CN112634575A - 一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统。本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统，利用积分放大电路的输出结果大小与时间长短的关系，通过控制光发射单元的光发射时长来调整时间长度，从而调节积分放大电路的输出结果，解决了积分放大电路输出满量程时，无法分辨颗粒类型的问题。

Description

一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及光电感烟探测器技术领域，具体而言，涉及一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统。

背景技术

光电感烟探测器是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的火灾报警装置。点型光电感烟探测器的红外发光元件与光敏元件(光子接收元件)在其探测室内的设置通常是偏置设计。二者之间的距离一般在20-25mm.在正常无烟的监视状态下，光敏元件接收不到任何光，包括红外发光元件发出的光。在烟粒子进入探测室内时.红外发光元件发出的光则被烟粒子散射或反射到光敏元件上，并在收到充足光信号时，便发出火灾报警。

美国保险商务实验室(UL)于2020年发布的新版UL217标准，要求所有烟雾探测器对木火、纸火、聚氨脂火、阴燃聚氨脂、阴燃木火、汉堡包干扰测试等不同类型的烟雾，必须符合这些标准。在实际运用中水雾、粉尘、烤面包是造成光电感烟探测器误报的主要因素。

基于以上原因,光电感烟探测器必须能分辨颗粒类型，然后根据颗粒类型所对应的报警限值，来决定是否报警。现有的光电感烟探测器普遍采用蓝光及红外光双光源来分辨颗粒类型。利用不同颗粒对蓝光、红外光的反射、折射、散射率的不同，分别得到蓝光、红外光的测试结果，然后用蓝光结果除以红外光结果，得到一个比值。然后通过比值(这个比值数值为实验烧各种烟的实验结果)来确定所探测的为何种颗粒。

现有的光电感烟探测器技术可以分辨不同颗粒，减少了很多误报。但是在实际运用中，遇到突发的高浓度烟雾、水汽及粉尘时，蓝光、红外光的输出都为满量程，此时无法分辨被探测的为何种颗粒，容易误报，或者漏报。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统，以解决现有技术存在的以下问题：针对突发的高浓度烟雾，蓝光，红外光的输出都为满量程，导致无法分辨颗粒类型的问题。

第一方面，本发明提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，包括以下步骤，

检测放大单元的输出值；

判断当前放大单元的输出值是否已经达到控制单元的最大输出值：

如果当前放大单元的输出值已经达到最大测量值，则控制单元控制光发射单元缩小光发射单元发出探测光的时长，并再次检测放大单元的输出值，直到检测到的放大单元的输出值小于控制单元的最大测量值时为止；

根据放大单元输出值判断颗粒类型，当颗粒类型的超过设定的报警阈值时，发出报警信号。

进一步的，所述的检测放大单元的输出值的具体步骤为：

光发射单元发出探测光；

光接收单元检测探测光，并将结果传递给放大单元进行放大输出；

控制单元检测放大单元的输出值。

进一步的，所述的光发射单元发出探测光，具体为：以特定的间隔时间循环交替发射特定时长的蓝光和红外光。

进一步的，所述的特定的间隔时间为1s，特定时长为100ms。

具体的，所述的根据放大单元输出值判断颗粒类型，具体为：

计算采集到的多个蓝光输出值的平均值；

计算采集到的多个红外光输出值的平均值；

计算蓝光平均值与红外光平均值的比值。

第二方面，本发明提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置，包括：

光发射单元，用于发出探测烟雾的探测光；

光接收单元，用于接收经烟雾散射后的探测光；

放大单元，与光接收单元连接，用于放大光接收单元输出的光电信号；

控制单元，与光发射单元和放大单元连接，用于控制光发射单元发射探测光，检测放大单元的输出信号，判断颗粒类型以及输出报警信号。

在一种实施方式中，所述的放大单元为积分放大单元。

在另外一种实施方式中，所述的放大单元包括差分放大单元和积分放大单元，差分放大单元和积分放大单元串联连接。

第三方面，本发明还提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测系统，包括存储器，处理器，以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面提供的任意一项所述检测颗粒浓度自适应烟感探测方法的步骤。

本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统，利用积分放大电路的输出结果大小与时间长短的关系，通过控制光发射单元的光发射时长来调整时间长度，从而调节积分放大电路的输出结果，解决了积分放大电路输出满量程时，无法分辨颗粒类型的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法的流程图；

