CN105486339A - 一种火焰探测器响应时间检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰探测器响应时间检测装置及其检测方法，包括下位机和上位机，下位机包括单片机及其外围电路、中心快门、旋转快门、打印机；上位机是由触摸屏和嵌入式组态软件组成，将旋转快门和中心快门相结合进行检测，中心快门用来控制是否在合适的时候打开火焰辐射，用稳速旋转的开孔叶片当做旋转快门，用来控制何时开始计时和测量范围。本发明能够方便有效的对火焰探测器响应时间参数进行测量，提高准确度和工作效率。

Description

一种火焰探测器响应时间检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种火焰探测器响应时间检测系统，具体涉及一种火焰探测器响应时间检测装置及方法。

背景技术

火焰探测器是火灾自动报警和自动灭火系统最基本和最关键的部件之一，它对被保护区域进行不间断的监测，把初期阶段能引起火灾的参数及时准确地检测出来并报警。一般情况下，测量仪器的响应时间经常被忽略，是因为它对研究对象的影响是微不足道的。然而在有些情况下这种忽略是不恰当的，特别是针对实时性要求高的设备。响应时间是火焰探测器的一个重要技术参数，是对探测器如何快速响应周围环境中火焰特征信息变化的一个量度。

传统的测量方法采用将高速电子打火装置与响应计时模块集成为一体的测量系统，但该方法存在一定的缺陷，没有考虑到高速电子打火装置自身的反应时间和电子打火的点火时间，会出现一定的误差，并且该误差大小不易确定，导致不能够精确地测量火焰探测器的响应时间。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种火焰探测器响应时间检测装置及其检测方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种火焰探测器响应时间检测装置，该检测装置包括单片机、计时模块、避光箱体以及旋转快门，所述避光箱体的一侧壁面上设置有第一通孔，避光箱体的另一侧壁面上设置有第二通孔，第二通孔处设置有用于控制第二通孔打开或关闭的中心快门，旋转快门包括设置于避光箱体内的可匀速旋转的旋转叶片，所述旋转叶片旋转中心以外的区域在旋转中始终覆盖第一通孔，所述旋转叶片上开设有以所述旋转中心为圆心的圆弧型通孔，所述圆弧型通孔的旋转轨迹与第一通孔位置重叠，避光箱体内设置有用于检测所述旋转快门是否进入打开状态的旋转快门位置传感器，所述旋转快门进入打开状态是指所述圆弧型通孔开始通过第一通孔位置，所述中心快门、计时模块以及所述旋转快门位置传感器分别与单片机相连。

所述中心快门包括四个扇形叶片，所述中心快门包括打开以及关闭两种状态，中心快门处于关闭状态时，四个扇形叶片拼接为实心图形，从而使第二通孔关闭，中心快门处于打开状态时，四个扇形叶片沿各自圆弧边沿上一点向所述实心图形外旋转达到一定角度，从而使第二通孔打开，中心快门从关闭状态切换为打开状态所用时间≤20ms。

所述检测装置还包括用于在所述中心快门切换至打开状态时检测四个扇形叶片是否旋转达到所述角度的中心快门位置传感器，中心快门位置传感器与单片机相连。

所述旋转叶片为圆形，所述旋转叶片旋转中心位于该圆形的圆心，所述圆弧型通孔为半圆环状，所述旋转快门位置传感器设置位置与所述旋转轨迹重叠，并且与第一通孔位置相位相差180度，所述检测装置还包括设置于避光箱体内的用于标定所述旋转叶片转速的传感器组件，所述传感器组件包括设置位置与所述旋转轨迹重叠的两个位置传感器，该两个位置传感器相位相差180度，该两个位置传感器与单片机相连，该两个位置传感器的设置位置与所述旋转快门位置传感器设置位置不重叠。

所述旋转快门还包括用于驱动所述旋转叶片的伺服电机，伺服电机与单片机相连。

所述检测装置还包括与单片机相连的触摸屏以及打印机。

上述火焰探测器响应时间检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1)将火焰探测器安装在第一通孔处，并将火焰探测器与单片机连接，同时，使所述中心快门处于关闭状态，然后在第二通孔处启动火焰辐射；

