CN110930631A - 一种光电式火灾烟雾报警器及其烟雾检测偏差的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟雾报警器技术领域，具体涉及一种光电式火灾烟雾报警器及其烟雾检测偏差的补偿方法；光电式火灾烟雾报警器其包括安装于迷宫内部的光敏传感器与发光管一；光敏传感器与发光管一的两侧设有用于防止发光管一的发射光照射到光敏传感器的挡光板；迷宫的内部还安装有发光管二，发光管二的发射光穿过光敏传感器两侧挡光板形成的入光口直射到光敏传感器上；本发明通过增加测定烟雾浓度的单元，可以测定烟雾浓度，从而可以排除或部分补偿迷宫对烟雾检测输出信号的干扰，提高了光电式火灾烟雾报警器的检测精度。

Description

一种光电式火灾烟雾报警器及其烟雾检测偏差的补偿方法

技术领域

本发明涉及烟雾报警器技术领域，具体涉及一种光电式火灾烟雾报警器及其烟雾检测偏差的补偿方法。

背景技术

火灾报警器是消防领域的重要组成部分，而光电式火灾烟雾报警器则是市场的主流。光电式火灾烟雾报警器是基于烟雾粒子对光的散射原理来设计的。目前光电式火灾报警器的光电检测电路都罩在光电迷宫中，迷宫的作用大致是隔绝环境光、防虫以及防尘，就目前技术而言迷宫不可或缺。虽然从结构设计上，LED发出的光并不会直接射到烟雾检测光敏元件上，而只能通过烟雾粒子的散射，这光线才能被烟雾检测光敏元件接收到。但是迷宫本身也会反射光线，LED发出的光通过迷宫内部的一次反射或者多次发射，也会有一定比例的光会射到烟雾检测光敏元件上，进而使烟雾检测电路把这部分由迷宫反射到光电传感器上的信号“误”处理为烟雾散射过来的，这样就干扰了对烟雾的检测。烟雾报警器在使用过程中，随着灰尘等粒子在迷宫内壁的逐渐积累，迷宫壁的反射效果会逐渐增大。对于对检测精度要求高的场合下，这种动态偏差需要得到消除或降低。

迷宫中光敏二极管的输出信号比例于其感应到的光强，而感应到的光强是与下述2部分的相加：1)经迷宫内部反射到光敏二极管上的光强，这部分标记为β；2)经迷宫内烟雾粒子散射到光敏二极管上的光强，这部分标记为γ。

当迷宫内没有烟雾时，由于迷宫内壁的些许反光，β不为0；因为没有烟雾粒子的散射，所以γ＝0，这时候光敏二极管会有微弱的信号输出。

当迷宫中有烟雾的时候，因为烟雾粒子的散射效果，γ明显增大，这部分增大比例于烟雾的浓度；因为烟雾粒子对光线有遮挡效果，经迷宫内部反射到光敏二极管上的光强β有所减小，减小部分比例于烟雾浓度。

对于火灾烟雾报警器而言，γ是真正的表征烟雾的信号，而β则是因结构而引入的干扰。

通过增加测定烟雾浓度的装置，可以测定烟雾浓度，进而推算出β，从而可以排除或部分补偿迷宫烟雾检测输出信号的干扰。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种光电式火灾烟雾报警器及其烟雾检测偏差的补偿方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种光电式火灾烟雾报警器，其包括

