一種紅外紫外復合火焰探測器及其探測方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種紅外紫外復合火焰探測器，通過對數(shù)放大器對來自紫外光電管和紅外光電探測器的電流進行轉換，使得該火焰探測器能夠偵測到微小的信號。本發(fā)明還提供上述火焰探測器的探測方法，使用該方法進行火焰探測，能夠偵測到微小信號。
【專利說明】一種紅外紫外復合火焰探測器及其探測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及消防領域，特別是一種紅外紫外復合火焰探測器及其探測方法。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的火焰探測器大致分為兩種，一種是單紅外或單紫外火焰探測器，另一種是紅外紫外復合式火焰探測器。這兩種火焰探測器均存在一定的局限性:單紅外或者單紫外火焰探測器的抗干擾能力較差，較容易受太陽光、熱源、熒光燈、白熾燈等背景光的影響而產(chǎn)生誤報警。因此，這類火焰探測器僅適用于自然光線有限的封閉空間。傳統(tǒng)的紫外紅外復合式火焰探測器受限于紫外光電管的使用方式，響應時間較長。因此，這類火焰探測器無法滿足對火焰的快速響應要求。除此之外現(xiàn)有的火焰探測器在信號處理過程中，多采用線性放大技術，無法偵測到微小信號，同時動態(tài)范圍較小，致使火焰探測器靈敏度低，探測距離有限。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提出一種紅外紫外復合火焰探測器，通過對數(shù)放大器對來自紫外光電管和紅外光電探測器的電流進行轉換，使得該火焰探測器能夠偵測到微小的信號。本發(fā)明還提供上述火焰探測器的探測方法，使用該方法進行火焰探測，能夠偵測到微小信號。
[0004]為了實現(xiàn)上述技術效果，具體技術方案為:
[0005]一種紅外紫外復合火焰探測器，包括:紫外感應電路，所述紫外感應電路包括依次電連接的紫外光電管、第一對數(shù)放大器、第一模數(shù)轉換器；紅外感應電路，所述紅外感應電路包括依次電連接的紅外光電探測器、第二對數(shù)放大器、第二模數(shù)轉換器；以及數(shù)據(jù)處理芯片，所述紅外感應電路、紫外感應電路分別與所述的數(shù)據(jù)處理芯片相連接。
[0006]作為上述方案的優(yōu)選，所述紫外光電管的工作電壓為周期性方波電壓。
[0007]作為上述方案的優(yōu)選，所述第一對數(shù)放大器與第二對數(shù)放大器的動態(tài)范圍均為160dB，最小輸入電流均為ΙΟΟρΑ，所述紅外光電探測器的靈敏度為1A/W。
[0008]作為上述方案的優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)處理芯片為FPGA。
[0009]本發(fā)明還提供一種紅外紫外復合火焰探測器的探測方法，包括如下步驟:紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖，所述電流脈沖經(jīng)第一對數(shù)放大器后處理成第一電壓信號，所述第一電壓信號經(jīng)第一模數(shù)轉換器形成第一數(shù)字信號；紅外光電探測器感應到紅外光后形成直流信號，所述直流信號經(jīng)第二對數(shù)放大器后處理成第二電壓信號，所述第二電壓信號經(jīng)第二模數(shù)轉換器形成第二數(shù)字信號；所述第一數(shù)字信號、第二數(shù)字信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理芯片處理判別是否發(fā)出火災報警信號。
[0010]作為上述方案的優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)處理芯片處理判別的步驟具體為:是不是同時具有第一數(shù)字信號及第二數(shù)字信號，若不是，則不發(fā)出火災報警信號，若是，則進一步判斷:第二數(shù)字信號是否小于1500cnt，若是，則判斷第一數(shù)字信號是否由大于五個的電流脈沖形成，若第一數(shù)字信號由小于五個的電流脈沖形成，則不發(fā)出火災報警信號，反之，則發(fā)出火災報警信號；若第二數(shù)字信號不小于1500cnt，則判斷第一數(shù)字信號是否由不小于兩個的電流脈沖形成，若第一數(shù)字信號由小于兩個的電流脈沖形成，則不發(fā)出火災報警信號，反之，則發(fā)出火災報警信號。
[0011]作為上述方案的優(yōu)選，所述紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖的具體方式為:將周期性方波電壓作為所述紫外光電管兩極間的工作電壓，通過控制方波電壓的脈寬，使得每個電壓周期內都可以產(chǎn)生一個電流脈沖。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明提供的一種紅外紫外復合火焰探測器的結構框圖；
[0013]圖2是施加在紫外光電管兩極的工作電壓的方波示意圖；
[0014]圖3是數(shù)據(jù)處理芯片的火災判定步驟的流程圖。

【具體實施方式】
