CN1095176A - 烟雾型火灾探测器 - Google Patents

Abstract

本发明的烟雾型火灾探测器包括微计算机10、 ROM20、RAM21、内部温度探测装置70、取样保持 电路42、放大器40、恒定电压电路60。在其内部温 度变化时也能准确地探测烟雾浓度。内部温度探测 装置探测发光元件和光接收元件的环境温度。利用 校正系数K来校正光接收元件的输出电平，该校正 系数K具有由温度探测部件所探测的环境温度有关 的数值。

Description

本发明涉及烟雾型火灾探测器的温度补偿。

烟雾型火灾探测器包括个光辐射元件和一个光接收元件，两元件均设置在烟雾室中。从光辐射元件发出的光由于烟雾而被不规则地反射。这种不规则地反射的光被光接收元件所接收。光接收元件的输出信号电平由一放大器放大。然后利用放大的输出信号电平鉴别烟雾的浓度。

因温度变化与火灾探测器安装现场的环境有关，故探测器周围的温度变化也与其安装现场有关。尤其是，建筑物屋顶附近的温度高由于太阳热能而晒得很热;而由非隔热混凝土建造的地下室温度却很低，其间温差很大。安装现场的纬度所处的气候或有无空调器对探测周围的温度影响也很大。

火灾探测器的灵敏度是在大体上与探测器制造厂相同的温度条件下调节的。假定该探测器灵敏度随温度而变化，即使在工厂的制造过程中调节灵敏度，灵敏度也可能随安装现场而变化。

例如，用一个发光二极管（LED）作发光元件;用一个光电二极管作光接收元件。发光二极管具有诸如从它发出的光量以-0.6%/℃变化之类的温度特性;而光电二极管具有诸如其输出电平以+0.2%/℃变化之类的温度特性。因此，发光二极管与光电二极的总温度特性为-0.6%/℃+0.2%/℃＝-.04%/℃。甚至当实际烟雾浓度仍未改变时，如果雾型火灾探测器的内部温度变化，则光接收元件的输出电平以-0.4%/℃变化。尤其是，当烟雾型火灾探测器的内部温度变化50℃时，光接收元件的输出电平变化20%。

除光辐射元件和光接收元件外，由半导体元件组成的放大器也有温度特性。当探测器内温度变化时，放大器输出电平也随半导体元件温度特性而变化。

因此，输出电平受探测器全部元件的复合温度特性影响。输出电平的变化并非千篇一律地与温度有关。因此，使用诸如热敏电阻之类的温度补偿元件的常规补偿方法，不能满意地实现温度补偿。

本发明的目的是提供一种能够准确地在其不同的环境温度下探测烟雾浓度的烟雾型火灾探测器。

本发明包括一个温度探测装置用以探测发光元件和接收元件处的环境温度，一个温度补偿装置用以按S照温度探测装置探测到的环境温度来校正光接收元件输出电平。

本发明包括一个温度探测装置用以探测发光元件和光接收元件处的环境温度，和一个温度补偿装置用以按照温度探测装置探测到的环境温度来校正光接收元件输出电平，甚至在烟雾型火灾探测器的内部温度变化时，也能准确地探测烟雾浓度。

图1    示出本发明的一个实施例的烟雾型火灾探测器的方框图;

图2示出上述实施例中由微计算机执行操作的流程图;

图3示出本发明另一实施例的烟雾型火灾探测器的方框图;

图4至图7示出本发明的内部温度探测装置的其它实施例的电路图。

图1示出本发明一个实施例的烟雾型火灾探测器1的方框图。

在这个实施例中，一台微计算机10控制整个烟雾型火灾探测器1。一个ROM（兄读存储器）20存有图2所示的程序。一个RAM（随机存取存储器）21提供一个工作区，并存有内部温度探测装置70的输出电压SLT;取样保持电路42的输出电压SLV用以维持放大器40发出的输出信号;以及计算的烟雾浓度。

EEPROM（电可擦可编程序的只读存储器）22存储火灾报警系统中烟雾型火灾探测器的地址和校正系数K。校正系数K采用与探测温度相结合而预定的各种数值，它用来校正取样保持电42的输出电压SLV。

光辐射电路30响应从微计算机10发送的光辐射控制脉冲，向发光元件31提供用于光辐射的电流脉冲。放大器40按给定的增益来放大光接收元件41的输出电平。发送/接收电路50包括：一个发送电路，用以发送火灾信号、代表烟雾物理量的信号、或任何给火灾接收器（未示出）的其它信号;一个接收电路，用于接收轮询信号或任何来自火灾接收器的其它信号，还用于向微计算机10发送接收到的信号。当图1所示的烟雾型火灾探测器探到火灾时，指示灯51亮。恒定电压电路60向微计算机提供恒定电压。

