CN108028004B - 火焰检测器和测试方法 - Google Patents
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Abstract
火焰检测器和操作方法的示例性实施例。在一个或多个光学传感器处接收光能，并且检测器处理该能量以确定接收的能量是否来自已知的远程测试源。如果是这样，那么火焰检测器在测试模式下进行操作。如果所述处理指示所接收的光能不是测试信号，那么火焰检测器在火焰检测操作模式下进行操作。在火焰检测操作模式中，检测器处理在示例性实施例中使用人工神经网络。
Description
背景技术
光学火焰检测器被设计成将由火焰发射的光能和由其他源发射的光能进行区分。取决于火焰检测器的类型，光能可以处于紫外(UV)波长至红外(IR)波长。验证火焰检测器检测光辐射的能力是必要的，以便建立并验证安全系统对与真正火焰所产生的波长和调制频率相同的辐射的响应。由于安全功能可能中断以及随之而来的操作成本，在工业设置中进行此类验证可能具有挑战性。因此，在现场安装中通常需要的是，自动检测远程光学测试源并且能够在不需要绕过报警的情况下测试火焰检测系统。特别是因为火焰检测器通常安装在限制访问和仰角朝下的区域并且自动探测必须发生在几十米的距离内，所以对这种远程测试方法的需求已经确立。这种证明测试是安全仪表系统的要求，以表明一切如预期进行工作和执行。
发明内容
一个操作光学火焰检测器的方法的示例性实施例包括：在火焰检测器的一个或多个光学传感器处接收光能，处理接收的光能以确定光能的测量特性是否与来自光学测试源的测试信号的预定特性相对应，如果所述处理指示所述接收的光能是来自所述光学测试源的测试信号，那么以测试模式操作所述火焰检测器；如果所述处理表明所述接收的光能不是来自所述光学测试源的测试信号，那么以操作模式操作所述火焰检测器，其中所述火焰检测器响应于由火焰产生的光辐射来启动报警模式。
一个光学火焰检测器的示例性实施例被配置成将由火焰发射的光能和由人造光源发射的能量进行区分，并且包括：光学传感器系统，其响应于接收的光能而产生电子信号；处理器系统，其被配置成处理所述电子信号的数字化版本，以及在操作模式中处理所述数字化版本以检测光辐射并且在火焰检测时启动报警模式。所述处理器系统还被配置成从已知的远程光学测试源识别独特的光学测试信号，并且响应于所述识别以启动测试模式而不是进入报警模式。所述处理器系统被配置成依赖于所述测试模式的启动而提供输出功能以产生火焰检测器输出。
附图说明
通过结合附图来阅读以下的详细描述，本领域技术人员将容易理解本公开的特征和优点，在附图中：
图1图示了红外火焰检测器的示例性设置，其被沿着检测器轴线照射有来自远程红外测试源的红外辐射。
图2是用于多频谱火焰检测系统的示例性红外检测器壳体，其包括在四个不同红外波长处敏感的四个传感器元件。
图3是多频谱红外火焰检测器的示例性实施例的示意性框图。
图4A是在多频谱火焰检测器的示例性实施例中利用的处理功能的示例性流程图。
图4B是在UV/IR火焰检测器的示例性实施例中利用的处理功能的示例性流程图。
图5A是图1中所示的红外测试灯的两个频率调制的示例性时序图。
图5B是可以用于驱动红外测试灯的另一种调制方案的示例性时序图。
图6是测试模式模块的示例性实施例的示例性流程图，该测试模式模块带有专家判定算法以自动检测来自光学测试灯的调制辐射的存在。
图7是在多频谱火焰检测器系统的示例性实施例中进入测试模式和退出测试模式的模拟输出的示例性时序图。
图8A是具有在1.5mA下的测试模式的多频谱火焰检测器的示例性实施例的模拟输出的示意图。
图8B是具有在1.5mA下的测试模式的多频谱火焰检测器的示例性实施例的模拟输出的示意图，其中辐射热输出(RHO)值在4mA与12mA之间模拟输出。
具体实施方式
在下面的详细描述中以及在附图的若干图中，相同的要素用相同的附图标记表示。为了说明的目的，附图并非按比例绘制并且相对特征尺寸可能被夸大。
图1图示了在危险位置处使用的光学火焰检测器1、其被沿着火焰检测器的轴线利用远程光学测试源160的光能进行照射。如本文所使用的，“照射”意思是有目的地使火焰检测器受到光辐射。本示例中的多频谱红外火焰检测器1包括一组四个红外传感器2A、2B、2C、2D(图2)，并且通常被安装在高处以朝下调查工业设施。在示例性安装中，安装高度可以为在地面或地板上方10米到20米左右。火焰检测器1响应于通过光学测试源160的光学窗口161发射的光能162而由四个传感器元件(2A、2B、2C和2D)中的每一个产生输出。在功能测试中，操作员通常会四处走动并从不同的方向来远程测试火焰检测器1。
