CN115273382B - 一种光电式感烟火灾探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电式感烟火灾探测方法，其可以在不同的使用环境中，保持稳定的灵敏度，实现准确的火灾报警。本发明技术方案中，通过分别累加指定时间段内的红外光电压幅度值和蓝光电压幅度值，得到红外光线对迷宫内粒子散射的光强值LofRED和蓝光光线对迷宫内粒子散射的光强值LofBLUE，通过LofRED和LofBLUE的比值对烟雾情况进行判断。

Description

一种光电式感烟火灾探测方法

技术领域

本申请涉及火灾探测器技术领域，具体为一种光电式感烟火灾探测方法。

背景技术

光电式感烟火灾探测器是比较常用的火灾探测器。通常安装于建筑物各层的办公室、客厅、大厅、走道、计算机房、仓库、变压器室、开关控制室及船舶的走廊、客房等位置进行火警探测。探测器根据预先设定的烟雾阈值，对火灾烟雾自动进行火警判别。通常的光电感烟火灾探测器均采用在一个外部光线难以进入的迷宫腔内在其一端发出波长为450nm的红外光线，根据米氏散射原理在另一端接收其散射光，利用特定波长光敏接收管记录散射光强度生成的发电电流在固定电阻上的电压值，将记录的电压值与预设阈值比较，用以识别烟雾的浓度大小，从而进行火灾的烟雾报警。但是，各种不同环境中的火场因气流受到火焰、温度影响，导致火场中各区域的烟雾存在不均匀性，同时进入探测器迷宫腔的烟雾也存在不均匀性。通常情况下，进入探测器迷宫腔的烟雾会随气流呈现一个波动上行过程，而接收端的散射光强度通常采用单次测量接收管发生电流在固定电阻上产生的瞬时电压值的方式，这使得探测的浓度会忽高忽低；同时因为各类烟雾颗粒的颜色深浅会对各类光线，包括红外光产生不同的吸收和散射性能，烟雾颗粒颜色越深其吸光性越强，散射性能越小，这使得探测颜色越深的烟雾，在相同浓度烟雾情况下，实际得到的烟雾浓度越低；这种特性使得探测器对应各类火灾的灵敏度不一致，最终导致现有的火灾探测器对各类火灾报警的灵敏度有差别，无法在不同的使用场景中保持火灾报警的一致性和稳定性。

发明内容

为了解决现有技术中光电式感烟火灾探测器无法在不同的使用场景中保持相同的灵敏度的问题，本申请提供一种光电式感烟火灾探测方法，其可以在不同的使用环境中，保持稳定的灵敏度，实现准确的火灾报警。

本申请的结构是这样的：一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：采用包括一个光电发光管和一个光电接收管的火灾探测器，进行火灾探测；

其中所述光电发光管为支持红外光和蓝光双波长发生的发光管；

所述光电发光管、所述光电接收管设置在探测器本体的迷宫腔中同一个长度位置处；

S2：探测开始后，按照预设的红外光测试电流IRED和红外光测试时间tRED，点亮红外光发光管，通过迷宫腔内粒子散射后在所述光电接收管处引起光电池效应，实时地对所述红外光发光管采集幅度为变化值的电压值，记作：vRED；

S3：按照预设的采样时间间隔inteRED，对时间tRED进行分割；

设：tRED/inteRED=n；

对电压vRED每隔inteRED时间段采集一个电压幅度值，得到n个红外光电压幅度值；

累加n个红外光电压幅度值，则得到红外光线对迷宫内粒子散射的光强值LofRED；

S4：关闭所述红外光发光管后，按照预设的蓝光测试电流IBLUE和蓝光测试时间tBLUE，点亮蓝光发光管，实时地对所述蓝光发光管采集幅度为变化值的电压值，记作：vBLUE；

S5：按照预设的采样时间间隔inteBLUE，对时间tBLUE进行分割，设：tBLUE/inteBLUE=m，

对电压vBLUE每隔inteBLUE时间段采集一个电压幅度值，则得到m个蓝光电压幅度值；

累加m个蓝光电压幅度值，则得到蓝光光线对迷宫内粒子散射的光强值LofBLUE；

S6：计算光强比值LofS；

LofS=LofRED/LofBLUE；

S7：针对探测环境中可能出现的不同的烟雾类型，设置不同的检测阈值；

实时比较LofS和每一个类型的所述检测阈值的取值范围，根据比较结果发出不同的报警内容。

其进一步特征为：

所述检测阈值包括：非报警阈值(0,0.5]、明火火灾报警阈值(0.5,1]、阴燃物火灾报警阈值(1,1.5]、水汽报警阈值(1.5,1.8]和环境污染报警阈值 (1.8,+∞)；

