CN111696307B - 一种探测火灾的光学探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探测火灾的光学探测装置，属于火灾探测技术领域，解决现有火灾探测容易误报和漏报的问题。探测火灾的光学探测装置包括：红外成像传感器、光感烟雾传感器和控制装置；红外成像传感器设置至少2组，每组至少2个；红外成像传感器能够获得被测空间的视角红外图像并传递给控制装置；光感烟雾传感器设有至少1个；光感烟雾传感器检测到被测空间内存在烟雾时，能够向控制装置发出烟雾信号；控制装置能够向探测火灾的光学探测装置以外发出报警信号。本发明通过多组多个红外成像传感器的配合，可以生成室内的空间温度分布图，从而直接确定被测空间内是否存在温度过高的位置，以提高探测的可靠性。

Description

一种探测火灾的光学探测装置

技术领域

本发明涉及室内火灾探测技术领域，尤其涉及一种探测火灾的光学探测装置。

背景技术

火灾探测装置主要用于火灾的探测，通常可以分为室内探测和室外探测。现有的室内探测设备通常采用光学烟雾传感器进行检测或温度触发传感器，而忍着都存在明显的缺陷。

光学烟雾传感器（室内的烟雾报警器），当烟雾进入光学烟雾传感器后，进行报警触发，为了避免漏报，通常灵敏度较高，导致只要短时间出现一定量的灰尘等异物，就会触发导致误报。而温度触发传感器（设置在室内的消防喷头中），其本身为温度敏感材料，当温度达到某一临界值，材料断裂，使喷头喷水，但是火灾初期，室内温度未明显升高时，往往难以触发，只有热源靠近时，才能触发，此外其材料受力敏感，在外力（例如钩挂异物）作用下极易断裂造成误触发。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种探测火灾的光学探测装置，用以解决现有室内火灾探测容易误报和漏报的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明的一套技术方案中，一种探测火灾的光学探测装置，探测火灾的光学探测装置包括：红外成像传感器、光感烟雾传感器和控制装置；

红外成像传感器设置至少2组，每组至少2个；红外成像传感器能够获得被测空间的视角红外图像并传递给控制装置；光感烟雾传感器设有至少1个；光感烟雾传感器检测到被测空间内存在烟雾时，能够向控制装置发出烟雾信号；控制装置能够向探测火灾的光学探测装置以外发出报警信号。

本发明的一套技术方案中，红外成像传感器设置2组，同一组的红外成像传感器位于同一竖直平面内；2组红外成像传感器各自所在竖直平面互相垂直。

本发明的一套技术方案中，同一组的红外成像传感器中，至少2个红外成像传感器的拍摄方向相交，且位于至少2个红外成像传感器所在的竖直平面上。

本发明的一套技术方案中，光感烟雾传感器包括：红外光发射器、光学迷宫、红外光接收器；

光学迷宫的主体为圆形；红外光发射器设有多个，且位于光学迷宫的中心处，沿光学中心的径向向外发射红外光；红外光接收器设置在光学迷宫的圆形内侧，且红外光发射器与红外光接收器沿光学迷宫的周向错位设置。

