烟雾探测器的制作方法

本实用新型涉及一种烟雾探测技术领域，尤其涉及一种采用两个以上发射管的烟雾探测器和烟雾探测方法

背景技术：

火灾是失去控制后蔓延的一种严重性燃烧现象，是各种灾害中发生最频繁且极具毁灭性的灾害之一，烟雾是早期主要的火灾产物之一，常以烟雾为参量对火灾进行探测，主要关注烟雾的三个基本参数：浓度、平均粒径和尺度分析，其中，烟雾浓度直接反应了烟量的大小、能见度降低情况和烟雾危害程度。

光电感烟探测器是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制。当烟浓度达到一定程度时，光电感烟探测器发出报警信号。采用光电式火灾探测技术对烟雾进行探测，采用miller散射原理建立了烟雾粒子的光学散射强度模型，度量了烟雾粒子对不同波长入射光的全散射(吸收和散射)。决定散射强度的miller散射参数的计算公式为：q＝4πdλ-1sin(θ/2)，散射光强度与粒子直径d成正比，与入射光波长成反比。

不同材料在火灾过程(热解、阴燃)产生的烟雾不同。火灾早期易于产生较少量较大的颗粒，这些颗粒可老化凝聚成更大的、半透明的球体的悬浮颗粒。非火灾条件下产生的烟雾颗粒，如：尘土、水蒸气等由环境中的天然物质非热解所产生，与火灾产生的烟雾颗粒相比，这些颗粒一般偏大。因传统技术基于颗粒数量为特征来判定火灾，使用单光源在探测区域内探测光强度来判断，无法区分火灾烟雾和非火灾烟雾类型，现有感烟探测器误报率较高，报警器多次错误报警，人们产生不好的心理阴影，以至于火灾真的发生时人们产生了懈怠心理，给人们的生活造成很大的影响。

现有探测器多基于单一烟雾浓度的方法，无法解决低误报、广谱烟雾粒径响应、黑白烟均一响应、灵敏度可调等问题。

火灾烟雾具有与非火灾烟雾(水蒸气/灰尘等)具有不同的粒径分布特征。利用烟雾粒径直径对不同入射光波长具有散射强度差异这一性质，解决现存单一烟浓度火灾判断的问题，区分火灾烟雾和非火灾烟雾。同时，利用不同颜色的烟雾颗粒对不同角度入射光具有吸收差异这一性质，解决黑白烟均一响应的问题。

背景技术部分的内容仅仅是实用新型人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的缺陷中的一个或多个，本实用新型提出一种烟雾探测器，包括：本体，所述本体中具有探测室；第一发射管和第二发射管，设置在所述本体中，并配置成可分别向所述探测室中发射第一光线和第二光线；接收管，所述第一光线和第二光线经折射和/或散射后，可入射到所述接收管，所述接收管根据入射光的强度产生输出；控制装置，所述控制装置与所述接收管耦合，接收所述第一光线在所述接收管上产生的第一输出以及所述第二光线在所述接收管上产生的第二输出，并配置成基于所述第一输出与第二输出的差值、比值或其组合，判断是否存在火灾。

根据本实用新型的一个方面，所述的烟雾探测器还包括报警装置，所述报警装置与所述控制装置耦合，并且当所述控制装置判断存在火灾时，所述报警装置被触发报警。

根据本实用新型的一个方面，所述第一发射管中封装有多个波长的第一组光源，所述第二发射管中封装有多个波长的第二组光源，所述控制装置配置成基于所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第一输出、以及所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第二输出，判断是否存在火灾，其中所述第一发射管中优选封装有三个不同波长的led，所述第二发射管中优选封装有三个不同波长的led。

根据本实用新型的一个方面，所述第一发射管为红外发射管，所述第二发射管为蓝光发射管。

根据本实用新型的一个方面，所述控制装置配置成通过以下方式来控制所述第一发射管和第二发射管以及判断是否存在火灾：点亮第一发射管，发射第一光线，采集所述接收管基于所述第一光线的第一输出；点亮第二发射管，发射第二光线，采集所述接收管基于所述第二光线的第二输出；判断所述第一输出是否超过第一阈值；如果超过，判断存在火灾；否则，判断第一输出是否超过第二阈值，如果未超过，则判断不存在火灾。

