CN106408843B - 一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，包括电源单元，用于供电；红外探测单元，设有三个红外管，用于分别将从工作环境中探测到的火焰、人工干扰源和背景辐射的红外光线转换为红外数字信号，并将红外数字信号发送到下一级；与三个红外管分别配对的三个红外校准灯，用于红外校准和故障自检，每个红外校准灯的光线直接入射到与各自配对的红外管；PIC微处理器，用于控制红外校准灯的点亮或熄灭，并对三路红外信号进行综合分析，通过火焰识别算法实现火焰信号的检测。本发明解决了现有技术不能有效区分干扰信号、适应能力弱的技术问题，能够准确探测火焰，避免误报和漏报。
Description
技术领域
本发明属于火焰探测领域，尤其涉及一种三波段红外火焰探测器。
背景技术
目前常规三波段红外火焰探测器一般都是使用三个采集不同波段的红外管分别对真实火焰、人工干扰源、背景辐射进行探测，通过比较三个红外管采集信号的幅值来判别火焰是否存在。三波段红外火焰探测器的三个红外管都采集到了环境中的人工干扰源、背景辐射、真实火焰等辐射的红外线。在混杂各种干扰源的环境中，当环境中不存在真实火焰，常规的三波段红外火焰探测器的红外管采集干扰源辐射的红外线也可能满足软件设定的报警阈值，引起误报。当环境中存在真实火焰时，人工干扰源和背景辐射干扰很强时，探测器可能漏报。常规三波段红外火焰探测器不能适应复杂的工作环境。其次，目前常规的三波段红外火焰探测器工程实用性差，很难做到组网。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的壁垒，提供一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，以解决在混杂各种干扰源的环境中现有技术不能有效区分干扰信号、适应能力弱的技术问题，能够准确探测火焰，避免误报和漏报。
本发明采用的技术方案如下：
一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，包括
电源单元，用于供电；
红外探测单元，设有三个红外管，用于分别将从工作环境中探测到的火焰、人工干扰源和背景辐射的红外光线转换为三路红外数字信号，并将三路红外数字信号发送到下一级；
与三个红外管分别配对的三个红外校准灯，用于红外校准和故障自检，每个红外校准灯的光线直接入射到与各自配对的红外管；
PIC微处理器，用于控制红外校准灯的点亮或熄灭，并对三路红外数字信号进行综合分析，通过火焰识别算法实现火焰信号的检测，判断是否有火焰存在。
火焰识别算法：通过直接比较三路红外数字信号的强度阀值关系、比较真实火焰信号、火焰信号频率判别以及连续性判别进行综合判断，以确认火焰信号。直接比较三路红外数字信号的强度阀值关系：主报警红外管信号强于其他两路信号；比较真实火焰信号：从信号中分离出真实火焰信号和干扰信号，主报警红外管信号的真实火焰信号大于其他两路的真实火焰信号；火焰信号频率判别：火焰频率在3～30HZ；连续性判别：火焰信号是连续的，计算连续周期内各必要条件发生的次数来进行火焰识别。
进一步的，每个红外校准灯外均设有带有开口的灯罩，灯罩内设有将红外校准灯的光线集中反射出灯罩的反光片，反光片反射的光线能直接入射到红外管探测窗口，红外校准灯能充分为探测器校准。每个红外校准灯的光线限制于独立的空间内，红外校准灯彼此之间不会相互干扰。
进一步的，还包括温湿度检测单元，用于检测工作环境中的温湿度，并将检测到的温湿度信号发送到PIC微处理器进行处理；
加热除湿单元，用于根据PIC微处理器处理的结果，在PIC微处理器的控制下进行加热除湿。
进一步的，还包括时钟单元，用于设置红外校准和故障自检的基准时钟；
存储单元，用于存储红外探测单元采集到的红外信号。
进一步的，拨码开关，用于设置编码地址。
进一步的，还包括485通信和CAN通信单元，用于联网。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明开通过红外校准灯的自动校准和故障自检，使探测器能更好的适应混杂复杂干扰源的工作环境，能有效区分干扰信号、适应能力强，能够准确探测火焰，避免误报和漏报。
探测器自检功能和探测器硬件设定地址功能(即设置编码地址)的开发使探测器工程应用上具有更好的实用性。
附图说明
图1为本发明的硬件结构图；
图2为本发明的校准灯的原理图；
图3为本发明红外校准灯、红外校准聚光结构件的安装图；
图4为本发明的红外校准灯聚光结构件工作的原理示意图；
图5为本发明的红外校准灯聚光结构件图；
图6为本发明的红外校准灯聚光结构反光面的位置图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1～图6对本发明作详细说明。
本发明用了三个红外校准灯1，为每一个红外管都备了一个红外校准灯1。红外校准灯1由程序进行控制，探测器可通过红外校准灯1进行红外校准和故障自检。红外校准灯1串联一个限流电阻，图2中红外校准灯电路中电阻的另一端(ZJ3)连接到微处理器引脚。
由于红外校准灯1的光线比较微弱，为了使红外校准灯在红外校验和故障自检起到很好的效果。设计了一个红外校准灯1的聚光结构件，图5所示，聚光结构件能让红外校准灯1的光线充分到达红外管。聚光结构件为每个红外校准灯分别设计了灯罩2，灯罩2为半封闭结构，有一面未封闭，灯罩2内部有反光片3。在探测器校准时红外校准灯1的灯丝发出的光线向四周散射，红外校准灯发出的光线能直接入射到红外管的探测窗口4只是很少的一部分。校准灯发出的大部分光线入射到了反光片3，入射光线在经过灯罩2下方的反光片3的反射后反射光线从灯罩的未封闭的一面入射到红外管6的探测窗口4。红外管的敏感元是一个平面，经过反光片3反射的光线大部分将入射到红外管的敏感元平面，反光片3为不透光材质，反光片对反射光的反射效率很高，能直接入射到红外管的探测窗口4的光线和经过反光片3反射的光线叠加，红外校准灯1能充分为探测器校准。同时，灯罩2将每个红外校准灯1的光线限制于独立的空间内，红外校准灯1彼此之间不会相互干扰，红外校准灯1聚光结构件工作的原理如图4所示(图中的虚线为法线)。
