CN209182952U - 电气火灾监控探测器及电气火灾监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电气火灾监控探测器及电气火灾监控系统，其中，电气火灾监控探测器中包括烟雾探测器及用于根据烟雾信号对电气火灾进行监测的处理器，烟雾探测器与处理器电连接，包括发光电路及光检测电路，其中，发光电路中包括：发光二极管、NPN管及第一分压电阻，光检测电路中包括：设置于发光二极管发光区域外的光敏管、第一运算放大器、第二分压电阻、第三分压电阻及第四分压电阻。正常情况下，光敏管探测不到发光二极管的光；发生火灾时，由于烟雾的漫反射，光敏管接收到发光二极管的光线，通过第一运算放大器转换成相应的电压信号并放大后发送至处理器，处理器根据接收到的电压信号判断烟雾的浓度，进而判断是否发生了火灾。

Description

电气火灾监控探测器及电气火灾监控系统

技术领域

本实用新型涉及电气检测技术领域，尤指一种电气火灾监控探测器及电气火灾监控系统。

背景技术

电能作为日常生活中不可缺少的能源之一，为人们提供便利的同时也会带来一定的危害。人们对安全用电的忽视加上电气火灾本身的突发性和隐蔽性，多年来由电气原因引发的火灾在我国各类火灾中一直高居首位。

目前，一般会在易发生火灾的区域，如配电柜中安装电气火灾监控探测器，通过监控漏电等电气参数，判断是否发生了火灾。但是这种做法可靠性不高，原因在于发生火灾时，不一定会发生漏电报警，是以经常会出现漏报或者报警不及时的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电气火灾监控探测器及电气火灾监控系统，有效解决现有技术中电气火灾监控可靠性不高的技术问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种电气火灾监控探测器，包括用于探测烟雾信号的烟雾探测器及用于根据所述烟雾信号对电气火灾进行监测的处理器，所述烟雾探测器与处理器电连接，包括发光电路及光检测电路，其中，

所述发光电路中包括：发光二极管、NPN管及第一分压电阻，其中，发光二极管的正极与供电源连接、负极与NPN管的集电极连接，NPN管的发射极接地、基极与第一分压电阻的一端连接，第一分压电阻的另一端与处理器的控制端连接；

所述光检测电路中包括：设置于所述发光二极管发光区域外的光敏管、第一运算放大器、第二分压电阻、第三分压电阻及第四分压电阻，其中，所述光敏管的正极接地、负极与第一运算放大器的第一负输入端连接，第二分压电阻的一端与光敏管的负极连接、另一端与第一运算放大器的第二正输入端连接，第三分压电阻的一端接地、另一端与第一运算放大器的第二负输入端连接，第四分压电阻的一端与第一运算放大器的第二负输入端连接、另一端作为烟雾探测器的输出端且与第一运算放大器的第二输出端连接，第一运算放大器的第一输出端与第二正输入端连接、第一正输入端接地。

在本技术方案中，在电气火灾监控探测器中设置烟雾探测器，包括常亮的发光二极管和设置在发光二极管发光区域外的光敏管，正常情况下，光敏管探测不到发光二极管的光；发生火灾时，由于烟雾的漫反射，光敏管接收到发光二极管的光线，反向电流增大，通过第一运算放大器转换成相应的电压信号并放大后发送至处理器中进行处理，处理器根据接收到的电压信号判断烟雾的浓度，进而判断是否发生了火灾，以此实现电气火灾的精确监控，避免除了误报漏报的情况。

进一步优选地，所述发光二极管为红外发射二极管，光敏管为光电晶体管。

进一步优选地，发光二极管和光敏管分别设置于预设的直角迷宫的两个顶点。

在本技术方案中，将发光二极管和光敏管设置在直角迷宫的两个定点，这样，在正常情况下，由于直角迷宫的遮挡，光敏管接收不到发光二极管发出的光线，当发生火灾时，烟雾进入直接迷宫，发生漫反射，光敏管接收到光线，简单方便。

进一步优选地，所述电气火灾监控探测器中还包括与处理器电连接的温度检测电路，包括：温度传感器、差分电路及第二运算放大器，其中，温度传感器的输出端与差分电路的输入端连接，差分电路的两个输出端分别与第二运算放大器的信号输入端连接，将温度传感器感应到的温度信号放大后经输出端输出。

在本技术方案中，电气火灾监控探测器中除了设置烟雾探测器之外，同时设置温度检测电路，处理器同时根据烟雾探测器和温度检测电路探测的信号判断是否发生了火灾，保证了火灾监测的精确度。

