CN207611462U - 一种小型化紫红外探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小型化紫红外探测器，其特征是：至少包括：探测器窗口、紫外光电管、红外敏感元、接线插件和壳体；探测器窗口设置在壳体的面板上，壳体内设置有线路板，线路板固定安装在壳体的底板上，紫外光电管和红外敏感元分别设置在线路板上，并贴近探测器窗口；接线插件固定连接在壳体下端。它具有体积小、快速、灵敏、可靠性高、无误报警等特点。适合安装于公共车辆上及空间有限场所安装，能实现快速的对场所内发生的火灾进行监测和报警。

Description

一种小型化紫红外探测器

技术领域

本实用新型涉及公共交通工具的火灾报警以及自动灭火领域，特别是一种小型化紫红外探测器。

背景技术

目前公共车辆配备的安全锤、侧窗自爆系统、灭火器等灭火防爆安全方式属于被动安全防范设施，对于紧急火灾事件也无法起到很好的作用；通过在发动机舱室内安装灭火弹，只能对高温导致的自燃起作用，不能对低燃点可燃气体或者闪点引起的爆燃做出及时反应。

经过检索相关文献，了解目前国内研制的公共交通灭火系统主要分为两类，一类是具有灭火功能的公交车（如专利CN1O3301587A，CN1O4307123A等），一类是在公交车内安装灭火系统（如专利CN1O4147721A、CN1O3212174A等），它们使用的火焰探测器包括烟雾探测器（如专利CN1O3330999A、CN1O3861221A、CN1O4200602A、CN1O4307123A）、温度探测器（如专利CN1O2350028A、CN1O3330999A）、易燃气体探测器（如专利CN1O4332026A、CN1O3330999A）；这些探测器都要求温度、烟雾或气体浓度达到一定阈值时才能检测到火焰，不能起到快速探测，及时预警的目的。目前安装上述传感器的灭火系统的灭火时间通常在十几秒以上,无法达到快速灭火和防爆的要求，并且市场上也暂时没有适合运动场所使用的光学探测器。同时，市场上的光学探测器主要安装于室内或者室外等固定场所，对探测器的外形要求及重量要求不高，因此重量过重或者安装尺寸过大的光学探测器不适于空间有限的场所安装，并且不能同时满足固定场所和运动场所使用需求。

实用新型内容

为了解决上述装置中探测器灵敏度低、响应速度慢、安装尺寸不合适等问题，本实用新型的目的是一种小型化紫红外探测器，它具有体积小、快速、灵敏、可靠性高、无误报警等特点。适合安装于公共车辆上及空间有限场所（固定的或者运动的）安装，能实现快速的对场所内发生的火灾进行监测和报警。

本实用新型的技术方案是：一种小型化紫红外探测器，其特征是：至少包括：探测器窗口、紫外光电管、红外敏感元、接线插件和壳体；探测器窗口设置在壳体的面板上，壳体内设置有线路板，线路板固定安装在壳体的底板上，紫外光电管和红外敏感元分别设置在线路板上，并贴近探测器窗口；接线插件固定连接在壳体下端。

所述壳体为圆形全封闭式，其直径为70mm，厚度为38mm。

所述壳体上设置有内嵌式的安装孔。

所述壳体的铝制品加工而成，重量将不超250g。

所述紫外光电管为0.2μm的紫外光电管，红外敏感元为2.7μm的红外敏感元。

所述探测器窗口的材质是熔融石英。

所述线路板上设置有紫外光电管、红外敏感元、校准灯、温度传感器、校准灯驱动电路、红外选频放大电路、紫外整形电路、驱动跟随电路、火警警示灯和单片机；紫外光电管通过紫外整形电路与单片机电连接，红外敏感元通过红外选频放大电路与单片机电连接，温度传感器通过驱动跟随电路与单片机电连接，校准灯通过校准灯驱动电路与单片机电连接，火警警示灯直接与单片机电连接；所述单片机还电连接有总线驱动电路；线路板通过接线插件与外部的电源及通讯端口电连接。

所述紫外整形电路具体为：高压电输出端连接紫外光电管正端，紫外光电管负端分为两路，一路连接匹配电阻R8，电阻R8另一端接地；另一路连接二极管V4的负端、二极管V2的正端和集成电路芯片D1的1脚，二极管V4的正端接地，二极管V2的负端连接电源VCC，集成电路芯片D1的5脚连接电源VCC和滤波电容C15一端，滤波电容C15另一端和集成电路芯片D1的2脚接地，集成电路芯片D1的3脚连接集成电路芯片D1的6脚形成反馈，最后集成电路芯片D1的6脚进行输出连接单片机采样端。