图3图示了包括带有模拟输出的四个光学传感器2A、2B、2C、2D的多传感器火焰检测系统1的示例性实施例的示意性框图。在本示例性实施例中，光学传感器包括用于感测红外频谱中能量的传感器。在示例性实施例中，传感器所产生的模拟信号通过电子器件3A、3B、3C、3D进行调节，然后由模数转换器(ADC)4转换成数字信号。
在图3的示例性实施例中，多频谱火焰检测系统1包括电子控制器或信号处理器6，例如数字信号处理器(DSP)、ASIC或基于微型计算机或微处理器的系统。在示例性实施例中，控制器6可以包括DSP，但是可以备选地为其他应用和实施例部署其他设备或逻辑电路。在示例性实施例中，信号处理器6还包括作为串行通信接口(SCI)的双通用异步收发器(UART)61、串行外围接口(SPI)62、可以用于监测温度传感器7的内部ADC 63、用于外部存储器(SRAM)21的外部存储器接口(EMIF)64以及用于片上数据存储的非易失性存储器(NVM)65。Modbus 91协议或HART 92协议可以作为通过UART61进行串行通信的接口。这两种协议以及其他诸如PROFIbus、Fieldbus和CANbus等协议在过程工业中都是众所周知的，以用于将现场仪表接口连接到计算机或可编程逻辑控制器(PLC)。
在示例性实施例中，信号处理器6通过SPI 62从ADC 4接收数字化的传感器信号5。在示例性实施例中，信号处理器6通过SPI 62连接到多个其他接口。这些接口可以包括外部NVM 22、报警继电器23、故障继电器24、显示器25和模拟输出26。
在示例性实施例中，模拟输出26可以是0-20mA的输出。在示例性实施例中，模拟输出26处的第一电流水平(例如16mA)可以指示火焰警告状况，模拟输出26处的第二电流水平(例如20mA)可以指示火焰报警状况，第三电流水平(例如4mA)可以例如在火焰不存在时指示正常操作，并且模拟输出26处的第四电流水平(例如0mA)可以指示可能由诸如电气失灵等状况引起的系统故障。在其他实施例中，可以选择其他电流水平来表示各种状况。在示例性实施例中，模拟输出26可以用于触发灭火单元。
在示例性实施例中，多个传感器2包括多个频谱传感器，其可以具有不同的频谱范围并且可以以阵列被布置。在示例性实施例中，多个传感器2包括对多个波长敏感的光学传感器。至少一个或多个传感器2可以能够检测在火焰发射强光辐射的频谱区域中的光辐射。例如，传感器可以检测UV到IR频谱范围中的辐射。仅作为示例，适用于示例性火焰检测系统1的示例性传感器包括硅传感器、碳化硅传感器、磷酸镓传感器、氮化镓传感器和氮化铝镓传感器以及光电管型传感器。适用于示例性火焰检测系统的其他示例性传感器包括IR传感器，诸如例如热电传感器、硫化铅(PbS)传感器、硒化铅(PbSe)传感器以及其他量子传感器或热传感器。在示例性实施例中，合适的UV传感器在200-260纳米区域中操作。在示例性实施例中，光电管型传感器和/或氮化铝镓传感器各自提供“日盲”或对阳光的免疫力。在示例性实施例中，合适的IR传感器针对烃火焰在4.3微米区域或针对氢火焰在2.9微米区域中操作。
在示例性实施例中，除了选择对火焰发射敏感的传感器(例如，UV，2.9微米和4.3微米)之外，多个传感器2还包括对不同波长敏感的一个或多个传感器以帮助识别并区分火焰辐射和非火焰辐射。这些称为免疫传感器的传感器对火焰发射较不敏感；然而，它们提供了关于红外背景辐射的额外信息。一个或多个免疫传感器检测与火焰无关的波长，并且可以用于帮助区分来自火焰源的辐射和来自非火焰源的辐射。在示例性实施例中，免疫传感器包括例如2.2微米波长的传感器。在美国专利第6,150,659号中描述了适用于本目的的传感器。
在另一个示例性实施例中，火焰检测系统1包括四个传感器2A-2D，其分别包括对2.2微米(2A)、4.45微米(2B)、4.3微米(2C)和4.9微米(2D)的辐射敏感的频谱滤波器。在示例性实施例中，滤波器被选择成具有窄的工作带宽，例如100纳米的量级，以使得传感器仅响应于相应工作带宽中的辐射并且阻挡其工作频带之外的辐射。在示例性实施例中，光学传感器2被紧密地一起封装成簇或者被组合在单个传感器封装内。这种配置导致了更小、更便宜的传感器壳体结构，并且还提供了仪器的更统一的光学视场。适用于该目的的示例性传感器壳体结构是由德国德累斯顿的InfraTec GmbH销售的用于红外检测器LIM314的壳体。图2图示了适用于将传感器2A-2D容纳在集成单元中的示例性传感器壳体结构20。
2007年4月10日公告的美国专利7,202,794B2描述了多频谱火焰检测器如何使用人工神经网络来区分来自真实火焰、来自红外测试源和来自背景滋扰的红外辐射。上述794号专利的全部内容通过引用并入本文，其在第9栏的第45至62行描述了人工神经网络如何针对标记为安静、火焰，错误报警和测试灯的四个不同的目标输出进行训练。除了区分火焰的辐射以及由诸如热的身体、旋转装置和调制日光或反射日光等滋扰源所发射的辐射的主要功能之外，神经网络用于检测测试灯的这种用途也给神经网络带来了负担。
