CN106023509A - 一种用于火灾模式的监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于火灾模式的监测系统，该系统包括所述无线火焰探测器、温度传感器，所述火焰探测器包括2个微米波长红外传感器，2个纳米波长紫外传感器，传感器信号处理电路，前置数字信号处理电路，处理芯片及信号传输电路；温度传感器检测当前环境温度值，并将该温度值传送至处理芯片中，处理芯片根据系统运行过程中不断采样的多个环境温度，使用支持向量机（svm）预测接下来的正常情况下环境温度，比较预测环境温度与温度传感器检测的下一个实时温度信号比较，如果温度传感器值大于预测值30摄氏度，输出发生火灾信号，该系统能够稳定可靠地且灵敏地探测火灾的发生，准确、无误地对火灾进行预报，具有较高的抗干扰能力，不受风雨、高温、高湿及自然人工光源等影响，可良好工作于室内或室外环境。
Description
技术领域
本发明的探测系统适用于工业消防系统领域，特别涉及一种火灾探测及报警领域。
背景技术
火灾探测系统又叫做火焰探测系统，该系统用于工业和公共场所的火灾探测，报警及启动消防设备。探测器适用于各类：油库、酒库、飞机库、化工设备场所、军事设备场所、液化气站、电站等火灾萌发时无阴燃阶段或较少阴燃阶段，而以直接产生明火为主的场所。由于任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。普朗克黑体辐射定律给出了黑体辐射的具体谱分布，且证明了能量的大小和黑体温度成正比，中心电磁波长与黑体温度成反比。在发生火灾的场所，物质的燃烧必然伴随着局部温度的升高，从而向外部空间辐射一定强度的电磁波。不同物体燃烧的过程中产生的光谱具有一定的共同特性，基于上述共性，利用传感器提取出周围空间中的辐射信号，并对信号进行谱分析，以探测空间中是否发生火灾。这就是火灾探测的基本原理。
现有技术中的火灾探测器都是分为三种，一种是探测火焰中波长较长的红外辐射的红外探测器，一种是探测火焰中波长较短的紫外探测器，还有一种是同时探测火灾中的波长较短的紫外和波长较长的红外探测器。由于同时探测红外和紫外的探测器的性能优越，且探测结果可靠，而被广泛使用。但是由于火灾产生现场环境的复杂性，其中的电器、温度、湿度以及人工、自然光源等都会对探测产生干扰，导致火灾探测的误报和不灵敏。
因此，针对上述问题，需要一种能够稳定的火灾探测系统，该系统能够稳定可靠地且灵敏地探测火灾的发生，准确、无误地对火灾进行预报，具有较高的抗干扰能力，不受风雨、高温、高湿及自然人工光源等影响，可良好工作于室内或室外环境。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种用于火灾模式的监测系统，该系统能够对系统设置的现场火灾进行准确和稳定的监测及预报，以及火灾模式的检测，提高了工业生产和人员的安全性。该系统具有良好的抗干扰性以及预报准确性。
为了实现上述目的，本发明通过下列技术方案来实现：
一种用于火灾模式的监测系统，该系统包括所述无线火焰探测器、温度传感器，所述火焰探测器包括2个微米波长红外传感器，2个纳米波长紫外传感器，传感器信号处理电路，前置数字信号处理电路，处理芯片及信号传输电路。其特征在于：
所述温度传感器检测系统环境中的温度，并将其温度值与系统中保存的温度预测值进行比较，若当前测量值与温度预测值之间的差值大于30摄氏度，系统判断现场具有火灾发生的现象，同时使用该信号使火焰探测器启动并保持开启；否则，只有温度传感器进行工作，在启动火焰探测器后，温度传感器实时输出火灾现场温度，并将数据传输至处理芯片。
2个微米波长红外传感器分别为4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器。
