CN220751904U - 一种烟雾光谱检测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于探测领域,公开了一种烟雾光谱检测装置。该种烟雾光谱检测装置包括:检测腔、多波长阵列光源、遮光部件、宽吸光壁和光谱探测部件。根据本实用新型的烟雾光谱检测装置通过多波长阵列光源发射光,经过匀光部件之后,均匀照射进入密闭空间的烟雾,然后通过烟雾散射绕过遮光部件,进入光谱探测部件,探测烟雾的散射光谱,然后通过光谱分析获得烟雾的信息,然后根据阈值进行报警,可大面积推广,具有极大的应用市场。

Description

一种烟雾光谱检测装置
技术领域
本实用新型属于探测领域,具体涉及一种烟雾光谱检测装置。
背景技术
目前着火的时候,基本都伴随着烟雾的释放,目前低成本的火警报警方案,是采用烟雾报警器。但是目前厨房做饭的时候,由于很多时候,这个时候,如果烧着饭放的油或者调料过多的情况下,比如辣椒放多了,容易放出类似烟雾的颗粒物,这个时候就容易导致烟雾报警器误报。比如煎牛排的时候,如果煎的过老,也容易产生烟雾,这种情况下,受限于目前的烟雾报警器的技术,不能很好的判断是何种烟雾,容易导致误报警,所以有时候也难以控制烟雾报警器的合理使用。
为了解决烟雾报警器对火警的误报,目前的解决方式是通过高光谱烟雾探测器来报警。受限于目前的技术,目前普通烟雾探测器不能很好的根据烟雾来准确判断是牛排烤糊了还是有火灾,而高光谱烟雾探测器又价格昂贵,不能大面积的推广应用。
目前探测光谱的技术有很多,比如量子点探测,通过三棱镜或者光栅分光实现探测波长,或者通过滤光片实现光谱的探测,但是这些光谱探测普遍存在这价格高,结构复制,需要的光谱探测部分成本高,不能大面积普及。此外,目前很多具有光谱探测功能的设备,不能对烟雾的散射的光分布进行测量,所以就不能更精确的确认粒子的特性。如何实现低成本的CMOS普通感光芯片或者摄像头或者录像设备能探测更多波长成为一大难题。
实用新型内容
为了解决目前烟雾成分分析的难点和缺点,本实用新型提出了一种烟雾光谱检测装置。该种烟雾光谱检测装置包括:多波长阵列光源、遮光部件、吸光壁和光谱探测部件;
多波长阵列光源设置在检测腔的侧壁上;
所述遮光部件与光谱探测部件一一对应设置;
所述检测腔的内壁为吸光壁。
更进一步地,多波长阵列光源为Mini/Micro-LED多波长阵列光源。
更进一步地,Mini/Micro-LED多波长阵列光源包括COB光源或者柔性Mini/Micro-LED阵列光源。
更进一步地,所述烟雾光谱检测装置还包括匀光部件,且匀光部件与多波长阵列光源相对设置;匀光部件为散光板或者距离匀光装置;
所述多波长阵列光源设置在光源腔内,所述距离匀光装置包括设置在光源腔两侧上的吸光结构;
距离匀光装置是随着距离的增加光源发出的光的均匀性会增加,控制光源进入光源腔内的距离,且光源腔的两侧能够吸光,这样出射的光源均匀性会大大增加。
更进一步地,一一对应设置的遮光部件和光谱探测部件构成光谱探测组件;
所述光谱探测组件为三个,三个光谱探测组件分别位于光源的两侧或/和对面;
或者,所述光谱探测组件为两个,两个光谱探测组件分别位于光源的两侧或对面;
或者,所述光谱探测组件为一个,一个光谱探测组件分别位于光源的两侧或对面;
或者,检测腔内密布设置多个光谱探测组件,多个光谱探测组件分别位于光源的两侧或/和对面。
更进一步地,遮光部件为吸光板,其位于光谱探测部件的侧面或者正面。
更进一步地,所述多波长吸光壁吸光的波长至少与多波长阵列光源发出光的波长一一对应。
更进一步地,所述吸光壁为宽光谱吸光壁,宽光谱吸光壁对吸收Mini/Micro-LED多波长阵列光源发出来的光的吸收率在70%以上。
更进一步地,检测腔上设置有可关闭进烟雾口和可关闭出烟雾口,可关闭进烟雾口将烟雾吸入密闭空间内,在测量的时候,可关闭进烟雾口和可关闭出烟雾口均处于关闭状态。
更进一步地,光谱探测部件能探测Mini/Micro-LED多波长阵列光源发出来的光谱。
