CN206610403U - 一种极早期吸气式气体火灾探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种极早期吸气式气体火灾探测器，包括装置本体，以及设在装置本体上的气体浓度测量光学系统、风速流量测量系统和火灾分析控制电路系统；所述气体浓度测量光学系统包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；所述多循环吸气室包括进气孔、吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，出气孔和过滤装置；所述红外多光路光学系统包括循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构。经红外多光路气体测量机构中由两个交替的以脉冲方式发光的红外发光管，和四个红外光探测器各自交替产生共八个信号传输至火灾分析控制电路系统，该火灾探测值如果超出系统警戒值，则系统发出报警。本实用新型具有更高灵敏度和可靠性的火灾早期报警功能。

Description

一种极早期吸气式气体火灾探测器

技术领域

本实用新型涉及火灾探测、报警技术领域，具体涉及一种用于火灾探测、报警的、一种极早期吸气式气体火灾探测器。

背景技术

火灾是火在时间和空间上失去控制的一种灾害性燃烧现象。它是当今世界上严重威胁人类生存和发展的灾害之一，是发生最频繁且极具毁灭性的一种灾害，其直接财产损失约为地震的五倍，仅次于洪涝和干旱，但是其发生的频度处于各种灾害的首位。火灾遍及城市乡村，造成大量的人员伤亡和财产损失、导致环境污染甚至生态失衡。仅在我国，2003年就发生火灾253,932起，死亡2,485人，受伤3,087人，造成的直接财产损失高达15.9亿元；2004年共发生火灾252,704起，死亡2,558人，受伤2,969人，造成的直接财产损失则高达16.7亿元。此外火灾产生的大量烟雾和CO、CO₂、碳氢化合物、氮氧化合物等有害气体，对环境和生态系统造成的破坏更是不可估量。

正是因为火灾具有很严重的危害，所以必须尽早有效地探测到火灾的发生，快速发出准确的报警信号，从而能够实现早期灭火，并为人员安全疏散争取宝贵的时间，尽量保护人民生命和财产的安全。当前随着经济建设的快速发展、城市规模的不断扩大，财产和人口越来越相对集中，而且新能源、新材料、新设备更加广泛地开发利用，因此火灾的发生也随之不断增加。为了在更早期探测到火灾的发生，我们必须在充分掌握火灾早期特性和火灾初期发展规律的基础上，研究更合理、有效的火灾探测技术。

1、火灾探测技术的历史

1847年美国牙科医生Channing和缅因大学教授Farmer研究出了世界上第一台用于城镇火灾报警的发送装置，直到1890年英国成功研制了第一个感温式火灾探测器，从此，人类开创了火灾自动探测报警技术的新纪元。一百六十多年来，在世界科学技术迅猛发展的浪潮中，火灾探测技术也得到快速的发展，基于各种火灾识别模式的火灾探测器相继问世，并日臻完善。

从19世纪40年代至20世纪40年代，漫长的一百年中，感温探测器一直处于主导地位，其灵敏度比较低，探测火灾的速度比较慢。最初，这样的感温火灾探测系统主要应用于军事用途，受当时国际环境的影响，军事上的应用是刺激火灾探测技术发展的一个很自然的原因。

到了20世纪50年代，瑞士物理学家Emst Meili制造出现代离子感烟探测器的雏形，感烟探测技术使人类早期火灾探测技术向前迈进了一大步。离子感烟探测器出现之后，感温探测器地位下降。截至1970年，离子感烟探测器己经在欧洲安装了近百万只，迄今仍然占已经安装火灾探测器的90％。离子感烟探测器以绝对的优势统治了30年之久，在此期闻人们也在研究光电感烟技术，只是受限于种种技术原因不能得到实际应用。20世纪70年代木，高寿命的光电元件技术取得突破，光电感烟探测器应运而生。离子感烟和光电感烟各有千秋，且有一定的互补性，如离子感烟对阴燃(没有火焰的嫩烧)的响应较慢，而光电感烟却对粒径小于0.4um的不可见烟不响应。国外一直致力于研究发展光电感烟探测器，并取得长足进步。在日本，光电感烟探测器的销售量己经占到90％，欧洲也在大幅度减少离子感烟探测器，在我国也是呈现这种趋势。

