CN207503409U - 一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于火灾早期预警系统领域，针对现有技术中火灾预警系统误报率高，灵敏度低等问题，提出了一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，包括多路DFB激光器阵列、合波器、准直系统、透镜、卡塞格伦望远镜系统、光电探测器、信号调理电路、单片机ARM单元、声光报警单元和信息发送单元；所述多路DFB激光器阵列包括多个与火灾特征气体相对应的DFB激光器，所述光电探测器的信号输出端与信号调理电路连接，所述信号调理电路将调理后的信号输出到所述单片机ARM单元，所述单片机ARM单元的输出端与所述声光报警单元和信息发送单元连接。本实用新型灵敏度高，可靠性好，抗干扰能力强，可以广泛应用于火灾报警领域。
Description
技术领域
本实用新型属于火灾早期预警系统领域，具体涉及一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统。
背景技术
火灾发生后具有不易疏散、救援困难、火势传播快、损伤大等特点，一旦失火往往造成大量的人员伤亡和巨额的财产损失，因此将火灾扼杀在萌芽以及对火灾进行早期预警，对于保障人们的生命和财产具有重要的研究意义。
火灾的发展过程一般分为无可见烟阶段、可见烟阶段、燃烧阶段和剧烈燃烧阶段。无可见烟阶段和可见烟阶段(火灾早期阶段)所占的时间最长，而传统的被动式火灾探测器主要是单个传感器构成如烟雾传感器、温度传感器等，如专利号为201520272359.4“应用于客车发动舱的火灾扎起预警装置”，由于其灵敏度低而无法探测到早期火灾信息，延误了火灾预警时间，错过了最佳的灭火或逃生时机。
其次，现有的火灾早期传感器大多采用电化学或红外吸收(NDIR)类型，采用电化学烟气传感器如一氧化碳、二氧化碳等早期火灾特征气体传感器进行早期预警，如专利号为 200910039922.2采用TGS2610、TGS2611等气体传感器，其灵敏度低、响应时间长、稳定性差、定期校准和更换等不足；采用红外吸收原理的火灾特征气体传感器由于受到内在光源和探测器的影响，探测气体的唯一性不能保证，容易产生误报，如二氧化碳传感器就与一氧化碳就会交叉，产生误报，而一氧化碳就会和H2S、H2O等干扰和误报。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种高灵敏度的基于激光遥感测量的火灾早期预警系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，包括多路DFB激光器阵列、合波器、准直系统、透镜、卡塞格伦望远镜系统、光电探测器、信号调理电路、单片机ARM单元、声光报警单元和信息发送单元；所述多路 DFB激光器阵列包括多个与火灾特征气体相对应的DFB激光器，所述多路DFB激光器阵列发出的经过波长扫描和调制的光经光纤耦合进入合波器，由合波器出射的激光经准直系统、透镜后入射到大气中，经火灾早期烟气透射后经过墙面或其他遮挡物反射进入卡塞格伦望远镜系统，由所述卡塞格伦望远镜系统收集后的光信号入射到光电探测器，所述光电探测器的信号输出端与信号调理电路连接，所述信号调理电路将调理后的信号输出到所述单片机ARM 单元，所述单片机ARM单元的输出端与所述声光报警单元和信息发送单元连接。
所述多路DFB激光器阵列包括与CO、CO2、CH4相对应的近红外DFB激光器和与O2相对应的可见光波段DFB激光器。
所述信号调理电路包括跨阻放大电路、二级放大单路和低通滤波器。
所述单片机ARM单元为型号为STM32F429的单片机，所述单片机的输出端与所述多路 DFB激光器阵列的信号输入端连接，用于通过自带的数模转换器输出三角波信号和正弦波信号，对所述多路DFB激光器阵列进行扫描。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
1、与现有单一烟气传感器相比，本实用新型的火灾早期预警系统包括多路DFB激光器阵列，该多路DFB激光器阵列包括多个与火灾特征气体相对应的DFB激光器，可以对多种烟气进行检测传感，并且可以根据烟气直接的变化比进行火灾的早期预警，检测可靠性更高；采用激光分子吸收光谱技术，其识别具有唯一性，不会产生误报和误识，从而提高检测的可靠性和灵敏度；
2、与现有的固定点设置传感器的火灾早期预警系统相比，本实用新型采用激光遥感测量，其测量的距离大于10米，可以检测半径在10米以内的整个有效面积内的火灾烟气，不需要大范围的烟气的对流和扩散，并且检测灵敏度高(10ppm)，因此具有缩短了预警的时间，为火灾预警和人员疏散提供了宝贵的时间；
3、与现有的外部硬件锁相解调相比，本实用新型的单片机ARM单元采用型号为STM32F429的单片机，其内部自带数模转换器和模数转换器，通过内部定时器溢出触发正弦波的数模转换后对所述多路DFB激光器阵列进行扫描，同时通过内部的同一定时器溢出触发模数转换器对采集光谱信号的模数转换，增加了系统的抗干扰特性。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统的结构示意图；
图中：1为多路DFB激光器阵列，2为合波器，3为准直系统，4为透镜，5为火灾早期烟气，6为墙面或其他遮挡物，7为卡塞格伦望远镜系统，8为光电探测器，9为信号调理电路，10为单片机ARM单元，11为声光报警单元，12为信息发送单元。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例提出了一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，包括多路DFB激光器阵列1、合波器2、准直系统3、透镜4、卡塞格伦望远镜系统7、光电探测器8、信号调理电路9、单片机ARM单元10、声光报警单元11和信息发送单元12单元；所述多路DFB激光器阵列1包括多个与火灾特征气体相对应的DFB激光器，所述多路DFB 激光器阵列1发出的经过波长扫描和调制的光经光纤耦合进入合波器2，由合波器2出射的激光经准直系统3、透镜4后入射到大气中，经火灾早期烟气5透射后经过墙面或其他遮挡物6反射进入卡塞格伦望远镜系统7，由所述卡塞格伦望远镜系统7收集后的光信号入射到光电探测器8，所述光电探测器8的信号输出端与信号调理电路9连接，所述信号调理电路9 将调理后的信号输出到所述单片机ARM单元10，所述单片机ARM单元10的输出端与所述声光报警单元11和信息发送单元12连接。
