一種多參量火災(zāi)探測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多參量火災(zāi)探測器，包括外殼，設(shè)置在所述外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在所述外殼底部外壁的4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)，以及安裝在所述外殼內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元溫濕度傳感器和照度傳感器；所述多個太陽能電池板、4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元，溫濕度傳感器和照度傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接。本實用新型所述多參量火災(zāi)探測器，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中可靠性低、適用范圍小和使用不方便等缺陷，以實現(xiàn)可靠性高、適用范圍大和使用方便的優(yōu)點。
【專利說明】一種多參量火災(zāi)探測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種多參量火災(zāi)探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]各種不同材料燃燒產(chǎn)生的火焰輻射光譜各不相同，火焰的光譜從紫外、可見光到紅外波段均有能量輻射，但紅外波段輻射的能量比紫外波段大的多，這也是火焰發(fā)紅的原因。在火焰紅外波段內(nèi)的4.35 μ m附近能夠觀察到峰值，這稱為CO2原子團的發(fā)光光譜，是火焰特有的性質(zhì)，并且此波長的輻射能量強度相對較大。
[0003]火焰燃燒存在閃爍現(xiàn)象，閃爍時的紅外輻射幅值是不同的，大量的實驗表明典型的紅外輻射幅值在5 %?20 %之間?；鹧娴拈W爍的物理特性，還表現(xiàn)在輻射強度以I?30Hz的頻率波動，這一特性也是本實用新型對火災(zāi)信號進行識別處理時的理論依據(jù)。
[0004]火災(zāi)探測包含兩層含義:一是針對某一(些)物理特征采用何種探測方法，二是基于該探測方法采用何種算法才能在環(huán)境中準確的探測火災(zāi)?；馂?zāi)探測技術(shù)是傳感技術(shù)和火災(zāi)探測算法相結(jié)合的產(chǎn)物，其實質(zhì)是將各種火災(zāi)參量通過傳感器接收轉(zhuǎn)化為容易處理的信號，其中尤以轉(zhuǎn)換為電壓信號最為常見，然后通過識別算法判斷是否發(fā)生火災(zāi)。火災(zāi)還具有各種參量的頻譜特性，初期燃燒時煙的頻率集中在O?15MHz范圍，溫度的頻率集中在O?55MHz范圍，而出現(xiàn)明火后，火焰的頻率為I?12Hz。所以探測火災(zāi)各種目標參量的頻譜特征并進行信號分析是火災(zāi)探測的重要技術(shù)手段
[0005]在信號處理中數(shù)字濾波主要是為了濾除信號中可能存在的干擾，提高信噪比。就是把輸入序列通過一定的運算變換成輸出序列。其中頻域法，即先對輸入信號進行傅立葉變換，分析其頻譜，然后根據(jù)所希望的頻率特性進行濾波。時域法，即對離散抽樣序列做差分數(shù)學(xué)運算來達到濾波目的。
[0006]模式識別技術(shù)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展而形成的一種模擬人的各種識別能力和方法的技術(shù)，屬于自動判別和分類的理論，它的目標是要在表示空間和解釋空間找到一種映射關(guān)系。模式識別的方法有多種，如數(shù)據(jù)聚類、統(tǒng)計分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，但通常它們都有學(xué)習(xí)和識別兩個過程。模式識別的多種方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別是通過適當?shù)恼{(diào)節(jié)權(quán)重系數(shù)來實現(xiàn)監(jiān)督下的學(xué)習(xí)和非監(jiān)督下的識別工作的，同時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個“模型無關(guān)”的機器，表現(xiàn)出非監(jiān)督條件下分類器的性能，具有能夠通過調(diào)整使得輸出在特征空間中逼近任意目標的優(yōu)點，對于火災(zāi)識別這類無法確定精確模型的問題，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)模式識別是比較合適的。
[0007]在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用中，BP網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于函數(shù)逼近、模式識別/分類、數(shù)據(jù)壓縮等，80%?90%的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是采用BP網(wǎng)絡(luò)或它的變化形式，它也是前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心，體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最精華的部分。
