CN1107928C

CN1107928C - 光电感烟探测器灵敏度调整方法及其光电感烟探测器

Info

Publication number: CN1107928C
Application number: CN00112134A
Authority: CN
Inventors: 窦征; 王殊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2003-05-07
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: CN1281200A

Abstract

本发明公开了一种光电感烟探测器灵敏度调整方法及运用该方法的光电感烟探测器。该方法的基本操作步骤为：将光电感烟探测器置于无烟洁净空气环境中，通过调整放大器增益或/和光发射器工作电流，使探测器背景信号达到预期范围。运用该方法的光电感烟探测器含有微处理器和受控于微处理器的放大器增益、光发射器工作电流调控电路，以及用于存取灵敏度修正系数的存储器。本发明简单易行，具有足够精确度。

Description

光电感烟探测器灵敏度调整方法及其光电感烟探测器

技术领域

本发明涉及一种火灾探测器灵敏度的调整方法，尤其是一种光电感烟探测器灵敏度调整方法，同时本发明还涉及运用该方法的光电感烟探测器，属于消防技术领域。

背景技术

为了使用于火灾报警的光电感烟探测器具有适当的灵敏度，在其制造过程中要进行灵敏度的调整。目前，通常采用的灵敏度调整法有两种，一种称为“加烟法”，即将光电感烟探测器放在烟箱中，向烟箱施放已知浓度的烟雾，调整探测器的灵敏度，使其达到预期值；另一种称为“模拟加烟法”，即在光电感烟探测器中安放具有特殊光学特性的固体物质，使其代替烟雾，对探测器灵敏度进行检测调整。如申请日为1994.6.28、公开号为CN1111922A、申请号为94190472.5的中国发明专利《散射光烟雾报警器烟雾模拟装置、校准烟雾灵敏度的方法及此装置的应用》即是如此。这两种方法都需要辅助装置或设施，其中前者所需设备复杂，调整工作量大；后者因烟雾的理想替代物制作困难，一般厂家很难使用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有光电感烟探测器灵敏度调整存在的问题，提出一种不用复杂的辅助装置，在洁净空气中直接调整光电感烟探测器灵敏度的方法，从而使光电感烟探测器的调整既简单易行，又有足够的准确性。同时，本发明还将给出运用该方法的光电感烟探测器，从而使本发明的方法易于普及实施。

为了便于理解本发明的调整方法，首先结合图1对其基本原理从理论上作一简要说明。在图1表示的任意光电感烟探测器中，I为光发射器工作电流，K_I为光学暗室的光电转换系数，K_A为放大器增益系数，S为探测器的输出，V_b为放大器的输入失调量。理论和实践证明，对设计合理的特定光电感烟探测器而言，如果制造质量受到良好控制，其输出的数学表达式为：

S＝I(m+m₀)K_IK_A+V_bK_A.....(1)式中m为光学暗室内的烟雾浓度，m₀为等效背景烟雾浓度。

由于光学暗室在结构设计中做到“全黑”是很困难的，因此即使在无烟雾、即洁净空气情况下，光发射器在发射电流I不等于零时所发出的光，在光学暗室内经多次反射和吸收后，仍会有一部分转化为探测器的输出信号，而对应这一输出信号的正是前面提到的等效背景烟雾浓度m₀。

在洁净空气条件下，烟雾浓度m＝0，这时探测器的输出即为背景信号S0

S₀＝Im₀K_IK_A+V_bK_A......(2)

由(2)式可见，探测器的背景信号S₀由两部分组成。

第一部分由光学暗室等效背景烟雾浓度m₀造成，与光发射器工作电流I、光学暗室光电转换系数K_I和放大器增益系数K_A有关。在现代火灾探测器中，这一部分有意地设计在大约为探测器满输出的10-30％，借此实现对探测器运行状态的诊断和自动补偿，而本专利又赋予其具有特别的用途——调整探测器灵敏度。

第二部分由放大器输入失调量V_b造成，与放大器增益系数K_A有关。如令光发射器工作电流I＝0，即可测出这部分。

通常放大器输入失调量V_b可以通过选择合适的器件和合理设计电路做得很小。这样，在V_bK_A＜＜Im₀K_IK_A的条件下，(2)式可以简化为

S₀＝Im₀K_IK_A..........................(3)