进一步优选地，所述差分电路中包括第五分压电阻、第六分压电阻及第七分压电阻，其中，第五分压电阻的第一端与第七分压电阻的第一端连接、第二端与第六分压电阻的第一端连接，第六分压电阻的第二端接地；第七分压电阻的第二端与温度传感器的输出端连接，且作为差分电路的一路输出连接至第二运算放大器的正输入端；第五分压电阻的第二端作为差分电路的另一路输出连接至第二运算放大器的负输入端，第五分压电阻的第一端与供电源连接。

进一步优选地，所述电气火灾监控探测器中还包括与处理器电连接的漏电检测电路，包括：漏电互感器及第三运算放大器，漏电互感器的输出端分别与第三运算放大器的正输入端和负输入端连接，将漏电互感器感应到的电流信号放大后经输出端输出。

在本技术方案中，电气火灾监控探测器中除了设置烟雾探测器和温度检测电路之外，还设置了漏电检测电路，进一步增加火灾监测精确度的同时，监控人员可以根据漏电检测电路检测到的漏电情况判断电气火灾的严重程度，便于采用更加精准的抢救措施。

本实用新型还提供了一种电气火灾监控系统，包括上述电气火灾监控探测器，还包括监控端，所述监控端与电气火灾监控探测电连接，其中，烟雾探测器置于火灾监控区域的上方，温度传感器安装于电缆上，漏电互感器安装于电缆线周围。

在本技术方案中，在电气火灾监控系统中，处理器将接收到的烟雾信号和 /或温度信号和/或电流信号发送至监控端，便于监控人员及时定位到火灾发生的位置并进行处理。

进一步优选地，所述电气火灾监控系统中还包括与处理器连接的报警装置。

在本技术方案中，在电气火灾监控系统中还设置报警装置，通知周边人员及时响应。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对一种电气火灾监控探测器及系统的特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型中烟雾探测器电路图；

图2是本实用新型中差分电路图；

图3是本实用新型中第二运算放大器及其周边电路图；

图4是本实用新型中第三运算放大器及其周边电路图；

图5是本实用新型中电气火灾监控系统图。

附图标号说明：

1-配电柜面盖，2-探测器，3-安装孔，4-烟雾探测器，5/6-温度传感器，7/8- 电缆线，9-漏电互感器，10-监控端。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施例。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施例。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本实用新型提供的电气火灾监控探测器的一种实施方式中，电气火灾监控探测器中相互电连接的烟雾探测器与处理器，烟雾探测器用于探测烟雾信号并发送至处理器，处理器根据接收到的烟雾信号判断是否发生了火灾，实现对电气火灾的监测。

烟雾探测器中包括发光电路及光检测电路，如图1所示，发光电路中包括：发光二极管D1、NPN管Q1及第一分压电阻R1，其中，发光二极管D1的正极与供电源(图示3.3V供电源)连接、负极与NPN管Q1的集电极连接，NPN 管Q1的发射极接地、基极与第一分压电阻R1的一端连接，第一分压电阻R1 的另一端与处理器的控制端(图示中LED_CPU)连接。

光检测电路中包括：设置于发光二极管D1发光区域外的光敏管D2、第一运算放大器U1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3及第四分压电阻R4，其中，光敏管D2的正极接地、负极与第一运算放大器U1的第一负输入端-INA 连接，第二分压电阻R2的一端与光敏管D2的负极连接、另一端与第一运算放大器U1的第二正输入端+INB连接，第三分压电阻R3的一端接地、另一端与第一运算放大器U1的第二负输入端-INB连接，第四分压电阻R4的一端与第一运算放大器U1的第二负输入端-INB连接、另一端作为烟雾探测器的输出端 AD且与第一运算放大器U1的第二输出端OUTB连接，第一运算放大器U1 的第一输出端OUTA与第二正输入端+INB连接、第一正输入端+INA接地。负电源端-VS接地GND，正电源端+VS接供电源(图示3.3V供电源)。

在本实施方式中，在电气火灾监控探测器中设置烟雾探测器，包括常亮的发光二极管D1和设置在发光二极管D1发光区域外的光敏管D2。正常情况下，光敏管D2探测不到发光二极管D1的光。发生火灾时，由于烟雾的漫反射，光敏管接收到发光二极管的光线，反向电流增大，将电流信号输入到第一运算放大器U1中的第一输入端(包括第一正输入端+INA和第一负输入端-INA)中转换成相应的电压信号从第一输出端OUTA输出；之后，将第一输出端OUTA 输出的电压信号输入第二输入端(包括第二正输入端+INB和第二负输入端 -INB)进行放大后从第二输出端OUTB输出；最后，将第二输出端OUTB输出的电压信号输入到处理器中的AD端，以此，处理器接收到第一运算放大器 U1发送至电压信号后，根据该电压信号判断当前的烟雾浓度，进而判断是否发生了火灾。