步骤S2中的红外光测试电流IRED和红外光测试时间tRED的获取方法包括以下步骤：

S201：预设初始电流Idefa、初始测试时间长度TIdefa和标准光强值Ltest；

将测试电流Itest的值设置为Idefa，测试发光时时间长度Ttest的值设置为TIdefa；

S202：以电流Itest，点亮所述红外光发光管Ttest时间段；

S203：在清洁环境中，基于所述光电接收管实时地对所述红外光发光管采集一个时长为Ttest，幅度为变化值的电压vtest；

S204：对电压vtest每隔时间段inteRED采集一个电压幅度值，得到n个红外光电压幅度值；

累加n个红外光电压幅度值，得到Ttest时间段内的累积红外光光强Atest；

S205：比较Itest和红外光电流阈值；

如果Itest≤红外光电流阈值，则执行步骤S206；

否则，执行步骤S207；

S206：比较Atest和Ltest；

Atest≥Ltest，则，IRED和tRED的取值设置为Itest和Ttest，停止执行；

否则，Itest=Itest+1mA；

循环执行步骤S202~S205；

S207：Ttest = Ttest+1 us，将Itest赋值为Idefa；

循环执行步骤S202~S206；

所述初始电流Idefa设置为150mA，测试发光时时间长度Ttest设置为300 us，标准光强值Ltest设置为120；

步骤S4中，电流IBLUE和时间tBLUE的计算方法为：

tBLUE=tRED*k1；

IBLUE=IRED*k2；

其中k1为采集时间转换系数，k2为电流转换系数；

所述采集时间转换系数k1取值为1.2，所述电流转换系数k2取值为0.5；

所述采样时间间隔inteRED设置为30us，所述采样时间间隔inteBLUE设置为35us；

基于所述光电接收管实时地对所述红外光发光管、所述蓝光发光管进行采样和报警的电路包括：控制器U1、整流器U2，电阻R1~R3，电容C1~C4，有极电容C5，报警红色LED、光电发光管和光电接收管；

所述控制器U1的1脚连接所述有极电容C5的正极后为光电发射管提供+24V电源，所述控制器U1的2脚连接所述有极电容C5的负极、所述电容C3的一端、所述电容C4的一端后接地，所述控制器U1的3脚连接所述光电发光管中蓝光发光电芯的负极，所述控制器U1的4脚连接所述光电发光管中红外光发光电芯的负极，所述控制器U1的5脚连接所述电容C3的另一端、所述电容C4的另一端后为+5V电源，所述控制器U1的7脚连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3 的另一端连接所述报警红色LED的正极，所述报警红色LED的负极接地，所述控制器U1的8脚连接所述光电接收管的负极，所述控制器U1的9脚连接所述光电接收管的正极；所述光电发光管中红外光发光电芯的正极和所述光电发光管中蓝光发光电芯的正极接入+24V电源；

所述整流器U2的1脚连接所述电阻R2的一端、所述电容C2的一端，所述整流器U2的3脚连接所述电阻R1的一端、所述电容C1的一端，所述电阻R2的另一端连接无极性总线正极，所述电阻R1的另一端连接无极性总线的负极，所述电容C2的另一端、所述电容C1的另一端接地，所述整流器U2的4脚接地，所述整流器U2的2脚连接所述控制器U1的14脚；

所述火灾探测器包括：管状的探测器本体，所述探测器本体内腔中安装：红外光和蓝光双波长的光电发光管、光电接收管、散射遮光片和光路散射用反光板陷阱阵列结构；

所述散射遮光片和反光板陷阱阵列结构，在探测器本体的长度方向上，平行地设置于所述探测器本体内腔中，且所述散射遮光片和反光板陷阱阵列结构的长度相同；所述光电发光管、所述光电接收管设置在探测器本体的内腔中同一个长度位置处；

所述散射遮光片设置于所述光电发光管、所述光电接收管之间的内腔中，位于所述光电发光管、所述光电接收管的光路与所述探测器本体的内腔侧壁之间的位置；

所述反光板陷阱阵列结构设置于所述光电发光管、所述光电接收管之间的所述探测器本体的内腔侧壁上；所述反光板陷阱阵列结构包括：内圈反光板和外圈反光板；

所有的所述外圈反光板以预设的外圈板倾斜倾角方向固定于所述探测器本体的内腔侧壁上，构成外圈反光板阵列结构；

所述内圈反光板以垂直于所述外圈反光板的方向固定于所述外圈反光板远离所述探测器本体的内腔侧壁的一端上，所述外圈反光板和所述内圈反光板构成L型结构；所有的所述内圈反光板同方向设置，构成内圈反光板阵列结构；