内部温度探测部件70探测烟雾型火灾探测器1的内部温度。内部温度探测部件70包括：二极管D1和D2，它们装在烟雾型火灾探测器中，用来探测与烟雾有关的火灾探测器的内部温度;一个电阻器R1，它与二极管D1和D2串联连接。尤其是，电阻器R1的一端连接电源线Vcc，它的另一端连接二极D1的阳极。二极管D1的阴极连接到二极管D2的阳极。二极管D2的阴极接地。电阻器R1的另一端与二极管D1的阳极的连接点，作为内部温度探测部件70的输出端。内部温度探测部件70利用二极管D1和D2的温度特性与D1和D2两端的电压有关这一事实，来探测烟雾型火灾探测器1的内部温度。二极管D1和D2最好设置在发光元件31和光接收元件41的附近。

内部温度探测部件70例如作为用来探测发光元件和光接收元件处环境温度的温度探测装置。微计算机10例如作为烟雾浓度鉴别装置，后者利用光接收元件的输出电平来鉴别烟雾浓度。微计算机10例如也可作为温度补偿装置，后者用来校正光接收元件的输出电平。

下面描述上述实施例的操作。

图2是表示微计算机10所执行操作的流程图。

首先，执行初始化（步骤S1）。由微计算机10中模/数（A/D）转换器转换成数字数据的输出电压SLT是从内部温度探测部件70取出的，并存入RAM21中（步骤S2）。校正系数K具有一个与内部温度探测部件70的输出电压SLT有关的数值从EEPROM（电可擦可编程序的只读存储器）22中读出，并随后存入RAM（随机存取存储器）21中（步骤S3）。内部温度探测部件70的输出电压SLT与发光元件31和光接收元件41的环境温度有关。校正系数K用来补偿由取样保持电路42的输出电压SLV波动所起的误差，这种波动是内部温度变化引起的。因此，校正系数K采用与烟雾型火灾探测器1的内部温度相关的各种数值，亦即内部温度探测部件70的输出电压SLT的数值（校正系数K的这些数值都事先存于EEPROM22中）。校正系数K具有与代表内部温度的输出电压SLT有关的数值，并从EEPROM22读出。

由微计算机10中模/数转换器转换的数字数据的输出电压SLV，从取样保持电路42取得，并存入RAM21中（步骤S4）。所存储的输出电压SLV乘以校正系数K，从而校正取样保持电路42的输出电压SLV（步骤S5）。根据校正后的输出电压SLV来计算烟雾浓度。把计算结果存入RAM21中（步骤S6）。在火灾接收器发出一个请求时，该计算的烟雾浓度（即代表烟雾物理量的信号）被送往火灾接收器。

根据上述实施例，当烟雾型火灾探测器1的内部温度上升或下降时，因温度变化引起的发光元件31的光辐射量的变化和光接收元件41的输出电平变化都能得到补偿。这就能够准确地探测烟雾浓度。

在上述实施例中，电阻器R1连接到电源线Vcc，二极管D1和D2接地。与此相反，如果电源线Vcc上的电压不受温度影响，则电阻器R1可以接地，二极管D1和D2可以连接到电源线Vcc。

图3示出本发明一实施例的烟雾型火灾探测器2的方框图。

图3所示烟雾型火灾探测器2基本上与图1所示烟雾型火灾探不测器1相同。但它含有一个内部温度探测部件71取代了图1的内部温度探测部件70。

内部温度探测部件71探测烟雾型火灾探测器2的内部温度。它含有一个晶体管TR和一些与该晶体管相连的电阻器，它们全部位于发光元件31和光接收元件41的附近。更具体地说，晶体管TR是一个PnP型晶体管，电阻器R2和R3分别是发射极电阻和集电极电阻，电阻器R4和R5把所加电压的一部分加到晶体管TR的基极上。内部温度探测部件71利用晶体管TR的温度特性与晶体管TR的基-射结电压有关这一事实，来探测内部温度。

利用电阻器R4和R5把晶体晶体管TR的基极电压保持为基本上恒定的数值。当晶体管TR的基-射结电压随温度变化而波动时，由于电阻器R2两端电压值的变化因此可检测这种波动。发射极电流Ie流过电阻器R2，集电极电流Ic流过电阻器R3，如果晶体管TR所设置的电流放大系数具有足够大的数值，则Ic值就近似等于Ie值。

假设基-射结电压因温度而波动的数值为△V，则电阻器R2两端电压也按△V值而波动，从而发射极电流变化△Ie为△V/R2的（R2是电阻器R2的电阻值）。因为探测到的电流变化值△Ie大体上等于集电极电流变化值△Ic，所以在微计算机10中要被模/数转换器探测的电阻器R3两端的电压，按照从△V×R3/R2得出的数值而波动（R3是电阻器R3的电阻值）。当电路设计得使电阻器R3的电阻值大于电阻器R2的电阻值时，则基-射结电压的波动△V可借助于模/数转换器被检测出来以作为按R3/R2值放大的一个数值。这就提高了探测温度变化的精度。

图4所示的npn型晶体管可用来代替图3所示的pnp型晶体管。这一变型具有与上述实施例一样的优点。在这变型中，电阻器R2和R4分别连接npn型晶体管的发射极和基极。电阻器R2和R4的其它端都接地。电阻器R3和R5分别连接npn型晶体管的集电极和基极。电阻器R3和R5的其它端都连接电源线Vcc。