2个纳米波长紫外传感器分别为220纳米波长探测紫外传感器和180纳米波长辅助紫外传感器。
传感器信号处理电路包括阻抗匹配电路和滤波放大电路，阻抗匹配电路将传感器输出的模拟信号与后续处理电路之间进行阻抗匹配，输出的信号通过模拟滤波器滤波，滤波后的信号通过放大电路放大输出。
前置数字信号处理电路包括将传感器输入的模拟信号转化为数字信号，并对数字信号进行混频滤波电路。
处理芯片对数字信号处理电路的输出信号频谱进行分析处理并判断出是否发生火灾信号，如果判断是发生火灾，生成报警信息，同时将测得的现场信号数据及报警信息打包保存，如果判断不是发生火灾，将不生成报警信号。
处理芯片能够接收温度传感器的信号，当判断为发生火灾信号时，处理芯片将根据当前检测到的温度值以及火焰探测器信号值，判断火灾模式，并产生火灾发生初期、完全燃烧或火灾扑灭信号。
信号传输电路包括无线信号传输电路和有线数据传输电路，无线信号传输电路将处理芯片打包的火灾现场信号数据及报警信号发送至数据监控中心，供监控中心分析报警使用；同时，信号传输电路也可以通过有线数据将处理芯片打包的火灾现场信号数据及报警信号发送至数据监控中心，供监控中心分析报警使用。
作为进一步优化，所述2个微米波长红外传感器和2个纳米波长紫外传感器可分别设置或作为整体设置在一个集成装置中，4.5微米波长探测红外传感器探测区域和180纳米波长辅助紫外传感器的探测区域具有重叠部分，4.8微米波长辅助红外传感器探测区域和220纳米波长探测紫外传感器的探测区域具有重叠部分，2个微米波长红外传感器的探测区域相距50cm，2个纳米波长紫外传感器的探测区域相距30cm。
作为进一步优化，传感器信号处理电路中的模拟滤波器为有源滤波电路或无源滤波电路。
作为进一步优化，前置数字信号处理电路，包括模数转换电路、自适应滤波器、增益放大电路，所述自适应滤波器的输入包括生成的高斯白噪声和未发生火灾时微米波长辅助红外传感器以及纳米波长辅助紫外传感器的输出信号，根据上述信号产生滤波器参数调整滤波器，实现信号的噪声滤除，所述增益放大电路包括可调衰减器，可调增益放大器。
作为进一步优化，处理芯片为DSP信号处理芯片，将前置信号处理器输出的数字信号进行频域转换后加窗处理，分别计算4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器处理后的信号的平均功率，以及220纳米波长探测紫外传感器和180纳米波长辅助紫外传感器处理后的信号的平均功率，比较4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器的平均功率，如果4.5微米波长探测红外传感器平均功率值大于2.3倍4.8微米波长辅助红外传感器平均功率值，且220纳米波长探测紫外传感器平均功率值大于2倍180纳米波长辅助紫外传感器值，判断发生火灾报警；否则不报警。
作为进一步优化，处理芯片产生白噪声信号，并存储辅助紫外传感器和辅助红外传感器在非火灾时处理后的传感器信号。
作为进一步优化，信号传输电路中的无线传输电路具有网络构成的功能，一个火焰探测器中的无线传输电路可以与另外的多个火焰探测器中的无线传输电路构成相互传输信号的网络，且不同的无线传输电路都可以与数据监控中心通信；火焰探测器中信号传输电路通过有线信号进行信号传输，在处理芯片检测到有线传输线路被中断后，自动切换至无线信号传输电路，通过无线信号传输报警信号。
作为进一步优化，所述信号传输电路中的无线传输电路和有线传输电路可以通过手动选择。
一种具有上述用于火灾模式的监测系统的探测，其包括所述无线火焰探测器，其特在在于：