2、火灾探测技术的现状

现在，火灾探测技术得到了空前广泛的应用，尤其在欧美各国，火灾探测器几乎应用于各个领域，家庭住宅、写字楼、工厂、政府机构和军事设施到处都有火灾探测技术的应用。现有的火灾探测技术可以分为下面几种主要类型

1)感温火灾探测器是用来探测由于火灾而产生的温度变化来发出报警信号。感温火灾探测器种类繁多，根据其感温方式可分为定温式、差温式及差定温式三类。场地空间太高或空气的气流速度大于5m/s，都会影响感温探测器的感应。

2)感烟型火灾探测器是用来探测火灾产生的烟气并发出报警信号。感烟火灾探测器又可分为离子型、光电型、激光型、红外光束型、图像型和吸气型感烟探测器等。

火灾发生后，温度较高的火灾烟气向上运动，安装于顶棚上的感烟探测器探测到烟气的浓度大于某一极限浓度，就会发出报警信号。但如果火灾烟气上升到十几米或几十米高处时，受到空气的稀释，其温度和浓度都大大降低，到达顶棚的烟气浓度达不到报警极限，感烟探头就不会产生报警信号。另外，环境中的粉尘浓度过大也会引起感烟火灾探测器误报警，并且长期的粉尘环境和过大的湿度也会使感烟型探测器失效，产生误报或不报。

3)感光火灾探测技术是响应火焰辐射的红外光、紫外光或者可见光的火灾探测技术，主要是火焰探测技术。目前主要有红外火焰探测器、紫外火焰探测器、红外紫外感光融合后的双波段或三波段火焰探测器，以及采用CCD成像器件的双波段火焰探测器。这种探测器由于判据单一，容易对高功率热源或强光产生误报警。

4)复合型的火灾探测器并没有完全消除以上的缺点，只是增加判据的数目，使探头的整体性能有改善。

3、火灾探测技术的发展趋势和火灾气体探测

尽管经过半个世纪的发展，火灾探测技术仍需要大力发展，早期报警、减少误报和漏报始终是困扰各国火灾科技工作者的重要问题。由前面的分析可知各种火灾探测技术都有其适用范围，且存在一些固有的问题。现今火灾探测研究的重点是如何量化探测器所处的火灾和非火灾环境，更早更可靠地发出火灾危险信号，其发展趋势主要有两个方向：

1.发展新的传感技术以及基于此的火灾探测技术。

2.基于现有的探测原理方法，与其它技术交叉，改进信号采集、处理电路和方法，发展新的火灾辨识算法等，来改善系统性能。

具体的研究热点集中在火灾气体探测和复合探测两个主要方向，并且越来越多的研究表明，火灾气体探测是实现火灾早期可靠报警极有前景的方向。火灾气体浓度作为火灾探测的特征参量，具有独特的优点。火灾所产生的气体需要更少的热量驱动就可以快速上升，一些气体(如CO和CH₄)由于比空气轻，甚至不需要热量的驱动，就能非常容易地扩散和上升：而且，火灾气体探测系统能够采用主动吸气采样的工作方式，这对于火灾探测器的布置灵活性和在火灾早期探测到火灾信息非常重要。总的来说与其他技术相比较在大多数情况下更适合于火灾早期探测，且在抗干扰方面更具有优势，所以针对火灾探测技术所追求的更高灵敏度和可靠性的火灾早期报警，火灾气体探测受到火灾探测科技工作者的广泛重视。这几年，气体传感技术有了长足进步，尤其基于红外气体分析的能同时监测多种气体浓度的多通道红外热释电气体探测器技术取得了突破，因此，我公司顺应技术发展趋势。研发了一种极早期吸气式气体火灾探测，弥补了当前技术及产品空缺。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种极早期吸气式气体火灾探测器，通过气体浓度测量光学系统、风速流量测量系统和火灾分析控制电路系统实现极早期吸气式气体火灾报警，不易产生误报警，具有更高灵敏度和更高的可靠性。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种极早期吸气式气体火灾探测器，包括装置本体，以及设在装置本体上的气体浓度测量光学系统、风速流量测量系统和火灾分析控制电路系统；