更进一步地,光谱探测部件为普通摄像头或CMOS探测芯片或光传感器或CCD部件。
根据本实用新型的烟雾光谱检测装置通过多波长阵列光源发射光,经过匀光部件之后,均匀照射进入密闭空间的烟雾,然后通过烟雾散射绕过遮光部件,进入光谱探测部件,探测烟雾的散射光谱,然后通过光谱分析获得烟雾的信息,然后根据阈值进行报警,可大面积推广,具有极大的应用市场,通过光分布获得更详细的烟雾粒子的参数,可以更好判断烟雾的种类和特性,减少误判,提高探测精准率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式,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。
图1为本实用新型具体实施方式提供的烟雾光谱检测装置的结构示意图(单个光谱探测组件);
图2为本实用新型具体实施方式提供的烟雾光谱检测装置的结构示意图(多个光谱探测组件)。
具体实施方式
下面将结合实施例对本实用新型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做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。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语"第一"、"第二"仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中,"多个"的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。此外,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1、图2所示,本实施方式提供了一种烟雾光谱检测装置。该种烟雾光谱检测装置包括:多波长阵列光源1、遮光部件3、吸光壁4、光谱探测部件6和检测腔9。
多波长阵列光源1设置在检测腔9的侧壁上。遮光部件3与光谱探测部件6一一对应设置。
检测腔9的内壁为吸光壁4,吸光壁的材料可以通过粉刷黑色墨水来实现或者粘贴黑色碳纳米管来实现。
检测腔9外壳的材料可以为塑料或者金属。匀光部件2采用匀光板,匀光板可以是LCD上使用的散光板,是在透明材料添加纳米或者微米的白色颗粒构成的,比如说SiO2等材料。
更进一步地,多波长阵列光源1为Mini/Micro-LED多波长阵列光源。Mini/Micro-LED多波长阵列光源包括COB光源或者柔性Mini/Micro-LED阵列光源。由于Mini/Micro-LED芯片面积和体积比较小,所以可以做多波长集成化封装到COB光源或者阵列式光源,通过相应的电路控制,可以使得不同波长的光依次开关,来实现多波长光源。这样应用到烟雾探测器上,可以实现对不同波长的光的散射数据进行测量,从而实现光谱探测,代替目前的颜色烟雾探测或者光谱探测。由于此种方案可以由Mini/Micro-LED多波长阵列光源结合普通光传感器通过依次点亮光源的方式来实现光谱探测,两者的价格均很便宜,避免了昂贵的颜色或者光谱探测器,在提高精度的同时,降低了设备的价格,能够实现大面积的使用。
多波长阵列光源1可以由COB光源构成或者阵列Micro-LED光源构成,其中COB光源和阵列Micro-LED光源的芯片是由多波长的LED芯片构成。
具体的,多波长阵列光源1是由单色光源组成的多组或多个不同波长的光源阵列,如,光源可以为Mini/Micro-LED光源,比如波长可以为550nm、600nm、700nm三组Micro-LED光源,每组5个,这样每次一组5个光源同时点亮。
LED光源的优势为价格便宜,可靠性高,可选择的波长多,且可选择的波长的数值差别更小,有的波长可以达到3nm,况且根据LED的量子阱的多组分结构,可以通过设计量子阱发光组分的比例来调控出射的波长。理论上做到不同LED的波长差别达到nm都是可以,这样就提供最够精细,足够多波长的光源阵列。且由于Mini/Micro-LED的芯片尺寸比较小,现在10微米见方的LED也已经制作出来了,所以可以在很小面积摆放更多的LED芯片,可以摆放更多波长的LED,占用的空间也比较小,在比较小的空间内可以排列更多波长的LED阵列,从而提高检测精度,且能实现设备的小型化。