上述实施例利用半导体元件的温度特性。例如，图1中二极管D1和D2提供正向电压。多个同一温度下的二极管所提供的正向电压之间的数值差，大于与温度有关的电压之间的偏移差。这一差别可能引起被测温度的误差。

为了把该误差减至最小，最好采用下列过程。亦即，一个给定的温度和在该给定温度下提供的正向电压都作为初始值存入EEPROM22中。通过计算温度探测部件输出值与初值的偏差，计算出与该给定温度初始值的差值，然后与给定温度初始值相加或相减。据此，环境温度得以识别。这个过程有助于把这些二极管正向电压之间的数值差减至最小。

上述过程能够用于图3所示的使用晶体管的内部温度探测部件71，并且仍然提供了可使晶体管TR基极电压波动减至最小的上述优点。

如图5至图7所示的开关100可以置于图1中电阻器R1和电源线Vcc之间，或图3中电阻器R4和R2与电源线Vcc之间，或图4中电阻器R5和R3与电源线Vcc之间。只有在探测温度时，微计算机10才使开关100接通。这有助于减少温度探测部件70或71所耗用的电流。更具体地说，温度探测装置在用于控制电源的控制装置的控制下得到供电。只有在探测温度时，控制装置才向温度探测装置供电。

在上述实施例中，当烟雾型火灾探测器1或2的内部温度变化时，光接收元件41输出电平被校正。当光接收元件41的输出电平与给定的参考电平例如一火灾识别参考电平相比较来探测烟雾浓度时，可以根据烟雾型火灾探测器1或2的温度变化去校正该参考电平。

在任一上述实施例中，向控制和显示设备发送代表被探测的烟雾物理量的一个信号。另一种可替代的方案是，烟雾型火灾探测器本身可以识别火灾，并且发送火灾信号。甚至在这个变型中，还可以根据内部温度探测部件70或71的输出电压SLT，来校正取样保持电路42的输出电压SLV或火灾识别参考电平。

在上述这些实施例中，甚至在把各探测器的温度特性组合以提供一个复合的温度变化特性时，一些与温度相关的最佳温度补偿系数存入EEPROM或ROM中，并可有选择性地取用。因此，这些实施例能够抵消温度变化;而使用热敏电阻或任何其它温度补偿元件的温度补偿常规相同方法是不能抵消温度变化的。

待存入EEPROM22中的温度校正系数K，可以采用为每个探测器确定的各种数值，以在不进行温度补偿时，这些数值就与每个探测器温度变化特性所规定的数值不一致。当各探测器具有相同的温度变化特性时，各探测器共享的温度校正系数都存入ROM中。这个变型也提供了上述优点。

根据本发明，甚至当烟雾型火灾探测器内部温度变化时，也能准确地探测烟雾浓度。

Claims (7)

1、一种烟雾型火探测器，其内从一个发光元件发射的光由于烟雾颗粒而引起散射，由该光散射引起的散射光被一个光接收元件所接收，利用所述光接收元件的输出电平探测烟雾浓度，其特征在于，该探测器包括：

一个温度探测装置，用来探测所述光辐射元件和所述光接收元件处的环境温度；

一个温度补偿装置，用来根据所述温度探测装置探测到的所述环境温度，补偿所述光接收元件的输出电平；和

一个烟雾浓度鉴别装置，用来按照所述温度补偿装置所补偿的所述输出电平鉴定烟雾浓度。

2、根据权利要求1的烟雾型火灾探测器，其特征在于，在此所述温度补偿装置和所述烟雾鉴别装置，分别是微计算机和存储器;所述存储器存储温度校正系数K，该系数K具有与用所述温度探测装置探测的温度有关的数值;所述烟雾浓度鉴别装置，通过把所述光接收元件输出电平与一给定参考电平相比较，鉴别烟雾浓度;所述的温度补偿装置使用所述温度校正系数K来校正所述光接收元件的所述输出电平或所述给定参考电平，该系数K具有与所述温度探测装置所探测温度有关的数值。

3、根据权利要求1的烟雾型火灾探测器，其特征在于，所述温度探测装置利用半导体元件的温度特性。

4、根据权利要求3的烟雾型火灾探测器，其特征在于，所述温度探测装置至少包含一个二极管，并利用与所述二极管两端电压有关的所述二极管的温度特性。

5、根据权利要求3的烟雾型火灾探测器，其特征在于，所述温度探测装置包括一个晶体管，并且利用与所述晶体管基-射结电压有关的所述晶体管的温度特性。

6、根据权利要求2至6中任一项的烟雾型火灾探测器，其特征在于，所述微计算机把所述温度探测装置的初始输出和参考温度存入所述存储器，而参考温度就是在存储所述初始输出时所探测的温度;该计算机还使用通过计算偏差值而算出的环境温度和所述存储参考温度来进行温度补偿，该偏差值是利用所述温度探测装置的输出和所述初始输出算出的。

7、根据权利要求1的烟雾型火灾探测器，其特征在于，所述温度探测装置包含一个控制电源用的控制装置，并在所述控制装置的控制下供电;而所述控制装置只在探测温度时才向所述温度探测装置供电。

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