在探测器制造中，光发射器工作电流I和放大器增益K_A可以控制得相当准确，光学暗室也可以做得足够精密，但遗憾的是光学器件(光发射器和光接收器)的特性却存在着不容忽视的离散性，因此在(1)、(2)、(3)式中的m₀K_I对每一个探测器来说都是不同的。

本发明所述调整探测器灵敏度方法的实质是通过调整放大器增益K_A或/和发射器工作电流I使探测器背景信号S₀达到某一预期值范围。这一范围可以根据国家标准GB4715——1993《点型感烟火灾探测器技术要求和试验方法》的规定确定为探测器输出的最大和最小值之比不大于1.6，也可以根据厂商的企业标准确定为一个严于国家标准的范围，如1.2、1.3、1.4等。

基于以上理论，本发明的光电感烟探测器包括光发射器、光接收器、发射器电流调控电路、放大器增益调控电路，其灵敏度调整法可以归纳为如下步骤：

A.将光电感烟探测器置于洁净空气中，切断光发射器电源，测出探测器中放大器的输出失调量；

B.给光发射器通电；

C.测出探测器输出，如此输出与步骤A放大器的输出失调量之差落在探测器输出的最大和最小值之比不大于1.6的预期范围，则调整完成，否则进入下一步骤；

D.通过放大器增益调控电路调整放大器增益或/和通过放大器工作电流调控电调整光发射器工作电流，返回步骤A。

调整放大器增益K_A时，放大器输出失调量也跟着变化，因此上述步骤C、D可能会重复多次。

在放大器失调量可以被忽略的情况下，上述探测器灵敏度调整方法简化为：

A.将光电感烟探测器置于洁净空气中，接通光发射器电源；

B.测量探测器的输出，如此输出落在预期范围，则调整完成，否则进入下一步骤；

C.调整放大器增益或/和光发射器工作电流，返回步骤B继续测试。

为了提高探测器灵敏度调整的精确性，上述调整可以在较高的放大器增益或/和较大的光发射器工作电流情况下进行。

由于在洁净空气条件下直接调整光电感烟探测器灵敏度，并且具有足够的精确度，因此本发明简单易行，推广应用之后，将有助于降低光电感烟探测器的制造成本、提高生产效率。

运用本发明方法的光电感烟探测器的基本技术方案为：在由置于光学暗室中的光发射器和光接收器、光发射器供电电路和烟雾信号放大器构成的光电感烟探测器基本电路的基础上，还增设由开关控制元件和电阻元件串联组成的光发射器工作电流调控电路，以及由电阻网络和开关元件串联组成放大器增益调控电路，其中光发射器工作电流调控电路与光发射器串联，放大器增益调控电路与放大器增益控制端相连。使用中，通过上述两调控电路的单独或联合工作，将灵敏度调整到预期值范围。

运用本发明方法的光电感烟探测器的派生技术方案为：在上述基本方案基础上，增加控制光发射器工作电流调控电路和放大器增益调控电路的微处理器和存取灵敏度修正系数的存储装置，其中的存储装置既可以与微处理器集成，也可以作为微处理器的外部元件。这样在使用中，只要计算并存储灵敏度修正系数，光电感烟探测器便可按本发明的方法，在程序控制下自动完成调整，而无需直接进行灵敏度调整。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是光电感烟探测器原理框图。

图2是一种运用本发明方法的光电感烟探测器电路原理图。

图3是一种运用本发明方法的光电感烟探测器实施例电路图。

具体实施方式

首先借助图2说明本发明方法具体实现过程。在图2的电路中：E为光发射器D₂的电源，R₄为限流电阻，光发射器D₂的工作电流I＝E/R₄；D₁为光接收器；光接收器D₁和光发射器D₂均处于虚线所示的光学暗室中，其光电转换系数为K_I；m为烟雾浓度，在洁净空气条件下m＝0；m₀为光学暗室等效背景烟雾浓度；N₁为放大器，其增益系数为K_A，其输入失调量为V_b；RP₁为增益调整电位器，R₁和R₂为固定电阻，RP₁、R₁和R₂决定放大器N₁增益系数K_I；DU为信号指示装置；S₁、S₂、S₃为调试开关，R₃和R₅为调试电阻。以上元件中，两开关控制元件S₂、S₃分别与电阻元件R₅、R₄串联组成光发射器工作电流调控电路1，与光发射器D₂串联；开关控制元件S₁和电阻元件R₃、RP₁串联组成放大器增益调控电路2，与放大器N₁的反相输入即增益控制端连接。

