CN1776404A - 火灾探测装置及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火灾探测装置及其探测方法。装置包括电路板(3)上的处理电路(16)、支架(13)、迷宫(7)、上盖(1)和光发射、接收器(4，8)，处理电路(16)中的单片机内置有火灾试验模型数据和动态模糊算法、信号发送部件的输出端与二总线电连接，其上设有导流通槽(15)和内嵌套有感烟暗室(6)的迷宫(7)罩住支架(13)上的光通道(14)的顶端，格栅状的烟雾入口(5)置于上盖(1)的侧壁和顶部，光发射、接收器(4，8)间的光路夹角为100～120度；方法为先设定采集时间基准后采集光接收器的信号，再对转换成数字量的数据进行动态模糊处理，得到作为判断火警依据的结果以送往信号发送部件。它可用于各种需要火灾报警的场所。

Description

火灾探测装置及其探测方法

技术领域  本发明涉及一种探测装置及探测方法，尤其是火灾探测装置及其探测方法。

背景技术  随着社会经济的飞速发展和人们生活水平的日益提高，高层建筑也不断地涌现，使其成为了人员密集的场所，同时也成为了火灾的高危区域。目前，人们为了防止火灾的发生，常在这些场所安装各种火灾自动探测器。火灾烟雾探测器也是其中之一，如在1999年5月19日公开的中国实用新型专利说明书CN 2319868Y中披露的一种“智能点型光电感烟感温复合火灾探测器”。它意欲提供一种智能化程度高的智能点型光电感烟感温复合火灾探测器。它由电路板上方设有感烟暗室，在感烟暗室底面设有红外光发射管和红外光接收管，在电路板上的屏蔽罩和盖板之间的感温区内设有作为感温元件的稳压二极管，复合探测器电路由温度传感电路、温度放大电路、红外光发射电路、红外光接收电路、烟雾放大电路、恒流源、带有模数转换的微处理器及其储存器、通讯接口电路和电源管理电路组成。但是，这种火灾探测器存在着不足之处，首先，感温区和作为感温元件的稳压二极管的设置，使其结构复杂、体积大；其次，使用红外光发射管和红外光接收管来探测烟雾，没有必要再使用感烟暗室，而仅有感烟室即可；再次，复合探测器电路较复杂，既加大了生产的成本，又易使故障率增加；最后，运行于微处理器中的对烟雾信号和温度信号进行处理的软件的算法欠佳，不能仅由获得的烟雾信号直接判断得出火灾的存在与否。

发明内容本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、合理、实用，使用更方便的火灾探测装置及其探测方法。

火灾探测装置包括电路板上的处理电路、支架、迷宫和上盖，所说处理电路包含电连接的发射接收部件、带有A/D转换器的单片机和信号发送部件，所说支架中置有密闭的、于其弯曲的顶端处呈开口状的光通道，所说光通道两端的入口处置有光发射、接收器，所说光发射、接收器与所说发射接收部件电连接，特别是(1)、所说处理电路中的单片机内置有火灾试验模型数据和动态模糊算法，所说信号发送部件的输出端与二总线电连接；(2)、所说迷宫罩住光通道的顶端，迷宫的上部侧壁由间隔设置的导流通槽构成，迷宫内嵌套有感烟暗室，所说感烟暗室的内壁为漫反射面，其底部与光通道顶端两侧的通道间置有空隙；(3)、所说上盖罩于迷宫外，其上的烟雾入口为格栅状，所说格栅状的烟雾入口置于上盖的侧壁和顶部；(4)、所说光发射器和光接收器间的光路夹角为100～120度。

作为火灾探测装置的进一步改进，所述的光发射器为发光二极管或半导体激光器或氖灯泡；所述的光接收器为光敏二极管或光电倍增管或光电耦合器件；所述的光发射器和光接收器间的光路夹角为105度。

