CN1299048A - 光电烟雾检测装置 - Google Patents

Abstract

一种光电烟雾检测装置,不管是否存在污染都能够产生精确表示烟雾浓度的模拟数据,用于根据从烟雾传感器的输出端得出的检测值输出与烟雾浓度相对应的模拟数据的控制单元包括:烟雾浓度运算模块、零浓度检测值存储装置,变化率运算模块,补偿运算模块,其中所述补偿运算模块可使烟雾浓度运算模块产生一烟雾浓度值,即能够抵销烟雾浓度检测值输出特性的变化,这种变化是根据所述变化量而产生的。

Description

光电烟雾检测装置

本发明总体来说涉及一种光电烟雾检测装置(也称作烟雾检测仪)，用于借助于微机或者微处理器产生表示有火情或者类似情况发生的与烟雾浓度有关的模拟数据。更具体地说，本发明涉及一种光电烟雾检测装置，该装置赋有自补偿或自动补偿能力，以便自动或自发地补偿由于其烟雾传感器的污染、置入在该烟雾检测装置的烟雾传感器中的光接收元件的检测特性(光接收灵敏度)随时间的变化或老化偏差。

迄今为止，本技术领域公知的这种类型的光电烟雾检测装置是这样构成的，即一光发射元件设置在烟雾传感器的一通风良好的腔体内，以一预定的时间间隔周期性的电触发该光发射元件，使微机或微处理器从烟雾传感器的输出端取得检测信号，以便进而处理该检测信号，从而判断安装烟雾传感器的地方是否发生了火情，或者检测流动在该地方的烟雾浓度。

更具体地说，所设置的烟雾传感器可用于接收由烟雾颗粒散射的光束，由该烟雾传感器的光接收元件输出的检测信号通过所设置的与烟雾传感器连接的放大电路进行放大，该放大信号经模数转换(A/D转换)之后传送到微机或微处理器，在此，由微机取得的数字数据转换成相应的烟雾浓度数据，随后把该数据以模拟数据信号的形式传送到安装在中心站的接收设备。

在这种类型的光电烟雾检测装置内，壳体的内壁受到污染，组成烟雾传感器的光发射元件和/或光接收元件在烟雾传感器的灵敏度特性方面发生变化或改变，从而改变了检测信号的电平，该信号的电平很显然与污染的颜色有关。

因此，在检测烟雾传感器的污染情况时，有必要清洗传感器，以便使传感器恢复到初始状态，从而防止不正确或错误地检测火情情况。如果由于某些原因，难于清洗或者实际上不可能清洗，就要采取其它适当的测量措施，比如更换烟雾传感器本身。

为了更好地理解下面的本发明的一些概念，首先参照附图中的图6和7，针对迄今所知的常用光电烟雾检测装置进行说明，图6是一功能框图，表示常用光电烟雾检测装置的简要结构，而图7是该烟雾检测装置的电路图。

参照图6，常用光电烟雾检测装置包括一由一光发射元件11和一光接收元件12组成的烟雾传感器10。在该光发射元件11和光接收元件12之间设有一屏蔽板13。注意到光发射元件11、光接收元件12和屏蔽板13设置在由迷宫式内壁14封闭的腔体内，该迷宫式内壁14用于形成烟雾传感器的防反射结构。利用这种结构，光接收元件12只接收由光发射元件11发射的光束L1的散射光束L2，因此，能够以从烟雾传感器10输出的检测信号的形式得到表示由迷宫式内壁14封闭的腔体内的烟雾浓度的检测值D。

对可由微机或微处理器组成的控制单元20进行设计或者编程，以便处理由烟雾传感器10输出的检测信号D，从而输出表示在烟雾传感器内流动的烟雾浓度的模拟数据信号E。此时，应指出都是由烟雾传感器10和控制单元20组成的多个光电烟雾检测装置可设置在需要进行烟雾检测的大楼或者类似物体内的各种部位。

安装在各部位的单个光电烟雾检测装置的输出数据信号(模拟数据信号E)通过信号线(未示出)经信号传输输送到安装在中心站的接收设备30。

如图6所示，控制单元20包括一用于产生一驱动脉冲信号P以便驱动光发射元件11的驱动电路21、一用于把检测值D转换成数字数据Dd的A/D(模数)转换器22以及一烟雾浓度运算模块23，该运算模块用于通过参考输入到该烟雾浓度运算模块23的特性函数表23T根据数字数据Dd在算术上判断烟雾浓度值VKe。该控制单元20设有一发送器或者传输电路24，用于向中心站的接收设备30以模拟数据信号E的形式发送或者传输烟雾浓度值Vke。

在特性函数表23T中储存有特性函数，每一函数都接近于一正线性函数(由直线表示)，后面将对此进行描述。

下面，参照图7进行说明，图7中的参考标记10至13、20、L1和L2与其在上面参照图6说明的那样表示相同的部件。

参照图7，组成控制单元20的主要部分的微机40包括一CPU(中央处理单元)，该CPU起着图6中所示A/D转换器22、烟雾浓度运算模块23以及其它外围部件的作用。

光发射电路41与图6中所示的驱动电路21相对应，用于向光发射元件11及其脉冲式光发射控制器提供电源。一光接收电路42与光接收元件12电连接，而一放大电路43与光接收电路42的输出端连接，以便对检测信号进行放大，经放大的检测信号随后被输入到微机40。

设有一振荡电路44，用于向微机40提供一时钟脉冲信号CK。还设有一EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器)45，该EEPROM 45与微机40连接，用于存储预设定的数据，如地址以及其它数据等。