所述内圈反光板远离所述外圈反光板的一端的端面设置为45度的反光面。

本申请提供的一种光电式感烟火灾探测方法，通过分别累加指定时间段内的红外光电压幅度值和蓝光电压幅度值，得到红外光线对迷宫内粒子散射的光强值LofRED和蓝光光线对迷宫内粒子散射的光强值LofBLUE，通过LofRED和LofBLUE的比值对烟雾情况进行判断，通过累加后最终得到的散射光强更稳定，克服了单次采集的红外光电压幅度值和蓝光电压幅度值随气流变化发生波动的问题，确保后续计算更准确，进而确保火灾探测结果更准确；当烟雾颜色发生变化导致红外光和蓝光对迷宫内粒子散射的光强值发生变化时，LofRED和LofBLUE的比值不会发生变化，本申请技术方案，使用红外光和蓝光对迷宫内粒子散射的光强值LofRED和LofBLUE的比值与预设的检测阈值进行比较，判断当前烟雾的种类，确保无论烟雾颜色发生何种变化，本申请技术方案都能准确地判断烟雾浓度，进而实现准确地报警。

附图说明

图1为本申请中光电式感烟火灾探测器的整体结构示意图。

图2为光电发光管、光电接收管和反光板陷阱阵列结构的位置结构示意图。

图3为图2中A处放大后的结构示意图。

图4为反光板陷阱阵列结构的立体的结构示意图。

图5为火灾探测器中的电路结构示意图。

具体实施方式

如图1~图4所示，本申请如图1所示，本申请包括一种光电式感烟火灾探测器，其包括：管状的探测器本体1，安装在探测器本体1内腔的红外光和蓝光双波长的光电发光管2、光电接收管3、散射遮光片4和光路散射用反光板陷阱阵列结构5，本申请中的光电式感烟火灾探测器，通过散射遮光片4和光路散射用反光板陷阱阵列结构5构成迷宫腔，采用光线在迷宫腔内的散射光强变化进行烟雾识别及火灾报警。

散射遮光片4和反光板陷阱阵列结构5，在探测器本体1的长度方向上，平行地设置于探测器本体1内腔中，且散射遮光片4和反光板陷阱阵列结构5的长度相同，光电发光管2、光电接收管3设置在探测器本体1的内腔中同一个长度位置处；确保在任意一个探测器本体1的横截面处，红外光和蓝光处于同一水平面的同一光路上，光电式感烟火灾探测器整体结构简单可靠，不但制造方便，且在使用中即便结构发生细微改变，也不会对光路造成很大影响，降低了复杂光路对探测器灵敏度和稳定性的影响。

如图2~图4所示，散射遮光片4设置于光电发光管2、光电接收管3之间的内腔中，位于光电发光管2、光电接收管3的光路与探测器本体1的内腔侧壁之间的位置；

散射遮光片4为八字型结构，包括互相连接的第一遮光片4-1和第二遮光片4-2，第一遮光片4-1和第二遮光片4-2之间的夹角为钝角，八字形开口端朝向光电发光管2；第一遮光片4-1和第二遮光片4-2的八字形开口端的端面设置为45度的散射遮光片反光面4-3，即散射遮光片反光面4-3与第二遮光片4-2的夹角为45度。具体实施时，如图3所示，本实施例中，第一遮光片4-1和第二遮光片4-2之间的夹角c为140度，八字形开口端朝向光电发光管2的方向。

反光板陷阱阵列结构5设置于光电发光管2、光电接收管3之间的探测器本体1的内腔侧壁上；反光板陷阱阵列结构5包括：内圈反光板5-1和外圈反光板5-2。

所有的外圈反光板5-2以预设的外圈板倾斜倾角方向固定于探测器本体1的内腔侧壁上，构成外圈反光板阵列结构；外圈板倾斜倾角为外圈反光板5-2与其在探测器本体1上固定点的切线之间的夹角；外圈板倾斜倾角范围为30度~35度；如图3所示，在A-A横截面处，外圈反光板5-2在探测器本体1上固定点为d，外圈反光板5-2与经过d点的切线的夹角为角a，本实施例中，角a为32.4度。

内圈反光板5-1以垂直于外圈反光板5-2的方向固定于外圈反光板5-2远离探测器本体1的内腔侧壁的一端上，外圈反光板5-2和内圈反光板5-1构成L型结构；所有的内圈反光板5-1同方向设置，构成内圈反光板阵列结构；内圈反光板5-1远离外圈反光板5-2的一端的端面设置为45度的内圈反光面5-3，即内圈反光面5-3与内圈反光板5-1的夹角为45度。