根据本发明实施例的多个方面，以每个频率6个周期进行交替的两个示例性频率f1和f2(诸如4Hz和6Hz)来通/断地调制光学测试源160。换言之，以50％的示例性占空比在相应频率f1和f2的速率下接通和关断测试源的输出。选择这些调制频率，因为它们是火焰中产生的随机闪烁频率的典型值。发射的红外辐射的这种独特模式十分不可能从任何自然源发出。因此，测试源在操作在与来自真实火焰的光辐射具有相同的频率范围中的同时，具有独特的光学发射标记或指纹，从而允许经由进入测试模式来实现对火焰检测系统的逼真测试。测试灯(诸如由General Monitors，Inc.销售的型号TL105)可以被修改成在这些调制速率下自动接通/关断。TL105测试灯提供了一种在UV和红外频谱中的高能宽带辐射源，以便激活UV和/或IR火焰检测器。
在本发明的另一个实施例中，光学测试源可以包括多于一个光学发射器，例如，光学测试源可以包括UV源和IR源。在这样的实施例中，UV源可以以4Hz进行调制而IR源以6Hz进行调制。这种独特的调制辐射模式不可能从自然源获得，并且可以用于利用含有UV和IR传感器的火焰检测器进行的自动检测。由General Monitors，Inc.销售的型号FL3100H包含UV传感器和IR传感器，并且可以备选地利用这种双发射器测试源来进行测试。取决于火焰检测器内的传感器，可以使用以不同频率和模式调制的UV源、可见光源和IR源的其他组合。测试源可以包括例如作为光源的激光器，例如发射作为检测器传感器的一个波长范围内的辐射的红外激光器。
图4A是由在多频谱火焰检测器的示例性实施例中使用的处理器6所实现的处理功能的示例性流程图。带有图4A中所示处理方案的照射模式使得人工神经网络140免于将来自无数滋扰红外源的光学测试源与实际火焰辐射进行识别的负担。在(通过调节电子器件3A、3B、3C、3D和ADC 4的)预处理之后，来自四个传感器2A、2B、2C、2D的电气信号经历相应的快速傅立叶变换(FFT)102A、102B、102C、102D，此后在测试模式检测模块110中分析变换的信号。如果模块110检测(130)到来自测试灯的辐射的存在，那么火焰检测器1进入测试模式200。可以使用四个传感器中的一个、多个或全部传感器来决定测试灯的存在。
如果测试灯未被模块110检测到，那么数字信号处理器6(图3)将(来自FFT 102A、102B、102C、102D的)频域信号提供给已经进行关于来自火焰的辐射的训练的人工神经网络(ANN)模块140。美国专利7,202,794B2中给出了用于火焰检测的合适的人工神经网络的设计、训练和实现的示例性实施例的细节。
在示例性实施例中，图4A所示的过程流是串行的并且在连续的环中。也就是说，图4A中所示的循环在环中进行重复，即，利用模块110处理信号以用于检测用于测试灯的特殊调制的存在，然后，如果没有检测到测试灯的辐射，那么利用火焰检测模块140处理信号以用于检测所监视场景内火焰的存在。本示例性实施例非常适合于在具有单个处理器的火焰检测器系统中实现。在其他实施例中，可以采用分开的处理器，其允许用于测试灯和用于火焰的同时处理(110，140)。
图4B是由在UV/IR火焰检测器101的示例性实施例中利用的处理器来实现的处理功能的示例性流程图。来自UV传感器300A和IR传感器300B的信号在301A和302B处进行信号调节和预处理。这种信号调节和预处理可以包括FFT，或者信号可以继续在时域中。在测试模式算法110A中，判定是否已经检测到远程光学测试源。如果未检测到测试模式，那么火焰检测模块141判定是否已经检测到火焰辐射。
图5A是图1所示的、各自在4Hz和6Hz下具有六个周期的重复模式的测试灯160的双频调制的示例性时序图。图5B是可以用于驱动光学测试灯的另一种调制方案的示例性时序图，其中重复周期具有：(i)在3Hz下有两个周期的第一间隔，占空比为50％，之后是(ii)灯持续点亮的时间段与第一间隔的时间段相等的第二间隔。取决于火焰检测器类型和火焰检测器中使用的光学传感器，可以使用其他频率和模式。这种调制模式可以经由如图6所示的频谱分析而在火焰检测器中容易地识别。测试灯模式的频谱在4Hz和6Hz处带有强烈的峰值，这与由火焰辐射产生的随机、宽带(0.5Hz至15Hz)的频率闪烁形成鲜明反差。
为了区分并量化接收到的光能中的频率峰值内容，处理器模块110可以执行图6所示的算法。在示例性计算中，将频谱在特定频率j(即频率f1)处的大小Yj，相对于在除了频率j和频率k(即频率f1和f2)之外的其他所有其余频率处的大小之和进行评估。在分母中减去大小Yk以避免频率从f1切换到f2的情况，如果不从总和中减去Yk，则可能导致分母增长。类似地，将频谱在特定频率k(即频率f2)处的大小Yk，相对于在除了频率j和频率k(即频率f1和频率f2)之外的所有其余频率处的大小之和进行评估。该评估使用下面描述的比率Rj和Rk来表示：
