CN1086493C - 智能多传感器复合失火探测器 - Google Patents

Abstract

一种适合于LonWorks消防测控网络使用的智能多传感器复合失火探测器，包括外壳、金属丝网、Neuron C芯片及通信收/发器，外部存储器，外部时钟，多种传感器驱动电源，传感器信号采集装置及传感器组合，控制信号输出接口。外存贮器中存放有LonTalk通信协议、应用软件及有关数据和测量值。传感器向主控制器输出包括各种传感器测量值的数据组，为主控制器判断及监控人员决策提供了定量、定性分析的可靠依据，从而可以实现早期预报，消除误报及不漏报。

Description

智能多传感器复合失火探测器

技术领域

本发明涉及一种失火报警探测装置。

背景技术

一种公知的用于失火探测的包括失火传感器和非失火传感器的装置是中国专利CN1129833A。这种多传感器检测装置包括：第一传感器--着火，气体，温度侵入传感器；第二传感器--湿度，周围污染水平，全天时间，或是否有阳光或是否有人。来自第一传感器的表示着火或气体状态的输出只能在没有来自第二传感器即环境传感器的输出时起作用。一个方案中，由执行“与”功能的电路把两种传感器的输出联接起来，在另一种方案中，所述装置可以包括用于处理来自二种传感器的输出控制元件。控制单元可以被配备为可编程的微处理器。又一方案中，输出可以被传输给一个遥控火灾控制板并由其进行处理。这些传感器可以一起置于同一所房子内或分别置于不同房子内，也可以在同一壳体内。

在上述装置中，由于采用了多种不同类型的传感器尤其是被称之为环境传感器的采用，可部分地消除环境因素对失火传感器有效性的不利影响，从而减少了误报。

但是上述装置中人为的将传感器区分为失火传感器和环境传感器，以及第一传感器的表示着火或气体状态输出只能在没有来自第二传感器即环境传感器输出时起作用，因此在减少了误报的同时，又潜伏着延误报警的危机，这对某些传播速度快的失火，是十分危险的。图1是上述装置的一个优选构型，包括温度传感器60，湿度传感器54，光电感烟传感器52和控制电路40。控制电路40监测湿度传感器54和温度传感器60控制电路40决定湿度传感器54和温度传感器60的输出变化率。

CN1129833A中阐明的工作原理是：如果湿度传感器和温度传感器的变化率都超过了各自的预定值，控制电路40将在线40a上输出报警信号之前的处理中延迟所有的响应烟雾传感器52的报警。如果湿度传感器54的变化率高于预定值并且温度传感器60的变化率高于预定值，则凝聚将发生，控制电路40暂时延迟发生的所有报警，因为该报警可能是由于凝聚作用引起的，并且不冒烟。

当凝聚确定是存在的时候，延迟被限于时间周期。控制电路40监测湿度传感器54，温度传感器60，烟雾传感器52和经过的时间以决定何时将消除延迟。

如果烟雾传感器在预定时间周期内解除警报则返回正常，则延迟被设定为零。如果在湿度传感器中的变化率和温度传感器中的变化率都降到零或达到负值，则在烟雾检测器将返回正常的时间内延迟被限于一个附加的60秒。

由此可见，在上述装置中建立了二种逻辑关系，一是凝聚与湿度变化率、温度变化率的逻辑关系；二是光电感烟探测器输出与凝聚的逻辑关系，这二种逻辑关系由控制电路40实现。

但是，当对光电感烟探测器的实际工作情况进行分析时，就会发现，上述逻辑关系并不总是有效的。众所周知，光电感烟探测器所感受的气体可能是烟雾和高湿度空气的混合物，还可能有其它的物质，如尘埃等。在这种情况下，其输出信息包含了失火信息和湿度影响的信息，按照本装置设置的逻辑关系，失火信息的报警将被延迟。这对燃烧速度快的失火将是危险的。