所述红外选频放大电路具体为：红外敏感元正端连接电源VCC，负端连接可调电阻RP1，可调电阻RP1接地形成基本的回路，可调电阻RP1的两端并联有电容C1，通过电容C1进行滤波处理；运算放大器U1A的2脚分别与电阻R1、电阻R2和电容C5一端连接，电阻R1另一端接地，电阻R2和电容C5另一端并联后与运算放大器的1脚和电阻R3一端连接，电阻R3另一端与采样端AD01和电容C3一端连接，电容C3另一端接地；运算放大器U1A的3脚分别与红外敏感元负端和电容C2一端连接，电容C2另一端分别与运算放大器U1B的5脚和电阻R7一端连接，电阻R7另一端与基准电压Vref连接；运算放大器U1B的6脚分别与电阻R5、电阻R6和电容C6一端连接，电阻R5另一端与基准电压Vref连接，电阻R6和电容C6另一端并联后与运算放大器U1B的7脚和电阻R4一端连接，电阻R4另一端与采样端AD02和电容C4一端连接，电容C4另一端接地。

本实用新型的优点是：在不影响探测器的探测视角前提下，使用铝制品外壳可减小产品重量，采用安装孔内嵌的设计可减小探测器对外部的干涉。本实用新型选取可靠性和响应速度均较好的紫外光电管、红外敏感元作为探测元。紫外光电管和红外敏感元可快速的实现对火焰的探测识别，单片机检测紫外光电管产生的紫外脉冲数量及强度，同时检测红外敏感元输出的交、直流信号强度及频率，最终经过算法对紫外、红外信号进行火警判断。当信号情况满足算法要求时，单片机通过火警指示灯以及硬件接口输出火警信号，同时通过总线上报火警信号。

本实用新型的探测器内部设计红外校准光源对红外敏感元进行可靠性检测，设计温度传感器并采用温度补偿列表对红外幅值进行修正等措施增加探测器的可靠性。

本实用新型的探测器具有小型化的、快速、灵敏、可靠性高、无误报警等特点。适合安装于公共车辆上及空间有限场所（固定的或者运动的）安装，能实现快速的对场所内发生的火灾进行监测和报警。

下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1是小型化紫红外探测器的结构示意图；

图2是小型化紫红外探测器的原理框图；

图3是紫外整形电路；

图4是红外选频放大电路；

图中：1、探测器窗口；2、紫外光电管；3、红外敏感元；4、安装孔；5、接线插件；6、壳体；7、校准灯；8、温度传感器；9、校准灯驱动电路；10、红外选频放大电路；11、紫外整形电路；12、驱动跟随电路；13、火警警示灯；14、单片机；15、总线驱动电路。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种小型化紫红外探测器至少包括：探测器窗口1、紫外光电管2、红外敏感元3、接线插件5和壳体6；探测器窗口1设置在壳体6的面板上，壳体6内设置有线路板，线路板固定安装在壳体6的底板上，紫外光电管2和红外敏感元3分别设置在线路板上，并贴近探测器窗口1；接线插件5固定连接在壳体6下端。

实施例2

如图1所示，一种小型化紫红外探测器包括：探测器窗口1、紫外光电管2、红外敏感元3、接线插件5和壳体6；探测器窗口1设置在壳体6的面板上，壳体6内设置有线路板，线路板固定安装在壳体6的底板上，紫外光电管2和红外敏感元3分别设置在线路板上，并贴近探测器窗口1，最大程度的保证探测器的探测视角能够大于90°；接线插件5固定连接在壳体6下端。

如图2所示，所述线路板上设置有紫外光电管2、红外敏感元3、校准灯7、温度传感器8、校准灯驱动电路9、红外选频放大电路10、紫外整形电路11、驱动跟随电路12、火警警示灯13和单片机14；紫外光电管2通过紫外整形电路11与单片机14电连接，红外敏感元3通过红外选频放大电路10与单片机14电连接，温度传感器8通过驱动跟随电路12与单片机14电连接，校准灯7通过校准灯驱动电路9与单片机14电连接，火警警示灯13直接与单片机14电连接；所述单片机14还电连接有总线驱动电路15；线路板通过接线插件5与外部的电源及通讯端口电连接。