所述气体浓度测量光学系统包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；

所述多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔、与进气孔相连通的吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，在气流腔的末端吸气室上设有出气孔，在气流腔的一侧连通有过滤装置；

所述红外多光路光学系统包括与过滤装置相连通的循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构，在循环腔中设有循环气孔，循环气孔连通至进气孔；

所述风速流量测量系统与系统火灾分析控制电路系统相连；

所述火灾分析控制电路系统包括主芯片控制电路CPU，主芯片控制电路CPU分别与风速流量测量系统、多循环吸气室和红外多光路光学系统相连，火灾分析控制电路系统上设有声光报警电路及继电器输出电路、显示电路和键盘输入系统。

进一步，所述气体浓度测量光学系统分布有多个，在每个气体浓度测量光学系统上均设有一个探测器数据处理电路。

进一步，所述过滤装置包括导流板，与导流板相对应设置的过滤层，在过滤层中分别设有不同密度的滤材，其中在进气口中的滤材密度小于出气口的滤材密度。

进一步，所述红外多光路气体测量机构在循环腔腔体内分布有两组，分别是两个红外发光管、四个红外光探测器、两组透镜及反光镜，两个红外发光管、四个红外光探测器分别相向交错布置；红外发光管设在循环腔室壁上，红外光探测器上带有滤光片，与红外发光管设在同一个循环腔室壁上，透光镜设在红外发光管室壁的对应面上，在透光镜中部设有镀有镀膜的反光镜。

进一步，所述红外发光管采用直径在3.17mm的白炽灯作为光源，属于热辐射型光源，波长从可见光到20μm，适合CO4.65μm和参考光源3.91μm的测量。

进一步，所述滤光片为不同的滤光片，分别为中心波长是4.65μm、半带宽是180nm的信号滤光片，或为中心波长是3.91μm、半带宽是90nm的参考滤光片。

进一步，所述火灾分析控制电路系统的主芯片控制电路CPU分别与风速流量测量系统中的流量传感器和红外多光路光学系统中的红外光探测器相连，主芯片控制电路CPU通过电源电路连接红外多光路光学系统中的调制电路、红外发光管和多循环吸气室；流量传感器上设有传感器数据处理电路，红外光探测器上设有探测器数据处理电路。

进一步，所述气体浓度测量光学系统中的多循环吸气室为敞开式，红外多光路光学系统为对射和反射式；同时镜面凝雾、灰尘等污染对测量的结果没有影响，光路及气室更可靠地工作。

本实用新型的有益效果是:

1)本实用新型设计了一种由主动吸气式气体火灾探测器；其中主动循环吸气式红外多光路气体浓度测量光学系统，在气体浓度检测方面，不仅补偿了由于温度变化所带来的影响，而且也补偿了由于红外发光管输出功率的变化、探测器响应度的变化产生的信号波动、探测器的失配、由灰尘或光学元件的磨损而引起的气室透射比的变化带来的影响，实现了光源和探测器光谱特性与被测气体特征吸收带的匹配。同时气体浓度测量系统依靠吸气室循环腔内的循环气流取样检测气体浓度，保证对环境气体时时采集计量，并且由于吸气泵进气孔产生的负压，扩大气体浓度测量采集范围，使气体浓度测量系统的应用范围可以扩大到高达空间等领域。