火灾探测是十分复杂的过程。其复杂性在于：

(1)在无失火现象存在时，失火探测器是在正常大气状态下工作的，而大气的状态是非定常的，即描述大气状态的参数：压力p，温度t，空气速度v和相对湿度d都是随时间和空间位置变化的；只能用一组时间、空间位置函数组成的方程组于以描述。

(2)失火燃烧现象是一种不稳定燃烧现象，同样也是非定常的，也只能用一组时间函数表示，目前还没有这种数学描述。

(3)在探测器监测的环境中存在失火时，进入探测器的已不再是单纯的空气，而是空气及燃烧产物的混合物，这种混合物的状态也是非定常的。

与失火有关的不稳定燃烧现象及失火条件下空气及燃烧产物的混合物至今还没有可供利用的数学模型。

因此，到目前为止，人们还不能在不同的火灾探测器的输出信号之间建立确定的数量关系及逻辑关系。因此，建立在传感器信号的逻辑关系基础上的火灾探测报警方法必然会存在误报的可能。

火灾探测系统是重要的安全监测装置，它应该具有早期预报、防止误报及不漏报的能力。为此须寻找新的火灾探测方法及探测器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有早期预报，消除误报和不漏报的智能多传感器复合失火探测器。

本发明包括：外壳(1)、金属网(2)、传感器(9)、控制电路和印制电路板(11)；其特征在于：所述控制电路部分包括：分别用于网络通信管理、用户服务及芯片内部通信管理的符合ISO/OSI七层模型的神经元芯片Neuronc3；受控于神经元芯片(3)的多种各自独立的传感器驱动电源(5)；多种传感器组合(9)；作为输出接点的外部设备控制信号输入/输出接口(8)；通信接口(4)；传感器信号采集装置(7)和外部时钟(10)。所述传感器组合(9)必须包括温度传感器和湿度传感器；所述传感器驱动电源(5)的控制端与Neuronc(3)的一端连接，输出端与传感器电源端连接；传感器信号采集装置(7)中的数据输出、时钟、选择端分别与Neuronc(3)的对应脚连接；传感器组合(9)中的输出端与数据采集装置(7)中的对应端相连接；通信接口(4)与Neuronc(3)的对应端连接；输出接口(8)与Neuronc(3)的对应端连接构成远程驱动接口、串行输出接口；外部时钟(10)与Neuronc(3)的对应端相连接。

神经元芯片3NeuronC符合ISO/OSI七层模型，集成有三个微处理器，分别用于网络通信管理、用户服务及芯片内部通信管理，Neuron C芯片有丰富的I/O和多种控制目标。通信协议为LonTalk。Neron C芯片及LonTalk通信协议是LonWorks网络控制技术的核心和技术应用的基础。通信接口(4)，外部时钟电路(10)是支持Neuron C芯片工作必须的，对某些芯片还应提供外存贮器(6)。通信接口(4)又称收发器，是LonWorks技术支持的公知产品，可分别适用于双绞线、电力线、无线、同轴电缆、光纤等传输传介质。摩托罗拉公司生产的3150系列Neuron C芯片需要附加外存贮器，用于存放LonTalk通信和协议和应用程序，本发明还用于存放各种传感器的修正曲线，数据及必要的数学公式，存放各传感器的测量结果。

传感器驱动电源(5)包括各自独立的方波电源、脉冲电源、恒压电源、变压电源以满足不同传感器工作需要，所述传感器驱动电源(5)均由神经元芯片3控制。采用动力线收/发器时，传感器驱动电源由收/发器供电，否则应提供外接电源。

传感器信号采集装置7由多路模拟开关、滤波器、信号放大器、采样保持器、A/D转换装置组成。

外部设备控制信号输入/输出接口(8)为输出接点或输出电路。

所述多种不同类型的传感器组合(9)包括三类传感器，测量气体状态参数的湿度传感器和温度传感器；测量燃烧产物气体传感器，测量烟雾的离子感烟传感器，光电传感器；测量可燃气甲烷、燃油蒸汽、酒精蒸汽吸附式传感器。