如果在六个计算周期期间，比率Rj和Rk始终超过某个预定义阈值，那么火焰检测器将进入测试模式。可以使用四个传感器中的一个、多个或全部传感器来确定测试灯的存在。对每个传感器独立进行计算和比较。要求所有传感器都已经检测到测试信号，将提高测试信号检测精度的鲁棒性，但是通常将减少检测测试灯所需的传感器与测试源之间的距离。测试灯或测试源可以在与一个传感器相对应的给定频率下，产生相对于其在另一传感器频率下的幅度有所增加的幅度。针对测试源检测，确定是否在测试源检测模块采用一个传感器、多于一个传感器或所有传感器，可以取决于特定的实现或应用。
所描述的比率计算方法可以用于拒绝来自在其他单峰或宽带频段发射辐射的红外源的背景滋扰。由于测试灯产生的两个交替频率的特定时间模式，火焰检测器能够将灯与其他源区分开来。
在该示例性实施例中，为了使得火焰检测器进入测试模式，比率Rj和Rk两者都必须超过针对每个传感器波长所独立建立的阈值。因此，测试模式的启动不太可能偶然发生。恶作剧者或破坏者也很难故意将火焰检测器设置为测试模式，除非他们拥有指向检测火焰检测器的真正的远程测试源，该火焰检测器被配置成检测该真正的远程测试源。
再次参考图6，更详细地图示出测试模式模块110的示例性实施例。在示例性实施例中，在110A-A、110A-B、110A-C和110A-D处，对包括红外检测器的四个传感器2A、2B、2C、2D中的每个传感器而言，每250毫秒(针对过去的250毫秒)计算FFT频谱的峰值。如果峰值在4Hz处，那么将比率Rj与预设的4Hz峰值阈值进行比较(120A、120B、120C、120D)。预设的Rj阈值越大，测试灯将必须越靠近火焰检测器。类似地，如果峰值在6Hz处，那么将比率Rk与预设的6Hz峰值阈值进行比较。如果在4Hz或6Hz处的峰值比率大于其针对相应的传感器通道的阈值(120A、120B、120C、120D)，那么在122A、122B、122C、122D处更新计数器，针对4Hz(j)和6Hz(k)各更新一次。在该示例性实施例中，每1500毫秒中必须至少有3个4Hz的峰值和3个6Hz的峰值以声明该辐射来自测试灯。在该实施例中，系统并没有寻找4Hz和6Hz各自的6个周期，而这种寻找将需要2500毫秒。如果对于本实施例中的任何传感器通道，在124A、124B、124C、124D处，Rj和Rk两者的计数器超过预定的计数限制(例如3)，那么在测试模式判定块130中作出是否进入测试模式200的判定。如上所述，可以使用四个感测元件通道中的一个、多个或所有通道来判定测试灯的存在。否则，处理器操作前进到ANN火焰检测模块140以用于处理火焰。
一旦火焰检测器1在130处(图4A)确定接收的能量从远程测试源(即友好源)发出，其可以立即启动测试模式200，由此使得火焰检测器向外界指示存在测试源而不是火焰。在示例性实施例中，如图7、图8A和图8B所示，该指示可以采取火焰检测器的模拟输出26(图3)(0至20mA)的形式，该模拟输出26被设置成1.5mA持续2秒(这在图7中是从3秒标记处开始并且在5秒标记处结束)，从而通知用户其已进入测试模式。在0与4mA之间的模拟输出电流水平(图8A和图8B)用于指示诸如测试模式或故障的状态，其中4mA指示无火焰。在示例性实施例中，其中安装有火焰检测器1的用户系统自动地停用报警系统一段时间，或者停用报警系统直到远程红外测试源关闭或指向远离火焰检测器为止。该自动停用通常在用户的控制系统中发生。控制系统监测火焰检测器的输出，当输出达到1.5mA时，该控制系统执行预编程的动作，诸如监测“警告”和“报警”的输出水平，但不采取诸如倾倒哈龙(Halon)或激活其他灭火系统的任何行动。当测试灯关闭或指向远离火焰检测器时，这是在图7所示示例中的9秒标记处，火焰检测器自动恢复正常操作处理，其模拟输出为4mA。
尽管红外火焰检测器处于测试模式200，但是由传感器2A-2D接收的能量可以与由远程测试单元160在该距离处所产生的预期能量进行比较。通过引用将其全部内容并入本文的美国公布2015/0204725A1描述了由包括火焰检测器的传感器所接收的能量如何可以用于计算辐射热输出(RHO)值。在示例性实施例中，4mA的模拟输出表示零接收辐射，而12mA的值(图8B)表示使用对数刻度的最大可能辐射，以考虑或容纳所接收光能中的大动态范围。例如，如果测量的RHO值与期望的RHO不匹配，测试人员将会知道火焰检测器运行不正常。例如，减少的RHO读数可能指示火焰检测器窗口被灰尘或水分堵塞，从而需要维护和重新测试。RHO的测量可以在连接到火焰检测器1并安装在火焰检测器1下方(例如在地板高度)的本地显示器50上指示，因此带有测试灯160的测试人员可以在测试期间以数字或图形形式观看RHO而不需要监测模拟输出26。在图8B的备选实施例中，火焰检测器在进入测试模式后不输出16mA和20mA的模拟电平，但显示用户监测和记录的RHO值。