具体实施时，外圈反光板5-2均匀地固定在探测器本体1上内腔侧壁，相邻的固定点之间的间距为5cm~6cm；相邻的反光面之间的距离为4cm~5cm；本实施例中，相邻的外圈反光板5-2固定点之间的距离为5.2cm，相邻的反光面之间的距离为4.2cm。同时，探测器本体11外部设置防虫网6，确保使用安全。

间隔5.2 cm的外圈反光板阵列配合内圈反光板阵列做成90度的折角，可防止外部光线直接进入迷宫腔体，同时可保证其任意角度入射的光线需经过至少2次以上的折射才能进入迷宫腔，大幅降低外部光线的强度，有效稳定了迷宫腔内背景折射光的强度，同时对外部待检测的烟雾进入迷宫腔起到一定的稳定速度及全方位进入的作用，进一步提高检测的准确性。间隔4.2 cm的内圈反光板阵列的内圈反光面5-3做成角度为45度，可有效将红外光和蓝光双波长光电发光管发出的直射光线及经由散射遮光片折射的光线进行至少2次以上的再次折射，衰减背景折射光线强度，同时使其中大部分的多次折射后的光线进入外圈长7.8cm、间距5.2cm的光路陷阱中，使进入光电接收管的折射光线强度变小并使其稳定性增加。

本申请提供的光电式感烟火灾探测器，光电发光管、光电接收管设置于探测器本体内腔中在同一长度位置上，使探测器本体的每个横截面上，红外光和蓝光都处于同一水平面的同一光路上，光路结构简单可靠，降低了复杂光路对探测器烟雾的影响，降低了在使用中因意外导致探测器灵敏度下降的可能性；通过散射遮光片和反光板陷阱阵列结构构成迷宫腔，通过散射遮光片、内圈反光板、外圈反光板和反光面的设置，使从发光管到接收管光路的背景折射光更为稳定，降低背景折射光对散射光探测烟雾的干扰，确保实现准确的火灾报警；由内圈反光板和外圈反光板构成的L型反光板陷阱阵列结构，将光电发光管、光电接收管围在探测器本体内腔中，不但能增强了散射光对于接收管光强的变化，同时遮挡外部各类光线进入迷宫腔，提高报警可靠性和灵敏度，进一步降低背景折射光对散射光探测烟雾的干扰，确保实现准确的火灾报警。

如图5所示，为火灾探测器中的电路结构示意图；基于此电路，光电接收管实时地对红外光发光管、蓝光发光管进行采样和实现火灾报警，电路包括：控制器U1、整流器U2，电阻R1~R3，电容C1~C4，有极电容C5，报警红色LED、光电发光管和光电接收管。

探测器为通过总线通讯及从通讯线获得工作电源的二总线工作方式。整流器U2的1脚连接电阻R2的一端、电容C2的一端，整流器U2的3脚连接电阻R1的一端、电容C1的一端，电阻R2的另一端连接无极性总线正极，电阻R1的另一端连接无极性总线的负极，电容C2的另一端、电容C1的另一端接地，整流器U2的4脚接地，整流器U2的2脚连接控制器U1的14脚。

控制器U1的1脚连接有极电容C5的正极后为光电发射管提供+24V电源，控制器U1的2脚连接有极电容C5的负极、电容C3的一端、电容C4的一端后接地，控制器U1的3脚连接光电发光管中蓝光发光电芯的负极，控制器U1的4脚连接光电发光管中红外光发光电芯的负极，控制器U1的5脚连接电容C3的另一端、电容C4的另一端后为+5V电源，控制器U1的7脚连接电阻R3的一端，电阻R3 的另一端连接报警红色LED的正极，报警红色LED的负极接地，控制器U1的8脚连接光电接收管的负极，控制器U1的9脚连接光电接收管的正极；光电发光管中红外光发光电芯的正极和光电发光管中蓝光发光电芯的正极接入+24V电源。

本实施例中，U1基于义隆电子SD028SO14实现，U2基于通用UM10B整流桥堆实现，U1是内含2路光电管恒流驱动和接收光电管积分电路的可编程专用功能单片机。T+，T-为二总线，经U2整流后，向以U1为控制器的火灾探测器进行供电。具体安装时，U1和报警红色LED以及电路整体都同时安装在探测器本体1内腔中。