2)经过步骤1)后，驱动所述旋转叶片以设定转速稳速旋转，所述设定转速根据火焰探测器的响应时间范围确定；

3)在所述旋转叶片稳速旋转过程中，所述单片机根据所述旋转快门位置传感器的信号确定旋转快门是否进入打开状态，在旋转快门进入打开状态前，由所述单片机控制所述中心快门处于打开状态，当所述单片机确定旋转快门进入打开状态的同时，由所述单片机控制计时模块开始计时，并保持所述中心快门处于打开状态，当所述单片机接收到火焰探测器检测信号的同时，由单片机控制计时模块停止计时，并使所述中心快门处于关闭状态，计时模块的计时结果即为火焰探测器的响应时间检测结果。

所述检测结果由与所述单片机连接的触摸屏输出或者由与所述单片机连接的打印机输出。

所述旋转叶片由与所述单片机连接的伺服电机驱动，所述单片机采用电机控制算法对所述伺服电机进行稳速控制，所述电机控制算法具体包括以下步骤：在所述伺服电机启动阶段采用棒棒算法进行全速加速，当所述伺服电机实际速度与所述设定速度的差值达到阈值时，采用PI控制和速度微分负反馈控制相结合的算法，使所述伺服电机的速度稳定在所述设定速度。

本发明的有益效果体现在：本发明以单片机为主控单元，通过机械快门的方式确定火焰探测器响应的开始时间和结束时间，有效的减少现有技术中由电子设备自身反应时间引起的检测误差，并能够根据机械物理结构推算相应的误差大小，因而能够更精确的检测火焰探测器的响应时间。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明的系统机械部件示意图，其中：1表示前孔，即放置火焰探测器位置；2表示中心快门；3表示伺服电机，用来控制旋转叶片；4表示旋转快门；5表示后孔，火焰辐射通过后孔入射；6表示工作台箱体；

图3是本发明的检测原理框图；

图4是本发明所述旋转快门的机械结构示意图，其中：4-1为旋转叶片，是由复合板制成，进行黑体化处理；4-2为圆弧型通孔；4-3为电机安装孔；4-4为1#位置传感器的安装位置，分别在旋转叶片的前后该位置处安装发射装置和接收装置；4-5为2#位置传感器的安装位置，分别在旋转叶片的前后该位置处安装发射装置和接收装置；4-6为3#位置传感器的安装位置，分别在旋转叶片的前后该位置处安装发射装置和接收装置；

图5是本发明所述中心快门关闭状态示意图，其中：5-1为4#位置传感器的安装位置；5-2为5#位置传感器的安装位置；5-3为6#位置传感器的安装位置；5-4为7#位置传感器的安装位置；

图6是本发明所述中心快门打开状态示意图，其中：5-1为4#位置传感器的安装位置；5-2为5#位置传感器的安装位置；5-3为6#位置传感器的安装位置；5-4为7#位置传感器的安装位置；

图7是本发明所述旋转快门进入关闭状态示意图；

图8是本发明所述旋转快门进入打开状态示意图；

图9是本发明的单次检测流程图；

图10是本发明的多次检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

参见图1以及图3，本发明所采用的技术方案将旋转快门和中心快门相结合对火焰探测器的响应时间进行检测。火焰探测器响应时间检测系统包括上位机和下位机。所述上位机和下位机通过ModBus协议进行通讯。

上位机是由昆仑通态触摸屏组成，触摸屏内置MCGS嵌入式组态软件，该触摸屏整合了火焰探测器响应时间检测系统功能，系统不仅能够进行速度显示，检测结果显示，同时加入了系统自检，系统校验，单次检测，多次检测和打印输出等功能，能够方便有效的对火焰探测器响应时间参数进行测量，提高准确度和工作效率。