在处理器中，预存有电压信号和烟雾浓度的关联关系，及烟雾浓度与火灾程度的关联关系，如相应的转换公式、关系列表等，当处理器接收到第一运算放大器U1发送的电压信号，根据电压信号和烟雾浓度的关联关系得到相应的烟雾浓度，进一步根据烟雾浓度与火灾程度的关联关系得到当前火灾的程度。

在一实例中，发光二极管和光敏管分别设置于预设的直角迷宫的两个顶点，确保在正常情况下光敏管接收不到发光二极管发射的光线。在其他实例中，还可以采用其他的方式设置发光二极管和光敏管之间的位置关系，只需确保光敏管在发光二极管的发光区域外，且通过烟雾的漫反射，光敏管能接收到发光二极管的光即可。

在一实例中，发光二极管D1为红外发射二极管，光敏管D2为光电晶体管，第一运算放大器U1使用型号为SGM8552的运算放大器，第一分压电阻 R1和第二分压电阻R2的阻值为1K(千欧)，第三分压电阻R3的阻值为100K，第四分压电阻的阻值为510K。在其他实例中，发光二极管、光敏管还可以为其他的形式的器件，第一运算放大器可以使用现有的任意型号的运算放大器，各分压电阻的阻值可以根据实际情况进行调整，只要能实现烟雾探测的目的就包括本实施方式的内容中。

在本实施方式中，将发光二极管和光敏管设置在直角迷宫的两个定点，这样，在正常情况下，由于直角迷宫的遮挡，光敏管接收不到发光二极管发出的光线，当发生火灾时，烟雾进入直接迷宫，发生漫反射，光敏管接收到光线，简单方便。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，电气火灾监控探测器中包括烟雾探测器之外，还包括与处理器电连接的温度检测电路。在该温度检测电路中包括：温度传感器、差分电路及第二运算放大器，其中，温度传感器的输出端与差分电路的输入端连接，差分电路的两个输出端分别与第二运算放大器的信号输入端连接，将温度传感器感应到的温度信号放大后经输出端输出。在工作过程中，温度传感器实时探测检测区域的温度信号，经过差分电路分为两路信号输入第二运算放大器进行输出，处理器通过探测第二运算放大器输出的信号对是否发生火灾进行监测。

在本实施方式中，电气火灾监控探测器中除了设置烟雾探测器之外，同时设置温度检测电路，处理器同时根据烟雾探测器和温度检测电路探测的信号判断是否发生了火灾，保证了火灾监测的精确度。如图2所示，差分电路中包括第五分压电阻R5、第六分压电阻R6及第七分压电阻R7，其中，第五分压电阻R5的第一端与第七分压电阻R7的第一端连接、第二端与第六分压电阻R6 的第一端连接，第六分压电阻R6的第二端接地；第七分压电阻R7的第二端与温度传感器的输出端T1连接，且作为差分电路的一路输出TEMP1+连接至第二运算放大器的正输入端；第五分压电阻R5的第二端作为差分电路的另一路 TEMP1-输出连接至第二运算放大器的负输入端，第五分压电阻R5的第一端与供电源(如图示2.5V供电源)连接。

第二运算放大器U2及其周边电路如图3所示，从图中可以看出，温度检测电路中还包括第八分压电阻R8、第九分压电阻R9、第十分压电阻R10、第十一分压电阻R11、第十二分压电阻R12、滤波电容C及稳压管D3，其中，第八分压电阻R8的第一端与第二运算放大器U2的负电源端(接地AGND)连接、第二端与第二运算放大器U2的负输入端-INA连接，第九分压电阻R9的第一端与第八分压电阻R8的第二端端连接、第二端与差分电路的一路输出 TEMP1+连接，第十分压电阻R10的第一端与第二运算放大器U2的输出端 OUTA连接、第二端与第二运算放大器U2的正输入端+INA连接，第十一分压电阻R11的第一端与第十分压电阻R10的第二端端连接、第二端与差分电路的另一路输出TEMP1-连接，第十二分压电阻R12的第一端与第二运算放大器U2 的输出端OUTA连接、第二端作为温度检测电路的输出端(图示中TEMP1)与滤波电容C的一端连接，滤波电容C的另一端接地；稳压二极管D3并联在滤波电容C的两端，正极接地、负极与第十二分压电阻R12的第二端连接。