基于上述光电式感烟火灾探测器的结构和火灾探测器中的电路实现的光电式感烟火灾探测方法，其包括以下步骤。

S1：采用如图1~图4所示的包括一个光电发光管和一个光电接收管的火灾探测器，进行火灾探测；

其中光电发光管为支持红外光和蓝光双波长发生的发光管；

光电发光管、光电接收管设置在探测器本体的迷宫腔中同一个长度位置处。

本实施例中使用的光电发光管为双波长管，内含1个红外（波长约470nm）及1个蓝光发射管(波长930nm)；接收管为1个，可对300~1100nm波长的入射光线转换为电能，即可在固定采样电阻上产生幅度波动的电压）。本申请技术方案，采用红外光、蓝光，这两种发光LED制造广泛，容易获得，成本低廉，但是波长差别相对较大，分别测量进入迷宫腔的烟雾2种光的散射光强度，从小粒径到大粒径烟雾颗粒均能保持较好米氏散射能力，扩展了各类火灾烟雾的测量灵敏度。将红外光、蓝光两种发光体合在同一个光电发光管内，采用1个光电接收管接收照射，使2种光的散射光路完全一致，保障测量的红外光、蓝光的散射光强度为同一的烟雾，使后期对红外光、蓝光的散射光强度进行数据处理得到一致性保障。

探测开始后，基于控制器U1进行后续计算步骤。

S2：探测开始后，按照预设的红外光测试电流IRED和红外光测试时间tRED，点亮红外光发光管，通过迷宫腔内粒子散射后在所述光电接收管处引起光电池效应，实时地对所述红外光发光管采集幅度为变化值的电压值，记作：vRED。

步骤S2中的红外光测试电流IRED和红外光测试时间tRED的获取方法包括以下步骤：

S201：预设初始电流Idefa、初始测试时间长度TIdefa和标准光强值Ltest；

将测试电流Itest的值设置为Idefa，测试发光时时间长度Ttest的值设置为TIdefa；

S202：以电流Itest，点亮红外光发光管Ttest时间段；

S203：在清洁环境中，基于光电接收管实时地对红外光发光管采集一个时长为Ttest，幅度为变化值的电压vtest；基于清洁环境中进行步骤S203~S205，确保采集到的数据是准确的，进而确保计算结果的准确性；

S204：对电压vtest每隔时间段inteRED采集一个电压幅度值，得到n个红外光电压幅度值；

累加n个红外光电压幅度值，得到Ttest时间段内的累积红外光光强Atest；

S205：比较Itest和红外光电流阈值；

如果Itest≤红外光电流阈值，则执行步骤S206；

否则，执行步骤S207；

S206：比较Atest和Ltest；

Atest≥Ltest，则，IRED和tRED的取值即为Itest和Ttest，停止执行；

否则，Itest=Itest+1mA；

循环执行步骤S202~S205；

S207：Ttest = Ttest+1 us，将Itest赋值为Idefa；

循环执行步骤S202~S206。

本实施例中，初始电流Idefa设置为150mA，初始测试时间长度TIdefa设置为300us，标准光强值Ltest设置为120；考虑到单片机U1的AD转换耗时及稳定性，确保设备使用过程中保持稳定性，本实施例中，采样时间间隔inteRED设置为30us，采样时间间隔inteBLUE设置为35us，红外光电流阈值设置为300mA。

以电流150mA，点亮红外光发光管300 us，控制器U1每隔inteRED(30us）启动一次AD转换，获得1个此时在光电接收管因散射光发电的电压值，因散射光随进入迷宫的烟雾及气流变化而变化，所以每个时间间隔采集到的电压值是会有差异的，按照间隔能采集到10不同的电压值，把这10个电压值相加即获得光强值Atest；比较Atest和120，如果Atest≥120，则tRED保存为300us， IRED保存为150mA；如果Atest<120，则Itest设置为151mA，继续点亮300us；如果Itest的值设置为红外光电流阈值300mA时，Atest仍未达到120，则设定：Ttest为301us、 Itest为150mA，重新开始循环执行步骤S202~S206，如果Itest增加到300mA，Atest仍未达到120，就持续将Ttest赋值为Ttest+1s直至Atest =120时，保存当前设定时间为tRED， 当前设定电流为IRED。

其中，测试发光时时间长度Ttest的设置，需要确保在使用过程中，火灾探测器的检测频率不能过大，因为火灾探测器本身通常只是火灾报警系统中的一部分，在比较复杂的环境中会安装多个火灾探测器，频率过大的采集数据会导致过度耗电，进而引起系统的整体能耗过大；但是火灾探测器检测频率也不能过低，因为作为烟雾探测装置而言，过低的检测频率可能会导致延误火灾报警；所以，本实施例中，因为需要分别采集红外线和蓝光两种数据，以每种光发光时间控制在1000/2即500us以内，同时，因为无烟散射底值数据太小引起的累加光强值小，会导致不同类型的烟雾光强比值LofS不易区分的问题，本实施例中将Ttest的初始值TIdefa设置为300 us，确保最终得到的每个发光管在实际应用中的采样点亮时间tRED和tBLUE最低不会小于300 us，既可以保证能够清楚地区分不同类型烟雾的光强比值LofS，也可以将火灾探测器的整体耗电量控制在可接受范围内，同时也可以满足火灾报警的实时性的要求。

