CN107885078A - 一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法，其自适应温度补偿包括硬件自适应驱动电路、软件温度动态补偿两部分，具体的自适应电路在各个温度下通过参考光源提供一个稳定的红外输出信号，软件算法将红外管采集参考光源的输出值做为补偿起始条件，对后续红外管输出的外部非参考光源的输出值进行补偿。本发明通过自适应温度采集电路相辅助，在温度T下对探测输出的原始值进行补偿，根据红外管接收参照光源的照射强度，实现无需温度补偿表时能够自适应调整输出补偿值。

Description

一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法
技术领域
本专利属于火灾探测领域，涉及所有需要在各个温度下需要可靠、快速探测火灾的领域，涉及一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法。
背景技术
大多数红外/紫外复合探测器均是利用光敏传感器对火焰辐射中的特定红外波段、紫外线进行探测，然后通过一系列的算法进行火警判断。但是由于红外光敏传感器的灵敏度随着温度的变化而变化，温度越高，灵敏度越低。若无补偿措施的光学探测器无法应用于宽温场所。
通常市面上的针对红外光敏传感器的灵敏度补偿措施有硬件补偿、软件补偿、软硬件综合补偿。采用单一硬件电路进行温度补偿的时，由于NTC温敏电阻的温度变化为非线性，这会造成造成灵敏度的非线性变化，设计、调试难度非常大。部分硬件、软件结合的方法或者采用单一软件补偿时均采用温度补偿表的方式进行补偿，需要在整个温度区间对探测器红外管输出数据进行统计，并将统计数据按照一定格式建立温度补偿表，在各温度下进行补偿，该统计数据存在较大的主观性。
发明内容
本专利的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法，以解决现有技术中仅采用单一硬件或者软件温度补偿所造成补偿效果欠佳的技术问题，自适应电路结构简单，软件补偿方法可靠。
为了实现本发明的目的，提供的技术方案是：提供一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法，其中，所用到的硬件自适应驱动电路，包括MCU、参考光源驱动电路、温度采集电路、放大电路：放大电路包括红外管匹配电路和运算放大器，红外管与匹配电阻连接，将红外管信号输出端与运算放大器U1A同相输入端连接，经过低通滤波后连接U1B运算放大器的输入端，最终信号经放大电路放大后输出到MCU的AD采样端；
参考光源驱动电路由MCU的IO端连接U2A的同相输出端，U2A作为电压跟随器将输出端连接NPN三级管Q1的基极b，同时Q1的发射极e接地，集电极c连接电阻R1，电阻R1的另一端连接参考光源Lamp1的负极，参考光源Lamp1的正极连接电源；
温度采集电路由温度芯片DS18B20的第3脚连接电源，第1脚接地，第2脚连接电阻R3和MCU的IO端，电阻R3的另一端连接电源。
软件补偿技术方案：
一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿方法，包括以下步骤：
a.在常温（25℃）下，利用黑体对红外管进行标定得，在该温度下统计得到的红外管的输出信号平均值，（N≥1）；
该各个温度下利用参考光源对应红外管进行二次标效，得到红外管的标准输出参考值信号，t为每次参考光源照射时间；
b.计算温度T下的补偿系数计算：
；
修正权重系数计算：
；
式中为在温度T下的参考光源的补偿系数系数，红外管的为温度T下的参考光源的输出信号，为红外管的修正权重系数；
c.对温度T下的红外管输出信号进行补偿：
；
式中为原始红外管输出信号值；为补偿之后信号值；
低温时将原始红外输出按比例缩小，同时按照进行小幅度修正；高低温时将原始红外输出按比例放大缩小，同时按照进行小幅度修正。
本发明的有益效果是：通过自适应温度采集电路相辅助，在温度T下对探测输出的原始值进行补偿，根据红外管接收参照光源的照射强度，实现无需温度补偿表时能够自适应调整输出补偿值。同时，通过软件对环境温度的补偿，保证在各个温度下，同样强度红外照射时输出的补偿值具有很好的一致性，消除软件补偿措施的主观性。
附图说明
图1 是本专利的软件补偿的流程示意图；
图2是本专利的放大电路的原理图；
图3是本专利的参考光源驱动电路的原理图；
图4是本专利的温度采集电路的原理图。
具体实施方式
下面结合图1～图3对本专利作详细说明。
本专利的自适应温度补偿包括硬件自适应驱动电路、软件温度动态补偿两部分，具体的自适应电路在各个温度下通过参考光源提供一个稳定的红外输出信号，软件算法将红外管采集参考光源的的输出值做为补偿起始条件，对后续红外管输出的外部非参考光源的输出值进行补偿。
硬件自适应驱动电路组成包括参考光源驱动电路、温度采集电路、放大电路；红外管U4信号输出端与运算放大器U1A同相输入端连接，经过R1和C1组成的低通滤波后连接U1B形成的放大电路的同相输入端，反相输入端连接电位计R3，电阻R4，电阻R4另一端接地，电位计R3可调端接U1B的输出端，同时U1B的输出端连接MCU的AD采样端；
参考光源驱动电路由MCU的IO端连接U2A的同相输出端，U2A作为电压跟随器将输出端连接NPN三级管Q1的基极b，同时Q1的发射极e接地，集电极c连接电阻R1，电阻R1的另一端连接参考光源Lamp1的负极，参考光源Lamp1的正极连接电源；
温度采集电路由温度芯片DS18B20的第3脚连接电源，第1脚接地，第2脚连接电阻R3和MCU的IO端，电阻R3的另一端连接电源。
软件温度动态补偿如下所述：
a.MCU通过温度采集电路采集当前红外管的工作环境温度；MCU驱动参考光源驱动电路，促使参考光源照射红外管，同时MCU通过AD采集端采集光照下红外管的输出信号；同理，在各个温度下利用参考光源对应红外管进行照射，得到红外管的标准输出参考值信号，t为每次参考光源照射时间；
b.在常温（25℃）下，利用黑体对红外管进行标定得，在该温度下统计得到的红外管的输出信号平均值，（N≥1）；
c.计算温度T下的补偿系数计算：
；
修正权重系数计算：
；
式中为在温度T下的参考光源的补偿系数系数，红外管的为温度T下的参考光源的输出信号，为红外管的修正权重系数；
d.对温度T下的红外管输出信号进行补偿：
；
式中为原始红外管输出信号值；为补偿之后信号值；
低温时将原始红外输出按比例缩小，同时按照进行小幅度修正；高低温时将原始红外输出按比例放大缩小，同时按照进行小幅度修正。