图2所示的光电感烟探测器灵敏度具体调试方法可分以下四种情况：情况一：在正常发射电流和增益即调试开关S₁和S₂都断开的条件下，通过以下三种具体方法进行灵敏度调整。

情况一的具体方法1通过调整放大器增益来调整灵敏度，步骤为：

A.将光电感烟探测器置于洁净空气中，切断调试开关S₃，在DU上读取放大器失调量输出值；

B.闭合调试开关S₃使光发射器通电；

C.在DU上读取探测器输出量，如与上一步骤放大器的输出失调量之差落在预期范围，则调整完成，否则进入下一步骤；

D.通过调节电位器RP₁调整放大器增益K_A，返回步骤C。

由于调节电位器RP₁会改变放大器N₁的增益，从而改变(2)式所表示的探测器背景信号中的放大器失调量V_bK_A，因此上述步骤C、D可能会重复多次。

当放大器失调量可以被忽略时，该探测器灵敏度调整步骤可简化为：

A.将光电感烟探测器置于洁净空气中，闭合调试开关S₃使光发射器通电；

B.在探测器输出信号指示装置DU上读取输出量，如此输出落在预期范围，则调整完成，否则进入下一步骤；

C.调节电位器RP₁，返回步骤B继续测试。

情况一的具体方法2通过调整光发射器电流来调整灵敏度，步骤为：

B.闭合调试开关S₃使光发射器通电；

D.通过改变光发射器限流电阻R₄的阻值，调整光发射器工作电流I，返回步骤C。

A.将光电感烟探测器置于洁净空气中，接通调试开关S₃；

C.改变限流电阻R₄的阻值，返回步骤B继续测试。

情况一的具体方法3同时调整放大器增益和光发射器工作电流来调整灵敏度，步骤为：

B.闭合调试开关S₃使光发射器通电；

D.通过调节电位器RP₁调整放大器增益K_A，同时通过改变限流电阻R₄阻值调整光发射器工作电流I，返回步骤C。

A.将光电感烟探测器置于洁净空气中，接通调试开关S₃；

C.调节电位器RP₁和改变限流电阻R₄阻值，返回步骤B。

情况二：在正常发射电流和较高增益，即调试开关S₂断开、S₁闭合的条件下进行灵敏度的调整，较高增益系指高于正常增益、但低于正常增益5倍的增益。在图2中通过闭合调试开关S₁，将电阻R₃(10KΩ)并联到R₂(10KΩ)上去，使放大器工作于2倍正常增益条件下，按情况一所述的三种具体方法进行灵敏度调整，其操作步骤自明，不另赘述。

情况三：在正常增益和较大发射电流，即调试开关S₁断开、S₂闭合的条件下进行灵敏度的调整，较大发射电流系指高于正常发射电流、但低于5倍正常发射电流。在图2中通过闭合调试开关S₂，将电阻R₄(18Ω)并联到R₅(18Ω)上去，使光发射器D₂工作于2倍正常工作电流条件下，按情况一所述的三种具体方法进行灵敏度调整，其操作步骤自明，不另赘述。

情况四：在大于1倍、但低于5倍正常发射电流和增益，即调试开关S₂、S₁都闭合的条件下进行灵敏度的调整。在图2中通过闭合调试开关S₂和S₁，将电阻R₅(18Ω)并联到R₄(18Ω)、电阻R₃(10KΩ)并联到R₂(10KΩ)上去，使探测器在2倍于正常发射电流和2倍正常放大器增益条件下工作，按情况一所述的三种具体方法进行灵敏度调整，其操作步骤自明，不另赘述。

以上在较大发射电流或/和增益情况下调整灵敏度，有利于提高调整结果的精密程度。

图3所示的电路图为一个运用本发明方法的光电感烟探测器实施例。该光电感烟探测器包括置于虚线框所示光学暗室中的光发射器D₂和光接收器D₁以及放大器N₁。在此探测器基本电路基础上，还含有由三极管V₁V₄、电阻R₄R₇和微处理器P₁-P₄口串联组成的光发射器工作电流调控电路1，以及由电阻R₃、R₈、R₉、R₁₀和微处理器P₅-P₈口串联构成的放大器增益调控电路2。