下位机包括飞思卡尔单片机及其外围电路以及与所述单片机连接的中心快门、旋转快门、计时模块、速度采集模块、标定旋转叶片转速、确定旋转快门状态以及确定中心快门是否完全打开的位置传感器和打印机等模块，主要功能均是由下位机控制完成，然后再传给上位机进行显示输出。打印机打印最终测得的实验数据。检测时，需要将待测火焰探测器的响应输出给所述单片机。

所述下位机的具体结构参见图2以及图4，工作台箱体6(为避光箱体)的一侧壁面上设置有第一通孔(即前孔1)，工作台箱体6的另一侧壁面上设置有与第一通孔正对的第二通孔(即后孔5)。旋转快门4包括设置于工作台箱体6内的圆形的旋转叶片4-1，伺服电机3用于驱动所述旋转叶片旋转，电机安装孔4-3位于所述旋转叶片圆心(旋转中心)。所述单片机通过输出PWM波，并采用电机控制算法对伺服电机3进行稳速控制，使伺服电机稳定在一定速度并驱动旋转叶片匀速旋转。同时对旋转叶片进行一定的工艺处理，使旋转叶片能够完成快门开闭功能，即该旋转叶片4-1上开设有以旋转叶片旋转中心为圆心的圆弧型通孔4-2(例如半圆环状孔)，旋转叶片旋转中心以外的区域在旋转叶片旋转中始终覆盖第一通孔的开口，所述圆弧型通孔的旋转轨迹与第一通孔位置重叠。所述第二通孔处设置中心快门2，参见图5，所述单片机通过控制电磁铁通断，进而控制中心快门的开闭，从而实现控制第二通孔打开或关闭，且保证中心快门从关闭状态切换为打开状态所用时间≤20ms(火焰探测器响应时间通常不超过20ms，如果切换时间超过20ms，则无法完成对于火焰探测器响应时间的检测)。

利用位置传感器检测中心快门叶片和旋转快门上通孔的位置变化，从而获取状态：

参见图4，旋转快门位置传感器(即2#位置传感器)设置位置与所述旋转轨迹重叠，并且与第一通孔位置相位相差180度，第一通孔沿竖直方向位于电机安装孔4-3上端；1#和3#位置传感器沿水平方向设置，对称设置在电机安装孔4-3两侧，且设置位置均与所述旋转轨迹重叠，用于标定转速(转速稳定在1500转/分时，1#和3#两个传感器产生变化信号的时间差应稳定在20ms，但由于工艺原因，会出现一定误差，根据实际时间差可进行稳速校正)；1#～3#位置传感器可采用光电传感器，传感器的接收端和发射端分别位于旋转叶片的正面和反面外，当旋转叶片旋转至圆弧型通孔开始通过或开始离开1#～3#位置传感器位置时，对应传感器均会有变化信号产生。

参见图5以及图6，中心快门状态判断主要用于判断快门打开状态，打开不完全将影响测量结果，4#～7#位置传感器(即中心快门位置传感器，可采用光电传感器)用来判断中心快门是否完全打开，中心快门关闭状态下，四个90度扇形叶片拼接为实心圆形，从而使第二通孔关闭，四个90度扇形叶片沿各自圆弧边沿上一点(图5中黑圆点)向实心图形外旋转90度(沿图5中箭头方向)，从而使第二通孔打开，若某一个90度扇形叶片未旋转够90度，则4#～7#中的对应位置传感器不产生变化信号，单片机根据4#～7#位置传感器的信号判断中心快门是否完全打开。

所述电机控制算法具体为：在伺服电机3运行开始阶段采用棒棒算法即全速加速，当伺服电机实际速度与设定速度接近时(达到设定阈值)，采用PI控制和速度微分负反馈控制相结合的算法，能够使伺服电机响应既迅速又超调很小。

所述系统可以根据不同的要求，改变伺服电机转速，进而测量不同响应时间的火焰探测器。所述系统能够精确测量火焰探测器的响应时间，系统的误差和伺服电机转速及机械部件的结构有关，根据伺服电机的转速以及机械部件的结构，可计算出系统误差。通过改变伺服电机的转速可以改变系统误差的大小。