根据本实用新型的一个方面，所述控制装置配置成：如果第一输出超过第二阈值，判断第二输出是否超过第三阈值，如果超过，则判断存在火灾，否则，判断第一输出与第二输出是否符合数据库中的火灾模式，如果符合，则判断存在火灾，其中所述第一发射管点亮时间为70～90us，优选80us，所述第二发射管点亮时间为70～90us，优选80us。

根据本实用新型的一个方面，所述第一发射管与所述接收管在水平面中的夹角在121°～147°，所述第二发射管与所述接收管在水平面中的夹角在60°～91°。

本实用新型还提供一种烟雾探测方法，包括：点亮第一发射管，发射第一光线，经烟雾折射和/或散射后，入射到接收管上产生第一输出；点亮第二发射管，发射第二光线，经烟雾折射和/或散射后，入射到接收管上产生第二输出；基于所述第一输出、以及所述第二输出的差值、比值或其组合，判断是否存在火灾。

根据本实用新型的一个方面，所述的烟雾探测方法还包括：当判断存在火灾时，触发报警。

根据本实用新型的一个方面，所述第一发射管中封装有多个波长的第一组光源，所述第二发射管中封装有多个波长的第二组光源，判断是否存在火灾的步骤包括：基于所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第一输出、以及所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第二输出，判断是否存在火灾，其中所述第一发射管中优选封装有三个不同波长的led，所述第二发射管中优选封装有三个不同波长的led。

根据本实用新型的一个方面，所述判断是否存在火灾的步骤包括：判断所述第一输出是否超过第一阈值；如果超过，判断存在火灾；否则，判断第一输出是否超过第二阈值，如果未超过，则判断不存在火灾，如果第一输出超过第二阈值，判断第二输出是否超过第三阈值，如果超过，则判断存在火灾，否则，判断第一输出与第二输出是否符合数据库中的火灾模式，如果符合，则判断存在火灾，其中所述第一发射管点亮时间为70～90us，优选80us，所述第二发射管点亮时间为70～90us，优选80us。

根据本实用新型的一个方面，所述烟雾探测方法通过如上所述的烟雾探测器执行。

通过本实用新型的实施例，可以更加精确地进行烟雾探测和报警，解决了现有探测器多基于单一烟雾浓度的方法，无法解决低误报、广谱烟雾粒径响应、黑白烟均一响应、灵敏度可调等问题。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的烟雾探测器；

图2示出了第一发射管的一个优选实施例；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的led芯片的原理图；

图4示出了根据本实用新型一个优选实施例的烟雾探测方法；和

图5示出了根据本实用新型另一个优选实施例的烟雾探测方法。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的烟雾探测器100。如图1所示，烟雾探测器100包括本体101、第一发射管103、第二发射管104、接收管105以及控制装置106。本体101中具有探测室102。探测室102或称作暗室或者感烟迷宫，即允许外部烟雾进入其中，又能够遮挡外部的环境光线，使得内部成为暗室，防止外界环境光的干扰。同时探测室102内部可设置有锯齿形的设计，用来有效吸收背景光。

第一发射管103和第二发射管104都可以设置在本体101中，并配置成可分别向探测室102中发射第一光线和第二光线。第一光线和第二光线在探测室中经过烟雾颗粒的折射和/或散射后，可入射到接收管105，所述接收管105根据入射光的强度产生输出，从而可以根据输出而获知烟雾颗粒的浓度或其他信息。接收管105例如为光敏二极管。光敏二极管可将光信号转换成电流或者电压信号，管芯使用一个具有光敏特征的pn结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且对于光强不同的时候会改变电学特性，可以顺利用光照强弱来改变电路中的电流。当有烟雾粒子挡住光敏二极管接收光照时，有很小的饱和电流和反向漏电流产生，此时光敏二极管截止；当没有烟雾粒子挡住光敏二极管时，光敏二极管接收到光照，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，然后随入射光强度的变化而变化，从而可以根据电流的大小来判断烟雾粒子直径的大小。本领域技术人员能够理解，接收管105的输出即可反映出烟雾的浓度，此处不再赘述。