第1步：温度传感器检测当前环境温度值，并将该温度值传送至处理芯片中，处理芯片根据系统运行过程中不断采样的多个环境温度，使用支持向量机（svm）预测接下来的正常情况下环境温度，比较预测环境温度与温度传感器检测的下一个实时温度信号比较，如果温度传感器值大于预测值30摄氏度，输出发生火灾信号；
第2步：输出的发生火灾信号启动无线火焰探测器，所述无线火焰探测器的2个微米波长红外传感器的信号和2个纳米波长紫外传感器采集现场的信号；
第3步：采集的传感器信号输出至传感器信号处理电路进行滤波放大处理；
第4步：前置数字信号处理电路将传感器信号处理电路输出的模拟信号进行模数转换成数字信号，并对数字信号通过可调衰减器，可调增益放大器处理；
第5步：处理芯片对数字信号转换为频域信号，并对频域信号加窗处理后，选择出特定频段的信号，并计算数字信号的平均功率，比较4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器的平均功率，如果4.5微米波长探测红外传感器平均功率值大于2.3倍4.8微米波长辅助红外传感器平均功率值，且220纳米波长探测紫外传感器平均功率值大于2倍180纳米波长辅助紫外传感器值，判断发生火灾报警；否则不报警；同时，在火焰探测器初始化工作时，不断实时更新记录辅助传感器的值，作为火灾检测时的比较参考值；而且，处理芯片能够接收温度传感器的信号，当判断为发生火灾信号时，处理芯片将根据当前检测到的温度值以及火焰探测器信号值，判断火灾模式，并产生火灾发生初期、完全燃烧或火灾扑灭信号；
第6步：如果需要报警，无线传输电路将报警信号以及火灾现场信号数据传输至数据监控中心，供数据监控中心集中分析和处理。
本发明专利提供的一种用于火灾模式的监测系统，同时，能够对火灾现场进行检测，与现有技术相比具有如下的有益效果：
1、对传感器的设置中选取了一定的角度，且其探测区域具有一定的距离，实现了火灾面的覆盖检测，提高了火灾检测的准确性和稳定性；
2、采集的信号进行了模拟滤波和数字滤波，同时在数字滤波中引入了白噪声和存储的辅助传感器信号，能够将环境现场背景中的噪声滤除；
3、数字信号处理芯片能够对信号的频域数据处理，火灾检测信号准确；
4、无线传输电路能够构成网络，且能根据现场情况切换有线和无线传输方式；
5、温度传感器的设置能够检测火灾模式，以及控制无线火焰探测器的启动与关闭，能够节约功耗。
附图说明
图1是用于火灾模式的监测系统结构图。
图2是无线火焰探测器结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
如附图1所示，一种用于火灾模式的监测系统，该系统包括所述无线火焰探测器、温度传感器、处理芯片及信号传输电路，所述火焰探测器包括如附图2所示的2个微米波长红外传感器，2个纳米波长紫外传感器，传感器信号处理电路，前置数字信号处理电路；其特征在于，
所述温度传感器检测系统环境中的温度，并将其温度值与系统中保存的温度预测值进行比较，若当前测量值与温度预测值之间的差值大于30摄氏度，系统判断现场具有火灾发生的现象，同时使用该信号使火焰探测器启动并保持开启；否则，只有温度传感器进行工作，在启动火焰探测器后，温度传感器实时输出火灾现场温度，并将数据传输至处理芯片；
2个微米波长红外传感器分别为4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器；
2个纳米波长紫外传感器分别为220纳米波长探测紫外传感器和180纳米波长辅助紫外传感器；
传感器信号处理电路包括阻抗匹配电路和滤波放大电路，阻抗匹配电路将传感器输出的模拟信号与后续处理电路之间进行阻抗匹配，输出的信号通过模拟滤波器滤波，滤波后的信号通过放大电路放大输出；
前置数字信号处理电路包括将传感器输入的模拟信号转化为数字信号，并对数字信号进行混频滤波电路；