[0008]數(shù)據(jù)融合又稱作信息融合或多傳感器數(shù)據(jù)融合，其基本原理就像人腦綜合處理信息一樣，充分利用多個傳感器資源，通過對多傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多傳感器在空間和時間上冗余或互補信息依據(jù)某種準則來進行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述。其融合原理如下:
[0009](I)N個不同類型的傳感器(或者同一復(fù)合傳感器的不同類型的監(jiān)測參量)收集觀測目標的數(shù)據(jù)；
[0010](2)對傳感器的輸出數(shù)據(jù)(離散的或連續(xù)的時間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或一個直接的屬性說明)進行特征提取的變換，提取代表觀測數(shù)據(jù)的特征矢量Yi ；
[0011](3)對特征矢量Yi進行模式識別處理，完成各傳感器關(guān)于目標的說明；
[0012](4)將各傳感器關(guān)于目標的說明數(shù)據(jù)按同一目標進行分組，即關(guān)聯(lián)；
[0013](5)利用融合算法將每一目標各傳感器數(shù)據(jù)進行合成，得到該目標的一致性解釋與描述。
[0014]在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在可靠性低、適用范圍小和使用不方便等缺陷。
實用新型內(nèi)容
[0015]本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種多參量火災(zāi)探測器，以實現(xiàn)可靠性高、適用范圍大和使用方便的優(yōu)點。
[0016]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種多參量火災(zāi)探測器，包括外殼，設(shè)置在所述外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在所述外殼底部外壁的4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)，以及安裝在所述外殼內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元，溫濕度傳感器和照度傳感器；所述多個太陽能電池板、4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元，溫濕度傳感器和照度傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接。
[0017]進一步地，以上所述的多參量火災(zāi)探測器，還包括分別與所述多個太陽能電池板、充電電池和數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接的充電管理電路。
[0018]進一步地，所述多個太陽能電池板，具體包括對稱設(shè)置在所述外殼頂部外壁4個方向的4個太陽能電池板。
[0019]進一步地，所述數(shù)據(jù)采集和通信控制電路，主要包括MCU和通信芯片。
[0020]進一步地，所述外殼采用耐火ABS工程塑料。
[0021]進一步地，在所述外殼內(nèi)部，還設(shè)有用于封裝模擬電路板和4.4um紅外傳感器的內(nèi)置殼體。
[0022]進一步地，以上所述的多參量火災(zāi)探測器，還包括設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的報警控制電路，所述報警控制電路與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接，所述報警控制電路的報警閾值包括256個可調(diào)等級。
[0023]本實用新型各實施例的多參量火災(zāi)探測器，由于包括外殼，設(shè)置在外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在外殼底部外壁的4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)，以及安裝在外殼內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單兀和照度傳感器；多個太陽能電池板、4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接；可以探測森林火災(zāi)、大型建筑等的大空間、開放空間環(huán)境、木結(jié)構(gòu)古建筑等，還可以探測不便于布線、布管和市電供電等建筑室內(nèi)環(huán)境；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中可靠性低、適用范圍小和使用不方便的缺陷，以實現(xiàn)可靠性高、適用范圍大和使用方便的優(yōu)點。