由于紫外光电管的工作电压在直流200V～300V之间，所以首先要对紫外光电管设计合适紫外整形电路，对紫外光电管的输出信号进行整形，以便单片机能够识别。如图3所示，所述紫外整形电路11具体为：高压电输出端连接紫外光电管正端，紫外光电管负端分为两路，一路连接匹配电阻R8，电阻R8另一端接地；另一路连接二极管V4的负端、二极管V2的正端和集成电路芯片D1的1脚，二极管V4的正端接地，二极管V2的负端连接电源VCC，集成电路芯片D1的5脚连接电源VCC和滤波电容C15一端，滤波电容C15另一端和集成电路芯片D1的2脚接地，集成电路芯片D1的3脚连接集成电路芯片D1的6脚形成反馈，最后集成电路芯片D1的6脚进行输出连接单片机采样端。

紫外光电管正端连接200V～300V的高压电，负端连接负载匹配电阻R8形成一个放电回路，其中二极管V2，V4构成钳位电路，将紫外光电管输出的脉冲信号限制在一定幅值（0～VCC）之内，进行初步的整形也可以保护后级电路不被紫外光电管的过冲电压击毁；输出信号通过集成电路芯片D1的1脚输入进行整形后6脚输出，变成能被单片机识别的方波信号。

如图4所示，所述红外选频放大电路10具体为：红外敏感元正端连接电源VCC，负端连接可调电阻RP1，可调电阻RP1接地形成基本的回路，可调电阻RP1的两端并联有电容C1，通过电容C1进行滤波处理；运算放大器U1A的2脚分别与电阻R1、电阻R2和电容C5一端连接，电阻R1另一端接地，电阻R2和电容C5另一端并联后与运算放大器的1脚和电阻R3一端连接，电阻R3另一端与采样端AD01和电容C3一端连接，电容C3另一端接地；运算放大器U1A的3脚分别与红外敏感元负端和电容C2一端连接，电容C2另一端分别与运算放大器U1B的5脚和电阻R7一端连接，电阻R7另一端与基准电压Vref连接；运算放大器U1B的6脚分别与电阻R5、电阻R6和电容C6一端连接，电阻R5另一端与基准电压Vref连接，电阻R6和电容C6另一端并联后与运算放大器U1B的7脚和电阻R4一端连接，电阻R4另一端与采样端AD02和电容C4一端连接，电容C4另一端接地。

红外敏感元IR正端连接电源VCC，负端连接可调电阻RP1，可调电阻RP1接地形成基本的回路，并通过电容C1进行滤波处理；同时运算放大器U1A的输出端1与电阻R1、电阻R2、电容C5构成反馈放大回路放大电路有用信号，电阻R1、电阻R2、电容C5构成低通滤波电路能滤除高频信号干扰；运算放大器的1脚连接电阻R3和电容C3也构成一个低通滤波器，最终将信号输送到采样端AD01。

电容C2连接运算放大器的同相输入端5脚和电阻R7，电容C2与电阻R7形成一个高通滤波器可滤除不需要的低频信号；同时运算放大器U1B的输出端7与电阻R5、电阻R6、电容C6构成反馈放大回路放大电路有用信号，电阻R5、电阻R6、电容C6构成低通滤波电路能滤除高频信号干扰。运算放大器U1B的7脚连接电阻R4和电容C4也构成一个低通滤波器，最终将信号输送到采样端AD02。

由于每个红外敏感元的暗电阻存在差异，因此通过可调电阻RP1可在一定范围将输出电压调为一个固定值。电路中电容C2和电阻R7形成的高通滤波，可以减少低频率信号的干扰，后级的R5、C6低通滤波形成一个选频放大电路。

所述的校准灯驱动电路、驱动跟随电路和总线驱动电路均采用现有技术，属于本领域技术人员公知技术，这里就不做详细描述。

实施例3

在实施例2的基础上，所述壳体6为圆形全封闭式，其直径为70mm，厚度为38mm。所述壳体6的铝制品加工而成，重量将不超250g。既能保证结构强度又能减小整体的重量。探测器全封闭的设计，有利于减少环境的电磁干扰。

所述壳体6上设置有内嵌式的安装孔4，使之能够减小与周围部件的干涉。

所述紫外光电管2为0.2μm的紫外光电管，红外敏感元3为2.7μm的红外敏感元。实现对紫外、红外两个辐射峰值的探测。

所述校准灯为红外校准灯。

在紫外光电管探测到火焰辐射时，紫外光电管产生电脉冲信号，该脉冲信号通过电路整形驱动后送入单片机I/O口，单片机对紫外光电管的输出脉冲强度进行测量，同时对输出脉冲数量进行计算，当输入外输出脉冲数以及紫外输出强度满足报警要求时，单片机输出紫外报警信号。

当火焰照射到红外敏感元时，红外敏感元产生相应的电压变化，该电压变化通过驱动电路后输送到单片机AD采样端。单片机通过算法对红外输出的直流、交流信号进行判断，当直流、交流量均满足火焰的算法要求时，单片机输出红外报警信号。