处理芯片对数字信号处理电路的输出信号频谱进行分析处理并判断出是否发生火灾信号，如果判断是发生火灾，生成报警信息，同时将测得的现场信号数据及报警信息打包保存，如果判断不是发生火灾，将不生成报警信号；
处理芯片能够接收温度传感器的信号，当判断为发生火灾信号时，处理芯片将根据当前检测到的温度值以及火焰探测器信号值，判断火灾模式，并产生火灾发生初期、完全燃烧或火灾扑灭信号；
信号传输电路包括无线信号传输电路和有线数据传输电路，无线信号传输电路将处理芯片打包的火灾现场信号数据及报警信号发送至数据监控中心，供监控中心分析报警使用；同时，信号传输电路也可以通过有线数据将处理芯片打包的火灾现场信号数据及报警信号发送至数据监控中心，供监控中心分析报警使用；
所述2个微米波长红外传感器和2个纳米波长紫外传感器可分别设置或作为整体设置在一个集成装置中，4.5微米波长探测红外传感器探测区域和180纳米波长辅助紫外传感器的探测区域具有重叠部分，4.8微米波长辅助红外传感器探测区域和220纳米波长探测紫外传感器的探测区域具有重叠部分，2个微米波长红外传感器的探测区域相距50cm，2个纳米波长紫外传感器的探测区域相距30cm；
传感器信号处理电路中的模拟滤波器为有源滤波电路或无源滤波电路；
前置数字信号处理电路，包括模数转换电路、自适应滤波器、增益放大电路，所述自适应滤波器的输入包括生成的高斯白噪声和未发生火灾时微米波长辅助红外传感器以及纳米波长辅助紫外传感器的输出信号，根据上述信号产生滤波器参数调整滤波器，实现信号的噪声滤除，所述增益放大电路包括可调衰减器，可调增益放大器；
处理芯片为DSP信号处理芯片，将前置信号处理器输出的数字信号进行频域转换后加窗处理，分别计算4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器处理后的信号的平均功率，以及220纳米波长探测紫外传感器和180纳米波长辅助紫外传感器处理后的信号的平均功率，比较4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器的平均功率，如果4.5微米波长探测红外传感器平均功率值大于2.3倍4.8微米波长辅助红外传感器平均功率值，且220纳米波长探测紫外传感器平均功率值大于2倍180纳米波长辅助紫外传感器值，判断发生火灾报警；否则不报警；
处理芯片产生白噪声信号，并存储辅助紫外传感器和辅助红外传感器在非火灾时处理后的传感器信号；
信号传输电路中的无线传输电路具有网络构成的功能，一个火焰探测器中的无线传输电路可以与另外的多个火焰探测器中的无线传输电路构成相互传输信号的网络，且不同的无线传输电路都可以与数据监控中心通信；火焰探测器中信号传输电路通过有线信号进行信号传输，在处理芯片检测到有线传输线路被中断后，自动切换至无线信号传输电路，通过无线信号传输报警信号；
所述信号传输电路中的无线传输电路和有线传输电路可以通过手动选择。
一种具有上述用于火灾模式的监测系统的探测，其包括所述无线火焰探测器，其特在在于：
第1步：温度传感器检测当前环境温度值，并将该温度值传送至处理芯片中，处理芯片根据系统运行过程中不断采样的多个环境温度，使用支持向量机（svm）预测接下来的正常情况下环境温度，比较预测环境温度与温度传感器检测的下一个实时温度信号比较，如果温度传感器值大于预测值30摄氏度，输出发生火灾信号；
第2步：输出的发生火灾信号启动无线火焰探测器，所述无线火焰探测器的2个微米波长红外传感器的信号和2个纳米波长紫外传感器采集现场的信号；
第3步：采集的传感器信号输出至传感器信号处理电路进行滤波放大处理；
第4步：前置数字信号处理电路将传感器信号处理电路输出的模拟信号进行模数转换成数字信号，并对数字信号通过可调衰减器，可调增益放大器处理；
