CN108109324B - 一种基于光电传感结构的烟雾探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于光电传感结构的烟雾探测器，其结构设计简单合理，具有极强的抗干扰能力，可解决低灵敏度下的误报现象产生的问题，使光电感烟报警器的报警准确率大大提高，其包括散射角θ＞90°的前向式光路结构，前向式光路结构包括红外发光管二，该探测器还包括散射角θ＜90°的后向式光路结构，后向式光路结构包括红外发光管一，前向式光路结构的输出端与后向式光路结构的发光输出端由光电式烟雾传感器光敏二极管接收，光电式烟雾传感器光敏二极管作为烟雾信号的输入端，光电式烟雾传感器的输出端顺序连接放大电路、CPU数据处理装置，报警装置，CPU数据处理装置中封装有软件算法模块。

Description

一种基于光电传感结构的烟雾探测器
技术领域
本发明涉及烟雾探测装置技术领域，具体为一种基于光电传感结构的烟雾探测器。
背景技术
光电感烟探测器是一种通过对烟雾颗粒散射特性利用光电传感原理经数据处理来监视烟雾的火灾报警器。目前普遍使用的光电感烟探测器主要采用散射角θ＞90°的前向式光路结构，这种结构的探测器的背景信号较弱，容易制造，因此被广泛采用，但是这种探测器如果要达到黑烟报警要求，就需要通过提高感烟探头的灵敏度来实现，但是当感烟灵敏度提高时，其对环境中存在的弱烟、灰尘、潮气等现象也能明确感知，并发出报警信号，从而导致误报现象的出现。
现有技术中提供了一种采用附加温度传感器的补偿的方式来降低光电感烟探测器的灵敏度，但是当环境中的黑烟的温度低、温差过小，达不到温度传感器要求的温度探测设定值时，感烟探测器就不能有效实现报警，并且除黑烟外的外部环境温度也会对温度传感器产生影响，也可能导致误报现象的出现。
市面上普遍存在的光电感烟探测器的单电源供电运算放大器电路如图4所示，其输入信号直接参考点连接地，由于输入信号为微弱信号，当负极性的共模干扰信号输入时，导致该放大电路无抑制共模干扰信号的能力，从而进一步增大了该光电感烟探测器的误报率。而采用正负双电源供电虽能抑制干扰，但外围电路又非常繁琐还增加成本。
发明内容
针对现有技术中存在的单电源供电抗干扰能力差、容易产生误报、不能有效实现报警、双电源供电电路繁琐、成本高等问题，本发明提供了一种基于光电传感结构的烟雾探测器，其结构设计简单合理，成本低，具有极强的抗干扰能力，可实现低灵敏度下的可靠报警，并且可避免高灵敏度下的误报现象产生的问题，使光电感烟报警器的报警准确率大大提高。
一种基于光电传感结构的烟雾探测器，其包括散射角θ＞90°的前向式光路结构，所述前向式光路结构包括红外发光管二，其特征在于，该探测器还包括散射角θ＜90°的后向式光路结构，所述后向式光路结构包括红外发光管一，所述前向式光路结构的输出端与所述后向式光路结构的输出端发出的光经散射后由光电式烟雾传感器光敏二极管接收，所述光电式烟雾传感器光敏二极管作为烟雾信号的输入端，其输出端顺序连接放大电路、CPU数据处理装置，报警装置，所述CPU数据处理装置中封装有软件算法模块；
所述放大电路包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的同向输入端口4连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接信号输入端IN的一端，所述运算放大器U1的端口2接地，所述运算放大器U1的端口3连接直流电压源VCC，所述运算放大器U1的输出端口5分别连接信号输出端口OUT、电阻R3的一端、电容C2的一端，所述运算放大器U1的反向输入端口1分别连接电阻R3的另一端、电容C2的另一端、电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接浮地电位Va，所述信号输入端IN的另一端连接浮地电位Va后分别与所述电容C1的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端、电阻R5的一端，所述电阻R4的另一端连接直流电压源VCC，所述电容C3的另一端、电阻R5的另一端连接后接地。
其进一步特征在于，所述报警装置为蜂鸣器或作为报警信号输出的通讯接口；
采用本发明的上述结构，其采用前向式光路结构并复合了散射角θ＜90°的后向式光路结构，红外发光管二、红外发光管一发出的光线经烟雾散射后，由光电式烟雾传感器光敏二极管接收并产生与烟浓度关联的电信号。这样可利用前后向光路对白、黑烟响应的互补作用，经放大电路放大和CPU数据处理装置对数据进行处理，使探测器在低灵敏度下可以正常报警，从而解决了低灵敏度下的黑烟能够实现报警的问题，大大提高了光电感烟探测器的报警准确率，并减少了因环境污染引起的误报现象；
后向式光路结构对黑烟及灰白烟颗粒的漫反射均有响应但烟雾浓度的上升转换为电信号的变化量较小，而前向式光路结构对灰白烟颗粒的米氏散射较敏感电信号的变化量较大，但其降低灵敏度后对黑烟颗粒就不能响应，复合二种光路通过CPU数据处理装置中的软件算法模块就能有效解决低灵敏度下的黑烟采集，实现可靠报警，该装置无需采用温度传感器即可使探测器的灵敏度降低，这样弱烟雾、灰尘、潮气等环境问题就不易引起误报警；
放大电路输入信号IN采用与浮地电位Va相连接的方式输入，这样运算放大器U1输入端的共模干扰信号会叠加到这个浮地的电压上，负极性的共模弱信号就会抬高到正极性，利用运算放大器U1的共模抑制能力，实现了单电源供电运放的共模干扰信号的抑制，大大提高了该装置的抗干扰能力；同时由于该电路为单电源供电，从而使经济成本大大降低。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的前向式光路结构与后向式光路结构的结构示意图；
图3为本发明的放大电路电路原理图；
图4为目前市面上常见的烟雾探测器中的放大电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种基于光电传感结构的烟雾探测器，其包括散射角θ＞90°的前向式光路结构2，前向式光路结构包括红外发光管二2-1，该探测器还包括散射角θ＜90°的后向式光路结构1，后向式光路结构包括红外发光管一1-1，前向式光路结构2的输出端与后向式光路结构1的输出端分别连接光电式烟雾传感器光敏二极管3的输入端，光电式烟雾传感器光敏二极管3作为烟雾信号的输入端，其输出端顺次连接放大电路4、CPU数据处理装置5、报警装置6，CPU数据处理装置5中封装有软件算法模块51，报警装置为蜂鸣器或作为报警信号输出的通讯接口；
如图3所示，放大电路包括运算放大器U1，运算放大器U1的同向输入端口4连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接信号输入端IN的一端，运算放大器U1的端口2接地，运算放大器U1的端口3连接直流电压源VCC，运算放大器U1的输出端口5分别连接信号输出端口OUT、电阻R3的一端、电容C2的一端，运算放大器U1的反向输入端口1分别连接电阻R3的另一端、电容C2的另一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接浮地电位Va，信号输入端IN的另一端连接浮地电位Va后分别与电容C1的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端连接直流电压源VCC，电容C3的另一端、电阻R5的另一端连接后接地。
其具体工作原理如下所述：红外发光管一1-1、红外发光管二2-1发出的光线经烟雾散射，后向式光路结构1对黑烟及灰白烟颗粒的漫反射均有响应，前向式光路结构2对灰白烟颗粒的米氏散射较敏感电信号的变化量较大，对黑烟颗粒不能响应，复合二种光路的烟雾浓度，并通过光电式烟雾传感器光敏二极管3接收并产生与烟浓度关联的电信号，电信号经单电源运算放大电路4放大，直流电压源VCC经电阻R4、 R5 分压，在电阻R5上产生电压形成浮地电位Va的浮地电压，电容C3为滤波电容，由于共模干扰信号会叠加到这个浮地的电压上，利用运算放大器超强的共模抑制能力，可有效抑制干扰信号，再将抑制干扰信号后的信号输入CPU数据处理装置5，经软件算法模块51对信号数据进行处理判断，若烟雾浓度数据超过所设定的正常阈值，CPU数据处理装置5发信号给报警装置6，蜂鸣器响应，若烟雾浓度数据未超过所设定的正常阈值，CPU数据处理装置5发出正常信号；
前向式光路结构与后向式光路结构均为光学迷宫结构，改进后的迷宫结构如图2所示，后向式光路结构的反射很大，这是迷宫结构设计的难点，主要是散射角的角度确定和迷宫的反射量过大而淹没了烟雾的散射量取值，通过对光路及迷宫结构的多次设计和试验，来确定散射角的角度及减弱反射量，通过大大减少反射量，以避免淹没了烟雾的散射量取值。采用图2所示的迷宫结构，可使探测器的灵敏度比原来降低一半以上。

