CN202887375U - 一种三波段红外火焰探测器 - Google Patents
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Abstract
一种三波段红外火焰探测器，包括电源模块、多级RC滤波电路、第一红外探测通道、第二红外探测通道、第三红外探测通道、处理器及电流环电路以及报警继电器两路输出电路；其中第一红外探测通道、第二红外探测通道、第三红外探测通道均包括红外传感器模块、第一级改良型的串叠FET放大电路、第二级改良型的串叠FET放大电路、FET跟随电路以及多级反馈两阶巴普洛夫低通滤波器，其顺次信号连接；第一红外探测通道的红外传感器模块用于检测5.0uM的红外信号；第二红外探测通道的红外传感器模块用于检测4.3uM的红外信号；第三红外探测通道的红外传感器模块用于检测3.8uM的红外信号。本实用新型可降低误报率、产品性能可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，特别是指一种三波段红外火焰探测器。
背景技术
常规三波段红外火焰探测器一般使用一个3.8um红外传感器和一个可见光传感器作为参考波长，虽然可以排除部分高温物体的干扰，但可见光传感器却无法排除低温物体带来的红外辐射干扰，容易引起误报。
发明内容
本实用新型提出一种可降低误报率、产品性能可靠的三波段红外火焰探测器。
本实用新型的技术方案是：一种三波段红外火焰探测器，包括电源模块、多级RC滤波电路、第一红外探测通道、第二红外探测通道、第三红外探测通道、处理器及电流环电路以及报警继电器两路输出电路；
其中第一红外探测通道、第二红外探测通道、第三红外探测通道均包括红外传感器模块、第一级改良型的串叠FET放大电路、第二级改良型的串叠FET放大电路、FET跟随电路以及多级反馈两阶巴普洛夫低通滤波器，其顺次信号连接；第一红外探测通道的红外传感器模块用于检测5.0uM的红外信号；第二红外探测通道的红外传感器模块用于检测4.3uM的红外信号；第三红外探测通道的红外传感器模块用于检测3.8uM的红外信号；
电源模块经过多级RC滤波电路分别向第一红外探测通道、第二红外探测通道及第三红外探测通道供电；第一红外探测通道、第二红外探测通道及第三红外探测通道供电分别将检测的检测信号传送至处理器；处理器则向电流环电路以及报警继电器两路输出电路输出信号。
开关电源供电电压范围18～30Vdc。
电流环电路为4～20mA电流环接口输出。
本实用新型的技术方案是这样实现的：使用三波段红外火焰探测器。其中，使用4.3uM的红外传感器作为主探测单元，主要探测含碳物质燃烧过程中，二氧化碳激发出来的红外辐射信号大小；参考用红外传感器中心波长为3.8uM和5.0uM，3.8uM红外传感器主要用来排除高温物体对火焰探测器的红外辐射干扰，如锅炉外表面等；5.0uM红外传感器主要用来排除低温物体对红外火焰探测器的红外辐射干扰，如人体红外辐射、汽车灯光等，引入两路红外参考波长，可以让探测器的报警准确率有很大的提高，同时降低了误报率。同时红外传感器供电电路使用多级RC滤波电路，使传感器的供电干扰降到最低；把红外传感器的供电进行浮地处理，达到降低传感器的供电电压，降低输出噪声。常规的红外火焰探测器的传感器供电电路一般采用电源降压后直接供电，电源中的纹波比较高，容易对高阻输入的红外传感器带来致命的干扰；采用浮地供电的方式，可以让传感器有单独的电压参考端，不受其它电路的干扰，提高了产品的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型一种三波段红外火焰探测器的电子线路框图；
图2为本实用新型第一红外探测通道的电路原理图；
图3为本实用新型第二红外探测通道的电路原理图；
图4为本实用新型第三红外探测通道的电路原理图；
图5为本实用新型多级RC滤波电路的电路原理图；
图6为本实用新型多级反馈两阶巴普洛夫低通滤波器的电路原理图；
图7为本实用新型处理器的电路原理图；
图8为本实用新型电流环电路的电路原理图；
图9为本实用新型报警继电器两路输出电路的电路原理图；
图10为本实用新型开关电源模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图10所示，本实用新型公开一种三波段红外火焰探测器，包括开关电源模块1、多级RC滤波电路2、第一红外探测通道3、第二红外探测通道4、第三红外探测通道5、处理器6及电流环电路7以及报警继电器两路输出电路8。
其中第一红外探测通道3、第二红外探测通道4、第三红外探测通道5均包括红外传感器模块、第一级改良型的串叠FET放大电路、第二级改良型的串叠FET放大电路、FET跟随电路以及多级反馈两阶巴普洛夫低通滤波器，其顺次信号连接；第一红外探测通道3的红外传感器模块用于检测5.0uM的红外信号；第二红外探测通道4的红外传感器模块用于检测4.3uM的红外信号；第三红外探测通道5的红外传感器模块用于检测3.8uM的红外信号。
优选的，由于红外传感器模块输出阻抗非常高，而且输出信号小，所采用的阻抗匹配和信号放大电路，因此使用改良型的串叠（Cascode）FET放大电路，由于改良型的串叠（Cascode）FET放大电路的输出阻抗也很高，为了配合下一级电路的输入阻抗，因此在两级串叠（Cascode）FET电路后面，增加一级放大倍数为1倍的FET跟随电路，降低输出阻抗。