具有上述特征的火焰检测器和光学测试源为维护人员提供了在验证测试期间下功能性地远程测试火焰检测器的手段、而不会由于需要手动禁用报警系统从而引起中断。
尽管前述内容已经是对主题的具体实施例的描述和说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下对其进行各种修改和改变。
Claims (20)
1.一种在危险位置中用于工业安全应用的火焰检测器，其被配置成对由火焰发射的光能和由人造光源发射的能量进行区分，所述火焰检测器包括：
至少一个光学传感器通道，每个通道包括光学传感器，所述光学传感器被配置成接收来自视场内所监视场景的光能，所述至少一个光学传感器通道产生信号，所述信号提供对由所述光学传感器接收的在传感器频谱带宽内的光辐射的指示，所述光学传感器被配置用于检测在火焰发射强光辐射的频谱区域中的光辐射；
处理器，所述处理器对来自所述至少一个光学传感器通道的所述信号作出响应并且被配置成以数字方式处理和分析所述信号，所述处理器包括测试模式模块和火焰检测处理模块，所述测试模式模块被配置成：处理所述信号并确定测量的光能的特性是否与来自光学测试源的测试信号的预定特性相对应，以及如果检测到测试信号则使所述火焰检测器进入测试模式，所述火焰检测处理模块在没有检测到测试信号的情况下对来自所述至少一个光学传感器通道的所述信号作出响应，以在检测到真实火焰事件时提供火焰报警信号。
2.根据权利要求1所述的火焰检测器，其中所述火焰检测处理模块包括人工神经网络。
3.根据权利要求1或2所述的火焰检测器，其中所述至少一个光学传感器通道包括多个传感器通道，并且其中所述多个传感器通道的所述光学传感器对来自火焰的不同频谱区域处的辐射敏感。
4.根据权利要求3所述的火焰检测器，其中：
所述测试模式模块被配置成在接收的来自所述多个传感器通道中的一个或多个传感器通道的光能指示所述测试信号的情况下，使所述检测器进入所述测试模式。
5.根据前述权利要求1、2和4中任一项所述的火焰检测器，其中所述至少一个光学传感器通道包括在特定于烃火焰的波长下操作的传感器通道，以及在特定于氢火焰的波长下操作的传感器通道。
6.根据权利要求3所述的火焰检测器，其中所述多个传感器通道包括对紫外(UV)波长处的辐射敏感的第一传感器通道，以及对红外(IR)波长敏感的第二传感器通道。
7.根据前述权利要求1、2、4和6中任一项所述的火焰检测器，其中所述测试模式模块被配置成分析所接收的光能的频谱并且检测在第一频率f1和第二频率f2下的重复模式中的调制能量，所述第一频率f1和所述第二频率f2为在火焰中产生的典型频率。
8.根据权利要求7所述的火焰检测器，其中所述第一频率f1为4Hz且所述第二频率f2为6Hz。
9.一种测试光学火焰检测器的方法，包括：
(i)利用来自远程光学测试源的光能照射所述火焰检测器，来自远程光学测试源的光能与由真实火焰发射的光能不同；
(ii)由第一处理模块对接收的光能进行处理，以确定测量的光能的特性是否与来自所述远程光学测试源的预定测试信号的预定特性相对应；
(iii)如果所述处理指示所接收的光能为来自所述远程光学测试源的测试信号，那么在测试模式中操作所述火焰检测器；
(iv)如果所述处理指示所接收的光能并非为来自所述远程光学测试源的测试信号，那么在操作模式中操作所述火焰检测器，其中所述火焰检测器的第二处理模块对由火焰产生的光辐射作出响应以启动报警模式；和
(v)如果所述处理指示所接收的光能并非为测试信号，那么重复步骤(ii)、(iii)和(iv)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二处理模块包括已经针对来自火焰的辐射进行训练的人工神经网络(ANN)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中利用来自远程光学测试源的光能照射所述火焰检测器的步骤包括：
通过在第一频率f1和第二频率f2下的重复模式，对由所述远程光学测试源辐射的光能进行调制，所述第一频率f1和所述第二频率f2为在火焰中产生的典型频率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一频率f1为4Hz且所述第二频率f2为6Hz。
13.一种操作光学火焰检测器的方法，包括：
在所述火焰检测器的多个光学传感器处接收光能；
处理所接收的光能，以确定测量的光能的特性是否与来自光学测试源的测试信号的预定特性相对应；
如果所述处理指示所接收的光能为来自所述光学测试源的测试信号，那么在测试模式中操作所述火焰检测器；