2)此实用新型在火灾报警领域能够在传统火灾报警的基础上，提前30-60分钟报警。

本实用新型的主要特点：

A、极高的灵敏度：独特的火灾探测介质决定了探测器更高的灵敏度及更稳定的效果。在火灾的形成阶段，CO比烟雾的生成时间更早，同时CO的比重比烟雾更小(比空气轻)，更易于发散，以CO作为火灾探测的依据比烟雾探测能够更早更及时发现潜在火灾；并且，同时利用CO2或更多气体作为参照比传统的吸气式烟雾探测器的误报率更低。

B、独特的探测方式：多通道多路传感器保证探测器准确度不受元器件信号波动的影响，并且不受光路污染的影响。探测器采集管路可在普通PVC管上打几个孔即可。还可用软管直接从被保护的设备里直接取样，因此安装形式灵活多样、调试简单、保护范围广。

C、“零”误报率：以往吸气式感烟探测器的灵敏度和误报率是一对矛盾，灵敏度越高，误报率也会越高。但多参量极早期吸气式气体火灾报警系统却能彻底解决这一矛盾，达到零误报的目的，这主要基于它采用了以下的技术：环境自动学习功能，可以对环境进行学习；然后，传感器不受灰尘(微小颗粒)，同样，传感器只针对CO和CO2感应(感应的参量可以设置增加)，不受非目标测量物的干扰；同时，探测器根据探测目标之间的标准差作为火灾的判断，而不是单独一种气体的测量参数，完全杜绝了环境因素的影响。

D、超强的网络功能：多参量极早期吸气式气体火灾报警系统可与点型感烟、感温探测器、手动报警按钮等兼容成为一个完整的消防自动报警系统。此外空气采样式感烟火灾探测系统各主机间可用RS485接口通过电缆等组成一个网络系统，实现集中式网络化管理。

E、用户接口：空气采样式感烟火灾探测系统为用户提供了故障、预警、火警等继电器无源接点输出和RS485标准通信接口，可方便用于联网和远程通讯。

F、无源的探测和传输方式：由于采用PVC管直接从被保护区域或被保护对象直接采取空气样本。探头与主机之间没有电源线和信号传输线。所以，可以在防爆场所和强电磁干扰场所大显身手，让传统系统望尘莫及。

G、简单的管路安装方式：与传统探测器的布线不同，早期报警设备采用PVC管网布置，这样做的优点在于：安装极其简便，避免了繁琐的连线、安装调试工作。安装形式多样，可以采用不同的布设方式，例如：架设在天花板的下方、地板的下方、回风口处等，以适应不同环境的要求。可用于传统探头无法探测的区域，例如：变电柜、高架地板、电缆槽、冷冻室、开阔高挑空间等、有易燃易爆物和强电磁强辐射干扰的场所等。

H、维护、保养方便：只需定期对抽取样本的PVC管道作气压式清洁，根据环境要求，不定期地清洁或更换过滤网。

附图说明

图1是本实用新型测量装置结构示意图；

图2是多光路气体测量机构的多循环式吸气装置结构示意图；

图3是多光路气体测量机构结构示意图；

图4是火灾分析控制电路系统原理框图；

图5是本实用新型测量装置正面显示图。

图中：1、进气孔；2、吸气泵；3、气流腔；4、出气孔；5、过滤装置；6、样气进气孔；7、循环腔；8、多光路气体测量机构；01、红外发光管Ⅰ；801、红外光探测器Ⅰ；802、红外光探测器Ⅱ；02、红外发光管Ⅱ；803、红外光探测器Ⅲ；804、红外光探测器Ⅳ；811、滤光片Ⅰ；812、滤光片Ⅱ；813、滤光片Ⅲ；814、滤光片Ⅳ；815、透光镜Ⅰ；816、反光镜Ⅰ；817、透光镜Ⅱ；816、反光镜Ⅱ；9、循环气孔；10、火灾分析控制电路系统；11、风速流量测量系统；12、液晶显示器；13、按键；14、指示灯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。

