專利名稱：一種高速紫外火焰探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用高速紫外光電火焰探測技術(shù)，涉及所有需要快速、可靠進行火災(zāi)探測的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
火災(zāi)是毀滅性危害之一，其直接經(jīng)濟損失巨大，發(fā)生的頻度居各種災(zāi)害之首。它不僅引發(fā)環(huán)境污染，而且致使生態(tài)失衡，甚至造成了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失?；鹧嫣綔y器是探測和預(yù)報火災(zāi)的信息源頭，它的靈敏度、可靠性、響應(yīng)速度、抗干擾能力、和誤報率的高低直接決定了火災(zāi)探測和預(yù)報的成敗。特別是煤礦、電站、倉庫，油站，化工及危險品生產(chǎn)、 儲存等易燃易爆場所，火災(zāi)的監(jiān)控如果靠人工巡視，效果及效率低下，成本高昂；一旦發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸，火勢將迅速蔓延，十分難以撲救，危及人員安全，給生產(chǎn)部門和社會帶來巨大的財富損失。因此，火災(zāi)的早期監(jiān)控具有十分重大的意義，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，采用紫外光電管進行火焰探測，同時結(jié)合微處理器的處理、判斷，可迅速準確地探測火災(zāi)，在火災(zāi)剛開始的階段就迅速報警提醒工作人員采取措施，避免醞釀成大型火災(zāi)，減少財富及人員安全的損失。高速發(fā)展的電子技術(shù)及各種傳感器件的不斷發(fā)展，為全天候大范圍的火災(zāi)的早期監(jiān)控提供了可能，根據(jù)火災(zāi)的頻譜特征，如何根據(jù)火焰中的輻射特征進行檢測及綜合決策分析，以及檢測方式的選用，準確的報警的實現(xiàn)和快速響應(yīng)，易于移植和適用于自動滅火抑爆系統(tǒng)的構(gòu)建是我們急需解決的問題。根據(jù)物質(zhì)燃燒(爆炸)總是伴有煙、溫、氣、光等一系列物理、化學(xué)變化，尤其是烷、 醇、氣油及高碳固體燃料的快速燃燒(爆炸)時，最快傳遞信息的是光(火焰)，因此探測光 (火焰)是最快的。目前火焰探測器產(chǎn)品絕大部分是感溫型、離子感煙型或光電感煙型火災(zāi)探測報警器。單純的感溫型探測器只對溫度信息敏感，不能區(qū)分溫度變化是由于火災(zāi)還是別的原因；離子感煙探測器對陰燃響應(yīng)較慢，尤其放射性離子對環(huán)境和人體有害，保存、運輸、使用都存在危害；光電感煙探測器是通過探測粒徑較大的煙霧粒子來探測火災(zāi)，它對粒徑小于 0. 4um的不可見煙不響應(yīng)，且不能區(qū)分火災(zāi)信號與非火災(zāi)的廚房煙、水蒸氣等信號，誤報率較高。所以尋求新的探測機理，改進現(xiàn)有火焰探測器件的探測性能，研究先進準確的火災(zāi)判斷方法是解決火災(zāi)探測器高誤報率、低靈敏度和對火災(zāi)響應(yīng)慢等問題的關(guān)鍵所在。紫外線探測器只對185 ^Onm狹窄范圍內(nèi)的紫外線進行響應(yīng)，而對其它頻譜范圍的光線不敏感，利用它可以對火焰中的紫外線進行檢測。由于到達大氣層下地面的太陽光和非透紫材料作為玻殼的電光源發(fā)出的光波長均大于300nm，故火焰探測的220m ^Onm中紫外波段屬太陽光譜盲區(qū)(日盲區(qū))。紫外火焰探測技術(shù)，使系統(tǒng)避開了最強大的自然光源一太陽造成的復(fù)雜背景，使得在系統(tǒng)中信息處理的負擔大為減輕。所以可靠性較高，加之它是光子檢測手段，因而信噪比高，具有極微弱信號檢測能力，除此之外，它還具有反應(yīng)時間極快的特點。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種高速紫外火焰探測器高速紫外火焰探測器，其特征在于該高速紫外火焰探測器的內(nèi)部電路包括微處理器、 紫外管、紫外信號處理電路、脈沖信號檢測電路、輸出控制電路及紫外自檢電路，該紫外管用于檢測火焰中的紫外信號，所述微處理器用于分析、處理紫外信號，所述紫外管通過所述脈沖信號檢測電路與所述微處理器連接。