迷宫；

安装于所述迷宫内部的光敏传感器与发光管一；

上述光敏传感器与发光管一的两侧均设有用于防止发光管一的发射光照射到光敏传感器的挡光板；

上述迷宫的内部还安装有发光管二，发光管二的发射光穿过光敏传感器两侧挡光板形成的入光口直射到光敏传感器上。

进一步的，所述迷宫呈环状。

进一步的，所述光敏传感器两侧的挡光板相互平行；所述发光管一两侧的挡光板也相互平行。

本发明提供了一种基于上述光电式火灾烟雾报警器的烟雾检测偏差的补偿方法，具体步骤如下：

S1：烟雾报警器内的发光管一与发光管二交替式的进行发光，光敏传感器分别对发光管一与发光管二交替式发出的光线进行接收，并将光信号转换为电信号输出；

S2：建立烟雾报警器内光电简化模型，并根据发光管二发光期间内输出电信号的变化量，计算出烟雾报警器因迷宫而引入的干扰值β，在光敏传感器的输出值中对干扰值β进行扣除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过增加测定烟雾浓度的单元，可以测定烟雾浓度，从而可以排除或部分补偿迷宫对烟雾检测输出信号的干扰，提高了光电式火灾烟雾报警器的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中的标号分别代表：1-光敏传感器；2-挡光板；3-迷宫；4-发光管一；5-发光管二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的一种烟雾报警器，参看附图1：一种烟雾报警器，其包括

迷宫3呈环状，其作用的是允许烟雾进入并阻止外部光线进入内部光电感应装置；

安装于迷宫3内部的光敏传感器1与发光管一4；

上述光敏传感器1与发光管一4的两侧设有用于防止发光管一4的发射光照射到光敏传感器1的挡光板2；其中光敏传感器1两侧挡光板2形成的入光口与发光管一4两侧挡光板2形成的出光口完全错开。

上述迷宫3的内部还安装有发光管二5，发光管二5的发射光穿过光敏传感器1两侧挡光板2形成的入光口直接照射到光敏传感器1上。

进一步的，光敏传感器1两侧的挡光板2相互平行；发光管一4两侧的挡光板2也相互平行。

本发明提供了一种基于上述光电式火灾烟雾报警器的烟雾检测偏差的补偿方法，具体步骤如下：

S1：烟雾报警器内的发光管一4与发光管二5交替式的进行发光，光敏传感器1分别对发光管一4与发光管二5交替式发出的光线进行接收，并将光信号转换为电信号输出；

S2：建立烟雾报警器内光电简化模型，并根据发光管二5发光期间内输出电信号的变化量，计算出烟雾报警器因迷宫3而引入的干扰值β，在光敏传感器1的输出值中对干扰值β进行扣除。

具体地，建立烟雾报警器内光电简化模型具体为：

1)忽略发光管与光敏传感器这两元件的器件间的参数的离散性问题；(换而言之，对于不同发光管，假定它们在相同驱动电流下，发出的光强度是相同的；对于不同光敏传感器，假定它们在相同光强度照射下，传感器输出信号值是相同的。)

2)忽略发光管发出的光的波长，以及光敏传感器间的波长响应特性；(因为在特定的烟感中，检测发光管是确定的一种或数种，该差异可用系数法进行处理。)

3)忽略迷宫内部的反射率与光线的波长的关系；(因为在特定的烟感中，检测发光管是确定的一种或数种，该差异可用系数法进行处理。)

4)忽略烟雾颗粒的散射效果与光线的波长的关系；(因为在特定的烟感中，检测发光管是确定的一种或数种，该差异可用系数法进行处理。)

5)假设发光管的发出的光强是固定的。

在特定迷宫中，没有烟雾的情况下，迷宫对于某种检测光的反射率是个特定值，该特定值与下述因素有关：

a、迷宫的结构

迷宫的结构，决定了产生反射效应的等效表面积，以及等效反射距离。这个系数在迷宫确定后就确定，在烟感的使用过程中并不会发生变化。

b、迷宫表面对该检测光的反射率

迷宫表面的颜色以及材料等因素会影响照射到该表面检测光线的反射比例。随着灰尘等粒子在迷宫内壁的逐渐积累，这个反射率会逐渐发生变化。

把检测烟雾的LED的发射光强记为α，把迷宫的反射系数记为δ，则有β＝δ·α。

在烟雾传感器的日常使用中(无烟雾状态下)，程序通过读取光敏传感器的输出值，就算δ在使用过程中逐渐发生变化，也可以获取最新的δ·α的值。

当迷宫内有烟雾粒子的时候，因为烟雾粒子对光线有遮挡效果，遮挡效果与烟雾浓度有关，与迷宫的等效反射路径长度成正比。把烟雾的浓度以减光率表示，记为x，把迷宫的等效反射路径长度记为λ，