如图1所示，本实用新型极早期吸气式气体火灾探测器，包括装置本体，设在装置本体上的气体浓度测量光学系统、风速测量系统11和火灾分析控制电路系统10。

如图2所示，气体浓度测量光学系统包括多循环吸气室和多光路光学系统；气体浓度测量光学系统分布有一个或多个，在每个气体浓度测量光学系统上均设有一个探测器数据处理电路。

多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔1、与进气孔1相连通的吸气泵2、与吸气泵对应的进气通道3，在进气通道的末端吸气室上设有排气孔4，在进气通道的一侧连通有过滤装置5。

多光路光学系统包括与过滤装置5相连通的循环腔7，循环腔7中对称设置有多光路气体测量机构8，在循环腔7中设有循环气孔9，循环气孔9连通至进气孔1。

风速流量测量系统包括风速测量传感器和电子控制部分；风速测量传感器采用双温度传感器，风速传感器与系统火灾分析控制电路系统相连。电子控制部分包括主芯片及放大运算电路。

火灾分析控制电路系统10包括主芯片控制电路CPU，主芯片控制电路CPU分别与风速流量测量系统中的流量传感器、多循环吸气室和多光路光学系统的红外光探测器相连，主芯片控制电路CPU通过电源电路连接红外多光路光学系统中的调制电路、红外发光管和多循环吸气室；流量传感器上设有传感器数据处理电路，红外光探测器上设有红外光探测器数据处理电路。火灾分析控制电路系统上设有声光报警电路及继电器输出电路、显示电路和键盘输入系统。本实用新型气体浓度测量光学系统分布有多个，在每个气体浓度测量光学系统上均设有一个探测器数据处理电路。

如图2所示，过滤装置5包括导流板，导流板的通道为样气进气孔6；与导流板相对应设置的过滤层，在过滤层中分别设有不同密度的滤材，其中在进气口中的滤材密度小于出气口的滤材密度。

如图3所示，多光路气体测量机构8在循环腔腔体内分布有两组，分别是两个红外发光管Ⅰ01和Ⅱ02、四个红外光探测器Ⅰ801、Ⅱ802、Ⅲ803、Ⅳ804，两组透光镜Ⅰ815和Ⅱ817及反光镜Ⅰ816和Ⅱ818，两组分别相向交错布置；红外发光管Ⅰ01设在循环腔室壁上，四个红外光探测器上分别带有滤光片Ⅰ811、Ⅱ812、Ⅲ813、Ⅳ814，与红外发光管设在同一个循环腔室壁上，透光镜设在红外发光管室壁的对应面上，在透光镜中部设有镀有镀膜的反光镜。

下面分别对本实用新型多光路气体测量机构采用的器件进行说明。

1.红外光源

本实用新型多光路气体测量机构8包括两个2-20μm红外发光管，两个集成3.90μm和为4.65μm滤光片、全反射反光镜及红外光探测器光学器件(如果要探测C0₂和CH₄把4.65μm的滤光片及红外光探测器换成4.24μm或3.3μm就可以，同时计量多种气体的话，可以把多种波长的滤光片及红外光探测器集成一起。)

由于一氧化碳的红外吸收峰在4.65μm左右处，大气窗口波长在3.90um左右，所以为了保证光源在这个范围内有较强的光强，我们选用一种直径在3.17mm左右的白炽灯作为光源，属于热辐射型光源，波长从可见光到20μm，适合CO4.65μm和参考光源3.91μm的测量。

红外光源有如下特点：

输出谱线扩展到中红外区的20μm左右；高可靠性；稳定的输出；短时间常数τ＝12ms；长寿命：工作在5伏电源时。可达40000小时。

滤光片：采用双波长双光路方案，光源采用红外光源，所以应当设计适当的滤光片。在检测气室后、探测器之前，使用两块中心波长不同的滤光片进行滤光。滤光片的中心波长一般选择在一氧化碳吸收峰和在一氧化碳吸收很弱或不吸收处(参考波长)同时要避免其他气体分子的吸收。