此外，该实施例的电路中还包括连接二总线和微处理器up的输入/输出接口I/O，将总线电压转换成各功能电路所需稳定电压、并对各功能电路进行供电管理的电源管理电路PM，与微处理器up连接、用于存储和交换数据的存储器M，以及将探测器输出转换成数字量的数模转换器A/D。探测器通过二总线与控制/指示器C/D相连，并在其控制下进行灵敏度调整。

在控制/指示器C/D的控制下，该光电感烟探测器的微处理器up完成以下为进行灵敏度调整所必需的任务：

A.通过P₁、P₂口控制V₁、V₂的导通或截止，从而控制R₅、R₄的接地和悬浮(相当于控制图2中的调试开关S₃和S₂的接通与关断)；

B.通过P₅口控制电阻R₃的接地与否(相当于在图2中控制调试开关S₁的接通和断开)；

C.通过P₆、P₇和P₈口，控制R₈、R₉、R₁₀的接地与否(相当于在图2中调整电位器RP₁)；

D.通过P₃、P₄口，控制V₃、V₄的导通与截止，从而控制R₆、R₇的接地和悬浮(等效于图在图2中改变R₄的阻值)；

E.实现数据存储和交换。

不难看出，以上A、B、C、D各项功能可以组合实现按照图2所述的各种灵敏度调整步骤，此处不另赘述。

需要说明的是，图2中调整电位器RP₁和改变R₄的阻值，以及图3中控制R₈、R₉、R₁₀和R₆、R₇的接地，在进行探测器灵敏度调整中并不是唯一的方法，例如在图3的情况下，可以用以下的操作步骤代替：

A.计算出探测器输出值与预期值之比即灵敏度修正系数，将此值存入存储器M；

B.在探测器实际使用中，用该灵敏度修正系数，修正探测器的实际输出值。

本实施例的光电感烟探测器可以按照预设的程序，在无需其他辅助装置或设施的情况下，实现探测器灵敏度的自动调整，使用操作十分方便。

Claims

1.一种光电感烟探测器灵敏度调整方法，其中，光电感烟探测器包括光发射器、光接收器、发射器工作电流调控电路、放大器增益调控电路，其步骤为：

B.给光发射器通电；

D.通过放大器增益调控电路调整放大器增益或/和通过发射器工作电流调控电路调整光发射器工作电流，返回步骤A。

2.根据权利要求1所述的光电感烟探测器灵敏度调整方法，其特征在于：所述光电感烟探测器工作在大于1倍小于5倍正常发射电流或/和大于1倍小于5倍正常放大器增益条件下，进行A-D各步骤。

3.根据权利要求1所述的光电感烟探测器灵敏度调整方法，其特征在于：所述光电感烟探测器还包括控制/显示器、微处理器和存储装置，微处理器与控制器控制发射器工作电流调控电路、放大器增益调控电路、控制/显示器、存储装置连接；微处理器在控制/显示器的控制下进行步骤A-D；微处理器计算灵敏度修正系数并将所述灵敏度修正系数值存储到存储装置，所述灵敏度修正系数是指探测器输出值与预期值之比。

4.一种运用权利要求1所述灵敏度调整方法的光电感烟探测器，含有置于光学暗室中的光发射器和光接收器以及放大器构成的光电感烟探测器电路，还含有由一组开关控制元件和电阻元件串联组成的光发射器工作电流调控电路、由另一组开关控制元件和电阻串联组成的放大器增益调控电路，其特征在于：所述光发射器工作电流调控电路与光发射器串联，放大器增益调控电路与放大器增益控制端相连。

5.根据权利要求4所述的光电感烟探测器，其特征在于：还含有微处理器，所述微处理器的控制口通过三极管与电阻串联组成光发射器工作电流调控电路，另外的控制口与其他电阻串联构成放大器增益调控电路。

6.根据权利要求5所述的光电感烟探测器，其特征在于：还包括存取探测器输出值与预期值之比即灵敏度修正系数的存储装置，所述存储装置既可以与微处理器集成，也可以作为微处理器的外部元件。