设有一报警灯46作为报警部件，用于根据出现的诸如火情之类的非正常情况发出报警。报警灯46由受微机40控制的发光电路47驱动或者电触发。

一接收电路48用于接收诸如从接收设备30发送的外部信号之类的信号(参见图6)，随后把该信号输入到微机40。另一方面，把微机40输出的信号通过一传输电路输送到外部装置。顺便说一下，接收电路48和传输电路49在功能上与图6中所示的传输电路24相对应。

设有一恒压电路50，用于向微机40以及其它并用的控制电路20和其它分立电路14至49提供电源。

在中心站(参见图6)的控制单元20和接收设备30通过信号线(未示出)相互连接时，二极管桥路51用于使终端的极性无效。

图8是一信号波形图，分别表示在驱动脉冲P提供到光发射元件11时与驱动脉冲相对应的检测值或者从光接收元件12输出的脉冲，在此状态烟雾浓度为零。

如图8所示，驱动脉冲P的序列包括用于火情检测的第一脉冲P1和用于故障检测的第二脉冲P2，其中第二脉冲P2的高度比第一脉冲P1的高。

此时，应该说明第二脉冲P2所起的作用是除提高或者加强第一脉冲P1的作用之外，还提高或者加强光发射元件11的光发射能力。作为一种选择方式，可通过断续地增加与光接收电路42连接的放大电路42的放大倍数来产生第二脉冲P2。

以一相等的间隔(如2秒)设定第一脉冲P1和第二脉冲P2的输出周期τ，其中用于故障检测的第二脉冲P2每隔4个脉冲产生一次(如间隔8秒)。

利用参照附图6和7描述的上述结构的常用光电烟雾检测装置，烟雾传感器10响应图8中所示的驱动脉冲序列P而受驱动，从而分别实现光束L1的发射和散射光束L2的接收，结果从光接收元件12输出检测值D。

另一方面，控制单元20通过光接收电路42的接口得到检测值D，放大电路43和A/D转换器22进而根据存储在特性函数表23T中的特性函数产生表示烟雾浓度的模拟数据E，所产生的模拟数据信号E随后通过图7中所示的传输电路49(与图6中所示的传输电路相对应)被传输到接收设备30。

由于第二脉冲P2包含在驱动脉冲序列P中，光发射元件11每8秒在最大输出值时发射光束L1。通过响应高强度的发射光束L1，光接收元件12输出检测值D，该检测值可用于检测烟雾传感器10内的噪声量。

此时，应增加的说明是，即便在烟雾传感器10的特性函数变化时也不进行校正，在初始状态，存储在特性函数表23T中的特性函数仍保持不变。

根据国际标准FDK38U以及日本标准FDK038-X，建议在大约2秒的输出周期τ内进行火情检测或者故障检测，并建议故障检测每4个周期进行一次(即间隔大约8秒的周期)。

上面的说明已很清楚了，在迄今所知的光电烟雾检测装置中，没有采取补偿措施，或者说没有采取抵销检测值变化的措施。因此，当烟雾传感器的特性函数变化时，精确地表示烟雾浓度的模拟数据E可能不很有效，这就提出了难题，即在设置有接收设备30的中心站内有适当的精确度和可靠性，却不能判断火情状态。

鉴于上述的技术问题，本发明的目的就是提供一种光电烟雾检测装置，通过为该光电烟雾检测装置赋予自动或自发的补偿功能或能力，即补偿由于其烟雾传感器的污染而从该烟雾传感器的光接收元件输出的检测值随时间的变化，使该装置能够与烟雾传感器的污染情况无关地利用模拟数据信号精确地表示烟雾浓度。

为了实现在后续的说明中将会明确的上述的和其它的目的，按照本发明的总体方面，提供一种光电烟雾检测装置，包括一烟雾传感器，该传感器包括设置在由迷宫式内壁封闭的腔室内的光发射元件和光接收元件，用于从该光接收元件输出一表示为检测值的检测信号，该检测值与流动在由该迷宫式内壁封闭的腔室内的烟雾浓度相对应；以及根据检测值输出与烟雾浓度相对应的模拟数据的控制装置。该控制装置包括：一具有把检测值转换成烟雾浓度值的特性函数的烟雾浓度运算模块；一用于把烟雾浓度为零时刻的检测值存储为零浓度检测值的零浓度检测值存储装置；一设计为用于用数学方法确定所述零浓度检测值的变化率的变化率运算模块；以及一设计为用于补偿转换特性、以便根据上述变化率把检测值转换成烟雾浓度值的补偿运算模块。进一步地补偿运算模块是这样设计的，可使所述烟雾浓度运算模块以下述方式产生一烟雾浓度值，即能够抵销烟雾浓度的检测值输出特性的变化，这种变化是根据变化率而产生的。

在实现本发明的一最佳方式中，变化率运算模块可这样设计，可用数学方法把所述变化率确定为由零浓度检测值除以零浓度检测值的初始值得到的一个值，其中的补偿运算模块是这样设计的，可在零浓度检测值的变化率从数值“1”增加或者减少时，校正性地增加检测值。

在实现本发明的另一种方式中，变化率运算模块最好这样设计，可根据零浓度检测值对初始零浓度检测值的变化量除以该初始值得到的绝对值，用数学方法确定所述变化率，其中补偿运算模块是这样设计的，可根据零浓度检测值变化率的增加，校正性地增加该检测值。

在实现本发明的另一种方式中，补偿运算模块最好这样设计，可根据所述变化率校正检测值，并可通过加上或者减去零浓度检测值的变化量在补偿之后产生一检测值。

在实现本发明的另一种方式中，变化率运算模块最好这样设计，可用数学方法把所述变化率确定为由零浓度检测值除以零浓度检测值的初始值得到的一个值，其中补偿运算模块是这样设计的，可在所述变化率从数值“1”增加或者减少时，校正性地产生一小于其初始斜率的当前有效特性函数的斜率。

