CN110132814A - 一种检测空气中实体粒子浓度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测空气中实体粒子浓度的装置和方法，所述装置包括一个用于发射特定波长λs光波的发射器Gp，和用于检测发射器Gp发射光波的功率的至少两个的检测器D1、D2…Dn；还包括用于判断检测数据是否超过预设值的程序模块S，程序模块S电性连接检测器D1、D2…Dn；本发明提出一种使用普通的发射器Gp，在经过特殊设计的位置安装至少两个不同的检测器接收不同位置的散射光，再利用系统内置算法对两个接收器的接收功率进行模式分析，从而对系统周围存在的特定尺寸大小的粒子进行浓度检测，相比于现有技术中的烟雾感应器，本发明能准确检测到热积累或阴燃阶段发生的小尺寸粒子，从而提高整个火灾防控的能力，且成本与传统的烟雾感应器保持一致。

Description

一种检测空气中实体粒子浓度的装置和方法

技术领域

本发明属于粒子浓度检测领域，具体涉及一种检测空气中实体粒子浓度的装置和方法。

背景技术

当前的烟雾感应器，大多基于光电效应进行，其原理是光线在传播途径中如果遇到粒子，会发生散射，粒子的大小和成分，会影响到散射的模式和效果。针对点型光电烟感，都是一个光源发出光，然后再测试其的散射光绝对值大小，然后依据内置算法和判断门限，来进行粒子浓度的判断。这种方法有2个明显的缺陷，一是对粒子尺寸的区分能力较弱从而产生较多误报，二是对烟的小粒子(<100nm)的浓度检测灵敏度不高从而在现实应用中检测时延较大，其根本原因是小粒子导致的散射功率很小，而这类烟感采集的仅是一个传感器接收到的散射光的绝对值。环境中总会存在一些可能的其他粒子，而这些粒子的尺寸一般较大(>1000nm)，同等粒子浓度情况下的散射功率会高不少。这时为了减少错误报警的几率，大多烟感都会设置较高的功率接收门槛，只有超过这个功率的散射事件才可能被检测为烟雾。这样，对那些在热积累时期、阴燃时期和燃烧初期烟雾初期发出以微小粒子(<100nm,甚至<50nm)为主，浓度很低的烟，几乎很难准确的反应。

而绝大多数的火灾，都是从热积累阶段开始的，然后到阴燃，然后才到火苗。如果能准确检测到热积累或阴燃阶段发生的小尺寸粒子，则可以极大的提高整个火灾防控的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测空气中实体粒子浓度的装置和方法，以便能准确检测到热积累或阴燃阶段发生的小尺寸粒子，从而提高火灾防控能力。

本发明所提供的技术方案是：一种检测空气中实体粒子浓度的装置，包括一个用于发射特定波长λs光波的发射器Gp，和用于检测所述发射器Gp发射光波的功率的至少两个的检测器D1、D2…Dn；还包括用于判断检测数据是否超过预设值的程序模块S，所述程序模块S电性连接所述检测器D1、D2…Dn；

通过所述发射器Gp发射出光波，并利用所述检测器D1、D2…Dn接收检测光波的功率数据并发送至程序模块S，程序模块S中的程序判断数据来检测空气中粒子浓度是否超标。

优选的，所述程序模块S的输出端电性连接有至少两种颜色的指示灯或至少两种声音的播放器。

本发明还提供一种检测空气中实体粒子浓度的方法，包括以下步骤：

a、布置好所述发射器Gp的位置；

b、部署所述检测器D1、D2…Dn；

c、所述发射器Gp发射出光波，并通过部署的所述检测器D1、D2…Dn进行检测收集光波功率的数据；

d、所述检测器D1、D2…Dn将收集的数据发送至所述程序模块S，所述程序模块S分析所述检测器D1、D2…Dn发出的数据，并判断烟雾粒子浓度是否超出预设值，若超出，则发出警报。

优选的，步骤c中，至少两个的所述检测器D1、D2…Dn的部署位置满足以下条件，以所述发射器Gp为坐标原点，光波发射方向为x轴建立一个直角坐标系，所述检测器D1、D2…Dn都不能位于x轴正半轴上，表达检测器D1的坐标为(X1，Y1)、D2的坐标为(X2，Y2)、…Dn的坐标为(Xn，Yn)，则所述检测器D1、D2…Dn必有一个或多个位于第1或第4象限，而剩余的一个或多个必然位于第2或第3象限，且满足|X₁ ²+Y₁ ²|>λs²,|X₂ ²+Y₂ ²|>λs²…|X_n ²+Y_n ²|>λs²。