控制装置106与接收管105通讯地耦合，接收所述第一光线在所述接收管上产生的第一输出以及所述第二光线在所述接收管上产生的第二输出，并配置成基于所述第一输出与第二输出的差值、比值或其组合，判断是否存在火灾。图1中为了清楚起见，将控制装置106示出位于烟雾探测器100的本体101之外，但本领域技术人员能够理解，控制装置106可以集成到烟雾探测器100的本体中，也可以设置成一个单独的单元，或者一个控制装置106可以同时与多个烟雾探测器100进行通信，并且采集接收管的输出，进行烟雾探测和火灾报警，这些都在本实用新型的范围内。控制装置可以通过软件、硬件、或软硬件组合的方式实现，例如可以是单片机、微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等或其他集成格式来实现，这些都在本实用新型的范围内。

控制装置106也可以与第一发射管103和第二发射管104耦合，从而控制第一发射管103和第二发射管104的发光、点亮发光时间、以及时序。

根据本实用新型的一个优选实施例，烟雾探测器100还包括报警装置(未示出)。所述报警装置与控制装置106耦合，并且当所述控制装置判断存在火灾时，所述报警装置被触发报警。报警装置例如蜂鸣器、闪光灯、或者在图形用户界面上向用户发出告警消息。

优选的，第一发射管103和第二发射管104为不同波长的发射管，例如第一发射管103为红外发射管，所述第二发射管104为蓝光发射管。

根据本实用新型一个优选实施例，第一发射管103中封装有多个波长的第一组光源，第二发射管104中封装有多个波长的第二组光源，所述控制装置106配置成基于所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第一输出、以及所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第二输出，判断是否存在火灾。图2示出了第一发射管103的一个优选实施例，其中所述第一发射管103中封装有三个不同波长的led。

如图2所示，第一发射管103包括反射杯1033，反射杯1033用于反射led芯片1032发出的光至接收管，led芯片1032设置在反射杯1033内部并通过金线1034引出led芯片2的p结，led芯片1032的n结与反射杯1033联接，第一发射管103的下端设有两个用于接线的端子1035，接线的端子1035可与电源和开关连接，实现led芯片的供断电。

图3示出了led芯片1032的原理图。如图3所示，led芯片1032包括第一led芯片10321、第二led芯片10322以及第三led芯片10323。三个led芯片间隔开设置。三个led芯片发光的波长不同，例如分别为：红外波长940nm左右，蓝光波长460nm，绿光波长510nm。

第一发射管103内可设有透镜，透镜设置在led芯片1032上方，拉长透镜，可增大聚光角度。透镜采用pmma、pc、光学玻璃或硅胶等材料，角度越大出光效率越高，用小角度的透镜，光线射得远。

另外，现有技术中多修改烟室(即迷宫)内部结构来提高感烟探测器的报警准确度，而本实用新型的实施例可采用将发射管的单led灯珠1上集成多个不同波长led芯片的改进方式提高了感烟探测器的准确度和灵敏度，该改进方式在实施的过程中比较方便、成本低，从而不需要修改太多的烟室(即迷宫)内部结构即可提感烟探测器报警的准确度。另外，多波长封装芯片与单波长封装芯片相比，该感烟探测器节约了模组成本。

以上描述了第一发射管103的结构。第二发射管104可采用类似的结构，优选封装有三个不同波长的led。第二发射管104的波长优选不同于第一发射管103的波长。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述第一发射管103、第二发射管104、接收管布置在同一平面中，并且第一发射管103与所述接收管105的夹角在121°～147°之间，第二发射管104与所述接收管105的夹角在60°～91°之间。