其特征在于該探測器對火災(zāi)的響應(yīng)時間<5ms， 探測靈敏度大于50m。探測器設(shè)置了所述紫外自檢電路，用于判斷紫外管的工作狀況。該探測器探測器提高檢測火焰中的紫外信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、信號檢測、調(diào)理，送入微處理器中，進行分析、處理、判斷是否存在火警。同時探測器設(shè)計了紫外自檢電路，通過紫外自檢，可判斷紫外管的工作狀況，克服環(huán)境因素的變化對探測器的影響，提高可靠性。為了完成上述目的本發(fā)明創(chuàng)造是通過下述方案予以實現(xiàn)通過高速紫外探測器對火焰中的紫外光譜檢測，以微處理器作為核心控制器件，以火災(zāi)信息特征為基礎(chǔ)的傳感器信號的綜合決策分析技術(shù)方案。根據(jù)物質(zhì)燃燒(爆炸)總是伴有煙、溫、氣、光等一系列物理、化學(xué)變化，尤其是烷、 醇、氣油及高碳固體燃料的快速燃燒(爆炸)時，最快傳遞信息的是光(火焰)，由于不同的物質(zhì)燃燒將產(chǎn)生不同的燃燒光譜及光譜強度，而且燃燒光譜還會疊加上諸如電磁干擾、太陽光、照明光、各種弧光及各種射線等構(gòu)成對火焰探測的干擾源。通過試驗，以火災(zāi)中分布最強的紫外光譜作為檢測依據(jù)，多個相互關(guān)聯(lián)參數(shù)綜合分析，準確判斷真實火災(zāi)情況。通過對不同燃燒物質(zhì)在不同環(huán)境下的火焰和干擾源的紫外特征提取，建立火焰特征數(shù)據(jù)庫，存儲在微處理器中，作為判斷火災(zāi)的部分參考依據(jù)，以便提高火焰判斷的準確性。在探測器在軟件設(shè)計上，基于性能強大的微處理器平臺，選擇較優(yōu)的處理紫外信息、環(huán)境干擾信息，通過融合算法和融合過程編制成控制程序。同時對外界非火災(zāi)因素的變化實施自動補償，對電干擾及線路分布參數(shù)的影響進行自動處理，可根據(jù)現(xiàn)場的不同環(huán)境， 自動調(diào)整探測器的靈敏度。提高對各種信息進行綜合分析、比對，根據(jù)一定的邏輯和算法， 排除干擾因素，確認火災(zāi)信號。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是本新型高速紫外火焰探測器，是通過同時檢測周圍環(huán)境中的紫外信號和環(huán)境變化，綜合判斷是否發(fā)生了火災(zāi)，紫外實時采集、實時處理，由16位微處理器對該實時數(shù)據(jù)同存儲在微處理器內(nèi)部的普通火災(zāi)及爆燃火災(zāi)特征數(shù)據(jù)庫信息進行比對，一旦發(fā)現(xiàn)實時采集到的信號符合火災(zāi)的特征，探測器就輸出火警信號。保證其火災(zāi)火災(zāi)的響應(yīng)時間<5ms，探測靈敏度大于50m(標準汽油火)。此項火災(zāi)探測探測技術(shù)響應(yīng)快速可靠，抗誤報能力強，易于移植和普及。

圖1是本實用新型的原理方框圖；圖2是本實用新型的紫外信號處理電路圖，包括脈沖檢測和強度檢測兩路；圖3是本實用新型的控制單元處理電路；圖4是本實用新型的控制程序流程框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其它等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。請參閱圖1所示本實用新型高速紫外火焰探測技術(shù)，包括真空紫外管工作電源及信號處理電路，紫外自檢信號處理電路，微處理器及輸出控制電路單元。當上電工作時， 真空紫外光電管將隨時檢測所監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的紫外線，并將實時采集到的信號轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)信號處理電路處理后，輸入到微處理器中通過控制程序做決策分析，一旦符合火災(zāi)特征將輸出火警信號。高速紫外火焰探測器的電路包括真空紫外管及其工作電路，紫外自檢電路，微處理器及輸出控制單元電路。