如果所述处理指示所接收的光能并非为来自所述光学测试源的测试信号，那么在操作模式中操作所述火焰检测器，其中所述火焰检测器对由火焰产生的光辐射作出响应以启动报警模式。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
从所述光学测试源辐射光能；
通过在第一频率f1和第二频率f2下的重复模式，对所述光学测试源的光能进行调制，所述第一频率f1和所述第二频率f2为在火焰中产生的典型频率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一频率f1为4Hz且所述第二频率f2为6Hz。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中从所述光学测试源辐射的光能包括红外能量。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中从所述光学测试源辐射的光能包括紫外能量。
18.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中在操作模式中操作所述火焰检测器的步骤包括利用人工神经网络来处理所接收的光能以检测火焰的存在。
19.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述多个光学传感器包括对紫外(UV)波长处的辐射敏感的第一光学传感器，以及对红外(IR)波长辐射敏感的第二传感器。
20.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述多个光学传感器包括在特定于烃火焰的波长下操作的传感器，以及在特定于氢火焰的波长下操作的传感器。
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| US10181244B1 (en) | 2017-07-12 | 2019-01-15 | Honeywell International Inc. | Flame detector field of view verification via reverse infrared signaling |
| KR101975861B1 (ko) * | 2017-11-21 | 2019-05-10 | (주)도요테크놀러지 | 조도감지센서가 구비된 적외선 불꽃감지기 |
| CN108120514A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-06-05 | 安徽龙运智能科技有限公司 | 一种烟火探测识别一体化装置 |
| JP7045200B2 (ja) * | 2018-01-23 | 2022-03-31 | 能美防災株式会社 | 火災検知システム |
| CN109272037B (zh) * | 2018-09-17 | 2020-10-09 | 江南大学 | 一种应用于红外火焰识别的自组织ts型模糊网络建模方法 |
| EP3891711B1 (en) | 2018-12-07 | 2024-04-17 | Carrier Corporation | Method of optical alignment and verification of field of view integrity for a flame detector and system |
| CN110398679A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-01 | 北京首钢冷轧薄板有限公司 | 一种火焰探测器检测装置 |
| WO2021050550A1 (en) * | 2019-09-13 | 2021-03-18 | The Regents Of The University Of California | Optical systems and methods using broadband diffractive neural networks |
| CN111986436B (zh) * | 2020-09-02 | 2022-12-13 | 成都视道信息技术有限公司 | 一种基于紫外、深度神经网络的综合火焰检测方法 |
| US11769396B2 (en) * | 2021-02-05 | 2023-09-26 | Honeywell International Inc. | Initiating and monitoring self-test for an alarm system using a mobile device |