在实现本发明的进一步的方式中，变化率运算模块最好这样设计，可根据零浓度检测值对初始零浓度检测值的变化量除以该初始值得到的绝对值，用数学方法确定变化率，其中补偿运算模块是这样设计的，根据所述变化率的增加校正性地产生一小于其初始斜率的当前有效特性函数的斜率。

在实现本发明的进一步的方式中，补偿运算模块是最好这样设计，可根据变化率校正特性函数的斜率，并可通过把零浓度检测值加上零浓度检测值的变化量、或者从零浓度检测值减去零浓度检测值的变化量、在补偿之后建立一特性函数。

在实现本发明进一步的最佳方式中，控制装置可包括一用于把检测值转换成数字数据的模拟-数字转换器，其中所设计烟雾浓度运算模块可把数字数据转换成烟雾浓度值。

在实现本发明的另一最佳方式中，补偿运算模块可包括补偿范围识别装置，用于判断变化率是否处于用于补偿的预定范围内、并在变化率超出用于补偿的预定范围时产生故障信息。

在实现本发明的另一方式中，补偿运算模块最好这样设计，可在变化率处于用于补偿的所述预定范围内的状态持续一预定时间期间时，把通过在所述预定时间期间上求零浓度检测值处理数据的平均值得出的一个值作为最终的变化率。

在实现本发明的另一最佳方式中，补偿运算模块可包括一用于在其内永久地设定一与变化率相对应的补偿值的补偿值设定模块。

在实现本发明的进一步的方式中，补偿运算模块最好包括一校正值设定装置，用于根据零浓度检测值产生一用于校正补偿值的校正值。

在实现本发明进一步的方式中，校正值设定装置包括用于存储所述校正值的校正值存储装置，其中校正值可通过外部进行的输入操作而更改。

利用上述结构，可组成一光电烟雾检测装置，由于其自动或自发的补偿特征，即补偿老化偏差或者由于其烟雾传感器的污染而从该烟雾传感器的光接收元件输出的检测值随时间的变化，使该装置能够与烟雾传感器的污染情况无关地产生精确地表示烟雾浓度的模拟数据。

结合附图，通过举例，阅读最佳实施例的下述说明，可更易于理解本发明的上述的和其它的目的、特征以及附带的优点。

在下面的说明中，可参照附图，其中：

图1是一功能方框图，简要表示根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置的结构；

图2是一示意图，用于表示根据本发明所述的烟雾浓度检测值的特性函数以及补偿运算过程；

图3是一特性图，用于表示在光电烟雾检测装置中特性函数的斜率变化率与零浓度检测值的变化率之间的关系；

图4是一流程图，用于表示在根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置中正常烟雾浓度的检测过程；

图5是一流程图，用于表示在根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置中进行故障检测的处理过程；

图6是一功能方框图，表示常用烟雾检测装置的简要结构；

图7是一电路方框图，简要表示同一装置的电路结构；

图8是一波形图，用于表示通过响应驱动脉冲从烟雾传感器的光接收元件输出的检测值或者脉冲；

图9是一示意图，用于表示在烟雾传感器的光发射元件和/或光接收元件被污染的情况下、用于烟雾浓度的检测值的特性函数的变化；

图10是一示意图，用于表示在迷宫式内壁被污染成白色的情况下、用于烟雾浓度的检测值的特性函数的变化；

图11是一示意图，用于表示烟雾传感器的整个光学系统被污染成白色的情况下、用于烟雾浓度的检测值的变化；

图12是一示意图，用于表示烟雾传感器的迷宫式内壁被污染成白色的情况下、用于烟雾浓度的检测值的变化；

图13是一示意图，用于表示烟雾传感器的整个光学系统被污染成白色的情况下、用于烟雾浓度的检测值的特性函数的变化。

参照附图，结合目前认为最佳的或者说典型的实施例，将详细说明本发明。在下面的说明中，贯穿这几幅附图，类似的参考标记表示类似的或者相应的部件。

实施例1

图1是一功能方框图，简要表示根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置的结构；图中，与前文所述(参见图6)的类似部件用类似的参考部件表示，同时由附加“A”的参考标记表示等同部件，其详细说明省略。

首先应注意到从图1中所示内容省略的光电烟雾检测装置的结构基本上与前文所述的结构相同，而且在根据本发明紧急的实施例所述的光电烟雾检测装置中，也采用了图7中所示的电路结构。

更进一步地，向光发射元件11提供驱动脉冲的时间基本上与图8中所示的时间相同。由于污染，烟雾传感器10特性函数的变化将参照图9至13在下面说明。

参照图1，在本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置中，在紧急情况下由20A表示的控制单元除了包括结合相关技术在前面说明的驱动电路21、A/D转换器22、烟雾浓度运算模块23A以及传输电路24之外，还包括一零浓度检测值运算模块25、一初始零浓度检测值存储装置26、一变化率运算模块27和一补偿运算模块28。

该零浓度检测值运算模块25是这样设计和编程的，即在烟雾浓度Ke为零时，可根据通过响应第二脉冲P2而从光接收元件12输出的检测值D的数字数据Dd，在用数学方法确定该检测值为一零浓度检测值VN。另一方面，初始零浓度检测值存储装置26用于把零浓度检测值VN(即烟雾传感器10被污染之前的值)的初始值存储为初始零浓度检测值VNO。