设置红外光电流阈值时，根据具体使用的红外线发光管的产品规格进行设置，本实施例中使用的红外光发光电芯的最大允许电流300mA，所以红外光电流阈值设置为300mA。初始电流Idefa的设置需要确保实验时间尽量短，所以无需从0mA开始计算，同时也不能超过红外光发光管电流脉动控制时最大允许电流300mA；基于本申请的电路结构，红外光电流在150mA时在光电接收管发电形成的电压经AD转换为稳定的较低的数值，同时，在有烟雾进入迷宫后，在该电流下获得电压的AD转换值也有明显的增大。所以基于本申请的电路结构，将初始电流Idefa设置为150mA，既可以确保获得的数据变化明显，同时可以确保计算效率较高。

S3：按照预设的采样时间间隔inteRED，对时间tRED进行分割，设tRED/inteRED=n，

对电压vRED每隔时间段inteRED采集一个电压幅度值，得到n个红外光电压幅度值；

累加n个红外光电压幅度值，则得到红外光线对迷宫内粒子散射的光强值LofRED。

基于单片机U1，每隔30us 启动一次AD转换，获得1个此时在光电接收管因散射光发电的电压值，因散射光随进入迷宫的烟雾及气流变化而变化，所以每个时间间隔采集到的电压值是会有差异的，按照间隔能采集到10不同的电压值，累加这些电压值即光强值LofRED。

S4：关闭所述红外光发光管后，按照预设的蓝光测试电流IBLUE和蓝光测试时间tBLUE，点亮蓝光发光管，实时地对所述蓝光发光管采集幅度为变化值的电压值，记作：vBLUE。

步骤S4中，电流IBLUE和时间tBLUE的获取方法为：

tBLUE=tRED*k1；

IBLUE=IRED*k2；

其中k1为采集时间转换系数，k2为电流转换系数。

其中k1和k2的取值根据火灾探测器的迷宫腔结构、光电发光管和光电接收管的特性试验获得。为了将光强值LofRED和光强值LofBLUE随各类烟雾及各种浓度下均能有效变化并且不过载，同时兼顾采用运算的单片机为8位机，提高运行速度，将计算中的数值控制为1个字节内，即0~255之间，结合采用的发光光电管两个波长电光转换效率和接收管光电转换效率获得的常数系数。同时使得光强比值LofS能保持在0~10以内，确保基于本申请技术方案生产的探测器内部参数能比较一致。

本实施例中，采集时间转换系数k1取值为1.2，电流转换系数k2取值为0.5。

在测试后，tRED的值设置为350us，IRED设置为160mA时，

tBLUE=tRED*1.2=420us；

IBLUE=IRED*0.5=80mA。

S5：按照预设的采样时间间隔inteBLUE，对时间tBLUE进行分割，设tBLUE/inteBLUE=m，

对电压vBLUE每隔时间段inteBLUE采集一个电压幅度值，则得到m个蓝光电压幅度值；

累加m个蓝光电压幅度值，则得到蓝光光线对迷宫内粒子散射的光强值LofBLUE；

本申请技术方案中，外光线对迷宫内粒子散射的光强值LofRED和蓝光光线对迷宫内粒子散射的光强值LofBLUE是通过多次累加变化中的电压值得到的，使得采集到的散射光强更稳定，克服了其值随气流波动的情况。使后期计算中对红外光、蓝光的散射光强度进行数据处理得到一致性保障。确保本申请技术方案比传统单次电压值直接求比值稳定性和一致性好几个数量级，提高火灾报警的整体可靠性和灵敏度。

S6：计算光强比值LofS；

LofS=LofRED/LofBLUE；

S7：针对探测环境中可能出现的不同的烟雾类型，设置不同的检测阈值；

实时比较LofS和每一个类型的检测阈值的取值范围，根据比较结果发出不同的报警内容。

检测阈值包括：非报警阈值为(0,0.5]，明火火灾报警阈值为(0.5,1]、阴燃物火灾报警阈值为(1,1.5]，水汽引起的报警阈值为(1.5,1.8]，环境污染报警阈值为(1.8,+∞)。

根据米氏散射原理，散射光仅对颗粒与红外光(450nm)波长相当的烟雾颗粒比较敏感，对于其它直径的颗粒敏感度较差。而一般火灾燃烧物根据材质及燃烧程度猛烈程度其颗粒会在200nm~1500nm之间，所以其识别的烟雾浓度会根据烟雾颗粒大小不同出现较大的偏差，如烟雾由直径为1000nm左右的颗粒组成，其实际浓度要比用450nm的红外光线散射得到的浓度值大的多，通过现有技术中的单色发光管探测，会发生测得的浓度偏低的问题。同时，迷宫腔内能进入烟雾，同时也能进入悬浮在空气中的水汽和灰尘，它们的进入会引起单色发光管如：红外光线的到达光敏接收管强度增强，但无法区分，使探测得到的浓度偏高。