把微處理器設(shè)計運用在火災(zāi)探測器中，通過對火災(zāi)初期采集到的參數(shù)連續(xù)傳送給控制器。由控制器內(nèi)的主機進行相應(yīng)的分析處理、判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。這種探測報警方式不同于一般火災(zāi)探測器，是借助于火災(zāi)在燃燒過程中所產(chǎn)生的物理和化學(xué)效應(yīng)，將火災(zāi)特征參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐恍┛蓽y信號。利用現(xiàn)代信號檢測技術(shù)和處理方法， 通過對采集的火災(zāi)參數(shù)與前若干次采集貯存的參數(shù)進行綜合判斷、處理，達到識別真實火災(zāi)信號的目的。這樣探測器不但能夠適應(yīng)各種環(huán)境情況的變化，還具有自動調(diào)整運行參數(shù)的自適應(yīng)的能力，為火災(zāi)信號處理開辟了嶄新的發(fā)展途徑。因此火災(zāi)探測智能化使火災(zāi)探測能更客觀、更真實、更準確地發(fā)現(xiàn)火情，大大減少了誤報，提高了系統(tǒng)的可靠性。紫外管響應(yīng)火焰中的信號，一路經(jīng)脈沖信號檢測電路處理后，送入PIC微處理器， 對紫外脈沖進行分段計數(shù)處理，另一路對紫外輻射強度信號經(jīng)放大、降噪處理后送入PIC 微處理器分析，實現(xiàn)對紫外管信號的檢測。紫外管好壞，直接影響滅火裝置的性能，我們設(shè)計了紫外管自檢電路，定時對紫外管自檢，以便判斷紫外探測器的好壞。同時，通過自檢，也能獲取環(huán)境信息的變化，為處理器準確判斷火災(zāi)提供支持。如圖2所示，日盲型真空紫外光電管只對190l80nm波長范圍內(nèi)的紫外線作出響應(yīng)，而此波段正是碳氫化合物燃燒火焰中紫外輻射最強的波段，在紫外信號處理電路中，通過VI、V2、V3、Tl等構(gòu)成的逆變電路，將+ 15V電壓變成300V以上的交流電壓，通過整流、 濾波、限流后，為紫外光電管提供工作電壓。同時為保證紫外管工作電壓的穩(wěn)定，設(shè)計了電壓負反饋電路。當有紫外源存在且強度達到一定值時，紫外管放電并形成脈沖，其信號經(jīng)處理后進入CPU分析、處理。如圖3所示，紫外探測器的控制電路包括電源控制單元、紫外自檢單元、紫外信號處理、污染信號檢測及輸出、火警信號檢測及輸出等部分。紫外探測器信號處理實際上就是光電處理，外光電管對火焰中的紫外反應(yīng)，感應(yīng)出電信號。信號處理的主要目的是最大限度的抑止噪聲，提取信號攜帶的有用信息。由于紫外探測器的輸出信號非常微弱，這就對紫外光電信號處理電路的要求很高。微弱光信號經(jīng)過紫外光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號以后，還要經(jīng)過放大、濾波等各種信號處理。光電信號處理的主要目的是最大限度的抑止噪聲，提取信號攜帶的有用信息。因此，光電檢測電路的設(shè)計要從三個方面考慮電路整體信噪比高；被測信號無頻率失真；盡可能減少新噪聲的引入。紫外光電管的自檢及污染檢測通過CPU的RC2 口控制Q6的通、斷，從而控制紫外燈定時開啟，由紫外管響應(yīng)輸出，通過檢測脈沖數(shù)據(jù)特征，分析脈沖數(shù)據(jù)來判斷紫外管的好、壞。如果沒有檢測到脈沖數(shù)據(jù)，在窗口透紫玻璃的臟污程度檢測中也沒有數(shù)據(jù)，探測器報智能模塊故障，如果在窗口透紫玻璃的臟污程度檢測中有數(shù)據(jù)，應(yīng)報窗口污染故障；如果有數(shù)據(jù)不能報警，說明紫外光電管靈敏度降低，應(yīng)更換紫外光電管。紫外光電探測器內(nèi)部信號處理①判斷火警根據(jù)脈沖信號分析的條件來做為探測器判斷火災(zāi)的條件。滿足條件，則輸出報警信號。②紫外光電管自激可通過分析脈沖信號的個數(shù)，作為探測器判斷自激條件。滿足條件，則輸出自激故
