CN100403347C - 干涉式光电感烟火灾探测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干涉式光电感烟火灾探测方法及装置，其方法包括：a.光源发出的光通过分光器分为两束，一束射向振动式参考反射镜，另一束射向目的感烟部位；由烟雾产生的背向散射光和来自参考反射镜的反射光返回到分光器处叠加发生干涉，产生干涉光信号；b.由光电探测器接收该干涉光信号，转换成干涉光电信号；c.信号处理分析器接收该干涉光电信号，经放大、处理，判断是否有来自火灾烟雾的散射光信号。其采用光学干涉原理，大大提高了检测信噪比和灵敏度；装置不需要探测室和吸烟装置，可在开放空间内探测，能实现对火灾的早期探测。干涉光信号在光纤中传送，抗环境光、电磁等外界干扰能力强，可实现分布式远距离探测火灾。

Description

干涉式光电感烟火灾探测方法及其装置

技术领域

本发明属于火灾探测技术领域，特别是一种干涉式光电感烟火灾探测方法及其装置。

背景技术

现有的火灾探测技术大都基于三类原理：探测烟雾、探测温度、探测光辐射。其中烟雾敏感式火灾探测技术是当前世界上使用的主流技术，它分为离子感烟火灾探测技术和光电感烟火灾探测技术。虽然前者对各种粒度的烟雾的探测响应性能较为均衡，但由于其核心部件是241镅放射源，在制造、存储、运输、使用和报废处理等方面都有不容忽视的环保问题以及对潮湿环境极度敏感等先天缺陷而将受到诸多的限制，因此，光电式探测器在未来将成为自动消防灭火装置“绿色环保”的主流产品。

现有的光电感烟火灾探测技术原理为：利用烟雾对入射光产生散射和吸收的特性，测量散射光强度或透射光强度，得到烟雾浓度进而实现火灾报警。因为光探测器不仅对烟雾散射光敏感，同时也对环境光敏感，所以现有的光电感烟装置都要有一个探测暗室，同时为了避免室壁散射的造成的误报警，甚至要加上特殊设计的光阱结构。这样，在火灾早期，烟雾没有进入探测室屏障前，无法探测早期火灾；同时，其抗环境光干扰能力差。此外，在现有的技术中，烟雾对入射光产生的微弱散射光强是由光探测器进行光电转换并由电信号放大得到的，由于光电探测器的热噪声使得其对微弱光的探测信噪比降低，导致灵敏度降低；此外，在光电转换后，对微弱的电信号放大时，系统抗环境电磁干扰能力差，容易引起误报，可靠性降低。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种干涉式光电感烟火灾探测方法以及实现该方法的干涉式光电感烟火灾探测装置，它利用光学干涉的原理，使火灾烟雾的背向散射光与参考光发生干涉，探测干涉信号来探测火灾的发生。

本发明干涉式光电感烟火灾探测方法是这样实现的，它包括如下步骤：

a、光源发出的光通过分光器分为两束，一束射向振动式参考反射镜，另一束射向目的感烟部位；若目的感烟部位存在火灾烟雾，由火灾烟雾产生的背向散射光和来自振动式参考反射镜的反射光返回到分光器处叠加发生干涉，产生干涉光信号；

b、所述的干涉光信号从分光器射出后由光电探测器接收，并转换成干涉光电信号；

c、信号处理分析器接收所述的干涉光电信号，经放大、处理，进而判断是否有来自火灾烟雾的散射光信号，从而达到探测火灾发生的目的。

其中，光源采用激光光源、或发光二极管光源、或超辐射发光二极管光源、或紫外光源、或可见光源、或红外光源等。振动式参考反射镜是通过一压电陶瓷器件或电动平移台驱动的。

实现上述方法的干涉式光电感烟火灾探测装置包括：光源组件1、分光器2、振动式参考反射镜3、光电探测器5以及信号处理分析器6，其中，光源组件1与分光器2输入端之间、分光器2两个输出端与振动式参考反射镜3和目的感烟部位4之间、分光器2的干涉光输出端与光电探测器5之间均采用光学连接，光电探测器5输出端连接电信号处理分析器6。