改良型的串叠（Cascode）FET放大电路的特点是输入阻抗高、功耗低、频率响应宽、放大倍数大、成本低廉、性能可靠稳定等优点，非常适合对红外传感器的信号进行阻抗匹配和放大；由于传感器的输出信号不到1mV，所以采用两级串叠FET放大电路，以保证放大足够的放大倍数，两级放大器的总增益约为300倍，为保证两级放大器的可靠稳定工作，两级放大器之间加入负反馈，增加放大器的频率响应和降低失真。而常规红外火焰探测器一般使用集成运算放大器对传感器信号进行放大，由于常规的集成运算放大器的输入阻抗都无法满足红外传感器的输出阻抗要求，会导致传感器的输出信号衰减，同时常规集成运算放大器对微信号的响应也达不到要求，所以必须用高端集成运算放大器才可以满足设计要求，但高端集成运算放大器的成本高昂，因此不适合产品的大规模生产。
由于红外传感器为高阻输入的器件，外界非火焰的干扰信号很容易被传感器接收到，因火焰燃烧过程中特有的闪烁频率为5～15Hz，在单片机的模数转换器读取传感器的放大信号前，增加多级反馈两阶巴普洛夫低通滤波器，滤波器的F0＝15Hz，可以有效滤除如工频50Hz干扰、电磁辐射干扰、静电干扰等信号，增强探测器的抗干扰能力。常规红外火焰探测器一般只有简单的一阶低通滤波，滤波效果不明显，容易受外界干扰，增大了误报的可能性。
由于火焰探测器要求对采样的数据进行小波分析、数学建模、数字滤波、傅立叶变换、频率提取等算法才可以准确判断是否有火灾的发生，使用一般的8位单片机无法胜任这个工作，因此处理器6采用专业的32位数字处理芯片对红外火焰探测器的放大信号进行采样和处理。常规红外火焰探测器使用8位普通单片机对红外信号放大信号进行采样和处理，由于单片机的先天性缺陷，无法满足实现复杂算法的要求，所以常规红外火焰探测器的误报率和漏报率都很高。
开关电源模块1经过多级RC滤波电路2分别向第一红外探测通道3、第二红外探测通道4及第三红外探测通道5供电；第一红外探测通道3、第二红外探测通道4及第三红外探测通道5供电分别将检测的检测信号传送至处理器6；处理器6则向电流环电路7以及报警继电器两路输出电路8输出信号。优选的，红外传感器供电电路使用多级RC滤波电路2，使传感器的供电干扰降到最低；同时把红外传感器的供电进行浮地处理，达到降低传感器的供电电压，降低输出噪声。常规的红外火焰探测器的传感器供电电路一般采用电源降压后直接供电，电源中的纹波比较高，容易对高阻输入的红外传感器带来致命的干扰；采用浮地供电的方式，可以让传感器有单独的电压参考端，不受其它电路的干扰，提高了产品的可靠性。DC－DC开关电源模块1为DC－DC供电电源，输入电压范围可以为18～30Vdc。常规火焰探测器使用线性稳压电源电路，功耗大，效率低下，当连接的探测器数量过大时，通电的瞬间，容易导致供电承受不了过大的电流冲击而保护，整个系统无法正常工作。使用DC－DC开关电源，效率高，输入电压范围宽，适合多种场合使用。
优选的，本实用新型输出电路一为工业标准的4～20mA电流环接口输出、一为报警继电器两路输出电路8；一路工业标准的Modbus协议接口。常规红外火焰探测器一般只有两路报警继电器输出，由于没用4～20mA电流环接口输出，无法连接到工业二次仪表中，使用范围受到了局限。本实用新型使用三波段红外火焰探测器，降低了误报率。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (4)
1.一种三波段红外火焰探测器，其特征在于：包括开关电源模块、多级RC滤波电路、第一红外探测通道、第二红外探测通道、第三红外探测通道、处理器及电流环电路以及报警继电器两路输出电路；
其中第一红外探测通道、第二红外探测通道、第三红外探测通道均包括红外传感器模块、第一级改良型的串叠FET放大电路、第二级改良型的串叠FET放大电路、FET跟随电路以及多级反馈两阶巴普洛夫低通滤波器，其顺次信号连接；第一红外探测通道的红外传感器模块用于检测5.0uM的红外信号；第二红外探测通道的红外传感器模块用于检测4.3uM的红外信号；第三红外探测通道的红外传感器模块用于检测3.8uM的红外信号；
开关电源模块经过多级RC滤波电路分别向第一红外探测通道、第二红外探测通道及第三红外探测通道供电；第一红外探测通道、第二红外探测通道及第三红外探测通道分别将检测的检测信号传送至处理器；处理器则向电流环电路以及报警继电器两路输出电路输出信号。
2.如权利要求1所述的一种三波段红外火焰探测器，其特征在于：开关电源模块为DC-DC电源，供电电压范围18～30Vdc。
3.如权利要求1所述的一种三波段红外火焰探测器，其特征在于：电流环电路为4～20mA电流环接口输出。
4.如权利要求1所述的一种三波段红外火焰探测器，其特征在于：处理器为32位数字处理芯片。
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| CN105354974A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-02-24 | 无锡拓能自动化科技有限公司 | 基于三波长红外火焰探测器的火焰探测方法 |
| CN105513261A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-04-20 | 无锡拓能自动化科技有限公司 | 一种三波长红外火焰探测器 |
| JP2017162445A (ja) * | 2016-12-13 | 2017-09-14 | 深田工業株式会社 | 炎検知器 |
| CN108010254A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-05-08 | 无锡职业技术学院 | 一种基于四波段红外火焰探测器及其火焰识别算法 |
| CN109060148A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-21 | 重庆英卡电子有限公司 | 火焰探测器及其控制方法 |
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