本发明的一套技术方案中，红外光发射器设有n个，且n≥3；n个红外光发射器沿光学迷宫的周向均布设置；红外光发射器的红外光发散角度为α，且n×α＜180°。

本发明的一套技术方案中，红外光接收器的个数与红外光发射器的个数相等；n个红外光接收器沿光学迷宫的周向均布设置；红外光接收器的接收角度为β，且n×β＜180°。

本发明的一套技术方案中，红外光发射器发出的红外光的覆盖范围与红外光接收器的接收范围不重合。

本发明的一套技术方案中，任意相邻的2个红外光发射器之间设有遮光板；遮光板沿光学迷宫的径向设置，且遮光板的径向尺寸为光学迷宫的半径的1/4~1/2。

本发明的一套技术方案中，光感烟雾传感器还包括外壳，外壳为旋转对称结构；光学迷宫设置在外壳的内部，且二者轴线重合；

外壳设有进气口，进气口连通光学迷宫内部与外壳外部。

本发明的一套技术方案中，一种探测火灾的方法，探测火灾的方法使用本发明上述技术方案中的探测火灾的光学探测装置；

探测火灾的方法包括：

通过光感烟雾传感器对被测空间进行烟雾检测，直至光感烟雾传感器检测到被测空间内存在烟雾，通过光感烟雾传感器向控制装置发出烟雾信号；

通过红外成像传感器拍摄被测空间内的视角红外图像，将视角红外图像传输至控制装置；通过控制装置将同一组的红外成像传感器拍摄的视角红外图像合成为平面红外图像；通过控制装置将不同组的红外成像传感器对应合成的平面红外图像合成为空间红外图像；

直至检测到空间红外图像中存在高温区，且控制装置接收到烟雾信号，通过控制装置发出报警信号。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.本发明通过多组多个红外成像传感器的配合，可以生成室内的空间温度分布图，从而直接确定被测空间内是否存在温度过高的位置，以提高探测的可靠性；

2.本发明将温度的空间分布与烟雾传感结合，通过烟雾的异常和温度的异常来协同判断是否出现火灾，即使火灾的刚刚发生也能准确地检测，提高了检测的响应速度，还能避免误报和漏报；

3.本发明的光学烟雾传感器采用中心放射的形式来设置光学迷宫以及红外光路，只要光学迷宫的任意一个方向检测到了烟雾，就会触发烟雾信号，可以提高检测可靠度。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的结构空间位置示意图；

图2为本发明实施例的光学烟雾传感器的整体示意图；

图3为本发明实施例的光学迷宫内部结构示意图。

附图标记：

1-红外成像传感器；2-光感烟雾传感器；3-第一对称面；4-第二对称面；5-外壳；6-进气口；7-红外光发射器；8-红外光接收器；9-遮光板。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明实施例提供了一种探测火灾的光学探测装置，探测火灾的光学探测装置包括：红外成像传感器1、光感烟雾传感器2和控制装置；红外成像传感器1设置至少2组，每组至少2个；红外成像传感器1能够获得被测空间的红外图像并传递给控制装置；光感烟雾传感器2设有至少1个；光感烟雾传感器2检测到被测空间内存在烟雾时，能够向控制装置发出烟雾信号；控制装置能够向探测火灾的光学探测装置以外发出报警信号。在使用本发明实施例的光学探测装置时：红外成像传感器1能够拍摄被测空间内的视角红外图像，同一组的红外成像传感器1各自获得的视角红外图像能够进行拼合，并生成该组红外成像传感器1对应的平面红外图像，不同组之间的平面红外吐图像能够拼合成空间红外图像，如果空间红外图像中某个位置出现温度异常升高并超过临界值，则控制装置判定温度异常；光感烟雾传感器2对被测空间内的烟雾进行探测，如果光感烟雾传感器2被触发检测到烟雾，则控制装置判定烟雾异常；如果控制装置同时判定温度异常和烟雾异常，代表被测空间内存在燃烧情况，控制装置向外发出报警信号。

通过温度和烟雾的双重判定，即使火灾仅刚刚发生，燃烧的火焰并不大，但本发明实施例的光学探测装置依然能够成功进行检测，从而保证检测的准确性，防止漏报；此外，如果被测空间内电加热等非燃烧形式加热物体时，由于没有烟雾，不会出现误报，而针对灰尘等异物，由于不存在高温区，也不会出现误报。

为了方便同一组的红外成像传感器1的视角红外图像合成平面红外图像，本发明实施例中，同一组的红外成像传感器1中，至少2个红外成像传感器1的拍摄方向相交，且位于至少2个红外成像传感器1所在的竖直平面上。2个红外成像传感器1的拍摄方向相交，能够使这2个的视角红外图像能够进行拼接，具体的，将2个视角红外图像进行正交网格划分，相交的2个视角红外图像中的高温区即可通过网格划分转换为坐标形式，而进一步转换成高温区在该组红外图像传感器所在平面上的平面坐标。