发生火灾时，温度传感器将实时感应到的温度信号输入至差分电路中，分成2路后输入第二运算放大器U2的输入端(包括正输入端+INA和负输入端 -INA)进行放大，并通过第二运算放大器U2的输出端OUTA将放大后的电压信号输入处理器的AD端。处理器接收到第二运算放大器U2发送至电压信号后，根据该电压信号判断是否发生了火灾。

在处理器中，预存有电压信号和温度的关联关系，及温度与火灾程度的关联关系，如相应的转换公式、关系列表等，当处理器接收到第二运算放大器 U2发送的电压信号，根据电压信号和温度的关联关系得到相应的温度，进一步根据温度与火灾程度的关联关系得到当前火灾的程度。

在一实例中，第二运算放大器U2使用型号为SGM8552的运算放大器，第五分压电阻R5和第七分压电阻R7的阻值为1K/1％，第六分压电阻R6的阻值为750Ω/1％，第八分压电阻R8和第十分压电阻R10的阻值为510K/1％，第九分压电阻R9和第十一分压电阻R11的阻值为100K/1％，第十二分压电阻R12 的阻值为1K，滤波电容C的容量为100nF(纳法)，稳压管D3的型号为P6KE3CA。在其他实例中，第二运算放大器和稳压管可以使用现有的任意型号的同类型器件，各分压电阻的阻值可以根据实际情况进行调整，只要能实现烟雾探测的目的就包括本实施方式的内容中。

对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，电气火灾监控探测器中除了设置烟雾探测器、温度检测电路之外，同时设置与处理器电连接的漏电检测电路。具体，该漏电检测电路中包括：漏电互感器及第三运算放大器，漏电互感器的输出端分别与第三运算放大器的正输入端和负输入端连接，将漏电互感器感应到的电流信号放大后经输出端输出。第三运算放大器及其周边电路如图4所示，漏电检测电路还包括第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五分压电阻R15、第十六分压电阻R16、第十七分压电阻R17及第十八分压电阻R18，其中，第十三分压电阻R13的第一端与第三运算放大器 U3的第二负输入端-INB和第二输出端OUTB连接，第二端与第三运算放大器 U3的第一正输入端+INA连接；第十四分压电阻R14的第一端与第十三分压电阻R13的第一端连接，第二端与漏电互感器的第一输出端NC1连接；第十五分压电阻R15的第一端与第三运算放大器U3的第一输出端OUTA连接，第二端与第三运算放大器U3的第一负输入端-INA连接；第十六分压电阻R16的第一端与第十五分压电阻R15的第一端连接，第二端与漏电互感器的第二输出端 NC2连接；第十七分压电阻R17一端接地AGND，另一端与第三运算放大器 U3的第二正输入端+INB连接；第十八分压电阻R18一端接地供电源(如图示 2.5V供电源)，另一端与与第三运算放大器U3的第二正输入端+INB连接。第十九分压电阻R19的一端与第十四分压电阻R14的第二端连接，另一端与第十六分压电阻R16的第二端连接。

发生火灾时，漏电互感器将实时感应到的电流信号输入至第三运算放大器 U3的第一输入端(包括第一正输入端+INA和第二负输入端-INA)进行放大，并通过第三运算放大器U2的输出端OUTA(图示中CURR)将放大后的电压信号输入处理器的AD端。处理器接收到第三运算放大器U3发送至电压信号后，根据该电压信号判断是否发生了火灾。

在处理器中，预存有电压信号和漏电流的关联关系，及漏电流与火灾程度的关联关系，如相应的转换公式、关系列表等，当处理器接收到第三运算放大器U3发送的电压信号，根据电压信号和漏电流的关联关系得到相应的漏电流，进一步根据漏电流与火灾程度的关联关系得到当前火灾的程度。

在一实例中，第三运算放大器U3使用型号为SGM8552的运算放大器，第十三分压电阻R13和第十五分压电阻R15的阻值为100K/1％，第十四分压电阻 R14和第十六分压电阻R16的阻值为1K/1％，第十七分压电阻R17和第十八分压电阻R18的阻值为10K/1％，第十九压电阻R19的阻值为10Ω/1％。在其他实例中，第三运算放大器可以使用现有的任意型号的同类型器件，各分压电阻的阻值可以根据实际情况进行调整，只要能实现烟雾探测的目的就包括本实施方式的内容中。