变化率运算模块27是这样设计或编程的，即可根据零浓度检测值VN和初始零浓度检测值VNO，在用数学方法确定零浓度检测值VN和初始零浓度检测值VNO的比率(即VN/VNO)，或者通过由初始值VNO除零浓度检测值VN减去初始零浓度检测值VNO的变化值(以后也称作变化量)(即|(VN-VNO)/VNO|)作为零浓度检测值的变化的量ΔVN(也称作变化率)、而得到绝对变化率。

补偿运算模块28是这样设计或编程的，即可根据变化的量或变化率ΔVN在用数学方法确定补偿值C，用于把检测值D的数字数据Dd的转换特性补偿到烟雾浓度值Vke。

由补偿运算模块28用数学方法确定的补偿值C输入到烟雾浓度运算模块23A，该模块23A通过产生烟雾浓度值VKe而在此作出响应，从而使用于烟雾浓度Ke的检测值D输出特性的变化(该变化与变化率ΔVN相对应)可被抵销(参见图11和13)。更进一步地，补偿运算模块28产生补偿值C，当零浓度检测值的变化率ΔVN增加时，该补偿值C可有效地以校正的方式增加相应的检测值D的数字数据Dd。为此，补偿运算模块28在其内与用于固定地存储分别与变化率ΔVN相对应的补偿值C的补偿值设定模块28T相结合。

现在，详细说明烟雾传感器敏感特性的变化情况。首先，参照图9至13讨论污染趋势图，这些附图示出了以一幅一幅的图为基础、检测值信号D的电平V(检测电平)对烟雾浓度Ke(％/m)的特性函数的变化趋势。

图9是一示意图，表示在光发射元件11和/或光接收元件12的表面(镜头)被白色或黑色物质或材料污染的情况下、检测电平Vd1的变化趋势；

还有，图10表示在迷宫式内壁14被白色材料污染的情况下、检测电平Vd2的变化趋势，而图11是一示意图，表示整个烟雾传感器10(光发射元件11和光接收元件12以及迷宫式内壁14)被白色材料污染的情况下、检测电平Vd3的变化趋势。附带说明一下，通过分别把图9和10中示出的特性综合在一起，可近似地得出图11中示出的检测电平Dd3的变化趋势。

更进一步地，图12示出了迷宫式内壁14被黑色材料污染的情况下，检测电平Vd2的变化趋势，而图13的示意图表示传感器10作为一整体被黑色材料污染的情况下检测电平Vd3的变化趋势。附带说明一下，通过分别把图9和12中示出的特性综合在一起，可近似地得出图13示出的检测电平Vd3的变化趋势。

在图9至13中的每一幅附图中，单点划虚线表示初始特性函数(即污染前的特性函数)，而实线表示污染后的特性函数，其中每一特性函数由一正向倾斜的线性函数近似表示。而且，在这些附图中的每一幅附图中，仅仅为了图示方便，以便表明直线作为一个整体代表特性函数，实际上不用于数据转换的负向或减号烟雾浓度Ke范围内的特性函数由虚线表示。

现在，将首先参照图9。正如很易于理解的那样，当对光发射元件11和光接收元件12进行污染时，光的传输数量以一定比例减少。结果，不管污染颜色如何，与由单点划虚线表示的污染前的特性函数相比较，污染后表示检测电平Vd1特性函数的直线(实线)的倾斜状态(传感器的检测灵敏度)变得更加平缓。

另一方面，在图10所示的情况下，由于迷宫式内壁14的白色污染，也被称作噪声电平的光的反射量(即由迷宫式内壁14反射的光量)增加一预定值。因此，如果与没有污染情况下的特性函数(由单点划虚线表示)相比较，由实线所表示的污染后的检测电平Vd2的特性函数在检测电平增加的方向上移动。

进一步的情况如图11所示，尽管如果与由单点划虚线表示的没有污染状态下的特性函数相比较，污染后的特性函数出现平缓倾斜，但是由实线所表示的污染后的检测电平Vd3的特性函数却在检测电平增加的方向上移动。结果，用于零值时的烟雾浓度Ke的电平VN(零浓度检测值)在初始零浓度检测值VNO之上增加。

与之相反，在图12所示的情况下，由于迷宫式内壁14的黑色污染，光的反射量(噪声电平)减少一预定值，如果与没有污染情况下的特性函数相比较(由一单点划虚线表示)，由一实线表示的污染后的检测电平Vd2的特性函数在检测电平减少的方向上移动。

最后，在图13所示的情况下，如果与没有污染情况下的特性函数相比较(由一单点划虚线表示)，污染后的检测电平Vd3的特性函数(由一实线表示)在污染后检测电平减小的方向上移动，并出现平缓地倾斜。结果，如果与初始零浓度检测值VNO相比较，零浓度检测值VN降低。

图2是一示意图，用于表示检测值D的电平(检测电平)Vd对烟雾浓度Ke〔％/m〕的特性函数的变化以及在假定烟雾传感器作为一个整体被白色材料污染时的一种补偿过程(与图11所示的情况相对应)。

参照图2，一单点划虚线YO表示污染之前的一特性函数(即初始特性函数)，而实线Yd表示污染之后的特性函数(即当前的特性函数)。而且，双点划虚线Yc1表示在倾斜补偿运算处理或过程之后得到的特性函数。双点划虚线Yc1表示检测电平Vd以一预定的放大倍数校校正性增加，该放大倍数与零浓度检测值VN的变化的量(变化率)ΔVN相对应。