相应的，同一组的红外成像传感器1位于同一竖直平面内，至少2组红外成像传感器1各自所在竖直平面相交。相交的2个竖直平面使得平面红外图像能够合成为空间红外图像，具体的，上一部已经能够获取每组红外图像传感器对应竖直平面内的平面红外图像及高温区的平面坐标，能够转换为高温区在被测空间内的空间坐标。

需要说明的是，为了方便说明本发明实施例的光学探测装置应用的被测空间为室内空间，当地面水平时，每组红外图像传感器对应的平面为竖直平面。当红外成像传感器1的组数较多时，可以采用张量计算，以简化合成过程。

具体的，如图1所示，以某个房间内使用本发明实施例的光学探测装置为例进行说明，为了方便说明，房间为立方体房间，一组相对的墙壁限定第一对称面3，另一组相对的墙壁限定第二对称面4，红外成像传感器1设有2组，每组设有2个红外成像传感器1，分别安装在第一对称面3和第二对称面4与房顶面的墙角处，显然第一对称面3与第二对称面4垂直。

第一组的2个红外成像传感器1对应第一对称面3，2个红外成像传感器1的拍摄方向均为第一对称面3的对角线方向，即二者的拍摄方向互相垂直，2个红外成像传感器1的图像即可正交投影获得，高温区域对应在第一对称面3的第一平面坐标；同理第二组红外成像传感器1可以获得高温区对应第二对称面4的第二平面坐标，由于第一对称面3与第二对称面4垂直，可以通过投影计算获得高温区对应房间内的空间坐标。

需要说明的是，上述计算过程通过控制装置来实现，示例性地控制装置为计算机，同时高温区的空间坐标对应空间红外图像上的位置可以在计算机上显示。由于上述设置均采用正交形式，可以极大地简化上述计算过程。

当火灾刚刚发生，火焰不大，但必然存在相应的高温区，通过上述温度检测，可以判断出是否存在高温区，以进行火灾的探测。

由于现有的光学迷宫中，红外光接收器8和红外光发射器7都设置在光学迷宫的圆周上，烟雾进入光学迷宫后并一定能够均匀分布，因此很容易检测不到，从而出现漏报。

本发明实施例中，采用光感烟雾传感器2来对燃烧产生的烟雾进行探测，光感烟雾传感器2包括：红外光发射器7、光学迷宫、红外光接收器8，光学迷宫的主体为圆形；红外光发射器7设有多个，且位于光学迷宫的中心处，沿光学中心的径向向外发射红外光；红外光接收器8设置在光学迷宫的圆形内侧，且红外光发射器7与红外光接收器8沿光学迷宫的周向错位设置。由于红外光发射器7与红外光接收器8沿光学迷宫的周向错位设置，在没有烟雾时，红外光发射器7发出的红外光不会照射到红外光接收器8上，当烟雾进入只要烟雾进入光学迷宫的圆周上任一位置，对应扇形区域内的红外光因烟雾而发生散射和折射，从而照射到红外光接收器8上，触发光感烟雾传感器2，从而避免漏报，提高烟雾检测的可靠性。

具体的，如图3所示，红外光发射器7设有n个，且n≥3；n个红外光发射器7沿光学迷宫的周向均布设置；红外光发射器7的红外光发散角度为α，且n×α＜180°。红外光接收器8的个数与红外光发射器7的个数相等；n个红外光接收器8沿光学迷宫的周向均布设置；红外光接收器8的接收角度为β，且n×β＜180°。红外光发射器7发出的红外光的覆盖范围与红外光接收器8的接收范围不重合。从而使得无烟雾时，红外光发射器7发出的红外光不会照射到红外光接收器8。