对于第二发射管，第二发射管104与所述接收管105的上述角度范围能够有效地降低噪声。例如以较小角度45度和该范围内的角度85度为例进行对比，比较接收管接收的光的噪声。在光线仿真跟踪模式下，光线条数可以表征直接进入接收管的光强，从入射光直接反射进入接收管的光强属于噪声。通过仿真可以获得，在85度的情况下，噪声数值为1.09e-07，在45度的情况下，噪声数值为6.38e-07，是前一种情况的六倍左右。因此通过本实用新型的角度范围，能够有效降低接收管的噪声，提高烟雾报警精度。对于第一发射管与接收管的角度也是一样，本实用新型公开的角度范围能够有效降低接收管的噪声水平。

本实用新型中，第一发射管和第二发射管可以为单色发光管，例如红外发光管/蓝光发光管，也可以为复合发光管，例如红外和蓝光复合发光管。

图3中以三个led芯片为例进行了描述，但本实用新型不限于此，第一发射管103和第二发射管104中也可以包括其它数目的led芯片，例如2、4、5以及更多数目的led芯片，这些都在本实用新型的范围内。

以下参考图4描述根据本实用新型一个优选实施例的烟雾探测方法400。

如图4所示，在步骤s401，点亮第一发射管，发射第一光线，经烟雾折射和/或散射后，入射到接收管上产生第一输出f_ir。

在步骤s402，点亮第二发射管，发射第二光线，经烟雾折射和/或散射后，入射到接收管上产生第二输出b_bl；

在步骤s403，基于所述第一输出、以及所述第二输出的差值、比值或其组合，判断是否存在火灾。

其中步骤s401和s402的顺序不构成对本实用新型的限制，可以按照步骤s401、s402的顺序进行，也可以按照步骤s402、s401的顺序进行，也可以二者同时进行，这些都在本实用新型的范围内。由于可以将第一发射管、第二发射管的发光波长进行区分，因此在接收管上，也可以通过波长来进行区分，因此无论哪种顺序，都可以实现本实用新型的技术方案。

在步骤s404，当判断存在火灾时，触发报警。可以通过声、光、图像或者其组合的方式来提供报警。

下面参考图5描述根据本实用新型一个优选实施例的烟雾探测方法500。烟雾探测方法500可通过上文的烟雾探测器100来实施。

在步骤s501，点亮一段时间第一发射管，发射第一光线，采集得到接收管上的第一输出(红外散射感烟值f_ir)。第一发射管例如红外发射管。

在步骤s502，点亮一段时间第二发射管，发射第二光线，采集得到接收管上的第二输出(蓝光散射感烟值b_bl)。第二发射管例如与第一发射管波长不同的蓝光发射管。同样的，本实用新型不限于步骤s501和步骤s502的顺序，先后执行，或者同时执行，都在本实用新型的保护范围内。

步骤s501和s502中，第一和第二发光管的点亮发光时间可以为70～90us，优选为80us。

在步骤s504，判断所述第一输出(红光散射感烟值f_ir)是否超过设定的最大报警阈值绝对值(第一阈值)，此实施例中，第一阈值例如为200。如果超过，则判断存在火灾(步骤s505)，火灾报警器报警；如果未超过，则进行到步骤s506，判断所述第一输出f_ir是否超过多路采样判定阈值(第二阈值)，此实施例中，第二阈值绝对值例如为30。如果没有超过，则判断不存在火灾(步骤s507)，完成本次探测算法；如果超过，则继续进行到步骤s508，判断第二输出(蓝光散射感烟值b_bl)是否满足大于第三阈值(本实施例例如为90)，如果判断超过，则进行到步骤s505，判断存在火灾，报警；如果没有超过，则进行到步骤s509，判断第一输出与第二输出是否匹配预设火灾模式，如判断符合，则判断存在火灾(步骤s505)，报警；如果不符合，设备正常，判断不存在火灾(步骤s507)。