从图2中可看到，由双点划虚线表示的、经过倾斜补偿运算过程的特性函数Yc1的倾斜情况与初始特性函数YO(由单点划虚线表示)的倾斜情况相一致。

实际上，通过平移或平行移动过程，倾斜补偿运算之后的特性函数的零浓度检测值VNc和初始零浓度检测值CNO之间的差别被抵销了。

图3是一特性图，用于图示特性函数的斜率变化率ΔA和零浓度检测值VN的变化率ΔVN之间的关系，为简化数学运算，零浓度检测值VN的变化率ΔVN定义为VN/VNO，而特性函数的斜率变化率ΔA定义为A/AO(其中AO表示初始特性函数的斜率，而A表示污染后的特性函数的斜率)。

从图3中可看到，零浓度检测值VN的变化率ΔVN与初始值“1.0”(VN=VNO)的偏差增大或减少，污染后特性函数的斜率A的变化率ΔA减小。

图3中，零浓度检测值VN的变化率ΔVN作为横坐标(X-轴)，而斜率A的变化率ΔA作为纵坐标(Y-轴)。而且，在给定范围ΔVN≤1.0内斜率A的变化率ΔA的函数由一实线Y1表示，而在给定范围ΔVN≥1.0内的斜率A的变化率ΔA的函数由一实线Y2表示。在此情况下，函数Y1和Y2可由下述的表达式(1)和(2)分别近似表示：

Y1=0.1X+0.9     ……(1)

Y2=-0.1X+1.1    ……(2)

进一步地，如图3所示，分别把环绕“1.0”的变化率ΔVN延伸的区域定义为一灵敏度补偿区，而离开“1.0”的变化率ΔVN相对较远的区域定义为故障区，其中的故障判定过程与在灵敏度补偿区内实现的灵敏度补偿过程分开执行。

此时，应注意到尽管省略了其详细说明，在故障区内，故障区识别的有效过程中要涉及到时间因素。如果判断或检测出烟雾传感器10有故障，就发出相关的信息，提示调换烟雾传感器10，而不会进行灵敏度补偿过程。

还应进一步补充说明，补偿运算模块28包括一故障区识别装置，用于在变化率ΔVN远离用于灵敏度补偿的预定区时(即陷入故障区时)，判断变化率ΔVN是否处于用于补偿的预定范围内，并产生故障信息，从而不进行灵敏度补偿就发出故障信息。

下一步，参照图4和5以及2、3、7至13所示的流程图，说明根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置的操作过程。

参照图4，首先在步骤S1由控制单元20A根据驱动脉冲P的时钟(参见图8)判断故障判定过程或程序是否有效。

如果在步骤S1中，在用于故障检测的第二脉冲P2的输出时钟上判断出故障判断程序是有效的(即如果判断步骤S1的结果为肯定的“是”)，补偿值判断程序或过程(参见图5)就有效(步骤S2)，图4中所示的程序在此结束。

另一方面，如果在步骤S1判断出故障判断程序是无效的(即如果判断步骤S1结果为否定的“否”)，就意味着要产生用于第一检测的第一脉冲P1(参见图8)。于是，组成控制单元20A主要部分的微机40(参见图7)向光发射电路41输出第一脉冲P1。

通过响应光发射电路41的输出，光发射元件11被电触发，发出光束，同时控制单元20A通过A/D转换器22从光接收元件12的输出端得到检测值D。接下来，控制单元20A判断是否设定了补偿标志FC(步骤S3)。

如果在步骤S3判断出已设定了补偿标志(即如果判断步骤S3的结果为肯定的“是”)，补偿运算模块28就对特性函数Yd进行倾斜补偿运算过程，从而使由图2中的由虚线表示的特性函数Yd向由同一图中的双点划虚线表示的特性函数Yc1倾斜移动(步骤S4)。

接下来，补偿运算模块28用数学方法确定平移(或平行替换)补偿值(步骤S5)，从而进行平移补偿运算过程，使由图2中的双点划虚线表示的特性函数Yc1向由同一图中的单点划虚线表示的特性函数YO平行移动或平移(步骤S6)。

结合处理步骤S4，举例说明，假设光电烟雾检测装置的零浓度检测电平的初始值VNO已设定在某时刻，在该时刻其灵敏度在装运时设定在一制造系数上。于是，根据当前零浓度检测值VN相对于光电烟雾检测装置在安装位置的初始值VNO的变化率ΔVN决定斜率补偿值，随后对当前检测电平Vd进行斜率或灵敏度补偿。

在此方式中，对由于烟雾传感器的污染变得更加平缓的特性函数Yd(由实线表示)的斜率(灵敏度)进行校正，使其就象由双点划虚线Yc1表示的那样与由双点划虚线Yc1表示的初始特性函数YO的斜率至少基本上一致。

在步骤S5中，根据所决定的初始零浓度检测值VNO和斜率补偿值(放大倍数)在用数学方法确定平移补偿值(平行移动)。

接下来，在步骤S6中，利用所确定的平移补偿值，对由斜率补偿(由图2中的双点划虚线Yc1表示)导出的检测电平Vd的特性函数Yc1进行校正。更具体地说，利用平移补偿值使零浓度检测值VNc朝初始值(0)方向移动，使当前零浓度检测值VNc与初始零浓度检测值VNO事实上达到一致。

通过上述步骤，对基于检测值D的数字数据Dd的特性函数进行校正，使之与初始特性函数(线性函数)相一致。这样，借助于烟雾浓度运算模块23A，根据初始特性函数(线性函数)，可以非常精确地进行数字数据Dd到烟雾浓度值VKe的转换。

此时，可假定如图2所示烟雾浓度Ke取横坐标(X-轴)，而检测值Vd取纵坐标(Y-轴)。那么，由图2中的单点划虚线表示初始特性函数YO以及图2由实线表示的污染后的特性函数可由下述表达式(3)和(4)近似表示。

