耦合电路后向提示电路160输出相应的控制信号；如图7所示，该提示电路160可以通过蜂鸣器bell发出提示信息，通过显示器lcd显示粒子数目和光谱数据。

具体地，所述数值比较电路150用于在所述判断结果为所述粒子数目达到所述第一参考值且所述光谱数据达到所述第二参考值时，控制所述提示电路160发出提示信息。也即是说，当粒子数目和光谱数据均各自达到火灾预警的临界值时，数值比较电路150将会向提示电路160输出控制信号，控制提示电路160发出提示信息。

在本实施例中，所述数值比较电路150用于在所述判断结果为所述粒子数目达到所述第一参考值且所述光谱数据达到所述第二参考值的预设百分比时，控制所述提示电路160发出提示信息；在所述判断结果为所述粒子数目达到所述第一参考值的预设百分比且所述光谱数据达到所述第二参考值时，控制所述提示电路160发出提示信息。也即是说，实际应用中，数值比较电路150不一定要两个条件(所述粒子数目达到所述第一参考值、所述光谱数据达到所述第二参考值)同时满足才进行预警，这样可以进一步避免火情的发生。在本实施例中，所述预设百分比可以为70％，也可以为其他数值，本申请对此不做限制。

进一步地，所述热解粒子探测装置100还包括电源电路，所述电源电路与所述单片计算机110电连接，用于为所述单片计算机110提供电源。

请参照图8，为本发明实施例所提供的热解粒子探测系统200的结构框图。所述热解粒子探测系统200包括上位机210和前述实施例所述的热解粒子探测装置100，所述热解粒子探测装置100与所述上位机210通信连接，所述单片计算机110还用于将所述粒子数目和所述光谱数据发送至所述上位机210。

在本实施例中，所述热解粒子探测装置100还可以包括通信电路180，所述通信电路180与所述单片计算机110电连接，所述热解粒子探测装置100通过所述通信电路180与所述上位机210通信。其中，所述通信电路180与所述上位机210可以采用有线的方式连接，也可以采用无线的方式连接，本申请对此不做限制。所述单片机可将接收的粒子数目和光谱数据通过该通信电路180发送至所述上位机210，以便所述上位机210进行记录。

如图9所示，为所述通信电路180的电路图。该通信电路180通过com1接口和com2接口与所述上位机210连接，从而实现与上位机210通信和数据交互。

需要说明的是，在本实施例中，所述热解粒子探测装置100可以为多个，所述上位机210通过与多个热解粒子探测装置100通信，可以实现对多个配电箱柜的火灾监测。

综上所述，本发明实施例提供的所述热解粒子探测装置及系统，该热解粒子探测装置包括单片计算机、热解粒子检测单元、光谱检测单元、选择电路、数值比较电路及提示电路，所述热解粒子检测单元和所述光谱检测单元均与所述选择电路电连接，所述选择电路、所述数值比较电路均与所述单片计算机电连接，所述数值比较电路与所述提示电路电连接；所述热解粒子检测单元用于检测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子数目，并将所述粒子数目输出至所述选择电路；所述光谱检测单元用于检测所述发热导线的绝缘外皮的光谱数据，并将所述光谱数据输出至所述选择电路；所述选择电路用于交替式地将所述粒子数目和所述光谱数据输出至所述单片计算机；所述单片计算机用于将所述粒子数目与第一参考值、所述光谱数据与第二参考值输出到所述数值比较电路；所述数值比较电路用于判断所述粒子数目是否达到所述第一参考值以及判断所述光谱数据是否达到所述第二参考值，得到判断结果，并在所述判断结果符合预设条件时，控制所述提示电路发出提示信息。在本申请中，由于配电箱柜中的导线发生过电流故障时，温度会逐渐升高，但温度还没有达到可燃物的燃点时，不会发生燃烧现象，但是发热导线的绝缘外皮会因导线温度升高而分解出越来越多的粒子，且绝缘外皮的光谱也不断发生变化，故通过探测发热导线的绝缘外皮分解出的粒子以及光谱数据进行火灾预警，可以在火灾尚未发生时提醒人们，及时将火灾消灭在萌芽之中，从而有效防止火灾的发生。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。