图2是本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法的具体实施例的流程图；

图3是本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置实施例1组成示意图；

图4是本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置实施例2组成示意图

图5是本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测系统的组成示意图；

图6是输入输出特性示意图；

上述附图中各标号代表的含义如下所示：

3：一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置实施例1

4：一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置实施例2

31：光发射单元

32：光接收单元

33：放大单元

331：积分放大单元

332：差分放大单元

34：控制单元

5：一种检测颗粒浓度自适应烟感探测系统

51：存储器

52：处理器

53：计算机程序

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在详细说明本发明得具体实施方式之前，有必要做一些说明，具体如下：

双光源感烟探测器是利用蓝光、红外光的检测结果比值来判定颗粒类型，所以只要蓝光、红外光的检测时间长度相同，那么检测结果比值是不变的，其具体推导过程如下：

积分电路输入输出特性表达式为：

根据公式求解t0到t2时间段积分为：

式中Uo(t0)为积分运算起始值，本方法中积分运算起始值为0，即Uo(t0)＝0，烟感采样时间很短，约100ms左右，烟的运动相对很慢，可以认为这段时间内烟的浓度没有变化，为一个常量。当烟的浓度为常量时，即积分电路Ui为常量。

当Ui为常量，Uo(t0)＝0时，有：

蓝光、红外光检测结果比值：

因为蓝光、红外光检测共用接收电路，所以蓝光、红外光RC相同，化简：

蓝光、红外光检测时间取同样检测时长T＝(t2-t0),结果：

由以上推导可得蓝光、红外光检测结果比值与蓝光、红外光输入信号比值相等。在检测时长T相等的情况下，T的大小不影响蓝光、红外光检测结果比值。

我们可以取适当的检测时长T，让Uo(蓝光)、Uo(红光)都处在控制单元34的检测最佳范围内。

如图6所示，Ui为积分电路输入，Uo为积分电路输出，如果Uo(积分电路输出)在t2输出已经满量程，那么我们可以改取t1时的结果。

由以上分析可知，我们可以通过改变蓝光和红外光的发射时长来改变放大单元的输出值，而此种改变并不影响颗粒类型的判断。

第一方面，本发明提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，参考图1，具体包含以下步骤：

S101:检测放大单元的输出值；

S102:判断当前放大单元的输出值是否已经达到控制单元的最大输出值：

如果当前放大单元的输出值已经达到最大测量值，则控制单元控制光发射单元缩小光发射单元发出探测光的时长，并再次检测放大单元的输出值，直到检测到的放大单元的输出值小于控制单元的最大测量值时为止；

S103:根据放大单元输出值判断颗粒类型，当颗粒类型的超过设定的报警阈值时，发出报警信号。

参考图1和图2，将以具体实施例的方式对该方法进行说明。

在步骤S101中：

首先需要说明的是，光发射单元31和光接收单元32并非为平行设置，在正常无烟雾的情况下，光接收单元32是检测不到光发射单元31发出的红外光和蓝光的。

光发射单元31以一定的规律发射特定时长的蓝光和红外光，在本实施例中，指的是以1s的间隔交替发射100ms的蓝光和红外光，即先发射100ms的红外光，再发射100ms的蓝光，优选的，蓝光和红外光的波长分别为470nm和920nm。

在有烟雾的情况下，光接收单元32接收被粉尘散射的红外光和蓝光，然后将光电信号传递给与其相联的放大单元33进行放大处理，以便于控制单元34接收处理。

检测单元34检测到放大单元33得输出值，输出值一般为AD值。

在步骤S102中：

控制单元34采集n个放大单元33的AD输出值Vi，并对采样的n个数据进行均值处理，如果在每次采样的数据中，Vi值已经达到控制单元34的最大量程值，则控制单元34控制光发射单元31缩短蓝光和红外光的发射时长，然后再次检测放大单元33的输出值，重复以上步骤直到检测到的放大单元的33输出值小于控制单元34的最大检测值时为止。

在步骤S103中：

控制单元34将检测到的未达到最大测量值的n个放大单元33的输出值进行均值化处理，然后：

红外光的数据为：

蓝光的数据为：

蓝光和红外光检测结果的比值为：

根据不同颗粒大小的对蓝光及红光的散射光的特性，依据比值可区分出不同类型的颗粒，依据颗粒类型，确定是否达到报警阈值，以确定是否报警。

第二方面，本发明还提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置3，如图3所示，本发明提供的检测颗粒浓度自适应烟感探测装置3包括光电发射单元31,光电接收单元32，放大单元33以及控制单元34。

光电发射单元31发射探测光，包括蓝光发射电路和红外光发射电路，光电发射单元31可以在控制单元34的控制下按照一定的规律发射蓝光和红外光，在本实施例中，这个规律指的是以1s的间隔交替发射100ms时长的红外光和蓝光，需要说明的是，此方式只是更好的说明技术方案列举出来的，并不构成对本发明的限制。