火灾探测装置的探测方法包括接收光接收器的模拟量信号和输出火灾的数字量信号，特别是它是按以下步骤完成的：(1)、设定采集光接收器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；(2)、根据采集场合的不同，确定采集的次数，对于禁烟场所，采集8次，对于办公场所，采集12次，对于公众场所，则采集16次；(3)、对转换成数字量的数据进行动态模糊处理，即先将其按大小排序，在舍去头尾各一次的数据后，求其均值，再将均值作为x(t)代入Dy(t)/dt＝x(t)式中，得到采集信号的变化率y(t)，将变化率数值经由火灾试验模型公式If(y(t+1)＝z)，then f(t)＝M(z)得到作为判断火警依据的结果，同时再用公式M(z)＝M(z)+nf(t)对火灾试验模型数据进行更新；(4)、将判断火警依据的结果送往信号发送部件。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，位于迷宫上部侧壁的导流通槽和感烟暗室底部与光通道顶端两侧的通道间的空隙，既能使烟雾顺畅地经其流入感烟暗室内，又可防止较强的背景光进入感烟暗室而造成光接收器误动作，还可因感烟暗室内较黑暗而将光接收器的工作电流调得较小，从而不仅使光接收器的功耗降低，相对灵敏度得以提高，也使其工作得更加稳定，输出更准确。感烟暗室罩住光通道顶端的开口处，除已将背景光割断于光通道顶端的开口处之外，且同时还可使光通道顶端的开口处完全处于感烟暗室中，进而使光发射器和光接收器的光轴交点位于感烟暗室的中央部位，使烟雾探测的结果更加精确；

其二，内壁为漫反射面的感烟暗室，既可防止当感烟暗室内无烟雾时，因其内壁对光发射器发射的光产生较强的反射而使光接收器的灵敏度受到较大的影响，又可消除感烟暗室中有烟雾时较强的反射光干扰并降低探测的精度；

其三，上盖的侧壁和顶部均置有的格栅状烟雾入口，可使外部气流能流畅地进入感烟暗室，当有烟雾时，可于最短的时间内使光接收器感知到其存在，并由其它功能部件发出火灾警报；

其四，光发射器和光接收器间的光路夹角的设定，使得光发射器发出的光照射在感烟暗室内的烟雾上并经其漫反射后，极易被光接收器接收到，从而大大地提升了整机的探测精度；

其五，省却了感温元件和感温区，简化了结构，缩小了体积，降低了故障产生的几率；

其六，置于单片机内的火灾试验模型数据和动态模糊算法，使其仅在本发明硬件的构成基础上，经大量的试验，就实时地、准确地由探测到的烟雾预报了各种类型火灾的发生，其准确率达99.999％；

其七，在本发明火灾探测装置与其上位微型计算机之间采用二总线结构的传输方式，使相互间的连线缩减到了最少，便于实际工程中的安装、调试和日后的维护。

附图说明  下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

图1是本发明的一种基本结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中的电路板、支架和迷宫的局部放大图；

图4是图3中的A-A向的剖面示意图；

图5是电路板上的处理电路的一种实施例电路原理图；

图6是本发明探测方法的流程图。

具体实施方式  参见图1、图2、图3、图4和图5，其中：

1、上盖，2、螺钉，3、电路板，4、光发射器，5、烟雾入口，6、感烟暗室，7、迷宫，8、光接收器，9、防虫网罩，10、金属屏蔽罩，11、指示灯12、底座，13、支架，14、光通道，15、导流通槽，16、处理电路。

底座12上固定着电路板3，该电路板3上置有由电连接的发射接收部件、带有A/D转换器的单片机和信号发送部件组成的处理电路16，其中，发射接收部件的相应端分别与光发射、接收器(4，8)电连接，信号发送部件的输出端与二总线电连接，单片机的型号为PIC16F676，其内置有火灾试验模型数据和动态模糊算法。

前述的处理电路16外罩有金属屏蔽罩10。电路板3上还固定有支架13，此支架13中置有密闭的、于其弯曲的顶端处呈开口状的光通道14，光通道14的两端入口处分别置有光发射器4和光接收器8；其中，光发射器4为发光二极管、光接收器8为光敏二极管，发光二极管的发射光路与光敏二极管的接收光路间的夹角为105度。

支架13上置有圆柱状的罩住光通道14顶端的迷宫7，迷宫7的上部侧壁由间隔设置的导流通槽15构成，迷宫7内嵌套有感烟暗室6，该感烟暗室6的内壁为漫反射面，其底部与光通道14顶端两侧的通道间置有空隙，此感烟暗室6的内腔中部位于发光二极管和光敏二极管的发射、接收光路的交点上。

迷宫7外罩有防虫网罩9。上盖1罩于迷宫7外，并经螺钉2与底座1相固定连接，上盖1的侧壁和顶部均匀地分置着格栅状的烟雾入口5。与处理电路16电连接的指示灯11装于上盖1上。