Claims (2)

1.一种基于光电传感结构的烟雾探测器，其包括散射角θ＞90°的前向式光路结构，所述前向式光路结构包括红外发光管二，其特征在于，该探测器还包括散射角θ＜90°的后向式光路结构，所述后向式光路结构包括红外发光管一，所述前向式光路结构的输出端与所述后向式光路结构的输出端发出的光经散射后由光电式烟雾传感器光敏二极管接收，所述光电式烟雾传感器光敏二极管作为烟雾信号的输入端，其输出端顺序连接放大电路、CPU数据处理装置，报警装置，所述CPU数据处理装置中封装有软件算法模块；
所述放大电路包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的同向输入端口4连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接信号输入端IN的一端，所述运算放大器U1的端口2接地，所述运算放大器U1的端口3连接直流电压源VCC，所述运算放大器U1的输出端口5分别连接信号输出端口OUT、电阻R3的一端、电容C2的一端，所述运算放大器U1的反向输入端口1分别连接电阻R3的另一端、电容C2的另一端、电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接浮地电位Va，所述信号输入端IN的另一端连接浮地电位Va后分别与所述电容C1的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端、电阻R5的一端，所述电阻R4的另一端连接直流电压源VCC，所述电容C3的另一端、电阻R5的另一端连接后接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电传感结构的烟雾探测器，其特征在于，所述报警装置为蜂鸣器或作为报警信号输出的通讯接口。
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