2.滤光片

我们使用的是中红外4.65μm附近的一氧化碳气体吸收带，根据所选择的白炽灯发光特性，这里选择干涉滤光片的性能参数如下

信号滤光片：中心波长是4.65，半带宽是180nm。

参考滤光片：中心波长是3.91μm，半带宽是90nm。

3.红外传感器

热释电探测器是根据热释电效应制成的。当红外光照射到物体上时，物体表面快速的温度变化使晶体自发极化强度改变，表面电荷发生变化，这就是热释电效应。热释电探测器一般不需要制冷，易于使用和维护、可靠性好，光谱响应与波长无关，为无选择性探测器，制备工艺相对简单，成本较低。红外热释电探测器的主要优点是响应波段宽，可以在室温下工作，使用方便。

基于本实用新型所用的红外辐射变化迅速，对反应速度要求快，我们选用一款双通道补偿型热释电探测器。

传感器性能如下：

时间常数：τ＝12ms；响应：150,000V/W；响应波长：4.65(180)μm和3.91(90)μm。

4.吸气泵参数

尺寸：40*40*28mm；工作电压：12VDC(7-13.2VDC)；转速：15000R.P.M(REF)；风速：0.76m³/min。

5.风速传感器

本实用新型设计一种两个温度传感器组成气流计量装置。采用一个恒功率即恒流源给传感器加热,产生一定的恒定功率输出,传感器总比周围环境空气介质温度高出一定的恒定温度。空气流动时带走传感器(1)的热量的多少与空气流体的流速、流量、气体分子的多少成正比,热敏电阻传感器(2)阻值亦随之减小,于此同时,加热传感器自动补充被气体分子带走的热量,由于传感器(1)有恒定的热功率输出,传感器Ⅰ与传感器Ⅱ之间有一个温度差，即恒温差。测量电路就是抓住恒温差转换的电压差信号,通过加减乘除和开1/4次方仪表芯片运算放大及热电阻非线性信号的模拟电路信号处理。既使气体的温度变化,介质温度变化,但没有流动,模拟检测的输出仍然是零。

腔体内分布两个红外发光管、四个红外光探测器、两组透镜及反光镜组成红外多光路气体浓度测量光学系统。其中由两个红外发光管交替的以脉冲方式发光，经过两组透镜及反光镜组成光学机构，使得四个探测器各自交替产生两个信号，共八个信号。由两组四个信号对比，得到一个气体浓度只与透射比、室长、室横截面积有关的函数。室长和室横截面积固定，气体浓汁只与气体浓度有关系。

此设计不仅补偿了由于温度变化所带来的影响，而且也补偿了由于红外发光管输出功率的变化、探测器响应度的变化产生的信号波动、探测器的失配、由灰尘或光学元件的磨损而引起的气室透射比的变化带来的影响，实现了光源和探测器光谱特性与被测气体特征吸收带的匹配。

其中吸气泵处于样气进气孔与循环气孔之间，造成循环气孔处负压，循环气室的气体自动由样气进气孔的高压区自动向循环气孔流动。此设计不仅补偿了由于温度变化所带来的影响，而且也补偿了由于红外发光管输出功率的变化、探测器响应度的变化产生的信号波动、探测器的失配、由灰尘或光学元件的磨损而引起的气室透射比的变化带来的影响，实现了光源和探测器光谱特性与被测气体特征吸收带的匹配；同时由循环气流处于动态，保证检测结果的时时性。

系统依靠吸气室循环腔内的循环气流取样检测气体浓度，保证对环境气体时时采集计量，同时由于吸气泵进气孔产生的负压，扩大测量系统采集范围，使测量系统的应用范围可以扩大到高达空间等领域。

火灾分析控制电路系统包括主芯片控制电路、电源转换电路、显示及信号输入输出电路。

如图4所示，火灾分析控制电路系统10包括主芯片控制电路CPU，主芯片控制电路CPU分别与风速流量测量系统中的流量传感器和多光路光学系统中的红外光探测器相连，主芯片控制电路CPU通过电源电路连接多光路光学系统中的调制电路、红外发光管和多循环吸气室。流量传感器上设有传感器数据处理电路，红外光探测器上设有红外光探测器数据处理电路。多循环吸气室和多光路光学系统相连，火灾分析控制电路系统上设有声光报警电路及继电器输出电路、显示电路和键盘输入系统。