优选的，所述程序模块S能够同时采集所述检测器D1、D2…Dn发出的数据P1、P2…Pn，同时能够对数据修正得到P1’、P2’…Pn’。

优选的，步骤d中，所述程序模块S判断烟雾粒子浓度是否超出预设值可通过下列方法判断：

1)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某一个的数值是否大于或小于或等于门限值；

2)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某一个或多个数值的变化幅度是否大于或小于或等于门限值；

3)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某两者之间的比值是否大于或小于或等于门限值；

4)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某两者之间的比值的变化幅度是否大于或小于或等于某个门限值；

5)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的两者或多者之间的大小；

6)比较两个或多个功率比值之间的大小，每个功率比值由修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的任意两个相比产生。

有益效果：

本发明提供的一种检测空气中实体粒子浓度的装置，采用了发射器Gp和检测器D1、D2…Dn配合测量光波的功率数据，并由程序模块S判断是否存在烟雾，通过分析检测器D1、D2…Dn测量光波的功率数据来判断粒子浓度是否超超标，相比于现有的烟雾感应器有效的提升了敏感度，且成本与传统的烟雾感应器保持一致；同时利用该装置检测空气中实体粒子浓度的方法，在经过特殊设计的位置安装至少两个不同的检测器接收不同位置的散射光，再利用系统内置算法对两个接收器的接收功率进行模式分析，从而对系统周围存在的特定尺寸大小的粒子进行浓度检测的方法，相比于现有技术中的烟雾感应器，本发明能准确检测到热积累或阴燃阶段发生的小尺寸粒子，从而极大的提高整个火灾防控的能力。

附图说明

图1为检测工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

实施例1

一种检测空气中实体粒子浓度的装置，包括一个用于发射特定波长λs光波的发射器Gp，和用于检测所述发射器Gp发射光波的功率的两个的检测器D1和检测器D2，本实施例中的检测器D1和检测器D2分别采用光电传感器；

还包括用于判断检测数据是否超过预设值的程序模块S，所述程序模块S电性连接所述检测器D1和检测器D2；通过所述发射器Gp发射出光波，并利用所述检测器D1、D2…Dn接收检测光波的功率数据并发送至程序模块S，程序模块S中的程序判断数据来检测空气中粒子浓度是否超标。本发明提供的一种检测空气中实体粒子浓度的装置，采用了发射器Gp和检测器D1、D2…Dn配合测量光波的功率数据，并由程序模块S判断是否存在烟雾，通过分析检测器D1、D2…Dn测量光波的功率数据来判断粒子浓度是否超超标，相比于现有的烟雾感应器有效的提升了敏感度，且成本与传统的烟雾感应器保持一致

本实施例中，所述程序模块S的输出端电性连接有三种颜色的指示灯。

本发明还提供一种检测空气中实体粒子浓度的方法，包括以下步骤：

a、布置好所述发射器Gp的位置；

b、部署所述检测器D1和检测器D2；

c、所述发射器Gp发射出光波，并通过部署的所述检测器D1和检测器D2进行检测收集光波功率的数据；

d、所述检测器D1和检测器D2将收集的数据发送至所述程序模块S，所述程序模块S分析所述检测器D1和检测器D2发出的数据，并判断烟雾粒子浓度是否超出预设值，若超出，则发出警报。

步骤c中，所述检测器D1和检测器D2的部署位置满足以下条件，以所述发射器Gp为坐标原点，光波发射方向为x轴建立一个直角坐标系，所述检测器D1和检测器D2都不能位于x轴正半轴上，表达检测器D1的坐标为(X1，Y1)、D2的坐标为(X2，Y2)。