[0015]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0016]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0017]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種紅外紫外復合火焰探測器，包括:
[0019]紫外感應電路，所述紫外感應電路包括依次電連接的紫外光電管、第一對數(shù)放大器、第一模數(shù)轉換器，如圖2所示，所述紫外光電管的工作電壓為周期性方波電壓，本實施例中采用的紫外光電管的型號為R9533、響應波長范圍為185nm到260nm、供電電壓為400V，采用的第一對數(shù)放大器的型號為AD8304、動態(tài)范圍為160dB、探測范圍為10pA到10mA、工作電壓為3V、輸出帶寬為10MHz，采用的第一模數(shù)轉換器的型號為THS1206，該型號的模數(shù)轉換器屬于12位、6MSPS、實時取樣的數(shù)模轉換器，所述方波的周期為5ms、脈寬為60 μ s ;
[0020]紅外感應電路，所述紅外感應電路包括依次電連接的紅外光電探測器、第二對數(shù)放大器、第二模數(shù)轉換器，本實施例中采用的紅外光電探測器的型號為FGA21，響應波長為800nm到1800nm，最大偏置電壓為3V，典型暗電流值為50nA，輸出信號上升/下降時間為66ns，靈敏度為1A/W。，采用的第二對數(shù)放大器的型號為AD8304、動態(tài)范圍為160dB、探測范圍為10pA到10mA、工作電壓為3V、輸出帶寬為10MHz，采用的第二模數(shù)轉換器的型號為THS1206，該型號的模數(shù)轉換器屬于12位、6MSPS、實時取樣的數(shù)模轉換器；以及
[0021]數(shù)據(jù)處理芯片，所述紅外感應電路、紫外感應電路分別與所述的數(shù)據(jù)處理芯片相連接，所述數(shù)據(jù)處理芯片為型號為Cyclone II的FPGA。
[0022]本發(fā)明提供的一種紅外紫外復合火焰探測器的靈敏度取決于對數(shù)放大器的動態(tài)范圍和最小輸入電流。本發(fā)明所描述的火焰探測器所使用的第二對數(shù)放大器均擁有160dB的動態(tài)范圍、最小輸入電流為ΙΟΟρΑ，紅外光電探測器的靈敏度為1A/W。當?shù)诙?shù)放大器與紅外光電探測器配合使用時，本發(fā)明所提供的火焰探測器可以檢測到功率僅為10pW的微弱紅外光信號。當紫外光電管產(chǎn)生脈沖時,此脈沖的峰值電流可達到30mA，平均放電電流可達到1mA，該電流值位于所使用的第一對數(shù)放大器的工作范圍內。因此本發(fā)明所提供的火焰探測器具有高靈敏度，可以探測微弱的火焰或者距離較遠的火焰。
[0023]本發(fā)明提供的一種紅外紫外復合火焰探測器的感應速度快體現(xiàn)在:紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖，火災判斷時需要對該電流脈沖進行計數(shù)，從可靠性的角度出發(fā)，需要至少兩個光電流脈沖來判斷火焰的存在。本發(fā)明使用圖2所示的周期性方波電壓作為紫外光電管的工作電壓，將方波的周期定為5ms、脈寬定為60μ S，使得每個電壓周期內都可以產(chǎn)生一個電流脈沖。因此，火焰探測器的響應時間就是電壓信號周期的整數(shù)倍，而此時電壓信號的周期為毫秒量級，故該火焰探測器對紫外光的響應時間為毫秒量級。紅外光電探測器形成直流信號，該火焰探測器對紅外光的響應時間為幾十納秒。由于判斷火災的標準為同時感應到紅外光與紫外光，因此，本發(fā)明所提供的火焰探測器的響應時間為紫外光電管產(chǎn)生即定個數(shù)的脈沖需要的時間，即為毫秒量級。
[0024]本發(fā)明還提供一種紅外紫外復合火焰探測器的探測方法，包括如下步驟:
[0025](I)紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖，所述紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖的具體方式為:將周期性方波電壓作為所述紫外光電管兩極間的工作電壓，通過控制方波電壓的脈寬，使得每個電壓周期內都可以產(chǎn)生一個電流脈沖，所述電流脈沖經(jīng)第一對數(shù)放大器后處理成第一電壓信號，所述第一電壓信號經(jīng)第一模數(shù)轉換器形成第一數(shù)字信號；紅外光電探測器感應到紅外光后形成直流信號，所述直流信號經(jīng)第二對數(shù)放大器后處理成第二電壓信號，所述第二電壓信號經(jīng)第二模數(shù)轉換器形成第二數(shù)字信號；
[0026](2)所述第一數(shù)字信號、第二數(shù)字信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理芯片處理判別是否發(fā)出火災報警信號，如圖3所示，所述數(shù)據(jù)處理芯片處理判別的步驟具體為:是不是同時具有第一數(shù)字信號及第二數(shù)字信號，若不是，則不發(fā)出火災報警信號，若是，則進一步判斷:第二數(shù)字信號是否小于1500cnt，若是，則判斷第一數(shù)字信號是否由大于五個的電流脈沖形成，若第一數(shù)字信號由小于五個的電流脈沖形成，則不發(fā)出火災報警信號，反之，則發(fā)出火災報警信號；若第二數(shù)字信號不小于1500cnt，則判斷第一數(shù)字信號是否由不小于兩個的電流脈沖形成，若第一數(shù)字信號由小于兩個的電流脈沖形成，則不發(fā)出火災報警信號，反之，則發(fā)出火災報警信號。