经研究发现，基于红外发光管和蓝光发光管采集到的红外光散射强度值LofRED和蓝光散射强度LofBLUE会因为烟雾颜色和大小差异会呈现出不同的比值差异。如国标GB4715要求的火灾灵敏度试验中的山榉木，棉绳，聚氨酯塑料，正庚烷烟雾，这些火灾的烟雾从白逐渐加深到黑色，颗粒从大到小，比值分别约为1.2:1，1.1:1，1:1.2,1:1.3。所以，本申请技术方案中通过LofRED和LofBLUE的比值LofS判断火灾烟雾的种类。在LofS小于等于0.5，判断当前烟雾浓度为正常状态无需报警，当LofS∈(0.5,1]时，判断为有明火火灾，当LofS∈(1,1.5]时，判断为有阴燃物导致的火灾，而当LofS>1.5，则判断为非火灾原因导致的空气中颗粒浓过大。

具体实施时，还可以根据被探测环境中存放的物质的实际情况，通过对报警阈值范围的调整实现对指定颜色的烟雾报警灵敏度的修正。如：如颜色较深的聚氨酯塑料火及正庚烷火烟雾，在正确识别其红、蓝散射强度比值在1:1.15以上，则可将报警阈值降低25%，确保能够提高黑色烟雾的报警灵敏度，使探测器在被测试环境中能对各种火灾的探测灵敏度保持一致。同时，基于本申请技术方案，通过设置环境污染报警阈值可以实现在一定范围内识别出含悬浮水汽或灰尘的空气，而非需要火灾报警的烟雾，大大降低探测器的误报率，提高火灾报警系统的可靠性。如：本实施例中的探测器对应的LofRED和LofBLUE的比值在含一定比率悬浮水汽和灰尘的空气分别为1.5:1，1.8:1，则将水汽和环境污染的报警阈值设置为(1.5,+∞)，实现降低火警误报的概率。

Claims (8)

1.一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：采用包括一个光电发光管和一个光电接收管的火灾探测器，进行火灾探测；

其中所述光电发光管为支持红外光和蓝光双波长发生的发光管；

所述光电发光管、所述光电接收管设置在探测器本体的迷宫腔中同一个长度位置处；

S2：探测开始后，按照预设的红外光测试电流IRED和红外光测试时间tRED，点亮红外光发光管，通过迷宫腔内粒子散射后在所述光电接收管处引起光电池效应，实时地对所述红外光发光管采集幅度为变化值的电压值，记作：vRED；

S3：按照预设的采样时间间隔inteRED，对时间tRED进行分割；

设：tRED/inteRED=n；

对电压vRED每隔inteRED时间段采集一个电压幅度值，得到n个红外光电压幅度值；

累加n个红外光电压幅度值，则得到红外光线对迷宫内粒子散射的光强值LofRED；

S4：关闭所述红外光发光管后，按照预设的蓝光测试电流IBLUE和蓝光测试时间tBLUE，点亮蓝光发光管，实时地对所述蓝光发光管采集幅度为变化值的电压值，记作：vBLUE；