所述程序模块S能够同时采集所述检测器D1和检测器D2发出的数据P1、P2，同时能够对数据修正得到P1’、P2’。

步骤d中，所述程序模块S判断烟雾粒子浓度是否超出预设值可通过下列方法判断：

1)比较修正后的数据P1’、P2’中的某一个的数值是否大于或小于或等于门限值；

2)比较修正后的数据P1’、P2’中的某一个或多个数值的变化幅度是否大于或小于或等于门限值；

3)比较修正后的数据P1’、P2’的两者之间的比值是否大于或小于或等于门限值；

4)比较修正后的数据P1’、P2’的两者之间的比值的变化幅度是否大于或小于或等于某个门限值；

5)比较修正后的数据P1’、P2’中的两者之间的大小；

6)比较两个功率比值之间的大小，每个功率比值由修正后的数据P1’、P2’中的任意两个相比产生。

如图1所示，通过发射器Gp和检测器D1、检测器D2构成发射接收装置的核心部件，其中，发射器Gp选用发射波长为860nm的红外线，采用光电传感器的检测器D1和检测器D2对860nm的波长的光敏感；检测器D1部署于发射器Gp的正向散射区域，检测器D1与发射器Gp的连线与发射器Gp的发射光波呈45度角；检测器D2部署于发射器Gp的反向散射区，检测器D2与发射器Gp的连线与发射器Gp的发射光波呈135度角；在核心部件的外部，设立一个挡光罩，阻挡外部光线的干扰，同时将光波在核心部件内部的反射降至最低；程序模块S电性连接的三个指示灯分别为红黄绿色，用红黄绿色分别表示严重警告、警告和无警告三种不同的烟粒子浓度检测状态。当开始检测工作时，发射器Gp发射出860nm波长的激光光束沿法线照射，检测器D1和检测器D2分别接受到了不同的散射功率P1和P2，经过修正后，得到的P1’和P2’通过下列计算可以判断：

设x＝P1’/P2’，则当x>c1且P1’<a，判断为检测到高浓度大粒子烟，触发严重告警(红灯)；当x<c2且P2’>b，判断为检测到高浓度小粒子烟，触发告警(黄灯)；其中，c1，c2，a，b可以是一个固定的数值，可由开发人员在程序中指定或由用户在现场设定；也可以是一个浮动的数值，依据本装置在现场的环境数据进行自动的调节。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，例如Gp，D1，D2的布设具体夹角大小，光波的波长窗口，指示灯的数量和具体颜色不作为本专利的限制性条件，仅作为一个示例，本发明并不限制于以上描述具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。

Claims (6)

1.一种检测空气中实体粒子浓度的装置，其特征在于：

包括一个用于发射特定波长λs光波的发射器Gp，和用于检测所述发射器Gp发射光波的功率的至少两个的检测器D1、D2…Dn；还包括用于判断检测数据是否超过预设值的程序模块S，所述程序模块S电性连接所述检测器D1、D2…Dn；

通过所述发射器Gp发射出光波，并利用所述检测器D1、D2…Dn接收检测光波的功率数据并发送至程序模块S，程序模块S中的程序判断数据来检测空气中粒子浓度是否超标。

2.根据权利要求1所述的一种检测空气中实体粒子浓度的装置，其特征在于：

所述程序模块S的输出端电性连接有至少两种颜色的指示灯或至少两种声音的播放器。

3.一种利用权利要求1至2的任意一项所述的检测空气中实体粒子浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、布置好所述发射器Gp的位置；

b、部署所述检测器D1、D2…Dn；

c、所述发射器Gp发射出光波，并通过部署的所述检测器D1、D2…Dn进行检测收集光波功率的数据；

d、所述检测器D1、D2…Dn将收集的数据发送至所述程序模块S，所述程序模块S分析所述检测器D1、D2…Dn发出的数据，并判断烟雾粒子浓度是否超出预设值，若超出，则发出警报。

4.根据权利要求3所述的检测空气中实体粒子浓度的方法，其特征在于：

步骤c中，至少两个的所述检测器D1、D2…Dn的部署位置满足以下条件，以所述发射器Gp为坐标原点，光波发射方向为x轴建立一个直角坐标系，所述检测器D1、D2…Dn都不能位于x轴正半轴上，表达检测器D1的坐标为(X1，Y1)、D2的坐标为(X2，Y2)、…Dn的坐标为(Xn，Yn)，则所述检测器D1、D2…Dn必有一个或多个位于第1或第4象限，而剩余的一个或多个必然位于第2或第3象限，且满足|X₁ ²+Y₁ ²|>λs²,|X₂ ²+Y₂ ²|>λs²…|X_n ²+Y_n ²|>λs²。

5.根据权利要求4所述的检测空气中实体粒子浓度的方法，其特征在于：

所述程序模块S能够同时采集所述检测器D1、D2…Dn发出的数据P1、P2…Pn，同时能够对数据修正得到P1’、P2’…Pn’。

6.根据权利要求5所述的检测空气中实体粒子浓度的方法，其特征在于：

步骤d中，所述程序模块S判断烟雾粒子浓度是否超出预设值可通过下列方法判断：

1)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某一个的数值是否大于或小于或等于门限值；

2)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某一个或多个数值的变化幅度是否大于或小于或等于门限值；

3)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某两者之间的比值是否大于或小于或等于门限值；

4)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的某两者之间的比值的变化幅度是否大于或小于或等于某个门限值；

5)比较修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的两者或多者之间的大小；

6)比较两个或多个功率比值之间的大小，每个功率比值由修正后的数据P1’、P2’…Pn’中的任意两个相比产生。