障信號。③窗口透紫玻璃的臟污程度檢測窗口透紫玻璃的臟污程度，會影響火焰中的紫外線透過玻璃照射到紫外光電管， 嚴重的影響探測器探測能力。探測器在窗口外安裝了紫外光源，可以由探測器定時控制開啟和關(guān)閉紫外光源，用于檢測窗口透紫玻璃的臟污程度。開啟窗口外的紫外光源，檢測脈沖數(shù)據(jù)，通過查找窗口臟污程度與脈沖數(shù)據(jù)的對照表(通過重復(fù)大量做檢測窗口透紫玻璃的臟污程度試驗，可以建立臟污程度與脈沖數(shù)據(jù)的對照表)，輸出透紫玻璃的臟污程度；如果檢測的脈沖數(shù)據(jù)接近零，報智能模塊故障。根據(jù)圖4所示的探測器控制程序流程框圖，控制程序根據(jù)環(huán)境溫度對紫外作出溫度補償，同時依據(jù)實時采集到的紫外信號同預(yù)先存儲的火災(zāi)特征數(shù)據(jù)進行比對，由火災(zāi)判斷算法綜合決策分析，作出是否火災(zāi)的判斷。硬件處理上首先考慮盡可能減少相關(guān)環(huán)境因素對探測器的干擾，即從環(huán)境中提取和測量火災(zāi)現(xiàn)象表現(xiàn)出來的物理特征參量，然后將這種物理參量在火災(zāi)中表現(xiàn)出來的特征進行提煉和簡化，并將這種提煉和簡化形成技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)的火災(zāi)探測算法。開機上電，軟件系統(tǒng)開始運行，首先執(zhí)行初始化程序，對IO端口，定時器模塊，通信模塊進行配置，然后執(zhí)行自檢程序，檢驗標準信號燈，輸出指示燈光，傳感器是否故障。自檢完畢后，系統(tǒng)進入循環(huán)工作過程，在此過程中不停監(jiān)測傳感器信號和處理通信功能。軟件系統(tǒng)中，定時器模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊將隨時監(jiān)測紫外傳感器的信號特征。每4. 5ms時間內(nèi)，定時器模塊和AD模塊將每隔100 μ s檢測一次紫外傳感器輸出的信號，并連續(xù)分析最近的若干次數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果與數(shù)據(jù)存儲器中存儲的火災(zāi)特征庫的火災(zāi)的紅外和紫外特征進行對比，若符合火災(zāi)特征庫中的火災(zāi)特征，系統(tǒng)將在5ms之內(nèi)輸出火警信號。在探測器的無限循環(huán)工作過程中，每10分鐘將會中斷火警檢測工作，進行系統(tǒng)的故障自檢，啟動標準信號源對紫外傳感器的輸出特性進行檢驗，同時檢測探測器玻璃窗口的臟污程度。上述的最佳實例僅是對本發(fā)明進行闡述和說明，但并不限于所公開的具體任何形式，進行許多的修改和變化是可能的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高速紫外火焰探測器，其特征在于該高速紫外火焰探測器的內(nèi)部電路包括微處理器、紫外管、紫外信號處理電路、脈沖信號檢測電路、輸出控制電路及紫外自檢電路，該紫外管用于檢測火焰中的紫外信號，所述微處理器用于分析、處理紫外信號，所述紫外管通過所述脈沖信號檢測電路與所述微處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速紫外火焰探測器，其特征在于該探測器的所述紫外信號處理電路中設(shè)置有一電壓負反饋電路。
專利摘要本實用新型公開了一種新型的高速紫外火焰探測器，該高速紫外火焰探測器對火災(zāi)的響應(yīng)時間<5ms，探測靈敏度50m(標準汽油火)。該高速紫外火焰探測器的內(nèi)部電路包括微處理器、紫外管、紫外信號處理電路、脈沖信號檢測電路、輸出控制電路及紫外自檢電路，該紫外管用于檢測火焰中的紫外信號，所述微處理器用于分析、處理紫外信號，所述紫外管通過所述脈沖信號檢測電路與所述微處理器連接。當微處理器接收到紫外光電管傳送進來的從周圍環(huán)境中采集到的紫外輻射信號時，微處理器會將其同自身存儲的火災(zāi)特征信息作出比對，符合火災(zāi)的特征時，輸出火警信號，否則進入下一個工作循環(huán)繼續(xù)監(jiān)控，此項火災(zāi)探測探測技術(shù)響應(yīng)快速可靠，抗誤報能力強，易于移植和普及。
文檔編號G01J3/30GK202195883SQ20112020494
公開日2012年4月18日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者巨萬里, 陳建 申請人:四川天微電子有限責任公司