S5：按照预设的采样时间间隔inteBLUE，对时间tBLUE进行分割，设：tBLUE/inteBLUE=m，

对电压vBLUE每隔inteBLUE时间段采集一个电压幅度值，则得到m个蓝光电压幅度值；

累加m个蓝光电压幅度值，则得到蓝光光线对迷宫内粒子散射的光强值LofBLUE；

S6：计算光强比值LofS；

LofS=LofRED/LofBLUE；

S7：针对探测环境中可能出现的不同的烟雾类型，设置不同的检测阈值；

实时比较LofS和每一个类型的所述检测阈值的取值范围，根据比较结果发出不同的报警内容；

步骤S2中的红外光测试电流IRED和红外光测试时间tRED的获取方法包括以下步骤：

S201：预设初始电流Idefa、初始测试时间长度TIdefa和标准光强值Ltest；

将测试电流Itest的值设置为Idefa，测试发光时时间长度Ttest的值设置为TIdefa；

S202：以电流Itest，点亮所述红外光发光管Ttest时间段；

S203：在清洁环境中，基于所述光电接收管实时地对所述红外光发光管采集一个时长为Ttest，幅度为变化值的电压vtest；

S204：对电压vtest每隔时间段inteRED采集一个电压幅度值，得到n个红外光电压幅度值；

累加n个红外光电压幅度值，得到Ttest时间段内的累积红外光光强Atest；

S205：比较Itest和红外光电流阈值；

如果Itest≤红外光电流阈值，则执行步骤S206；

否则，执行步骤S207；

S206：比较Atest和Ltest；

Atest≥Ltest，则，IRED和tRED的取值设置为Itest和Ttest，停止执行；

否则，Itest=Itest+1mA；

循环执行步骤S202~S205；

S207：Ttest = Ttest+1 us，将Itest赋值为Idefa；

循环执行步骤S202~S206。

2.根据权利要求1所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：所述检测阈值包括：非报警阈值(0,0.5]、明火火灾报警阈值(0.5,1]、阴燃物火灾报警阈值(1,1.5]、水汽报警阈值(1.5,1.8]和环境污染报警阈值 (1.8,+∞) 。

3.根据权利要求1所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：所述初始电流Idefa设置为150mA，测试发光时时间长度Ttest设置为300 us，标准光强值Ltest设置为120。

4.根据权利要求1所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：步骤S4中，电流IBLUE和时间tBLUE的计算方法为：

tBLUE=tRED*k1；

IBLUE=IRED*k2；

其中k1为采集时间转换系数，k2为电流转换系数。

5.根据权利要求4所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：所述采集时间转换系数k1取值为1.2，所述电流转换系数k2取值为0.5。

6.根据权利要求1所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：所述采样时间间隔inteRED设置为30us，所述采样时间间隔inteBLUE设置为35us。

7.根据权利要求1所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：基于所述光电接收管实时地对所述红外光发光管、所述蓝光发光管进行采样和报警的电路包括：控制器U1、整流器U2，电阻R1~R3，电容C1~C4，有极电容C5，报警红色LED、光电发光管和光电接收管；

所述控制器U1的1脚连接所述有极电容C5的正极后为光电发射管提供+24V电源，所述控制器U1的2脚连接所述有极电容C5的负极、所述电容C3的一端、所述电容C4的一端后接地，所述控制器U1的3脚连接所述光电发光管中蓝光发光电芯的负极，所述控制器U1的4脚连接所述光电发光管中红外光发光电芯的负极，所述控制器U1的5脚连接所述电容C3的另一端、所述电容C4的另一端后为+5V电源，所述控制器U1的7脚连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3 的另一端连接所述报警红色LED的正极，所述报警红色LED的负极接地，所述控制器U1的8脚连接所述光电接收管的负极，所述控制器U1的9脚连接所述光电接收管的正极；所述光电发光管中红外光发光电芯的正极和所述光电发光管中蓝光发光电芯的正极接入+24V电源；

所述整流器U2的1脚连接所述电阻R2的一端、所述电容C2的一端，所述整流器U2的3脚连接所述电阻R1的一端、所述电容C1的一端，所述电阻R2的另一端连接无极性总线正极，所述电阻R1的另一端连接无极性总线的负极，所述电容C2的另一端、所述电容C1的另一端接地，所述整流器U2的4脚接地，所述整流器U2的2脚连接所述控制器U1的14脚。

8.根据权利要求1所述一种光电式感烟火灾探测方法，其特征在于：所述火灾探测器包括：管状的探测器本体，所述探测器本体内腔中安装：红外光和蓝光双波长的光电发光管、光电接收管、散射遮光片和反光板陷阱阵列结构；

所述散射遮光片和所述反光板陷阱阵列结构，在探测器本体的长度方向上，平行地设置于所述探测器本体内腔中，且所述散射遮光片和所述反光板陷阱阵列结构的长度相同；所述光电发光管、所述光电接收管设置在探测器本体的内腔中同一个长度位置处；

所述散射遮光片设置于所述光电发光管、所述光电接收管之间的内腔中，位于所述光电发光管、所述光电接收管的光路与所述探测器本体的内腔侧壁之间的位置；

所述反光板陷阱阵列结构设置于所述光电发光管、所述光电接收管之间的所述探测器本体的内腔侧壁上；所述反光板陷阱阵列结构包括：内圈反光板和外圈反光板；

所有的所述外圈反光板以预设的外圈板倾斜倾角方向固定于所述探测器本体的内腔侧壁上，构成外圈反光板阵列结构；

所述内圈反光板以垂直于所述外圈反光板的方向固定于所述外圈反光板远离所述探测器本体的内腔侧壁的一端上，所述外圈反光板和所述内圈反光板构成L型结构；所有的所述内圈反光板同方向设置，构成内圈反光板阵列结构；

所述内圈反光板远离所述外圈反光板的一端的端面设置为45度的反光面。

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