本发明利用光学干涉原理，将很弱的火灾烟雾背向散射光与较强的参考光产生干涉，通过探测干涉光信号来探测是否有发生火灾，大大提高了检测信噪比和灵敏度。

其探测装置不需要传统技术的探测室和吸烟装置，可以在开放空间内探测，实现对火灾的早期探测。

由于本探测装置使用光纤干涉技术，干涉光信号传送在光纤中进行，抗环境光、电磁等外界干扰能力强，可实现分布式远距离探测火灾。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明干涉式光电感烟火灾探测装置实施例示意图；

图3为图2实施例中信号处理分析器原理框图；

图4为图2实施例中光电探测器在有烟雾和无烟雾情况下输出波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，干涉式光电感烟火灾探测装置主要包括：光源组件1、分光器2、振动式参考反射镜3、光电探测器5以及信号处理分析器6，其中，光源组件1与分光器2输入端之间、分光器2两个输出端与振动式参考反射镜3和目的感烟部位4之间、分光器2的干涉光输出端与光电探测器5之间均采用光学连接，光电探测器5输出端连接电信号处理分析器6。

其中，光源组件1含发光件及其驱动电路，该发光件是半导体激光器、或发光二极管、或超辐射发光二极管、或紫外光管、或红外发光管等。

分光器2可采用分光棱镜、或镀膜分光片、或光纤耦合器等。

在图2实施例中，光源组件1含发光件及其驱动电路，发光件选用波长为1310纳米、功率为2毫瓦的光纤耦合半导体激光器，光源驱动电路采用由自动电流控制(Auto current control，ACC)电路形成的通用恒流源驱动器。分光器2采用分光比为50％∶50％的2×2光纤耦合器，该光纤耦合器接光纤12、13的准直器采用梯度折射率透镜。所述2×2光纤耦合器的输入端通过光纤11与半导体激光器连接，2×2光纤耦合器两个输出端经准直的两束光分别通过光纤12、13射向振动式参考反射镜3和目的感烟部位4，来自参考反射镜3的反射光和火灾烟雾的背向散射光分别通过光纤12、13返回到2×2光纤耦合器；2×2光纤耦合器的干涉光输出端通过光纤14与光电探测器5连接，光电探测器5输出端连接电信号处理分析器6。

光电探测器5选用带前放的InGaAs光电二极管，也可以采用雪崩二极管或CCD器件等。

振动式参考反射镜3包括镀金的反射镜，该反射镜固定在一个压电陶瓷片上，该压电陶瓷片连接在一正弦信号驱动电路中。振动式参考反射镜的振动频率可为几Hz～几百Hz，它可通过一压电陶瓷器件或电动平移台驱动。本例中压电陶瓷片由10Hz、24伏正弦功率信号驱动，产生振幅为20微米振动，带动参考反射镜移动，改变参考光路的光程。也可用电动平移台代替压电陶瓷片来实现。

光源组件1产生稳定强度的光，将这一强度稳定的光耦合进光纤耦合器(即如2×2光纤耦合器)的一个输入端，被光纤耦合器按任意分光比(如50％∶50％)分光，在光纤耦合器的两个输出端出射，经准直后一束射向振动式参考镜，另一束射向目的感烟部位；如果存在火灾烟雾，由烟雾背向散射回去的背向散射光将与从振动式参考镜反射回去的反射光在光纤耦合器相遇发生干涉。

上述振动式参考反射镜之反射镜是固定于一个能产生位移的压电陶瓷片上的，随着压电陶瓷器件移动，可改变参考光路的光程。参照图4，上述两路光的光程差为二分之一波长的偶数倍时，光电探测器上的光强达极大；上述两路光的光程差为二分之一波长的奇数倍时，光电探测器上的光强达极小，经光电转换后，得到一正弦波电信号；因为来自参考镜的光强恒定，此正弦波的振幅可以解调为来自烟雾散射光的强度，即：无火灾时则没有信号，如图4(a)；有火灾烟雾时则有信号，如图4(b)，从而达到了探测火灾的目的。

参照图3，信号处理分析器6包括放大电路、滤波电路、模数转换器以及计算机，滤波器连接于放大电路输出端，滤波电路的输出接模数转换器的输入端，模数转换器的数字输出端连接计算机的输入端。放大电路可选用Burr-Brown公司的OP27运算放大器实现，滤波电路选用江苏联能电子技术有限公司YE3790A型带通滤波器等，模数转换器可选用NI公司的PCI-6111型模数采集卡等，用于处理分析信号的计算机选用TCL公司的A100型计算机等。信号处理分析器6也可以由单片机、放大电路、滤波电路以及模数转换电路等组成。