本发明涉及的智能传感器复合失火探测器必须配置湿度传感器和温度传感器；并且还应再包括其它不同类型的传感器的组合。

气体传感器包括CO₂、CO、SO₂、甲烷、燃油蒸汽、酒精汽吸附传感器。

离子感烟探测器包括双源双室、单源单室、离子感烟器及包括一个放射源，二个电极的单源单室离子感烟传感器。

光电传感器包括反射型和遮光型光电感烟传感器及红、紫外线火焰传感器。

采用单源单室离子感烟传感器时，除应有校正曲线外，还应有标准状态下的I-I(d，y)v＝v_o曲线组，其中I为离子室电流，d相对湿度，y烟浓度，V电压，V_o表示工作电压，标准状态是指BG4715-93中第4、1、3及4、1、2规定的试验条件。

本发明涉及的智能多传感器复合失火探测器采用温度传感器和湿度传感器作为基本探测元件，用于测量气体湿度和温度。本发明中并没有如CN1129833A中那样将湿度传感器定义为环境传传感器，将温度传感器定义为失火传感器，事实上，二者均可用于环境测量，也可以用于失火测量。本发明涉及的智能多传感器复合探测器中，湿度传感器主要是用作对其它传感器：气体传感器、离子感烟传感器的输出进行湿度修正，以得到正确的测量结果对防止误报至关重要。温度传感器的输出随时间的变化为鉴别火情提供重要依据。在本发明中，温度还被作为极限报警参数，消除可能发生的漏报。

对无特殊要求的室内空调系统设计中，本发明涉及的智能多传感器复合探测器包含的湿度传感器和温度传感器可作为空调系统的测试系统的一部分加以利用。因而节省了空调系统的设资，并提高了智能多传感器复合探测器的经济价值。

本发明涉及的智能多传感器复合探测器中，CO传感器的输出除用作失火监测外，还用作极限报警参数消除漏报。

鉴于神经元芯片所具有的丰富O/I及目标模式资源，本发明的传感器还提供若干控制功能，其中对通风系统的控制功能对防止误报和漏报有重要作用。在空调环境中，由于新鲜空气的冲淡作用，而导致探测器对失火探测的能力下降。本发明涉及的智能多传感器复合失火探测器提供对回风门和送风口的控制功能，可以改善在空调环境中火灾探测的有效性。其方法是：当感温传感器、感烟传感器或其他传感器的测量结果达到或超过设定值时，即关闭回风门和进风口，由于新鲜空气不再进入，因而各传感器的测量结果必然会发生变化，根据这种变化的结果就可以有效地鉴别火灾信息。

本发明涉及的智能多传感器复合失火探测器连续提供以工程单位表示的传感器测量结果，因此可以对任意探测器内的各传感器定量设置多个报警临阶值。由此带来的积极后果是：

1.可以对同一系统中处于不同工作条件中或有不同使用要求的智能传感器复合失火探测器赋于不同的权值，并设置不同的报警临界值，从而使系统工作合理。

2.通过设置不同报警临界值，获得一定的早期预报能力。

3.为主控制器和管理人员的判断及决策提供了定量，定性分析依据，提高决策的可靠性。尤其是为监测人员参与决策提供了基础。对于失火探测系统，人的参与决策是不可缺少的，人是任何设备不能替代的，监测人员参与决策功能的加强将极大地提高火灾探测系统的可靠性。

4.为建立火灾探测控制三级(探测器、主控制器、监测人员)决策系统奠定了基础。

附图说明

图1是传统的失火探测器的原理框图；

图2是本发明所提供的智能多传感器复合失火探测器原理框图；

图3、4是本发明提供的智能多传感器复合失火探测器实施例之一。

具体实施例

解决本发明任务的依据是：从探测器得到的信息中，鉴别和提取失火信息应当以正确的测量方法和测量结果为基础。因此与工业监测系统一样，必须建立一个完整的测量系统，该系统必须包含下列各部分：