参见图6，火灾探测装置的探测方法和装置的工作流程如下：对火灾探测装置通电后，单片机PIC16F676给其自有的功能部件和内存中驻有的各个子程序，以及发射接收部件和信号发送部件预置初始值，既设定其初始工作状态，如对火灾试验模型数据进行设定、给16位记时器/计数器设定10ms的定时中断值，以作为分时采集数据的时间片，再给计数器置零等(步骤110)。

接着，在步骤120中，单片机PIC16F676在等待定时中断信号的到来前处理其它事务。一旦定时中断信号来到，单片机就采集光敏二极管的数据(步骤130)。之后，单片机PIC16F676检查光接收计数器n的值是否等于8～16(步骤140)？即对于光接收器来说，是否已采集了8～16次(此处将根据火灾探测装置所处的位置确定应采集的次数)。

若为非，则转回步骤120，以备继续采集光敏二极管的数据。若光接收计数器n的值已等于8～16中的某一事先确定的值，则在步骤150中，将采集到的光敏二极管的数据按其大小进行排序，在舍去头尾各一次的数据后，求其均值。

接着，在步骤160中，将均值作为x(t)代入Dy(t)/dt＝x(t)式中，得到采集信号的变化率y(t)。之后，在步骤170中，再将变化率数值经由火灾试验模型公式If(y(t+1)＝z)，then f(t)＝M(z)得到作为判断火警的依据。然后，于步骤180中，再用公式M(z)＝M(z)+nf(t)对火灾试验模型数据进行更新。最后，在步骤190中，根据已有的判断火警的依据决定是否发出火灾警报信号，若为非，则转回步骤120，继续采集光敏二极管的数据。若发火警信号，则转步骤200，将判断火警的结果送信号发送部件，以由其将结果经二总线送至上位微型计算机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的火灾探测装置及其探测方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1、一种火灾探测装置，包括电路板(3)上的处理电路(16)、支架(13)、迷宫(7)和上盖(1)，所说处理电路(16)包含电连接的发射接收部件、带有A/D转换器的单片机和信号发送部件，所说支架(13)中置有密闭的、于其弯曲的顶端处呈开口状的光通道(14)，所说光通道(14)两端的入口处置有光发射、接收器(4，8)，所说光发射、接收器(4，8)与所说发射接收部件电连接，其特征在于：

1.1、所说处理电路(16)中的单片机内置有火灾试验模型数据和动态模糊算法，所说信号发送部件的输出端与二总线电连接；

1.2、所说迷宫(7)罩住光通道(14)的顶端，迷宫(7)的上部侧壁由间隔设置的导流通槽(15)构成，迷宫(7)内嵌套有感烟暗室(6)，所说感烟暗室(6)的内壁为漫反射面，其底部与光通道(14)顶端两侧的通道间置有空隙；

1.3、所说上盖(1)罩于迷宫(7)外，其上的烟雾入口(5)为格栅状，所说格栅状的烟雾入口(5)置于上盖(1)的侧壁和顶部；

1.4、所说光发射器(4)和光接收器(8)间的光路夹角为100～120度。

2、根据权利要求1所述的火灾探测装置，其特征是光发射器(4)为发光二极管或半导体激光器或氖灯泡。

3、根据权利要求1所述的火灾探测装置，其特征是光接收器(8)为光敏二极管或光电倍增管或光电耦合器件。

4、根据权利要求1所述的火灾探测装置，其特征是光发射器(4)和光接收器(8)间的光路夹角为105度。

5、根据权利要求1所述的火灾探测装置的探测方法，包括接收光接收器的模拟量信号和输出火灾的数字量信号，其特征在于：

设定采集光接收器输出的时间片，产生一个分时采集的时间基准；

根据采集场合的不同，确定采集的次数，对于禁烟场所，采集8次，对于办公场所，采集12次，对于公众场所，则采集16次；

对转换成数字量的数据进行动态模糊处理，即先将其按大小排序，在舍去头尾各一次的数据后，求其均值，再将均值作为x(t)代入Dy(t)/dt＝x(t)式中，得到采集信号的变化率y(t)，将变化率数值经由火灾试验模型公式If(y(t+1)＝z)，then  f(t)＝M(z)得到作为判断火警依据的结果，同时再用公式M(z)＝M(z)+nf(t)对火灾试验模型数据进行更新；

将判断火警依据的结果送往信号发送部件。

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