CN103488879A - 紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于紫外光电管高温环境下相关特性建模分析的方法和系统，主要由数据采集处理装置和数字化建模两大部分组成。紫外光电管数据采集处理装置主要由紫外光电管、信号调理模块和主控模块组成。数字化建模主要由数据特性分析和建模组成。紫外光电管在一定波长紫外光照射下其导通次数随温度变化较大，本发明针对紫外光电管在高温环境下的相关特性进行了针对性的分析处理，弥补了其不易在高温环境工作的局限性，扩大了紫外光电管温度工作区间范围。

Description

紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统和方法

技术领域

本发明涉及武器装备和数字建模分析技术领域，尤其涉及紫外光电管在高温环境下的数据采集装置和特性建模分析，具体涉及紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析方法和系统。

背景技术

紫外光电管灵敏度极高，对无烟燃烧类的蓝色火焰极其敏感，常用来探测易燃易爆气体和液体的早期火源。它具有如下特点：

（1）由于器件工作于中紫外区，位于太阳光谱盲区，使检测系统能避开自然光源，使误报率大幅降低。

（2）由于器件自身对紫外光极其敏感，使得系统能在极短时间内（<50ms）对来自外部的变化做出可靠的反应。

（3）被动探测，不发射电磁信号。

（4）可覆盖大范围的观测角。

但是紫外光电管有一个缺点影响其使用，即由于工艺等一系列的原因每个管子在不同温度范围内导通次数差异很大，必须针对不同紫外管和不同的温度区间采用不同的建模分析方法。从而对紫外管进行补偿，以达到产品的稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明目的在于提出一种适用于紫外光电管在高温环境下特性建模分析的方法和系统。主要由紫外光电管数据采集装置和特性建模分析装置两大部分组成。紫外光电管数据采集装置主要由信号采集装置101和计算机前端处理模块102组成,用来采集数据。建模分析主要由软件分析拟合和数据处理算法组成，对采集的数据进行建模和补偿。

根据本发明的一个方面，提供一种紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统，包括相连接的数据采集处理装置和数字化建模补偿装置；

数据采集处理装置包括如下装置：

信号采集装置101，用于通过紫外光电管采集紫外线信号，然后对紫外线信号进行信号调理后生成脉冲方波序列并传输给计算机前端处理装置102；

计算机前端处理装置102，用于对脉冲方波序列进行采样、计数，以获取当前环境中的紫外线数据；

数字化建模补偿装置包括如下装置：

数据点拟合及分析装置103，用于分析紫外线数据得到紫外光电管特性曲线；

紫外高温特性数学模型装置104，用于根据紫外光电管特性曲线建立补偿模型。

优选地，信号采集装置101包括如下装置：

紫外光电管，用于接收火焰紫外光照射；

滤波整形装置，用于对紫外光电管产生的不规则高压脉冲波形进行滤波整形，以形成规则的5V脉冲方波序列；

稳压限流装置，用于对5V脉冲方波序列进行稳压和限流后输出给计算机前端处理装置102。

优选地，信号采集装置用不同紫外光电管在距标准火盆25cm处，分别在50摄氏度、55摄氏度、60摄氏度、65摄氏度、85摄氏度时进行采集，每次采集取得紫外光电管5s内的导通次数；

数据点拟合及分析装置对每根紫外光电管在同一温度下和距离条件下的40次采样值求取平均值，将平均值用指数函数进行拟合得到紫外光电管的特性曲线；

紫外高温特性数学模型装置根据如下公式对紫外光电管进行补偿：

Y=a*exp(-0.021x)

其中，Y为高温区紫外光电管的计数值，a为每根紫外光电管的特性数据，exp()为以自然对数e为底的指数函数，x为温度值。

根据本发明的另一个方面，还提供一种紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析方法，包括如下步骤：

步骤1：通过紫外光电管采集紫外线信号，然后对紫外线信号进行信号调理后生成脉冲方波序列并传输给计算机前端处理装置；

步骤2：对脉冲方波序列进行采样、计数，以获取当前环境中的紫外线数据；

步骤3：用于分析紫外线数据得到紫外光电管特性数据；

步骤4：紫外高温特性数学模型装置，用于根据紫外光电管特性数据建立补偿模型。

优选地，步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：接收火焰紫外光照射；

步骤1.2：对紫外光电管经火焰紫外光照射后产生的不规则高压脉冲波形进行滤波整形，以形成规则的5V脉冲方波序列；

步骤1.2：对5V脉冲方波序列进行稳压和限流措施后输出给计算机前端处理装置102。

优选地，步骤1具体为：用不同紫外光电管在距标准火盆25cm处，分别在50摄氏度、55摄氏度、60摄氏度、65摄氏度、85摄氏度时进行采集，每次采集取得紫外光电管5s内的导通次数；

步骤3具体为：对每根紫外光电管在同一温度下和距离条件下的40次采样值求取平均值，将平均值用指数函数进行拟合得到紫外光电管的特性数据；

步骤4具体为：根据如下公式对紫外光电管进行补偿：

Y=a*exp(-0.021x)

其中，Y为高温区紫外光电管的计数值，a为每根紫外光电管的特性数据，exp()为以自然对数e为底的指数函数，x为温度值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对紫外光电管在一定波长紫外光照射下导通次数随温度变化较大的特性，针对其高温环境下的特性进行了建模分析，得出了紫外光电管在高温环境下的特性，扩宽了紫外光电管应用的温度范围区间。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的系统框图；