YO=AO×X+VNO    ……(3)

Yd=A×X+VN    ……(4)

其中，AO表示初始特性函数的斜率，

而A表示污染前特性函数的斜率。

另一方面，斜率补偿特性函数Yc1(双点划虚线)可由下列表达式(5)近似表示。

Yc1=AO×X+VNc    ……(5)

而且，平移补偿之后，特性函数Yc2可由上述表达式(3)近似表示。可以看出，在平移或者平行移动补偿之后，特性函数Yc2和初始特性函数YO非常一致。

此时，应注意，初始零浓度检测值VNO(常数)表示无烟雾存在情况下的检测电平(所谓噪声电平)，而斜率AO表示响应烟雾浓度Ke变化的检测电平Vd的灵敏度(变化率)。

在图4中所示的处理程序中，当由于所谓的老化偏差(即作为时间流失函数的偏差)，改变零浓度检测值VN时，就进行补偿处理步骤S4和S6，人们认为老化偏差与其它因素一起都会导致污染。在这种情况下，要有选择地确定补偿值C，使变化率ΔVN降低。

随后，通过从检测值减去零浓度检测值或者把零浓度检测值加到检测值上得出一值，把所决定的补偿值C应用到产品的判定上，进行到烟雾浓度Ke的转换。下面的说明是根据假设作出的，举例来说，从零浓度检测值VN进行减法运算。在此情况下，对从进一步的校正中得出的值进行运算，使初始特性函数(直线)通过初始点。

更具体地说，在烟雾浓度运算模块23A中，紧接着根据补偿值C进行的补偿运算过程，从检测值Vdc减去初始浓度检测值VNO得出的一个值(Vdc-VNO)，通过参照特性函数表23T(步骤S7)，把该值转换成烟雾浓度值VKe。

随后，把该烟雾浓度值VKe提供到传输电路24，转换成模拟数据信号E，再把该模拟信号E传送或传输到接收设备30。这样，响应第一脉冲P1所触发的正常烟雾浓度检测过程就结束了。

如上面所清楚看到的那样，正常烟雾浓度Ke是通过由补偿之后(数字数据电平)的检测值Vdc减去零浓度检测值VNO得出的值除以斜率AO确定的。

下面参照图5，对补偿值检测程序进行说明(图4所示处理过程中的步骤S2)，在驱动脉冲序列P指示故障检测程序(即响应第二脉冲P2执行的程序)时执行该检测程序。

首先在图5所示的步骤S11中，确定目前是否发生了故障情形。如果确定没有故障发生(即如果判定步骤S11结果为否定的“否”)，就作出发生了火情的判断(步骤S12)。

如果在步骤S11或步骤S12判断出发生了故障或火情(即如果步骤S11或步骤S12的判断结果为“是”)，就跳过用于确定补偿值C的运算过程，就把诸如累积的零浓度检测值VNi和补偿计数器的值CNT等用于用数学方法确定补偿值的变量清零(步骤S13)，随后结束图5中所示的处理程序。

另一方面，在判断出步骤S12中没有火情发生的情况下(即如果步骤S12的判断结果为“否”)，就用数学方法确定补偿值C。最后，把累积的零浓度检测值VNi更新为增加了当前所得的检测电平Vd的值(步骤S14)，并增加补偿计数器的值CNT(步骤S15)。

随后，在步骤S16判断补偿计数器的值CNT是否已达到与标准更新时间周期α(如大约12小时)相对应的值。如果CNT＜α(如果步骤S16的判断结果为“否”)，就原封不动地终止图5所示的处理程序。

与此相反，如果在步骤S16中判断出CNT≥α(即如果步骤S16的结果为“是”)，就在步骤S17中，按照下述表达式(6)，根据累积的零浓度检测值VNi和补偿计数器的值CNT确定一平均零浓度检测值VNm。

VNm=VNi/CNT    ……(6)

接下来，变化率运算模块27按照下述表达式(7)，根据平均零浓度检测值VNm和初始零浓度检测值VNO确定变化率ΔVN(步骤S18)。

ΔVN=VNm/VNO    ……(7)

随后，在步骤S19判断相对初始值(=1)的变化率ΔVN的绝对偏差值是不是等于或大于用于进行补偿的参考值β。如果判断步骤的结果为“否”，即|1-ΔVN|＜β，就在步骤S20对补偿标志FC清零或复位，之后重新执行步骤S13。

与此相反，如果判断步骤S19的结果为肯定的“是”(即如果|1-ΔVN|＞β)，就在步骤S21把补偿标志FC设定为“1”，然后通过参照存储在补偿运算模块28内的转换表根据变化率ΔVN在紧接步骤S21之后的步骤S22中确定斜率补偿值C1。

此时，应注意到在运算处理步骤S18中，可根据初始零浓度检测值VNO直接把零浓度检测值的变化率ΔVN确定为变化率的绝对值。在此情况下，变化率ΔVN可直接与参考值β进行比较。

在此情况下，考虑到变化率ΔVN和污染后的斜率变化率ΔA之间的关系(即图3所示的线性比例关系)，可制备使斜率得到直接补偿的对应表，并存储到合并在补偿运算模块28内的ROM中，从而通过简单地参照该表有选择地确定斜率补偿值C1。

此时，应补充说明一下，尽管可任意地设定用于进行补偿的参考值β，优选把参考值β设定为非常接近零的值，从而即便对于少量的变化，补偿也是有效的。

最后，考虑到包含在根据变化率ΔVN确定的斜率补偿值C1中可能存在误差，紧接着步骤S22执行斜率补偿值C1的校正过程(步骤S23)。之后，返回步骤S13。

更具体地说，在步骤S23中，确定用于进一步校正斜率补偿值C1的校正值C2，以便根据初始零浓度检测值VNO和斜率补偿值C1细微地校正斜率补偿值C1，并把生成的经校正的斜率补偿值C1作为最终的灵敏度补偿值。