光电接收单元32为光敏接收电路，接收光电发射单元31发出的经粉尘散射后的蓝光和红外光，然后将检测结果输出给放大单元33。

在实施例1中，参考图3，放大单元33由积分放大单元331构成。

在实施例2中，参考图4，放大单元33由差分放大单元332和积分放大单元331构成，其中，差分放大单元332和积分放大单元331串联连接。

控制单元34连接光发射单元31，控制单元34控制发射单元31按一定的方式发射蓝光和红外光，如以1S的间隔交替发射100ms时长的蓝光和红外光。

控制单元34连接放大单元33，检测放大单元33的输出值。

正常情况下，放大单元33的输出值没有达到控制单元34的最大测量值，控制单元34检测放大单元33的输出值，然后根据蓝光输出值和红外光输出值得比值判断颗粒类型，进而决定是否发出报警信号。

如果遇到突发和高浓度烟雾，放大单元33输出值已经达到控制单元34的最大量程，此时无法通过比值判断颗粒类型，控制单元34就控制光发射单元31缩短蓝光和红外光的发射时长，然后再次检测判断放大单元33的输出值是否满量程，直到检测到的输出值小于最大测量值为止，然后以此输出值为基础，判断颗粒类型，进而判断是否报警。

第三方面，本发明还提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测系统5，包括存储器51，处理器52和存储在存储器51上并可以在处理器52上运行的计算机处理程序53，例如检测颗粒浓度自适应烟感探测程序。所述处理器52执行所述计算机程序53时实现上述颗粒浓度自适应探测方法中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S103。或者，所述处理器52执行所述计算机程序53时实现上述颗粒浓度自适应探测装置3或4中各单元的功能，例如图3和图4所示模块31至34的功能。

所述存储器51可以是所述颗粒浓度自适应探测系统的内部存储单元，例如检测颗粒浓度自适应烟感探测系统的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述检测颗粒浓度自适应烟感探测系统的外部存储设备，例如所述检测颗粒浓度自适应烟感探测系统上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述检测颗粒浓度自适应烟感探测系统的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序53以及所述检测颗粒浓度自适应烟感探测系统所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所称处理器52可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(

Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明提供了一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统。本发明提供的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法、装置及系统，利用积分放大电路的输出结果大小与时间长短的关系，通过控制光发射单元的光发射时长来调整时间长度，从而调节积分放大电路的输出结果，解决了积分放大电路输出满量程时，无法分辨颗粒类型的问题。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，其特征在于，包含以下步骤：

检测放大单元的输出值；

判断当前放大单元的输出值是否已经达到控制单元的最大输出值：

如果当前放大单元的输出值已经达到最大测量值，则控制单元控制光发射单元缩小光发射单元发出探测光的时长，并再次检测放大单元的输出值，直到检测到的放大单元的输出值小于控制单元的最大测量值时为止；

根据放大单元输出值判断颗粒类型，当颗粒类型的超过设定的报警阈值时，发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，其特征在于，所述的检测放大单元的输出值的具体步骤为：

光发射单元发出探测光；

光接收单元检测探测光，并将结果传递给放大单元进行放大输出；

控制单元检测放大单元的输出值。

3.根据权利要求2所述的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，其特征在于，所述的光发射单元发出探测光，具体为：以特定的间隔时间循环交替发射特定时长的蓝光和红外光。

4.根据权利要求3所述的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，其特征在于，所述的特定的间隔时间为1s，特定时长为100ms。

5.根据权利要求3所述的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测方法，其特征在于，所述的根据放大单元输出值判断颗粒类型，具体为：

计算采集到的多个蓝光输出值的平均值；

计算采集到的多个红外光输出值的平均值；

计算蓝光平均值与红外光平均值的比值。

6.一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置，其特征在于,包括:

光发射单元，用于发出探测烟雾的探测光；

光接收单元，用于接收经烟雾散射后的探测光；

放大单元，与光接收单元连接，用于放大光接收单元输出的光电信号；

控制单元，与光发射单元和放大单元连接，用于控制光发射单元发射探测光，检测放大单元的输出信号，判断颗粒类型以及输出报警信号。

7.根据权利要求6所述的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置，其特征在于，所述的放大单元为积分放大单元。

8.根据权利要求6所述的一种检测颗粒浓度自适应烟感探测装置，其特征在于，所述的放大单元包括差分放大单元和积分放大单元，差分放大单元和积分放大单元串联连接。

9.一种检测颗粒浓度自适应烟感探测系统，包括存储器，处理器，以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述检测颗粒浓度自适应烟感探测方法的步骤。

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