第5步：处理芯片对数字信号转换为频域信号，并对频域信号加窗处理后，选择出特定频段的信号，并计算数字信号的平均功率，比较4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器的平均功率，如果4.5微米波长探测红外传感器平均功率值大于2.3倍4.8微米波长辅助红外传感器平均功率值，且220纳米波长探测紫外传感器平均功率值大于2倍180纳米波长辅助紫外传感器值，判断发生火灾报警；否则不报警；同时，在火焰探测器初始化工作时，不断实时更新记录辅助传感器的值，作为火灾检测时的比较参考值；而且，处理芯片能够接收温度传感器的信号，当判断为发生火灾信号时，处理芯片将根据当前检测到的温度值以及火焰探测器信号值，判断火灾模式，并产生火灾发生初期、完全燃烧或火灾扑灭信号；
第6步：如果需要报警，信号传输电路将报警信号以及火灾现场信号数据传输至数据监控中心，供数据监控中心集中分析和处理。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于火灾模式的监测系统，该系统包括所述无线火焰探测器、温度传感器，所述火焰探测器包括2个微米波长红外传感器，2个纳米波长紫外传感器，传感器信号处理电路，前置数字信号处理电路，处理芯片及信号传输电路；其特征在于，
所述温度传感器检测系统环境中的温度，并将其温度值与系统中保存的温度预测值进行比较，若当前测量值与温度预测值之间的差值大于30摄氏度，系统判断现场具有火灾发生的现象，同时使用该信号使火焰探测器启动并保持开启；否则，只有温度传感器进行工作，在启动火焰探测器后，温度传感器实时输出火灾现场温度，并将数据传输至处理芯片；
2个微米波长红外传感器分别为4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器；
2个纳米波长紫外传感器分别为220纳米波长探测紫外传感器和180纳米波长辅助紫外传感器；传感器信号处理电路包括阻抗匹配电路和滤波放大电路，阻抗匹配电路将传感器输出的模拟信号与后续处理电路之间进行阻抗匹配，输出的信号通过模拟滤波器滤波，滤波后的信号通过放大电路放大输出；
前置数字信号处理电路包括将传感器输入的模拟信号转化为数字信号，并对数字信号进行混频滤波电路；
处理芯片对数字信号处理电路的输出信号频谱进行分析处理并判断出是否发生火灾信号，如果判断是发生火灾，生成报警信息，同时将测得的现场信号数据及报警信息打包保存，如果判断不是发生火灾，将不生成报警信号；
处理芯片能够接收温度传感器的信号，当判断为发生火灾信号时，处理芯片将根据当前检测到的温度值以及火焰探测器信号值，判断火灾模式，并产生火灾发生初期、完全燃烧或火灾扑灭信号；
信号传输电路包括无线信号传输电路和有线数据传输电路，无线信号传输电路将处理芯片打包的火灾现场信号数据及报警信号发送至数据监控中心，供监控中心分析报警使用；同时，信号传输电路也可以通过有线数据将处理芯片打包的火灾现场信号数据及报警信号发送至数据监控中心，供监控中心分析报警使用。
2.根据权利要求1所述的一种用于火灾模式的监测系统，所述2个微米波长红外传感器和2个纳米波长紫外传感器可分别设置或作为整体设置在一个集成装置中，4.5微米波长探测红外传感器探测区域和180纳米波长辅助紫外传感器的探测区域具有重叠部分，4.8微米波长辅助红外传感器探测区域和220纳米波长探测紫外传感器的探测区域具有重叠部分，2个微米波长红外传感器的探测区域相距50cm，2个纳米波长紫外传感器的探测区域相距30cm。
3.根据权利要求2所述的一种用于火灾模式的监测系统，传感器信号处理电路中的模拟滤波器为有源滤波电路或无源滤波电路。