则有β＝δ·α-x·λ·δ·α ①

其中λ值在烟雾报警器的使用过程中不会发生变化，因此它可以出厂标定来获取。

因此只要知道烟雾浓度，就可以计算出β，进而在光敏传感器的输出值中对其进行扣除。

本发明中发光管一4用于检测烟雾粒子的散射信号；发光管二5发光时，此时发光管一4不发光，发光管二5发出的光直接射到光敏传感器1上，光敏传感器1输出很强的信号。当迷宫3内有烟雾的时候，其射到光敏传感器1上的光线受到烟雾粒子的遮挡作用，其信号比迷宫3内没有烟雾时的信号要弱，减弱的幅度与烟雾的浓度与类型有光。把迷宫3中无烟雾时且发光管二5发光时，光敏传感器1输出信号记为Φ1；把迷宫3中有烟雾时且发光管二5发光时，光敏传感器输出信号记为Φ2；把发光管二5至光敏传感器1的距离与光敏传感器1的光电转换系数的乘积记为距离系数Ω；

则有x＝(Φ1-Φ2)/Ω ②

将②带入公式①中，则可进一步推导出，干扰值β的计算公式为：

β＝δ·α-x·λ·δ·α＝δ·α-λ·δ·α·(Φ1-Φ2)/Ω

其中α为发光管一4的发射光强，δ为迷宫3的反射系数，λ为迷宫3的等效反射路径长度。

算出β后，在光敏传感器1的输出值中对其进行扣除，从而可以排除或部分补偿迷宫对烟雾检测输出信号的干扰，提高了光电式火灾烟雾报警器的检测精度。

本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光电式火灾烟雾报警器，其包括

迷宫(3)；

安装于所述迷宫(3)内部的光敏传感器(1)与发光管一(4)；

上述光敏传感器(1)与发光管一(4)的两侧均设有用于防止发光管一(4)的发射光照射到光敏传感器(1)的挡光板(2)；

其特征在于：

上述迷宫(3)的内部还安装有发光管二(5)，发光管二(5)的发射光穿过光敏传感器(1)两侧挡光板(2)形成的入光口直射到光敏传感器(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种光电式火灾烟雾报警器，其特征在于，所述迷宫(3)呈环状。

3.根据权利要求1或2所述的一种光电式火灾烟雾报警器，其特征在于，所述光敏传感器(1)两侧的挡光板(2)相互平行；所述发光管一(4)两侧的挡光板(2)也相互平行。

4.一种基于权利要求3所述的光电式火灾烟雾报警器的烟雾检测偏差的补偿方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：烟雾报警器内的发光管一(4)与发光管二(5)交替式的进行发光，光敏传感器(1)分别对发光管一(4)与发光管二(5)交替式发出的光线进行接收，并将光信号转换为电信号输出；

S2：建立烟雾报警器内光电简化模型，并根据发光管二(5)发光期间内输出电信号的变化量，计算出烟雾报警器因迷宫(3)而引入的干扰值β，在光敏传感器(1)的输出值中对干扰值β进行扣除。

5.根据权利要求4所述的一种光电式火灾烟雾报警器烟雾检测偏差的补偿方法，其特征在于，建立烟雾报警器内光电简化模型具体为：

1)忽略发光管与光敏传感器这两元件的器件间的参数的离散性问题；

2)忽略发光管发出的光的波长，以及光敏传感器间的波长响应特性；

3)忽略迷宫内部的反射率与光线的波长的关系；

4)忽略烟雾颗粒的散射效果与光线的波长的关系；

5)假设发光管的发出的光强是固定的。

6.根据权利要求4所述的一种光电式火灾烟雾报警器烟雾检测偏差的补偿方法，其特征在于，干扰值β的计算公式如下：

β＝δ·α-x·λ·δ·α＝δ·α-λ·δ·α·(Φ1-Φ2)/Ω

其中α为发光管一的发射光强，δ为迷宫的反射系数，λ为迷宫的等效反射路径长度；

其中烟雾的浓度以减光率表示，记为x；

x的表达式如下：

x＝(Φ1-Φ2)/Ω

Φ1为迷宫中无烟雾且发光管二(5)发光时，光敏传感器(1)输出的电信号值；Φ2为迷宫中有烟雾时且发光管二(5)发光时，光敏传感器(1)输出的电信号值；Ω为距离系数。

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