(1)采用多种不同类型的、性能可靠的传感元件。其中必须包括测量气体状态(压力、温度、相对湿度等)和表征燃烧特征的(如烟雾、CO₂、CO、SO₂、燃烧的光电特征等)传感器。

(2)完整的信号采集系统(包括多路模拟开关、隔离器、放大器、采样保持器、A/D转换等)。

(3)用以对传感器输出信号进行修正的数据库。

(4)运算装置。

数据库及运算装置可以用计算机来实现，但是大多数失火探测系统会包含数百、以至数千个探测器，当采用多传感器复合探测器时，传感器输入将呈数倍增加，因此就需要具有足够能力的中央计算机，这会导致成本和技术复杂性的增加，因此，将中央计算机的功能分别赋于每个探测器，将是一种有效的解决办法，这是以芯片技术、微处理技术和通信技术为基础的。神经元芯片的出现为设计、制造结构简单、体积小、成本低(与现有的传感器具有可比性)，工作可靠、长寿命的智能多传感器复合探测器提供了技术基础。

图2是本发明涉及的适用于在以LonWorks测控网络技术建立的失火控制系统中使用的一种智能多传感器复合失火探测器的框图。图中1是外壳，2金属网，3神经元芯片Neuron C，4通信接口，5多种各自独立的传感器驱动电源，6外存贮器，7传感器信号采集装置，8外部设备控制信号输入/输出接口，9多种不同类型传感器组合，10外部时钟。除1、2外，其它各部件均与印制电路板11连接，印制电路板固定在外壳1上。所述传感器组合(9)必须包括温度传感器和湿度传感器；所述传感器驱动电源(5)的控制端与Neuronc(3)的一端连接，输出端与传感器电源端连接；传感器信号采集装置(7)中的数据输出、时钟、选择端分别与Neuronc(3)的对应脚连接；传感器组合(9)中的输出端与数据采集装置(7)中的对应端相连接；通信接口(4)与Neuronc(3)的对应端连接；输出接口(8)与Neuronc(3)的对应端连接构成远程驱动接口、串行输出接口；外部时钟(10)与Neuronc(3)的对应端相连接。

本发明涉及的智能复合失火探测器以LonWorks控制网络技术为基础，该网络技术已被SEMI采纳为行业标准(SMEI-61)，标准中注明LonWorks为连接设备之间及设备中传感器，执行器和仪表的认可总线。这表明，本发明涉及的以神经元Neuron C芯片为核心的智能多传感器复合失火探测器满足SEMI技术标准，并将可以在LonWorks控制网络中使用，而该网络并不一定是消防专用网络。LONWORKS控制网络技术是面向21世纪的技术，本发明涉及的智能多传感器复合失火探测器为消防测控系统由总线型向网络化转变提供了条件。消防测控系统的网络化必将极大地提高消防测控系统的技术水平和工作可靠性。

本发明涉及的智能多传感器复合失火探测器提供连续的，正确的测量数据，供主控制器和监测人员进行定量，定性分析决策，增加了监测人员的工作量和技术复杂性。但是考虑到失火是一种突发性事件，发生的概率很低，因此采用三种变量使日常监测简化。这三种变量分别是极限报警参数，最低临界报警参数和传感器权值。最低临界报警值是指最低安全值，即当传感器测量结果不超过这个值时，即使有失火信息也不至于造成后果，只有当达到或超过这个值时才作为失火处理。传感器权值是指在同一探测器内的不同传感器的优先程度，权值越高，则优先权越高，其测量结果首先予以重视。当具有最高权值的传感器没有出现失火信息时，其它权值的传感器测量结果可以不予重视。

极限报警参数的含义是指当某一传感器的测量值达到规定的极限值时，不管其它传感器的测量结果如何，本发明涉及的智能多传感器复合失火探测器都将向主控制器发送报警信号，这种报警并不一定是火警，但所报告的是一种确定的危险状态。上述三种变量都是按单个探测器的工作环境和使用要求逐个赋值。