最终，单片机将紫外光电管和红外敏感元两路均输出的报警信号进行相“与”判定，当相“与”结果为1时，单片机通过指示灯发出火警信号，同时通过总线上报火警信号。

探测器使用红外校准灯定期对红外敏感元进行校准，以便单片机能对红外敏感元进行好坏判定，同时单片机使用红外校准灯的辐射值对敏感元灵敏度修正。

探测器使用温度传感器检测外部环境温度，并以此温度为基准调用单片内部存储的红外修正幅度列表，修正该温度下红外的偏差，增强探测器的可靠性，减少其误报率。

所述探测器窗口1的材质是熔融石英。熔融石英对紫外、红外均有较好的透射率。探测器对爆炸响应时间＜10ms、对普通火灾爆炸响应时间＜100ms，响应光学视场角为±45°锥角，对大于30cm距离以上火柴火不响应，对各种常见干扰源（各种灯光、电焊、太阳光等）均不响应。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种小型化紫红外探测器，其特征是：至少包括：探测器窗口（1）、紫外光电管（2）、红外敏感元（3）、接线插件（5）和壳体（6）；探测器窗口（1）设置在壳体（6）的面板上，壳体（6）内设置有线路板，线路板固定安装在壳体（6）的底板上，紫外光电管（2）和红外敏感元（3）分别设置在线路板上，并贴近探测器窗口（1）；接线插件（5）固定连接在壳体（6）下端。

2.根据权利要求1所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述壳体（6）为圆形全封闭式，其直径为70mm，厚度为38mm。

3.根据权利要求1所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述壳体（6）上设置有内嵌式的安装孔（4）。

4.根据权利要求1所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述壳体（6）的铝制品加工而成，重量将不超250g。

5.根据权利要求1所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述紫外光电管（2）为0.2μm的紫外光电管，红外敏感元（3）为2.7μm的红外敏感元。

6.根据权利要求1所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述探测器窗口（1）的材质是熔融石英。

7.根据权利要求1所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述线路板上设置有紫外光电管（2）、红外敏感元（3）、校准灯（7）、温度传感器（8）、校准灯驱动电路（9）、红外选频放大电路（10）、紫外整形电路（11）、驱动跟随电路（12）、火警警示灯（13）和单片机（14）；紫外光电管（2）通过紫外整形电路（11）与单片机（14）电连接，红外敏感元（3）通过红外选频放大电路（10）与单片机（14）电连接，温度传感器（8）通过驱动跟随电路（12）与单片机（14）电连接，校准灯（7）通过校准灯驱动电路（9）与单片机（14）电连接，火警警示灯（13）直接与单片机（14）电连接；所述单片机（14）还电连接有总线驱动电路（15）；线路板通过接线插件（5）与外部的电源及通讯端口电连接。

8.根据权利要求7所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述紫外整形电路（11）具体为：高压电输出端连接紫外光电管正端，紫外光电管负端分为两路，一路连接匹配电阻R8，电阻R8另一端接地；另一路连接二极管V4的负端、二极管V2的正端和集成电路芯片D1的1脚，二极管V4的正端接地，二极管V2的负端连接电源VCC，集成电路芯片D1的5脚连接电源VCC和滤波电容C15一端，滤波电容C15另一端和集成电路芯片D1的2脚接地，集成电路芯片D1的3脚连接集成电路芯片D1的6脚形成反馈，最后集成电路芯片D1的6脚进行输出连接单片机采样端。

9.根据权利要求7所述的一种小型化紫红外探测器，其特征是：所述红外选频放大电路（10）具体为：红外敏感元正端连接电源VCC，负端连接可调电阻RP1，可调电阻RP1接地形成基本的回路，可调电阻RP1的两端并联有电容C1，通过电容C1进行滤波处理；运算放大器U1A的2脚分别与电阻R1、电阻R2和电容C5一端连接，电阻R1另一端接地，电阻R2和电容C5另一端并联后与运算放大器的1脚和电阻R3一端连接，电阻R3另一端与采样端AD01和电容C3一端连接，电容C3另一端接地；运算放大器U1A的3脚分别与红外敏感元负端和电容C2一端连接，电容C2另一端分别与运算放大器U1B的5脚和电阻R7一端连接，电阻R7另一端与基准电压Vref连接；运算放大器U1B的6脚分别与电阻R5、电阻R6和电容C6一端连接，电阻R5另一端与基准电压Vref连接，电阻R6和电容C6另一端并联后与运算放大器U1B的7脚和电阻R4一端连接，电阻R4另一端与采样端AD02和电容C4一端连接，电容C4另一端接地。