结合图2实施例对本发明干涉式光电感烟火灾探测方法进一步说明：

由光源1的半导体激光器产生稳定强度的光，通过光纤11耦合到2×2光纤耦合器2；

2×2光纤耦合器2将该稳定强度的光分为两束，一束通过光纤12射向振动式参考反射镜3，另一束通过光纤13射向目的感烟部位4；如果存在火灾烟雾，烟雾的背向散射光与从参考反射镜3反射回去的反射光在光纤耦合器2相遇发生干涉，产生的干涉光信号通过光纤14耦合到光电探测器5；

光电探测器5将接收到的干涉光信号转换成干涉光电信号，送至信号处理分析器6；

在信号处理分析器6中，将该干涉光电信号进行放大、滤波、模数转换后，通过计算机并对此干涉信号分析，进一步给出火灾报警信号。

其中光源1可采用激光光源、或发光二极管光源、或超辐射发光二极管光源、或紫外光源、或可见光源、或红外光源等。

Claims (8)

1.一种干涉式光电感烟火灾探测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、光源发出的光通过第一光纤耦合到光纤耦合器后分为两束射出，一束通过第二光纤射向振动式参考反射镜，另一束通过第三光纤射向目的感烟部位；若目的感烟部位存在火灾烟雾，由火灾烟雾产生的背向散射光和来自参考反射镜的反射光返回到光纤耦合器处叠加发生干涉，产生干涉光信号；

b、所述的干涉光信号从光纤耦合器射出通过第四光纤耦合给光电探测器接收后，转换成干涉光电信号；

c、信号处理分析器接收所述的干涉光电信号，经放大、处理，进而判断是否有来自火灾烟雾的散射光信号。

2.根据权利要求1的干涉式光电感烟火灾探测方法，其特征在于：所述振动式参考发射镜是通过一压电陶瓷器件或电动平移台驱动的。

3.根据权利要求1的干涉式光电感烟火灾探测方法，其特征在于：所述光源采用激光光源、或发光二极管光源、或超辐射发光二极管光源、或紫外光源、或可见光源、或红外光源。

4.干涉式光电感烟火灾探测装置，包括光源组件(1)、分光器(2)、参考反射镜(3)、光电探测器(5)以及信号处理分析器(6)，其中，光源组件(1)与分光器(2)输入端之间、分光器(2)两个输出端与参考反射镜(3)和目的感烟部位(4)之间、分光器(2)的干涉光输出端与光电探测器(5)之间均采用光学连接，光电探测器(5)输出端连接信号处理分析器(6)，其特征在于：所述光源组件(1)包括光纤耦合半导体激光器和恒流源驱动器，所述分光器(2)采用带准直器的光纤耦合器，该光纤耦合器的输入端通过光纤(11)与半导体激光器连接，光纤耦合器两个输出端经准直的两束光分别通过光纤(12、13)射向振动式参考反射镜(3)和目的感烟部位(4)，光纤耦合器的干涉光输出端通过光纤(14)与光电探测器(5)连接。

5.根据权利要求4的干涉式光电感烟火灾探测装置，其特征在于：所述分光器(2)采用2×2光纤耦合器，该光纤耦合器接光纤(12、13)的准直器采用梯度折射率透镜。

6.根据权利要求4或5的干涉式光电感烟火灾探测装置，其特征在于：所述振动式参考反射镜(3)包括反射镜，该反射镜固定在一个压电陶瓷片上，该压电陶瓷片连接在一正弦信号驱动电路中。

7.根据权利要求4或5的干涉式光电感烟火灾探测装置，其特征在于：所述光电探测器(5)是光电二极管、或雪崩二极管、或CCD器件。

8.根据权利要求4的干涉式光电感烟火灾探测装置，其特征在于：所述信号处理分析器(6)包括放大电路、滤波电路、模数转换器以及计算机或单片机，滤波电路连接于放大电路输出端，滤波电路的输出接模数转换器的输入端，模数转换器的数字输出端连接计算机或单片机的输入端。

Images