首先通过借助于诸如键盘之类的外部输入设备进行输入操作，可把用于细微地校正斜率补偿值C1的校正值C2设定为一最佳值，并存储在合并到补偿运算模块28内的EEPROM中。顺便地，应指出校正值C2是一与变化率ΔVN无关的预定值。

如上所述，根据变化率ΔVN确定的灵敏度补偿值存储在合并到补偿运算模块28中的一存储器中。因此，在与随后的第一脉冲P1相对应的随后的检测时刻，根据经补偿的检测电平Vdc，可非常精确可靠地确定烟雾浓度值VKe。

在此情况下，考虑到表达式(4)，由上述表达式(5)给出的特性函数Yc1经过斜率补偿后可近似表示如下：

Yc1=(A×X+VN)×C1×C2    ……(8)

在表达式(8)中，可根据平均零浓度检测值VNm，确定地得知零浓度检测值VN。但是，由于不知污染后的斜率A(即后污染斜率A)，要通过利用斜率补偿值C1和校正值C2补偿特性函数Yc1。

此时，要补充说明的是，根据初始特性，可得知上述表达式(3)中出现的斜率AO和初始零浓度检测值VNO，根据检测电平Vd的平均零浓度检测值VNm，也可得知表达式(4)中出现的零浓度检测值VN。

通过上述的平移过程，补偿由表达式(7)给出的特性函数Yc1，可使条件VN=VNO得到满足。但是，在平移补偿之后的特性函数Yc2中，只要求在表达式(8)中出现的VN×C1×C2的值与初始零浓度检测值VNO一致。因此，表达式(8)可由下面的表达式(9)近似表示如下：

Yc2=Yc1+(VNO-VN×C1×C2)    ……(9)

在上述表达式(9)中，数据项VNO-VN×C1×C2可重写如下：

VNO-VN×C1×C2=VNO×(1-ΔVN×C1×C2)    ……(10)

从上述表达式(10)可明显看出，所有参数都可假定为已知的值。

通过上述补偿运算过程经灵敏度补偿之后的最终直线Yc2可由下面的表达式(11)近似表示。

Yc2=(C1×C2×A)X+VNO    ……(11)

如果表达式(11)中出现斜率(C1×C2×A)满足由下述表达式(12)所给定的关系，就意味着已完成了补偿，从而实现了与初始特性相一致。

也就是说

C1×C2×A=AO    ……(12)

顺便说明，可由存储在EEPROM中的两个参数K1和K2确定用于斜率补偿值C1的更新时间周期α。举例说明，假设K1=100、K2=54，那么更新时间周期α为：12小时=8(秒)×100×54=43200秒。

一般来说，更新时间周期α可在8秒至520200秒或144.5小时(=8秒×255×255)的范围内可变地设定。

类似地，可根据存储在EEPROM中的参数K3，可变地设定用于进行灵敏度补偿的变化率ΔVN的参考值β。举例说明，如果K3=95，可这样选择或设定参考值β，使灵敏度补偿对于大于5％的变化率能够有效，即如果变化率ΔVN等于或小于95％(ΔVN≤95％)。

可在0至100％的范围内可变地设定变化率ΔVN。上述各种参数值可存储在EEPROM中。

更进一步地，从图5所示的步骤S11至S13中可清楚地看到，在破损的故障状态下，不执行更新斜率补偿值C1的过程，而产生与上/下限值间的偏差或出现类似的情况或处于火情状态，同时使报警灯46(参见图7)闪亮。

在此情况下，发生火情或故障情况之前，就立即把斜率补偿值C1保持在有效值。恢复到正常状态时，在恢复之前立即用保持在该时刻的值进行补偿。结果，在正常状态连续更新时间周期α，更新斜率补偿值C1。

在控制单元20A复位时，斜率补偿值C1消失，因此，直到更新时间周期α结束，都不进行补偿(不把斜率补偿值写入EEPROM)。

现在可以理解，如果烟雾传感器10的光发射元件11和光接收元件12的污染程度，使零浓度检测值VN与初始零浓度检测值VNO产生变化，补偿运算模块28就设定斜率补偿值C1和细微校正值C2，以便校正地增加检测电平Vd。

烟雾浓度运算模块23A把通过从经补偿的检测电平Vdc减去初始零浓度检测值VNO得到的值转换成烟雾浓度值VKe，然后作为模拟数据信号E通过传输电路24传送到中心站的接收设备。

因此，利用安装在中心站的接收设备30，根据表示烟雾浓度值VKe的模拟数据这E，可非常可靠地、可识别地不断检测烟雾浓度，即便在烟雾传感器10被污染的情况下也可提高准确性。

实施例2

在根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置的情况下，这样设计或编程补偿运算模块28，可根据零浓度检测值VN的变化率ΔVN用数学方法确定补偿值，以增加检测电平Vd的值，从而使污染后的特性函数Yd与初始特性函数YO相一致。但是，另一方面，也可这样设计或编程补偿运算模块28，可用数学方法确定一补偿值，以增加特性函数的斜率，从而把检测值转换成烟雾浓度值Vke。

在此情况下，这样设计或编程补偿运算模块28，可用数学方法确定补偿值C，以便补偿性地校正特性函数的斜率，该特性函数用于根据变化率ΔVN的增加，把检测电平Vd转换成小于初始斜率AO的烟雾浓度值VKe。