[0027]該方法適用于上述火焰探測器，該方法可以提高上述火焰探測器的抗干擾能力，具體表現(xiàn)為:首先，只有同時檢測到紅外光和紫外光時才有可能進行火災報警；其次，將報警條件進行細化，判斷第二數(shù)字信號是否小于1500cnt，即判定紅外線強弱，當?shù)诙?shù)字信號小于1500cnt時認為紅外線較弱時，檢測到紫外光電管形成超過五個電流脈沖才發(fā)出火災報警，該設定方式可以防止紅外線較弱時，紫外光電管的自發(fā)輻射和宇宙射線這兩類干擾源造成的干擾；當?shù)诙?shù)字信號不小于1500cnt時認為紅外線較強時，檢測到紫外光電管形成超過兩個電流脈沖即發(fā)出火災報警，該設定方式保證了上述火焰探測器的快速響應。因此，上述火焰探測器采用該探測方法進行探測時，既提高了火焰探測器的抗干擾能力，又能保證其快速響應的優(yōu)點。
[0028]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0029]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種紅外紫外復合火焰探測器，其特征在于，包括: 紫外感應電路，所述紫外感應電路包括依次電連接的紫外光電管、第一對數(shù)放大器、第一模數(shù)轉換器； 紅外感應電路，所述紅外感應電路包括依次電連接的紅外光電探測器、第二對數(shù)放大器、第二模數(shù)轉換器；以及 數(shù)據(jù)處理芯片，所述紅外感應電路、紫外感應電路分別與所述數(shù)據(jù)處理芯片相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的紅外紫外復合火焰探測器，其特征在于，所述紫外光電管的工作電壓為周期性方波電壓。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的紅外紫外復合火焰探測器，其特征在于，所述第一對數(shù)放大器與第二對數(shù)放大器的動態(tài)范圍均為160dB,最小輸入電流均為10pA,所述紅外光電探測器的靈敏度為1A/W。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的紅外紫外復合火焰探測器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理芯片為FPGA。
5.一種紅外紫外復合火焰探測器的探測方法，其特征在于，包括如下步驟: 紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖，所述電流脈沖經(jīng)第一對數(shù)放大器后處理成第一電壓信號，所述第一電壓信號經(jīng)第一模數(shù)轉換器形成第一數(shù)字信號； 紅外光電探測器感應到紅外光后形成直流信號，所述直流信號經(jīng)第二對數(shù)放大器后處理成第二電壓信號，所述第二電壓信號經(jīng)第二模數(shù)轉換器形成第二數(shù)字信號； 所述第一數(shù)字信號、第二數(shù)字信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理芯片處理判別是否發(fā)出火災報警信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的紅外紫外復合火焰探測器的探測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理芯片處理判別的步驟具體為:是否同時具有第一數(shù)字信號及第二數(shù)字信號，若不是，則不發(fā)出火災報警信號，若是，則進一步判斷:第二數(shù)字信號是否小于1500cnt，若是，則判斷第一數(shù)字信號是否由大于五個的電流脈沖形成，若第一數(shù)字信號由小于五個的電流脈沖形成，則不發(fā)出火災報警信號，反之，則發(fā)出火災報警信號；若第二數(shù)字信號不小于1500cnt，則判斷第一數(shù)字信號是否由不小于兩個的電流脈沖形成，若第一數(shù)字信號由小于兩個的電流脈沖形成，則不發(fā)出火災報警信號，反之，則發(fā)出火災報警信號。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的紅外紫外復合火焰探測器的探測方法，其特征在于，所述紫外光電管感應到紫外光后形成電流脈沖的具體方式為:將周期性方波電壓作為所述紫外光電管兩極間的工作電壓，通過控制方波電壓的脈寬，使得每個電壓周期內都可以產(chǎn)生一個電流脈沖。
【文檔編號】G08B17/12GK104199117SQ201410411771
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】謝永杰, 楊昕 申請人:湖北捷訊光電有限公司