图5是本实用新型测量装置正面解雇示意图，在装置面板上分别设有液晶显示器12、按键13和指示灯14。

下面通过多光路红外气体浓度检测系统工作原理来进一步说明本实用新型。

1、多光路光学系统

本实用新型主要原理是针对CO一种气体，采用双光源四探测器组成的多光路红外气体浓度测量光学系统结构，结构简图如图2、3所示。设λ₁为被测气体的特征波长，称为测量波长；λ₂为被测气体及混合气体中主要干扰组分不吸收的波长，称为参比波长。在红外光探测器Ⅰ801和红外光探测器Ⅲ803之前均放置波长为λ₁的滤光片，使得照射到这两个红外光探测器上的红外辐射仅为λ₁的辐射；在红外光探测器Ⅱ802和红外光探测器Ⅳ804之前均放置λ₂的滤光片，使得照射到这两个红外光探测器上的红外辐射仅为λ₂的辐射。两个红外发光管交替地以脉冲方式发射，这使得每个红外光探测器都交替产生两个信号，共八个信号。这八个信号取决于红外发光管的辐射强度I、红外光探测器的响应度R、被测气体的透射比τ_a以及气室的透射比τ₀。

设红外发光管Ⅰ01和红外发光管Ⅱ02的辐射强度分别为I₁和I₂，红外光探测器Ⅰ801、红外光探测器Ⅱ802、红外光探测器Ⅲ803和红外光探测器Ⅳ804的响应度分别为R₁，R₂，R₃，R₄。当驱动红外发光管Ⅰ01发出脉冲光时，红外光探测器Ⅰ801和红外光探测器Ⅱ802接收到的是直接来自红外发光管Ⅰ01的辐射，红外光探测器Ⅲ803和红外光探测器Ⅳ804接收到的是穿过气室的红外辐射。由于被测气对λ₂的红外辐射不吸收，所以红外光探测器Ⅳ804的输出仅与腔室的透射比有关。被测气体对λ₁的红外辐射有较强的吸收，所以红外光探测器Ⅲ803的输出不仅与气室的透射比有关，还与吸收气体的透射比有关。红外光探测器Ⅰ801、红外光探测器Ⅱ802、红外光探测器Ⅲ803和红外光探测器Ⅳ804输出的电压分别为

当驱动红外发光管Ⅱ02发出脉冲光时，红外光探测器Ⅲ803和红外光探测器Ⅳ804接收到的是直接来自红外发光管Ⅱ02的辐射，红外光探测器Ⅰ801和红外光探测器Ⅱ802接收到的是穿过气室的红外辐射。与上述原理相同，红外光探测器Ⅰ801、红外光探测器Ⅱ802、红外光探测器Ⅲ803和红外光探测器Ⅳ804输出的电压分别为

结合关系式

由此产生出一个与红外光探测器响应度和红外发光管辐射强度无关并且与成正比的信号。τ_a与气室长度和被测气体浓度存在如下关系

τ_a＝e^-kcl (4)

式中，k为吸收气体的吸收截面；c为被测气体浓度；l为气室长度。则可表示成

K、e、τ_a和l为定值。

本实用新型红外气体浓度检测系统的设计中，可以将上述光学系统设计成反射式，气室设计成敞开式。同时消除镜面凝雾对测量的影响、防止灰尘对气室的污染，使光路及气室更可靠地工作。

2、吸气泵的管路设计----多循环式吸气室

本实用新型多循环式吸气室中循环气孔9出口位于进气孔1位置，吸气泵2处于样气进气孔6与循环气孔9之间，由于吸气泵2的动力造成进气孔1处的负压区和墙体内的高压区，造成气体主动从样气进气孔6流向循环气孔9；这样，光学测量系统可以循环测量被测气体，保证测量腔体内气体与环境时时流通的同时，弥补光学系统灯光闪烁间隙，由于气流过快，损失探测机会，保证监测的准确性。