所述系统能够很好的确定火焰探测器的响应开始时间和结束时间，举例说明如下：

当对一火焰探测器进行响应时间检测时，首先需知道该探测器的响应时间范围，以15ms为例。此时，可设系统测量量程为20ms，即旋转快门保持打开的时间为20ms，此时伺服电机转速需为1500转/分：

旋转快门频率＝1/(20ms+20ms)＝25Hz，25*60/分＝1500转/分

设测量精度＝1ms，则转速误差＝1500/40＝37.5转/分

在进行测量之前，首先对系统进行自检，单击触摸屏上的“自检”按钮，此时系统会根据位置传感器，依次检测系统的旋转快门、中心快门是否正常工作，正常工作可进行后续检测；不正常工作，系统会返回错误号，可根据此错误号对系统进行维修。同时由于系统采用机械部件，出于工艺原因，会出现一定误差，在此可以根据系统的校准功能，测量出偏差，在系统修正值中进行修正。

当需要进行测量时，把待测火焰探测器固定在前孔1并与系统单片机相连接。设定伺服电机转速为1500转/分，单击电机启动按钮，此时伺服电机开始加速。伺服电机根据电机控制算法进行加速，在本系统中，根据电机的各项参数可算得电机实际转速与设定转速之差的阈值为120转/分。因此，当伺服电机速度低于1380转/分时，系统控制伺服电机以全速进行加速，当伺服电机速度达到1380转/分时，此时系统采用PI控制和速度微分负反馈相结合的算法对伺服电机进行控制，使伺服电机快速稳定在1500转/分。

上述工作完毕后，首先需输入被测火焰探测器的编号，然后单击单次测量按钮，系统按照图9所示流程，对火焰探测器响应时间进行检测：首先初始化各个参数，开2#位置传感器的中断，当2#位置传感器由“0”变为“1”，如图7所示(旋转叶片逆时针旋转)，打开中心快门2。此时旋转快门4相当于关闭，要求在旋转快门从关闭到打开这一段时间内打开中心快门，这段时间火焰不能辐射进来，此时打开中心快门，对火焰探测器没影响。当中心快门2完全打开之后，当2#位置传感器由“1”变为“0”，如图8时所示(旋转叶片逆时针旋转)，计时模块(定时器)开始计时，同时开火焰探测器中断。当火焰探测器有信号输出时，定时器停止计时，关旋转快门位置传感器的中断，关火焰探测器中断，关闭中心快门。系统将采集的数据由下位机通过ModBus协议传输给上位机，进行显示输出，单击“打印”按钮，系统能够将待测火焰探测器的编号与其相应数据打印出来。

为了能够重复多次测量，单击“多次采集”，此时系统根据图10的流程进行多次采集。系统将采集得来的数据根据一定的滤波算法，进行分析计算(例如采用普通的剔除极值，然后平均的滤波算法)，得出多次测量的平均响应时间，进行显示。单击“打印”按钮，系统能够将待测火焰探测器的编号与其相应数据打印出来。

当检测完毕后，取下火焰探测器，关闭系统。

Claims (9)

1.一种火焰探测器响应时间检测装置，其特征在于：该检测装置包括单片机、计时模块、避光箱体以及旋转快门(4)，所述避光箱体的一侧壁面上设置有第一通孔，避光箱体的另一侧壁面上设置有第二通孔，第二通孔处设置有用于控制第二通孔打开或关闭的中心快门(2)，旋转快门(4)包括设置于避光箱体内的可匀速旋转的旋转叶片(4-1)，所述旋转叶片(4-1)旋转中心以外的区域在旋转中始终覆盖第一通孔，所述旋转叶片上开设有以所述旋转中心为圆心的圆弧型通孔(4-2)，所述圆弧型通孔(4-2)的旋转轨迹与第一通孔位置重叠，避光箱体内设置有用于检测所述旋转快门(4)是否进入打开状态的旋转快门位置传感器，所述旋转快门(4)进入打开状态是指所述圆弧型通孔(4-2)开始通过第一通孔位置，所述中心快门(2)、计时模块以及所述旋转快门位置传感器分别与单片机相连。