更进一步地,烟雾光谱检测装置还包括匀光部件2,且匀光部件2与多波长阵列光源1相对设置,匀光部件2为散光板或者距离匀光装置。匀光部件为现有的LCD配合使用的散光板,具体为将纳米粒子封装到透明薄膜里面形成散光板,散光板具有匀光的功能。
多波长阵列光源设置在光源腔内,距离匀光装置包括设置在光源腔两侧上的吸光结构。
距离匀光装置是随着距离的增加光源发出的光的均匀性会增加,控制光源进入光源腔内的距离,且光源腔的两侧能够吸光,这样出射的光源均匀性会大大增加。
距离匀光装置是利用LED的发光特性,当距离比较远时,其相同长度上的光均匀性会变好,所以叫距离匀光装置,当然前提是距离匀光的四周是吸光材料构成,这样发射到远距离的光只有LED很小角度的光,这样在距离较远的地方,光均匀性会提高。
更进一步地,一一对应设置的遮光部件和光谱探测部件构成光谱探测组件;
光谱探测组件为三个,三个光谱探测组件分别位于光源的两侧或/和对面,能够探测烟雾散射光谱的正面和两侧的光分布,如果此时为米氏散射,可以通过光分布来判断烟雾的参数,比如说直径等,通过光分布来判断烟雾的参数采用的是现有技术。
或者,所述光谱探测组件为两个,两个光谱探测组件分别位于光源的两侧或对面。
或者,所述光谱探测组件为一个,一个光谱探测组件分别位于光源的两侧或对面。
或者,检测腔9内密布设置多个光谱探测组件,多个光谱探测组件分别位于光源的两侧或/和对面。可以实现对散射光谱的光场分布的探测,可以更加精准的探测烟雾的参数,包括粒子的直径,类型等。
需要说明的是,当光谱探测组件密布在检测腔9内时,光谱探测组件的数量可以根据实际需要设定。
更进一步地,遮光部件3为吸光板,其位于光谱探测部件的侧面或者正面。
更进一步地,吸光壁吸光的波长至少与多波长阵列光源发出光的波长一一对应。也就是说吸光壁所吸光的波长范围大于光源发出光的波长范围。
更进一步地,吸光壁4为宽光谱吸光壁,宽光谱吸光壁为墨水涂抹后形成或者通过粘贴碳纳米管形成的。宽光谱吸光壁对吸收Mini/Micro-LED多波长阵列光源发出来的光的吸收率在70%以上。
检测腔9上设置有可关闭进烟雾口5和可关闭出烟雾口8,在测量的时,可关闭进烟雾口5和可关闭出烟雾口8均处于关闭状态。即,测量的时候,密闭空间要关闭,防止外来光源进入产生干扰。
更进一步地,可关闭进烟雾口5将烟雾7吸入密闭空间内,测量的时候,进烟雾口是关闭的。测量完毕后,打开可关闭进烟雾口5和可关出烟雾口8,将烟雾排出去。由于散射的时候的,光与烟雾会相互作用,这样烟雾的吸收特性就会在光谱上显示出来,同时由于内壁是吸光物质构成的,这样就避免了测量反射带来光谱变化对烟雾探测干扰,因为照射到内部上的光都被内壁吸收了,这些光不会被散射到光谱探测部件6上,也就避免了内壁反射的干扰。光散射的时候,光会与烟雾相互作用,有部分光被吸收,这样散射之后的光谱会因为烟雾的作用而发生改变,同时不同烟雾吸收不同,因此其散射的光谱也不同,这样就会根据散射的光谱反向推导烟雾的成分。
当光谱探测部件6为三色的CCD或者CMOS摄像头芯片的时候,对应的多波长阵列光源1至少包含一组红绿蓝三波长光源。
光谱探测部件6为CMOS的摄像部件的时候,其有个吸收光谱曲线,通过控制Mini/Micro-LED多波长阵列光源发射的光源,每次让特定波长的LED光发射进入光谱探测部件,由于Mini/Micro-LED多波长阵列光源可以做的很小,所以里面具有多个发射光谱波长的Mini/Micro-LED多波长阵列光源,这样每次发射不同波长的光进入光谱探测部件6,这样获得不同波长光的光谱数据,此光谱数据为烟雾物质的散射光谱数据,只要Mini/Micro-LED多波长阵列光源的足够多,就能获得最够多的烟雾散射光谱数据,这样根据数据计算,就能得到一定精度烟雾散射光谱曲线,由于每种烟雾的物质不同,颗粒大小不同,每种烟雾对应不同的烟雾散射光谱曲线,根据曲线可以反推导出来烟雾的物质,避免误报。