图3是本发明涉及的智能多传感器复合火灾探测器的优选型实施例之一，即智能温度、湿度、CO、单源单室离子感烟复合火灾探测器的简图，图4是本实施例的电路框图。图中1-1-1是外壳1，1-1-2是外壳2，1-1-1与1-1-2之间为机械连接。1-1-3是电路板，1-2是金属网，1-3是神经元芯片Neuron C，本例中采用摩托罗拉公司生产的3150芯片，1-4为电力线双绞线收/发器，本例中采用ECHELON公司的产品，1-10为外部时钟，1-6为外存贮器，本例中采用32KX8EPRM。1-7为传感器信号采集装置，包括多路模拟开关、滤波器、信号放大器、采样保持器和A/D转换装置。1-8为外部受控设备控制信号输入/输出接口。1-5-1为CO传感器方波驱动电源，控制信号来自神经元芯片1-3、1-5-2为湿度传感器恒压工作电源，1-5-3是离子传感器恒压驱动电源，9-1为温度传感器，本例采用HONEYWELL公司产品，9-2为CO气体传感器，9-3为湿度传感器，本例采用美国HONEYWELL公司产品，9-4为单源单室离子感烟传感器，9-4-1为单源单室离子传感器的集电板，9-4-2为单源单室离子感烟传感器的发射极板和放射源，9-4-3为9-4-2的固定板，9-4-4为集电极引线及插件，9-4-5为发射极引线与插件。

Claims (7)

1.一种智能多传感器复合失火探测器，它包括：外壳(1)、金属网(2)、传感器(9)、控制电路和印制电路板(11)；其特征在于：所述控制电路部分包括：分别用于网络通信管理，用户服务及芯片内部通信管理的符合ISO/OSI七层模型的神经元芯片Neuronc(3)；受控于神经元芯片(3)的各自独立的传感器驱动电源(5)；传感器组合(9)；作为输出接点的外部设备控制信号输入/输出接口(8)；通信接口(4)；传感器信号采集装置(7)和外部时钟(10)；所述传感器组合(9)必须包括温度传感器和湿度传感器；所述传感器驱动电源(5)的控制端与Neuronc(3)的一端连接，输出端与传感器电源端连接；传感器信号采集装置(7)中的输出端分别与Neuronc(3)的对应脚连接；传感器组合(9)中的输出端与数据采集装置(7)中的对应端相连接；通信接口(4)与Neuronc(3)的对应端连接；输出接口(8)与Neuronc(3)的对应端连接构成远程驱动接口、串行输出接口；外部时钟(10)与Neuronc(3)的对应端相连接。

2.如权利要求1所述的一种智能多传感器复合失火探测器，其特征在于：还可包括一个用于存放LonTalk通信协议和应用程序的外存贮器(6)。

3.如权利要求1所述的一种智能多传感器复合失火探测器，其特征在于：多种各自独立的传感器驱动电源(5)包括：方波电源、脉冲电源、恒压电源、变压电源；所述驱动电源(5)受神经元芯片(3)的控制，当通信接口(4)是电力线收/发器时，供电电源来自该收发器，否则应另设外部电源接口。

4.如权利要求1所述的一种智能多传感器复合失火探测器，其特征在于：其中的不同类型传感器组合(9)还应包括气体传感器、离子感烟探测器或光电传感器之间的组合。

5.如权利要求1或4所述的一种智能多传感器复合失火探测器，其特征在于：气体传感器包括CO₂、CO、SO₂、甲烷、燃油蒸汽、酒精汽吸附传感器。

6.如权利要求1或4所述的一种智能多传感器复合失火探测器，其特征在于：离子感烟探测器包括双源双室、单源单室、离子感烟器及包括一个放射源，二个电极的单源单室离子感烟传感器。

7.如权利要求1或4所述的一种智能多传感器复合失火探测器，其特征在于：光电传感器包括反射型和遮光型光电感烟传感器及红紫外线火焰传感器。

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