示例性地，n=3时，沿光学迷宫的周向将光学迷宫进行等角度划分，并标记某个位置为0°：红外光发射器7的位置对应为0°、120°、240°，红外光接收器8的位置对应为60°、180°、300°。

随着红外光发射器7的长时间使用，红外光发射器7的红外光发散角度会增加，为了防止无烟雾时，红外光发射器7发出的红外光照射到红外光接收器8，本发明实施例中，任意相邻的2个红外光发射器7之间设有遮光板9；遮光板9沿光学迷宫的径向设置，且遮光板9的径向尺寸为光学迷宫的半径的1/4~1/2。遮光板9能够将单个红外光发射器7发出的红外光的最大覆盖范围进行限定，当无烟雾时，即使红外光的发散角度变大，也不会照射到红外光接收器8。

如图2所示，本发明实施例中，光感烟雾传感器2还包括外壳5，外壳5为旋转对称结构，即外壳5绕其自身的轴线每旋转某个小于360°的角度时后，与旋转前重合；光学迷宫设置在外壳5的内部，且二者轴线重合，并通过螺钉固定连接，外壳5设有进气口6，进气口6连通光学迷宫内部与外壳5外部，使得外壳5外部的烟雾能够通过进气口6进入光学迷宫内，以触发光感烟雾传感器2。

为了防止异物、飞虫等通过外壳5的进气口6进入光感烟雾传感器2，本发明实施例中，进气口6设置栅格结构，栅格的缝隙对应的圆心角不大于3°，可以防止异物进入光感烟雾传感器2，造成误触发。此外，外壳5还设有指示灯，当光感烟雾传感器2处于工作状态时，指示灯发光，；外壳5的外壁还设有方便持握的纹路。

需要说明的是，进气口6设有多个，考虑到外壳5为旋转对称结构，进气口6沿外壳5的周向均布设置。为了提高烟雾检测的可靠性，光感烟雾传感器2在同一空间内能够设置多个。

结合上述立方体房间，对使用本发明实施例进行火灾探测的方法进行说明：

S1、通过光感烟雾传感器2对立方体房间进行烟雾检测，光感烟雾传感器2进行不间断检测，只要立方体房间内存在足够量的烟雾，烟雾会进入到光学迷宫中造成红外光发射器7发出的红外光散射，散射后的红外光照射到红外光接收器8上，触发光感烟雾传感器2；只要光感烟雾传感器2内触发，即表明立方体房间内存在烟雾，光言烟雾传感器立即向控制装置发出烟雾信号；

S2、通过红外成像传感器1拍摄立方体房间内的视角红外图像，将视角红外图像传输至控制装置；通过控制装置的处理器，将同一组的2个红外成像传感器1拍摄的视角红外图像，通过正交投影合成为第一对称面3的平面红外图像和第二对称面4的平面红外图像；进一步再通过正交投影将第一对称面3的平面红外图像和第二对称面4的平面红外图像合成立方体房间的空间红外图像；对空间红外图像内进行识别，一旦空间红外图像内某个区域的温度超过临界值，一般为150℃，表明立方体房间内存在高温区；

S3、步骤S1和步骤S2相互独立且同时进行，直至检测到空间红外图像中存在高温区，且控制装置接收到烟雾信号，通过控制装置发出报警信号；否则循环进行步骤S1和步骤S2。

综上所述，本发明实施例提供了一种探测火灾的光学探测装置，本发明通过多组多个红外成像传感器1的配合，可以生成室内的空间温度分布图，从而直接确定被测空间内是否存在温度过高的位置，以提高探测的可靠性；本发明将温度的空间分布与烟雾传感结合，通过烟雾的异常和温度的异常来协同判断是否出现火灾，即使火灾的刚刚发生也能准确地检测，提高了检测的响应速度，还能避免误报和漏报；本发明的光学烟雾传感器采用中心放射的形式来设置光学迷宫以及红外光路，只要光学迷宫的任意一个方向检测到了烟雾，就会触发烟雾信号，可以提高检测可靠度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种探测火灾的光学探测装置，其特征在于，所述探测火灾的光学探测装置包括：红外成像传感器(1)、光感烟雾传感器(2)和控制装置；