更进一步地,光谱探测部件6能探测Mini/Micro-LED多波长阵列光源发出来的光谱。
更进一步地,光谱探测部件6为普通摄像头或CMOS探测芯片或光传感器或CCD部件。
当光谱探测部件6为光传感器,能够大幅度降低成本,通过依次点亮光源实现光谱探测,具有简单可靠,低成本,精度可调节,可控制,比现有的颜色传感器和光栅光谱探测器成本更低,更可靠,更容易推广。
另外多波长阵列光源1和当光谱探测部件6还包含自己的控制系统,使得光谱探测部件6工作的时候,多波长阵列光源1是一直打开的,这样就能保证测量的是烟雾的散射光谱。另外控制系统还控制着可关闭进烟雾口5和可关出烟雾口8,使得可关闭进烟雾口5和可关出烟雾口8都处于关系的状态,然后多波长阵列光源1和当光谱探测部件6是工作状态。
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 (10)

1.一种烟雾光谱检测装置,其特征在于,包括检测腔、多波长阵列光源、遮光部件、吸光壁和光谱探测部件;
所述多波长阵列光源设置在检测腔的侧壁上;
所述遮光部件与光谱探测部件一一对应设置;
所述检测腔的内壁为吸光壁。
2.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,所述多波长阵列光源为Mini/Micro-LED多波长阵列光源。
3.根据权利要求2所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,Mini/Micro-LED多波长阵列光源包括COB光源或者柔性Mini/Micro-LED阵列光源。
4.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,所述烟雾光谱检测装置还包括匀光部件,且匀光部件与多波长阵列光源相对设置;
所述匀光部件为散光板或者距离匀光装置;
所述多波长阵列光源设置在光源腔内,所述距离匀光装置包括设置在光源腔两侧上的吸光结构。
5.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,一一对应设置的遮光部件和光谱探测部件构成光谱探测组件;
所述光谱探测组件为三个,三个光谱探测组件分别位于光源的两侧或/和对面;
或者,所述光谱探测组件为两个,两个光谱探测组件分别位于光源的两侧或对面;
或者,所述光谱探测组件为一个,一个光谱探测组件分别位于光源的两侧或对面;
或者,检测腔内密布设置多个光谱探测组件,多个光谱探测组件分别位于光源的两侧或/和对面。
6.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,所述遮光部件为吸光板,其位于光谱探测部件的侧面或者正面。
7.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,所述吸光壁吸光的波长至少与多波长阵列光源发出光的波长一一对应。
8.根据权利要求7所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,所述吸光壁为宽光谱吸光壁,所述宽光谱吸光壁对Mini/Micro-LED多波长阵列光源发出来的光的吸收率在70%以上。
9.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,所述检测腔上设置有可关闭进烟雾口和可关闭出烟雾口,在测量的时,可关闭进烟雾口和可关闭出烟雾口均处于关闭状态。
10.根据权利要求1所述的烟雾光谱检测装置,其特征在于,光谱探测部件能探测Mini/Micro-LED多波长阵列光源发出来的光谱;
光谱探测部件为普通摄像头或CMOS探测芯片或光传感器或CCD部件。
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