Claims (2)

1.一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路，其特征在于：所使用的硬件自适应驱动电路，主要结构包括MCU、参考光源驱动电路、温度采集电路、放大电路：其中放大电路包括红外管匹配电路和运算放大器，红外管与匹配电阻连接，将红外管信号输出端与运算放大器U1A同相输入端连接，经过低通滤波后连接U1B运算放大器的输入端，最终信号经放大电路放大后输出到MCU的AD采样端；
所述参考光源驱动电路由MCU的IO端连接U2A的同相输出端，U2A作为电压跟随器将输出端连接NPN三级管Q1的基极b，同时Q1的发射极e接地，集电极c连接电阻R1，电阻R1的另一端连接参考光源Lamp1的负极，参考光源Lamp1的正极连接电源；
所述温度采集电路由温度芯片DS18B20的第3脚连接电源，第1脚接地，第2脚连接电阻R3和MCU的IO端，电阻R3的另一端连接电源。
2.一种紫外红外探测器的自适应的温度补偿电路及方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a.在常温（25℃）下，利用黑体对红外管进行标定得，在该温度下统计得到的红外管的输出信号平均值，（N≥1）；
该各个温度下利用参考光源对应红外管进行二次标效，得到红外管的标准输出参考值信号，t为每次参考光源照射时间；
b.计算温度T下的补偿系数计算：
；
修正权重系数计算：
；
式中为在温度T下的参考光源的补偿系数系数，红外管的为温度T下的参考光源的输出信号，为红外管的修正权重系数；
c.对温度T下的红外管输出信号进行补偿：
；
式中为原始红外管输出信号值；为补偿之后信号值；
低温时将原始红外输出按比例缩小，同时按照进行小幅度修正；高低温时将原始红外输出按比例放大缩小，同时按照进行小幅度修正。
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