4. 根据权利要求3所述的一种用于火灾模式的监测系统，前置数字信号处理电路，包括模数转换电路、自适应滤波器、增益放大电路，所述自适应滤波器的输入包括生成的高斯白噪声和未发生火灾时微米波长辅助红外传感器以及纳米波长辅助紫外传感器的输出信号，根据上述信号产生滤波器参数调整滤波器，实现信号的噪声滤除，所述增益放大电路包括可调衰减器，可调增益放大器。
5.根据权利要求4所述的一种用于火灾模式的监测系统，处理芯片为DSP信号处理芯片，将前置信号处理器输出的数字信号进行频域转换后加窗处理，分别计算4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器处理后的信号的平均功率，以及220纳米波长探测紫外传感器和180纳米波长辅助紫外传感器处理后的信号的平均功率，比较4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器的平均功率，如果4.5微米波长探测红外传感器平均功率值大于2.3倍4.8微米波长辅助红外传感器平均功率值，且220纳米波长探测紫外传感器平均功率值大于2倍180纳米波长辅助紫外传感器值，判断发生火灾报警；否则不报警。
6. 根据权利要求5所述的一种用于火灾模式的监测系统，处理芯片产生白噪声信号，并存储辅助紫外传感器和辅助红外传感器在非火灾时处理后的传感器信号。
7.根据权利要求6所述的一种用于火灾模式的监测系统，信号传输电路中的无线传输电路具有网络构成的功能，一个火焰探测器中的无线传输电路可以与另外的多个火焰探测器中的无线传输电路构成相互传输信号的网络，且不同的无线传输电路都可以与数据监控中心通信；火焰探测器中信号传输电路通过有线信号进行信号传输，在处理芯片检测到有线传输线路被中断后，自动切换至无线信号传输电路，通过无线信号传输报警信号。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于火灾模式的监测系统，所述信号传输电路中的无线传输电路和有线传输电路可以通过手动选择。
9.一种具有权利要求1-7任意一项所述的用于火灾模式的监测系统的探测，其包括所述无线火焰探测器，其特在在于：
第1步：温度传感器检测当前环境温度值，并将该温度值传送至处理芯片中，处理芯片根据系统运行过程中不断采样的多个环境温度，使用支持向量机（svm）预测接下来的正常情况下环境温度，比较预测环境温度与温度传感器检测的下一个实时温度信号比较，如果温度传感器值大于预测值30摄氏度，输出发生火灾信号；
第2步：输出的发生火灾信号启动无线火焰探测器，所述无线火焰探测器的2个微米波长红外传感器的信号和2个纳米波长紫外传感器采集现场的信号；
第3步：采集的传感器信号输出至传感器信号处理电路进行滤波放大处理；
第4步：前置数字信号处理电路将传感器信号处理电路输出的模拟信号进行模数转换成数字信号，并对数字信号通过可调衰减器，可调增益放大器处理；
第5步：处理芯片对数字信号转换为频域信号，并对频域信号加窗处理后，选择出特定频段的信号，并计算数字信号的平均功率，比较4.5微米波长探测红外传感器以及4.8微米波长辅助红外传感器的平均功率，如果4.5微米波长探测红外传感器平均功率值大于2.3倍4.8微米波长辅助红外传感器平均功率值，且220纳米波长探测紫外传感器平均功率值大于2倍180纳米波长辅助紫外传感器值，判断发生火灾报警；否则不报警；同时，在火焰探测器初始化工作时，不断实时更新记录辅助传感器的值，作为火灾检测时的比较参考值；而且，处理芯片能够接收温度传感器的信号，当判断为发生火灾信号时，处理芯片将根据当前检测到的温度值以及火焰探测器信号值，判断火灾模式，并产生火灾发生初期、完全燃烧或火灾扑灭信号；
第6步：如果需要报警，无线传输电路将报警信号以及火灾现场信号数据传输至数据监控中心，供数据监控中心集中分析和处理。
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