3、风速流量测量系统

本实用新型设计一种两个温度传感器组成气流计量装置。采用一个恒功率即恒流源给传感器加热，产生一定的恒定功率输出，传感器总比周围环境空气介质温度高出一定的恒定温度。空气流动时带走传感器Ⅰ的热量的多少与空气流体的流速、流量、气体分子的多少成正比，热敏电阻传感器Ⅱ阻值亦随之减小，于此同时，加热传感器自动补充被气体分子带走的热量，由于传感器Ⅰ有恒定的热功率输出，传感器Ⅰ与传感器Ⅱ之间有一个温度差，即恒温差。测量电路就是抓住恒温差转换的电压差信号，通过加减乘除和开1/4次方仪表芯片运算放大及热电阻非线性信号的模拟电路信号处理。既使气体的温度变化，介质温度变化，但没有流动，模拟检测的输出仍然是零。

4、火灾分析控制电路系统

火灾分析控制电路系统包括主芯片控制电路、电源转换电路、显示及信号输入输出电路。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，包括装置本体，以及设在装置本体上的气体浓度测量光学系统、风速流量测量系统和火灾分析控制电路系统；

所述气体浓度测量光学系统包括多循环吸气室和红外多光路光学系统；

所述多循环吸气室包括设在吸气室上的进气孔、与进气孔相连通的吸气泵、与吸气泵对应的气流腔，在气流腔的末端吸气室上设有出气孔，在气流腔的一侧连通有过滤装置；

所述红外多光路光学系统包括与过滤装置相连通的循环腔，循环腔中对称设置有红外多光路气体测量机构，在循环腔中设有循环气孔，循环气孔连通至进气孔；

所述风速流量测量系统与火灾分析控制电路系统相连；

所述火灾分析控制电路系统包括主芯片控制电路CPU，主芯片控制电路CPU分别与风速流量测量系统、多循环吸气室和红外多光路光学系统相连，火灾分析控制电路系统上设有声光报警电路及继电器输出电路、显示电路和键盘输入系统。

2.根据权利要求1所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述气体浓度测量光学系统分布有一个或多个，在每个气体浓度测量光学系统上均设有一个探测器数据处理电路。

3.根据权利要求1所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述过滤装置包括导流板，与导流板相对应设置的过滤层，在过滤层中分别设有不同密度的滤材，其中在进气口中的滤材密度小于出气口的滤材密度。

4.根据权利要求1所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述红外多光路气体测量机构在循环腔腔体内分布有两组，分别是两个红外发光管、四个红外光探测器、两组透镜及反光镜，两个红外发光管、四个红外光探测器分别相向交错布置；红外发光管设在循环腔室壁上，红外光探测器上带有滤光片，与红外发光管设在同一个循环腔室壁上，透光镜设在红外发光管室壁的对应面上，在透光镜中部设有镀有镀膜的反光镜。

5.根据权利要求4所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述红外发光管采用直径在3.17mm的白炽灯作为光源。

6.根据权利要求4所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述滤光片为不同的滤光片，分别为中心波长是4.65μm、半带宽是180nm的信号滤光片，或为中心波长是3.91μm、半带宽是90nm的参考滤光片。

7.根据权利要求1所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述火灾分析控制电路系统的主芯片控制电路CPU分别与风速流量测量系统中的流量传感器和红外多光路光学系统中的红外光探测器相连，主芯片控制电路CPU通过电源电路连接红外多光路光学系统中的调制电路、红外发光管和多循环吸气室；流量传感器上设有传感器数据处理电路，红外光探测器上设有探测器数据处理电路。

8.根据权利要求1-7任一项所述的极早期吸气式气体火灾探测器，其特征在于，所述气体浓度测量光学系统中的多循环吸气室为敞开式，红外多光路光学系统为对射和反射式。