图2、图3、图4、图5是本发明的数据特性分析示意图；

图6为本发明的高温环境下的补偿分析方法实现流程示意图。

图中：

101 为信号采集装置；

102 为计算机前端处理装置；

103 为数据点拟合及分析装置；

104 为紫外高温特性数学模型装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1所示为本发明系统示意框图所述系统，具体地，所述紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统，包括相连接的数据采集处理装置和数字化建模补偿装置。数据采集处理装置包括如下装置：信号采集装置，用于通过紫外光电管采集紫外线信号，然后对紫外线信号进行信号调理后生成脉冲方波序列并传输给计算机前端处理装置；计算机前端处理装置，用于对脉冲方波序列进行采样、计数，以获取当前环境中的紫外线数据。数字化建模补偿装置包括如下装置：数据点拟合及分析装置，用于分析紫外线数据得到紫外光电管特性数据；紫外高温特性数学模型装置，用于根据紫外光电管特性数据建立补偿模型。

其中，信号采集装置主要由差分比较器组成，周边放置偏置电路、电压调零电路，以使调理电路尽量保持线性，提高采样、计数的精度。计算机前端处理装置的CPU采用Freescale公司的MC9S12DP512单片机作为控制微处理器，其内部集成度高，减少了大量外围电路，通过对来自信号调理电路的脉冲方波序列进行采样、计数，获取当前环境中紫外线数据，进而判断探测范围内是否有火警。特性建模分析用Matlab进行，补偿算法通过C语言编程实现。

图2、图3、图4、图5所示为数据拟合曲线。由图5可知，当紫外光电管在高温环境（>55℃）时，灵敏度开始急剧下降，从而为其在高温环境下的应用带来了不便，为此，必须对其进行温度—脉冲进行补偿分析以进行高温应用。图6为高温环境下的补偿分析算法实现，在高温环境下通过模型进行补偿和根据温度做阈值标定的方法实现高温环境下的温度补偿。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统，其特征在于，包括相连接的数据采集处理装置和数字化建模补偿装置；

数据采集处理装置包括如下装置：

信号采集装置(101)，用于通过紫外光电管采集紫外线信号，然后对紫外线信号进行信号调理后生成脉冲方波序列并传输给计算机前端处理装置(102)；

计算机前端处理装置(102)，用于对脉冲方波序列进行采样、计数，以获取当前环境中的紫外线数据；

数字化建模补偿装置包括如下装置：

数据点拟合及分析装置(103)，用于分析紫外线数据得到紫外光电管特性曲线；

紫外高温特性数学模型装置(104)，用于根据紫外光电管特性曲线建立补偿模型。

2.根据权利要求1所述的紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统，其特征在于，信号采集装置(101)包括如下装置：

紫外光电管，用于接收火焰紫外光照射；

滤波整形装置，用于对紫外光电管产生的不规则高压脉冲波形进行滤波整形，以形成规则的5V脉冲方波序列；

稳压限流装置，用于对5V脉冲方波序列进行稳压和限流后输出给计算机前端处理装置(102)。

3.根据权利要求1所述的紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析系统，其特征在于，信号采集装置(101)利用不同紫外光电管在距标准火盆25cm处，分别在50摄氏度、55摄氏度、60摄氏度、65摄氏度、85摄氏度时进行采集，每次采集取得紫外光电管5s内的导通次数；

数据点拟合及分析装置(103)对每根紫外光电管在同一温度下和距离条件下的40次采样值求取平均值，将平均值用指数函数进行拟合得到紫外光电管的特性曲线；

紫外高温特性数学模型装置(104)根据如下公式对紫外光电管进行补偿：

Y=a*exp(-0.021x)

其中，Y为高温区紫外光电管的计数值，a为每根紫外光电管的特性数据，exp()为以自然对数e为底的指数函数，x为温度值。

4.一种紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过紫外光电管采集紫外线信号，然后对紫外线信号进行信号调理后生成脉冲方波序列并传输给计算机前端处理装置(102)；

步骤2：对脉冲方波序列进行采样、计数，以获取当前环境中的紫外线数据；

步骤3：分析紫外线数据得到紫外光电管特性曲线；

步骤4：紫外高温特性数学模型装置(104)，用于根据紫外光电管特性曲线建立补偿模型。

5.根据权利要求4所述的紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：接收火焰紫外光照射；

步骤1.2：对紫外光电管经火焰紫外光照射后产生的不规则高压脉冲波形进行滤波整形，以形成规则的5V脉冲方波序列；

步骤1.3：对5V脉冲方波序列进行稳压和限流后输出给计算机前端处理装置(102)。

6.根据权利要求4所述的紫外光电管在高温环境下的建模补偿分析方法，其特征在于：

步骤1具体为：用不同紫外光电管在距标准火盆25cm处，分别在50摄氏度、55摄氏度、60摄氏度、65摄氏度、85摄氏度时进行采集，每次采集取得紫外管5s内的导通次数；

步骤3具体为：对每根紫外光电管在同一温度下和距离条件下的40次采样值求取平均值，将平均值用指数函数进行拟合得到紫外光电管的特性曲线；

步骤4具体为：根据如下公式对紫外光电管进行补偿：

Y=a*exp(-0.021x)

其中，Y为高温区紫外光电管的计数值，a为每根紫外光电管的特性数据，exp()为以自然对数e为底的指数函数，x为温度值。

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