进一步说，除根据变化率ΔVN校正特性函数的斜率外，补偿运算模块28还可通过平移零浓度检测值VN的变化量进行加法或减法运算，使补偿后的特性函数与污染后的检测值Vd相一致。

更进一步地，结合根据本发明的第一实施例所述的光电烟雾检测装置，已作了示范性说明，即假设用白色材料污染烟雾传感器之后，对检测电平Vd变化的进行补偿(参见图2)。但是，这种补偿过程同样地应用到用黑色材料污染烟雾传感器之后，对检测电平Vd变化的进行补偿(参见图13)。在此情况下，烟雾和火情检测的可靠性同样地得到大幅度提高。

通过详细说明，本发明的许多特征和优点都很清楚了，因此，试图由附属权利要求书覆盖处于本发明的真正精神实质和保护范围内的装置的所有这些特征和优点。进一步说，由于对本领域的技术人员来说，可很容易地得出多方面的改进和组合，因此，并不试图把本发明限定为图示和说明的准确结构和工作过程。

举例来说，本发明所示实施例的上述说明是针对所谓的模拟式烟雾/火情检测装置或系统作出的，其中所产生的模拟数据信号E通过传输电路24的接口被传送到中心站。但是，同样地可采用这种结构，其中可直接利用烟雾浓度值VKe，以便可识别地确定有火情发生，并把判断结果通过传输电路24传送到中心站或监视站。

因此，根据上述说明，可能对本发明作许多改进、变化和等同替换。因此可以理解在附属权利要求书的保护范围内，可以与具体说明不同而实现本发明。

Claims (13)

1、一种光电烟雾检测装置，包括：

烟雾传感器装置，包括设置在由迷宫式内壁封闭的腔室内的光发射元件和光接收元件，用于从所述光接收元件输出一表示为检测值的检测信号，该检测值与流动在由所述迷宫式内壁封闭的所述腔室内的烟雾浓度相对应；以及

根据所述检测值输出与所述烟雾浓度相对应的模拟数据的控制装置，

其中所述控制装置包括：

一具有把所述检测值转换成烟雾浓度值的特性函数的烟雾浓度运算模块；

一用于把所述烟雾浓度为零时刻的检测值存储为零浓度检测值的零浓度检测值存储单元；

一设计为用于用数学方法确定所述零浓度检测值的变化率的变化率运算模块；

以及一设计为用于补偿转换特性、以便根据变化率把所述检测值转换成所述烟雾浓度值的补偿运算模块，

其中所述补偿运算模块是这样设计的，可使所述烟雾浓度运算模块以下述方式产生一烟雾浓度值，即能够抵销所述烟雾浓度的所述检测值输出特性的变化，这种变化是根据所述变化率而产生的。

2、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述变化率运算模块是这样设计的，可用数学方法把所述变化率确定为由所述零浓度检测值除以所述零浓度检测值的初始值得到的一个值，

以及所述补偿运算模块是这样设计的，可在所述零浓度检测值的所述变化率从数值“1”增加或者减少时，校正性地增加所述检测值。

3、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述变化率运算模块是这样设计的，可根据所述零浓度检测值对所述初始零浓度检测值的变化量除以所述初始值得到的绝对值，用数学方法确定所述变化率，

以及所述补偿运算模块是这样设计的，可根据所述零浓度检测值的所述变化率的增加，校正性地增加所述检测值。

4、如权利要求2所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述补偿运算模块是这样设计的，可根据所述变化率校正所述检测值，并可通过加上或者减去所述零浓度检测值的变化量在补偿之后产生一检测值。

5、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述变化率运算模块是这样设计的，可用数学方法把所述变化率确定为由所述零浓度检测值除以所述零浓度检测值的初始值得到的一个值，

以及所述补偿运算模块是这样设计的，可在所述变化率从数值“1”增加或者减少时，校正性地产生一小于其初始斜率的当前有效特性函数的斜率。

6、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述变化率运算模块是这样设计的，可根据所述零浓度检测值对所述初始零浓度检测值的变化量除以所述初始值得到的绝对值，用数学方法确定所述变化率，

以及所述补偿运算模块是这样设计的，根据所述变化率的增加校正性地产生一小于其初始斜率的当前有效特性函数的斜率。

7、如权利要求5所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述补偿运算模块是这样设计的，可根据所述变化率校正所述特性函数的斜率，并可通过把所述零浓度检测值加上所述零浓度检测值的变化量、或者从所述零浓度检测值减去所述零浓度检测值的变化量、在补偿之后建立一特性函数。

8、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述控制装置包括一用于把所述检测值转换成数字数据的模拟-数字转换器，

并且所设计的所述烟雾浓度运算模块可把所述数字数据转换成所述烟雾浓度值。

9、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述补偿运算模块包括补偿范围识别装置，用于判断所述变化率是否处于用于补偿的预定范围内、并在所述变化率超出用于补偿的预定范围时产生故障信息。

10、如权利要求9所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述补偿运算模块是这样设计的，可在所述变化率处于用于补偿的所述预定范围内的状态持续一预定时间期间时，把通过在所述预定时间期间上求所述零浓度检测值处理数据的平均值得出的一个值作为最终的变化率。

11、如权利要求1所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述补偿运算模块包括一用于在其内永久地设定一与所述变化率相对应的补偿值的补偿值设定模块。

12、如权利要求11所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述补偿运算模块包括一校正值设定装置，用于根据所述零浓度检测值产生一用于校正所述补偿值的校正值。

13、如权利要求12所述的光电烟雾检测装置，其特征在于所述校正值设定装置包括用于存储所述校正值的校正值存储装置，

并且所述校正值可通过所进行的外部输入操作而更改。

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