探测器的三个相互独立的红外校准灯1用于对不同环境下的探测器进行校准。探测器在没有火焰存在的情况下，通过内置的软件点亮红外校准灯进行校准，红外管采集红外校准灯点亮时的红外信号幅值并保存，用于调整算法参数，使探测器适应环境的变化。
探测器可通过红外校准灯对探测器自身故障进行自检。探测器通过时钟单元设定基准时钟，再通过软件程序设置每十分钟通过红外校准灯进行一次红外自检。当遇到探测器工作长时间探测器的红外管的灵敏度降低，探测器的探测窗口有杂质附着等情况时，探测器自身能报故障。
探测器还设有为其设置编码地址的拨码开关(7位)，硬件地址为1-127。7位的拨码开关通过设置于与PIC微处理器上的7个I/O口与PIC微处理器相连，PIC微处理器通过采集高低电平值，确定当前探测器的地址。设置后地址后多个探测器通过485通信和CAN通信模块和灭火控制装置进行组网。在大型空间内，多个探测器可以通过组网的方式覆盖整个空间。
通过专用软件对自身灵敏度进行高、中、低3个灵敏度级别的设置，通过设定报警相应时间来对灵敏度进行高、中、低三个灵敏度级别进行设定。
本发明采用三个红外管分别对火焰、人工干扰源、背景辐射进行探测。如图1所示，本发明的硬件结构包括PIC微处理器单元和用于供电的电源单元，PIC微处理器单元通信连接有红外探测单元、时钟单元、存储单元、温湿度检测单元、加热除湿单元、电流输出单元、继电器输出单元、485通信和CAN通信单元以及指示灯5(见图3)；红外探测单元包括三组，每一组均包括红外管和与红外管相连接的交直流信号检测电路，红外探测单元通过交直流信号检测电路与PIC微处理器通信连接。软件对火焰进行判别时对火灾中多个相互关联的火焰的红外信号参数进行提取、综合分析，并对红外管进行了温度补偿。为了消除火焰外的其他干扰信号的影响，人工热源、背景辐射源等引起的干扰，通过对红外信号阈值大小、频率特征、连续性及信号间相互关系等的分析，建立火焰识别算法，确认火焰信号。
火焰识别算法：通过直接比较三路红外数字信号的强度阀值关系、比较真实火焰信号、火焰信号频率判别以及连续性判别进行综合判断，以确认火焰信号。
直接比较三路红外数字信号的强度阀值关系：主报警红外管信号强于其他两路信号；
比较真实火焰信号：从信号中分离出真实火焰信号和干扰信号，主报警红外管信号的真实火焰信号大于其他两路的真实火焰信号；
火焰信号频率判别：火焰频率在3～30HZ；
连续性判别：火焰信号是连续的，计算连续周期内各必要条件发生的次数来进行火焰识别。
Claims (5)
1.一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，包括电源单元，用于供电；红外探测单元，设有三个红外管，用于分别将从工作环境中探测到的火焰、人工干扰源和背景辐射的红外光线转换为三路红外数字信号，并将三路红外数字信号发送到下一级；其特征在于，还包括与三个红外管分别配对的三个红外校准灯，用于红外校准和故障自检，每个红外校准灯的光线直接入射到与各自配对的红外管；PIC微处理器，用于控制红外校准灯的点亮或熄灭，并对三路红外数字信号进行综合分析，通过火焰识别算法实现火焰信号的检测，判断是否有火焰存在；
红外校准灯由程序进行控制，探测器可通过红外校准灯进行红外校准和故障自检；红外校准灯串联一个限流电阻，红外校准灯电路中电阻的另一端连接到微处理器引脚；
探测器在没有火焰存在的情况下，通过内置的软件点亮红外校准灯进行校准，红外管采集红外校准灯点亮时的红外信号幅值并保存，用于调整算法参数，使探测器适应环境的变化；
红外校准灯设有聚光结构件，聚光结构件包括灯罩，灯罩为半封闭结构，有一面未封闭，灯罩内部设有反光片,
灯罩面对红外校准灯的一面的面积大于红外校准灯的直径所在横截面的面积，红外校准灯发出的一部分光能够直接入射到红外管；
灯罩将每个红外校准灯的光线限制于独立的空间内，红外校准灯彼此之间不会相互干扰。
2.如权利要求1所述的一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，其特征在于，每个红外校准灯外均设有带有开口的灯罩，灯罩内设有将红外校准灯的光线集中反射出灯罩的反光片。
3.如权利要求1所述的一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，其特征在于，还包括温湿度检测单元，用于检测工作环境中的温湿度，并将检测到的温湿度信号发送到PIC微处理器进行处理；加热除湿单元，用于根据PIC微处理器处理的结果，在PIC微处理器的控制下进行加热除湿。
4.如权利要求1所述的一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，其特征在于，还包括时钟单元，用于设置红外校准和故障自检的基准时钟；存储单元，用于存储红外探测单元采集到的红外信号幅值。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种具备自动校准功能的三波段红外火焰探测器，其特征在于，还包括485通信和CAN通信单元，用于联网。
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