本实用新型还提供了一种电气火灾监控系统，包括上述电气火灾监控探测器，还包括监控端，监控端与电气火灾监控探测电连接，其中，烟雾探测器置于火灾监控区域的上方，温度传感器安装于电缆上，漏电互感器安装于电缆线周围。在监控过程中，处理器将接收到的烟雾信号和/或温度信号和/或电流信号发送至监控端，便于监控人员及时定位到火灾发生的位置并进行处理。此外，电气火灾监控系统中还包括与处理器连接的报警装置(如蜂鸣器等)，通知周边人员及时响应。

在一实例中，如图5，电气火灾监控系统用于监控配电柜中是否发生火灾，设置两个温度传感器5/6分别设置在电缆线7/8上，漏电互感器9设置于电缆器7/8周围，烟雾探测器4设置于配电柜的顶部，分别与温度传感器5/6、漏电互感器9和烟雾探测器4电连接的探测器2(内置处理器及各探测器探测信号的处理电路)安装于配电柜面盖1的安装孔3上，探测器2通过485信号线和监控端10(主机)相连。

当发生电气火灾时，配电柜内部产生明火，电缆线7/8着火，烟雾探测器 4检测到烟雾，将信号传输给探测器2内部的CPU。虽然，在火灾初期，由于电缆线7/8并没有完全损坏，CPU没有检测到漏电互感器9的信号，但是会检测到温度传感器5/6的温度上升，此时，探测器2内部的CPU通过自身的逻辑运算判断(结合烟雾信号和温度信号)出有电气火灾状况，并通过485通讯电路将信号传输给监控端10，监控端10提示监控人员有火灾发生，以此，监控人员可以快速定位到火灾发生的位置，并且进行处理。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电气火灾监控探测器，其特征在于，包括用于探测烟雾信号的烟雾探测器及用于根据所述烟雾信号对电气火灾进行监测的处理器，所述烟雾探测器与处理器电连接，包括发光电路及光检测电路，其中，

所述发光电路中包括：发光二极管、NPN管及第一分压电阻，其中，发光二极管的正极与供电源连接、负极与NPN管的集电极连接，NPN管的发射极接地、基极与第一分压电阻的一端连接，第一分压电阻的另一端与处理器的控制端连接；

所述光检测电路中包括：设置于所述发光二极管发光区域外的光敏管、第一运算放大器、第二分压电阻、第三分压电阻及第四分压电阻，其中，所述光敏管的正极接地、负极与第一运算放大器的第一负输入端连接，第二分压电阻的一端与光敏管的负极连接、另一端与第一运算放大器的第二正输入端连接，第三分压电阻的一端接地、另一端与第一运算放大器的第二负输入端连接，第四分压电阻的一端与第一运算放大器的第二负输入端连接、另一端作为烟雾探测器的输出端且与第一运算放大器的第二输出端连接，第一运算放大器的第一输出端与第二正输入端连接、第一正输入端接地。

2.如权利要求1所述的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述发光二极管为红外发射二极管，光敏管为光电晶体管。

3.如权利要求1或2所述的电气火灾监控探测器，其特征在于，发光二极管和光敏管分别设置于预设的直角迷宫的两个顶点。

4.如权利要求1所述的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述电气火灾监控探测器中还包括与处理器电连接的温度检测电路，包括：温度传感器、差分电路及第二运算放大器，其中，温度传感器的输出端与差分电路的输入端连接，差分电路的两个输出端分别与第二运算放大器的信号输入端连接，将温度传感器感应到的温度信号放大后经输出端输出。

5.如权利要求4所述的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述差分电路中包括第五分压电阻、第六分压电阻及第七分压电阻，其中，第五分压电阻的第一端与第七分压电阻的第一端连接、第二端与第六分压电阻的第一端连接，第六分压电阻的第二端接地；第七分压电阻的第二端与温度传感器的输出端连接，且作为差分电路的一路输出连接至第二运算放大器的正输入端；第五分压电阻的第二端作为差分电路的另一路输出连接至第二运算放大器的负输入端，第五分压电阻的第一端与供电源连接。

6.如权利要求1或2或4或5所述的电气火灾监控探测器，其特征在于，所述电气火灾监控探测器中还包括与处理器电连接的漏电检测电路，包括：漏电互感器及第三运算放大器，漏电互感器的输出端分别与第三运算放大器的正输入端和负输入端连接，将漏电互感器感应到的电流信号放大后经输出端输出。

7.一种电气火灾监控系统，其特征在于，包括如权利要求6所述的电气火灾监控探测器，还包括监控端，所述监控端与电气火灾监控探测电连接，其中，烟雾探测器置于火灾监控区域的上方，温度传感器安装于电缆上，漏电互感器安装于电缆线周围。

8.如权利要求7所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述电气火灾监控系统中还包括与处理器连接的报警装置。