根据本实用新型的一个优选实施例，第一发射管中封装有多个波长的第一组光源，所述第二发射管中封装有多个波长的第二组光源，判断是否存在火灾的步骤包括：基于所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第一输出、以及所述第一组光源的多个波长的光在所述接收管上产生的多个第二输出，判断是否存在火灾。其中所述第一发射管中优选封装有三个不同波长的led，所述第二发射管中优选封装有三个不同波长的led。各个led之间的发射波长互不相同。

下面描述根据本实用新型一个优选实施例的通过第一输出与第二输出的组合并根据预设火灾模式进行判断的方法。

在常见的应用场景中，不同的燃烧物，以及不同类型的干扰源，会对不同角度、不同波长的入射光进行相应的调制。因此可以对于燃烧物和干扰物等典型场景，建立火灾识别的训练数据签名。对应的训练数据签名表格例如如下表1所示。通过大量的模拟燃烧试验，可以建立起表1。

表i

表1中是以两个发光管为例进行说明的，其中每个发光管中包含三个光源，例如如图3所示的发光管。另外，表1中的数值仅做参考示意性使用。在不同的实验条件下，例如不同波长、不同角度、不同形状的探测室等，会有不同的信号强度。

第一发射管所对应的发射角度例如为发射角度1，其中含有三个波长的光源，波长分别为波长1、波长2、波长3。第二发射管所对应的发射角度例如为发射角度2，其中含有三个波长的光源，波长分别为波长1、波长2、波长3(优选不同于第一发射管的三个波长)。在传感器或控制装置上运行火灾探测方法，会定期采集各路测量信号(发射角度1波长1，发射角度1波长2，发射角度1波长3、…、发射角度n波长1，发射角度n波长2，发射角度n波长3)，监控到各路信号数据后，对数据进行实时处理，与火灾训练签名进行相关运算分析，运算的输出结果是火灾或是非火灾。考虑到功耗因素的优化是，只有当一路监控的测试信号超过设定阈值后，再启动更多路信号采集，这样可优化功耗较大的信号采集。

第一发射管和第二发射管分别点亮发光后，在接收管上将接收到不同波长的折射/散射光，根据波长的不同将能够区别是来自哪一个发射管。在烟雾传感器工作过程中，根据接收管接收到的入射光的相关参数及其波长，与表1的训练数据签名表格进行比对，可以进一步更精确地判断出是否发生火灾，甚至能够判断出火灾燃烧物的类型。

当然，在进行比对的过程中，实测得到的参数可能不能严格匹配于表1的训练数据签名表格。在此情况下，可通过模式识别、数据分类等技术，判断当前实测的参数与哪种类型的燃烧物或者干扰源最为接近。这些都在本实用新型的保护范围内。

表1是以第一、第二发射管的各个波长的光束经过折射和/或散射后在接收管上产生的多个第一输出和多个第二输出的组合来进行燃烧物和/或干扰源的识别，本实用新型不限于此。也可以通过第一输出和第二输出的差值f_ir-b_bl和/或第一输出和第二输出的比值f_ir/b_bl来判断。实现的思路与表1类似，可通过模拟火灾实验来获取典型燃烧物以及干扰源的情况下第一输出和第二输出的差值和比值的典型值，然后在实际工作运行过程中，将实测值与典型值进行比对匹配，来判断火灾，区分燃烧物和干扰物类型，降低误报率。

以上是以两个发射管、每个发射管三个led为例进行说明点的。本实用新型也可以有其他的实现方式，例如第一和第二发射管均为单波长发射管，例如单波长led封装，位于不同的发射角度，发射管波长不同(例如第一发射管我红外发射管，第二发射管为蓝光发射管)。在这种情况下，接收管就包括了2路测量信号：发射角度1波长1，发射角度2波长2。训练数据签名表格将会简化为两行矩阵。这些都在本实用新型的范围内。

通过本实用新型的实施例，可以更加精确地进行烟雾探测和报警，解决了现有探测器多基于单一烟雾浓度的方法，无法解决低误报、广谱烟雾粒径响应、黑白烟均一响应、灵敏度可调等问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。