| CN113743328A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-03 | 无锡格林通安全装备有限公司 | 一种基于长短期记忆模型的火焰探测方法及装置 |
| KR102393978B1 (ko) * | 2021-10-20 | 2022-05-03 | 주식회사 제이디글로벌 | 수소 불꽃 감지장치 및 수소 불꽃 감지시스템 |
| EP4253841A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-04 | Carrier Corporation | Test lamp for multi-spectrum mid-ir flame detectors |
| US20230400356A1 (en) * | 2022-06-08 | 2023-12-14 | The Boeing Company | Optical-based fire detection systems and methods |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0078442A2 (en) * | 1981-10-30 | 1983-05-11 | Armtec Industries, Inc. | Fire detection system with IR and UV ratio detector |
| US5625342A (en) * | 1995-11-06 | 1997-04-29 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Plural-wavelength flame detector that discriminates between direct and reflected radiation |
| CN1989534A (zh) * | 2004-07-20 | 2007-06-27 | 通用监控器股份有限公司 | 火焰检测系统 |
| CN201270076Y (zh) * | 2008-10-23 | 2009-07-08 | 公安部沈阳消防研究所 | 带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器 |
| CN101887622A (zh) * | 2009-05-13 | 2010-11-17 | 马鞍山世国机电设备有限公司 | 带双重自检的紫外线火焰探测器 |
| CN103280058A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-04 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 自动灭火系统红外火焰探测器 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5936250A (en) | 1997-07-24 | 1999-08-10 | General Monitors, Incorporated | Ultraviolet toxic gas point detector |
| US5914489A (en) | 1997-07-24 | 1999-06-22 | General Monitors, Incorporated | Continuous optical path monitoring of optical flame and radiation detectors |
| US6150659A (en) | 1998-04-10 | 2000-11-21 | General Monitors, Incorporated | Digital multi-frequency infrared flame detector |
| GB2426578A (en) * | 2005-05-27 | 2006-11-29 | Thorn Security | A flame detector having a pulsing optical test source that simulates the frequency of a flame |
| US7710256B2 (en) * | 2006-02-23 | 2010-05-04 | Honeywell International Inc. | Method and apparatus for audio assisted testing |