2.根据权利要求1所述一种火焰探测器响应时间检测装置，其特征在于：所述中心快门(2)包括四个扇形叶片，所述中心快门(2)包括打开以及关闭两种状态，中心快门(2)处于关闭状态时，四个扇形叶片拼接为实心图形，从而使第二通孔关闭，中心快门(2)处于打开状态时，四个扇形叶片沿各自圆弧边沿上一点向所述实心图形外旋转达到一定角度，从而使第二通孔打开，中心快门从关闭状态切换为打开状态所用时间≤20ms。

3.根据权利要求2所述一种火焰探测器响应时间检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括用于在所述中心快门(2)切换至打开状态时检测四个扇形叶片是否旋转达到所述角度的中心快门位置传感器，中心快门位置传感器与单片机相连。

4.根据权利要求1所述一种火焰探测器响应时间检测装置，其特征在于：所述旋转叶片(4-1)为圆形，所述旋转叶片(4-1)旋转中心位于该圆形的圆心，所述圆弧型通孔(4-2)为半圆环状，所述旋转快门位置传感器设置位置与所述旋转轨迹重叠，并且与第一通孔位置相位相差180度，所述检测装置还包括设置于避光箱体内的用于标定所述旋转叶片(4-1)转速的传感器组件，所述传感器组件包括设置位置与所述旋转轨迹重叠的两个位置传感器，该两个位置传感器相位相差180度，该两个位置传感器与单片机相连，该两个位置传感器的设置位置与所述旋转快门位置传感器设置位置不重叠。

5.根据权利要求1所述一种火焰探测器响应时间检测装置，其特征在于：所述旋转快门(4)还包括用于驱动所述旋转叶片(4-1)的伺服电机(3)，伺服电机(3)与单片机相连。

6.根据权利要求1所述一种火焰探测器响应时间检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括与单片机相连的触摸屏以及打印机。

7.一种如权利要求1所述火焰探测器响应时间检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将火焰探测器安装在第一通孔处，并将火焰探测器与单片机连接，同时，使所述中心快门(2)处于关闭状态，然后在第二通孔处启动火焰辐射；

2)经过步骤1)后，驱动所述旋转叶片(4-1)以设定转速稳速旋转；

3)在所述旋转叶片(4-1)稳速旋转过程中，所述单片机根据所述旋转快门位置传感器的信号确定旋转快门(4)是否进入打开状态，在旋转快门(4)进入打开状态前，由所述单片机控制所述中心快门(2)处于打开状态，当所述单片机确定旋转快门(4)进入打开状态的同时，由所述单片机控制计时模块开始计时，并保持所述中心快门(2)处于打开状态，当所述单片机接收到火焰探测器检测信号的同时，由单片机控制计时模块停止计时，并使所述中心快门(2)处于关闭状态，计时模块的计时结果即为火焰探测器的响应时间检测结果。

8.根据权利要求7所述一种火焰探测器响应时间检测装置的检测方法，其特征在于：所述检测结果由与所述单片机连接的触摸屏输出或者由与所述单片机连接的打印机输出。

9.根据权利要求7所述一种火焰探测器响应时间检测装置的检测方法，其特征在于：所述旋转叶片(4-1)由与所述单片机连接的伺服电机(3)驱动，所述单片机采用电机控制算法对所述伺服电机(3)进行稳速控制，所述电机控制算法具体包括以下步骤：在所述伺服电机(3)启动阶段采用棒棒算法进行全速加速，当所述伺服电机(3)实际速度与所述设定速度的差值达到阈值时，采用PI控制和速度微分负反馈控制相结合的算法，使所述伺服电机(3)的速度稳定在所述设定速度。