所述红外成像传感器(1)设置至少2组，每组至少2个；所述红外成像传感器(1)能够获得被测空间的视角红外图像并传递给控制装置；所述光感烟雾传感器(2)设有至少1个；所述光感烟雾传感器(2)检测到被测空间内存在烟雾时，能够向控制装置发出烟雾信号；所述控制装置能够向探测火灾的光学探测装置以外发出报警信号；

所述光感烟雾传感器(2)包括：红外光发射器(7)、光学迷宫、红外光接收器(8)；

所述光学迷宫的主体为圆形；所述红外光发射器(7)设有多个，且位于光学迷宫的中心处，沿光学中心的径向向外发射红外光；所述红外光接收器(8)设置在光学迷宫的圆形内侧，且红外光发射器(7)与红外光接收器(8)沿光学迷宫的周向错位设置；

所述红外光发射器(7)发出的红外光的覆盖范围与红外光接收器(8)的接收范围不重合。

2.根据权利要求1所述的探测火灾的光学探测装置，其特征在于，所述红外成像传感器(1)设置2组，同一组的所述红外成像传感器(1)位于同一竖直平面内；2组所述红外成像传感器(1)各自所在竖直平面互相垂直。

3.根据权利要求2所述的探测火灾的光学探测装置，其特征在于，同一组的所述红外成像传感器(1)中，至少2个红外成像传感器(1)的拍摄方向相交，且位于所述至少2个红外成像传感器(1)所在的竖直平面上。

4.根据权利要求1所述的探测火灾的光学探测装置，其特征在于，所述红外光发射器(7)设有n个，且n≥3；n个所述红外光发射器(7)沿光学迷宫的周向均布设置；所述红外光发射器(7)的红外光发散角度为α，且n×α＜180°。

5.根据权利要求4所述的探测火灾的光学探测装置，其特征在于，所述红外光接收器(8)的个数与红外光发射器(7)的个数相等；n个所述红外光接收器(8)沿光学迷宫的周向均布设置；所述红外光接收器(8)的接收角度为β，且n×β＜180°。

6.根据权利要求5所述的探测火灾的光学探测装置，其特征在于，任意相邻的2个所述红外光发射器(7)之间设有遮光板(9)；所述遮光板(9)沿光学迷宫的径向设置，且遮光板(9)的径向尺寸为光学迷宫的半径的1/4～1/2。

7.根据权利要求4至6任一所述的探测火灾的光学探测装置，其特征在于，所述光感烟雾传感器(2)还包括外壳(5)，所述外壳(5)为旋转对称结构；所述光学迷宫设置在所述外壳(5)的内部，且二者轴线重合；

所述外壳(5)设有进气口(6)，所述进气口(6)连通所述光学迷宫内部与所述外壳(5)外部。

8.一种探测火灾的方法，其特征在于，所述探测火灾的方法使用权利要求1至7任一所述的探测火灾的光学探测装置；

所述探测火灾的方法包括：

通过光感烟雾传感器(2)对被测空间进行烟雾检测，直至光感烟雾传感器(2)检测到被测空间内存在烟雾，通过光感烟雾传感器(2)向控制装置发出烟雾信号；

通过红外成像传感器(1)拍摄被测空间内的视角红外图像，将视角红外图像传输至控制装置；通过控制装置将同一组的红外成像传感器(1)拍摄的视角红外图像合成为平面红外图像；通过控制装置将不同组的红外成像传感器(1)对应合成的平面红外图像合成为空间红外图像；

直至检测到空间红外图像中存在高温区，且控制装置接收到烟雾信号，通过控制装置发出报警信号。

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