| US7687776B2 (en) | 2007-04-11 | 2010-03-30 | General Monitors, Inc. | Gas and/or flame imaging system with explosion proof housing |
| US8792658B2 (en) | 2007-08-30 | 2014-07-29 | General Monitors, Inc. | Techniques for protection of acoustic devices |
| EP2425410B1 (en) * | 2009-05-01 | 2013-11-06 | Marshell Electrical Contractors Limited | Detectors |
| US8797830B2 (en) | 2011-02-02 | 2014-08-05 | General Monitors, Inc. | Explosion-proof acoustic source for hazardous locations |
| US9091613B2 (en) | 2012-06-27 | 2015-07-28 | General Monitors, Inc. | Multi-spectral ultrasonic gas leak detector |
| US8955383B2 (en) | 2012-06-27 | 2015-02-17 | General Monitors, Inc. | Ultrasonic gas leak detector with false alarm discrimination |
| US20150204725A1 (en) | 2014-01-23 | 2015-07-23 | General Monitors, Inc. | Multi-spectral flame detector with radiant energy estimation |
| US9506833B2 (en) | 2014-03-26 | 2016-11-29 | General Monitors, Inc. | Ultrasonic gas leak detectors and testing methods |
| US9679468B2 (en) * | 2014-04-21 | 2017-06-13 | Tyco Fire & Security Gmbh | Device and apparatus for self-testing smoke detector baffle system |
| US9659485B2 (en) * | 2014-04-23 | 2017-05-23 | Tyco Fire & Security Gmbh | Self-testing smoke detector with integrated smoke source |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0078442A2 (en) * | 1981-10-30 | 1983-05-11 | Armtec Industries, Inc. | Fire detection system with IR and UV ratio detector |
| US5625342A (en) * | 1995-11-06 | 1997-04-29 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Plural-wavelength flame detector that discriminates between direct and reflected radiation |
| CN1989534A (zh) * | 2004-07-20 | 2007-06-27 | 通用监控器股份有限公司 | 火焰检测系统 |
| CN201270076Y (zh) * | 2008-10-23 | 2009-07-08 | 公安部沈阳消防研究所 | 带有光学自检功能的紫外红外复合火焰探测报警器 |
| CN101887622A (zh) * | 2009-05-13 | 2010-11-17 | 马鞍山世国机电设备有限公司 | 带双重自检的紫外线火焰探测器 |
| CN103280058A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-04 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 自动灭火系统红外火焰探测器 |
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