进一步地，所述多路DFB激光器阵列1包括与CO、CO2、CH4相对应的近红外DFB激光器和与O2相对应的可见光波段DFB激光器，从而可以实现包括CO、CO2、O2、CH4在内的多种烟气的传感探测。
进一步地，所述信号调理电路9包括跨阻放大电路、二级放大单路和低通滤波器，跨阻放大电路和二级放大单路用于对光电探测器8的电信号进行放大处理，低通滤波器用于对放大后的信号进行滤波后发送给单片机ARM单元10。
进一步地，所述单片机ARM单元10为型号为STM32F429的单片机，所述单片机的输出端与所述多路DFB激光器阵列1的信号输入端连接，用于通过自带的数模转换器输出三角波信号和正弦波信号，对所述多路DFB激光器阵列1进行扫描。
本实用新型的一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统的工作原理为：多路激光器阵列发出的激光经光纤，合波器，准直系统，透镜后，进入烟气监控区域，经烟气监控区域的空气后被墙面或其它遮挡物发射，反射的光经卡塞格伦望远镜系统收集后由光电探测器进行探测，由于该多路激光器整列包括与CO、CO2、CH4相对应的近红外DFB激光器和与O2相对应的可见光波段DFB激光器，则当烟气监控区域内的空气包括CO、CO2、O2、CH4时，这些气体会对激光形成吸收，因此，通过分析光电探测器探测到的光谱，可以对烟气监控区域内的烟气及其浓度进行分析，从而可以实现包括CO、CO2、O2、CH4在内的多种烟气的传感探测。本实用新型中，单片机ARM单元采用STM32F429的单片机，其通过内部定时器溢出同步正弦波的数模转换和采集光谱信号的模数转换，从而在内部对两者就行直接点乘，或通过内部生成正弦波的数模转换的数据进行移相后直接点乘，然后通过数字低通滤波器即可实现信号的基频解调，而二次解调通过对内部正弦波数据点进行下抽样即可得到参考信号，再通过直接点乘和低通滤波后得到二次解调信号，解调后获得基频分量和二次谐波分量，采用两者比值进行早期火灾烟气的浓度计算，根据训练好的预测模型分别输出信号给声光报警单元和信息发送单元，从而实现对火灾的声光预警和信号发送，由于采用数字解调方法，调制信号的频率、解调参考信号的相位、内部数字滤波器的系数和截止频率等参数可以根据不同的应用环境进行灵活的调整，并且也增加了系统的抗干扰特性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，其特征在于，包括多路DFB激光器阵列(1)、合波器(2)、准直系统(3)、透镜(4)、卡塞格伦望远镜系统(7)、光电探测器(8)、信号调理电路(9)、单片机ARM单元(10)、声光报警单元(11)和信息发送单元(12)；所述多路DFB激光器阵列(1)包括多个与火灾特征气体相对应的DFB激光器，所述多路DFB激光器阵列(1)发出的经过波长扫描和调制的光经光纤耦合进入合波器(2)，由合波器(2)出射的激光经准直系统(3)、透镜(4)后入射到大气中，经火灾早期烟气(5)透射后经过墙面或其他遮挡物(6)反射进入卡塞格伦望远镜系统(7)，由所述卡塞格伦望远镜系统(7)收集后的光信号入射到光电探测器(8)，所述光电探测器(8)的信号输出端与信号调理电路(9)连接，所述信号调理电路(9)将调理后的信号输出到所述单片机ARM单元(10)，所述单片机ARM单元(10)的输出端与所述声光报警单元(11)和信息发送单元(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，其特征在于，所述多路DFB激光器阵列(1)包括与CO、CO2、CH4相对应的近红外DFB激光器和与O2相对应的可见光波段DFB激光器。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，其特征在于，所述信号调理电路(9)包括跨阻放大电路、二级放大单路和低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统，其特征在于，所述单片机ARM单元(10)为型号为STM32F429的单片机，所述单片机的输出端与所述多路DFB激光器阵列(1)的信号输入端连接，用于通过自带的数模转换器输出三角波信号和正弦波信号，对所述多路DFB激光器阵列(1)进行扫描。
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| CN201721298862.2U CN207503409U (zh) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | 一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112983551A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-06-18 | 唐山市智明电子科技有限公司 | 一种监测系统 |
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2017
- 2017-10-10 CN CN201721298862.2U patent/CN207503409U/zh active Active
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