[0024]本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0025]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0027]圖1為本實用新型多參量火災(zāi)探測器的外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖1&為透鏡系統(tǒng)的主視結(jié)構(gòu)不意圖，圖1b為圖1a的仰視結(jié)構(gòu)不意圖，圖1c為多參量火災(zāi)探測器的裝配結(jié)構(gòu)意圖，圖1d為圖1c的仰視結(jié)構(gòu)意圖；
[0028]圖2為本實用新型多參量火災(zāi)探測器的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本實用新型多參量火災(zāi)探測器中模擬電路板的電氣原理示意圖；
[0030]圖4為本實用新型多參量火災(zāi)探測器中充電電路的電氣原理示意圖；
[0031]圖5為本實用新型多參量火災(zāi)探測器中MCU的電氣原理示意圖；
[0032]圖6為本實用新型多參量火災(zāi)探測器中閥值的遠程控制流程示意圖；
[0033]圖7為本實用新型多參量火災(zāi)探測器中模式識別學(xué)習(xí)和識別邏輯圖；
[0034]圖8基于本實用新型多參量火災(zāi)探測器的火災(zāi)識別處理的邏輯圖。
[0035]結(jié)合附圖，本實用新型實施例中附圖標記如下:
[0036]1-太陽能電池板(4個方向各一個)；24.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)；3-充電電池；4-4.4um紅外傳感器及模擬電路板；5_煙感探測單元；6_照度傳感器；7_4.4um紅外傳感器和模擬電路板外殼；8_透鏡系統(tǒng)；9-4.4um紅外傳感器；10_模擬電路板；11_數(shù)字電路板；12-紅外石英玻璃片。
【具體實施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0038]根據(jù)本實用新型實施例，如圖1-圖8所示，提供了一種多參量火災(zāi)探測器，具體為一種能夠探測森林火災(zāi)、大型建筑等的大空間、開放空間環(huán)境和木結(jié)構(gòu)古建筑等，以及探測不便于布線、布管和市電供電等建筑室內(nèi)環(huán)境的多參量火災(zāi)探測器。
[0039]本實施例的多參量火災(zāi)探測器，包括外殼，設(shè)置在外殼頂部外壁的多個太陽能電池板(如太陽能電池板I)，安裝在外殼底部外壁的4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)(如4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)2)，以及安裝在外殼內(nèi)部的控制器(即數(shù)字電路板11)、充電電池(如充電電池3)、4.4um紅外傳感器(如4.4um紅外傳感器4、9)、模擬電路板(如模擬電路板4、10)、煙感探測單元(如煙感探測單元5)和照度傳感器(如照度傳感器6);多個太陽能電池板、
4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)、充電電池、4.4um紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器，分別與控制器連接；還包括分別與多個太陽能電池板、充電電池和控制器連接的充電管理電路。
[0040]例如，參見圖1，在4.4um紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)中，透鏡上端上表面位于紅外石英玻璃片下表面3mm,紅外石英玻璃片上部通過4.4um紅外傳感器壓緊,在距離4.4um紅外傳感器的窗口 Imm處安裝有傳感器敏感單元。紅外石英玻璃片(如紅外石英玻璃片12)的厚度為 010.0O*lmm。
[0041]在上述實施例中，多個太陽能電池板，具體包括對稱設(shè)置在外殼頂部外壁4個方向的4個太陽能電池板；控制器，主要包括MCU ;外殼采用耐火ABS工程塑料。在外殼內(nèi)部，還設(shè)有用于封裝模擬電路板和4.4um紅外傳感器的內(nèi)置殼體(即4.4um紅外傳感器和模擬電路板外殼7)。
[0042]上述實施例的多參量火災(zāi)探測器，還包括設(shè)置在外殼內(nèi)部的報警控制電路，報警控制電路與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接，報警控制電路的報警閾值包括256個可調(diào)等級。
[0043]上述實施例的多參量火災(zāi)探測器，外殼采用耐火ABS工程塑料，采用太陽能電池板和專用充電管理電路(參見圖4)。模擬電路板和紅外傳感器采用專門的外殼進行封裝，并采用電鍍金屬膜工藝，以屏蔽高頻信號干擾。
[0044]上述實施例的多參量火災(zāi)探測器，報警閥值遠程可以調(diào)整，并且可以分為256等級調(diào)整。
[0045]上述實施例的多參量火災(zāi)探測器，火災(zāi)識別邏輯為:需要進行環(huán)境適應(yīng)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，并通過人工智能技術(shù)抽取形成模式識別數(shù)據(jù)庫，對于各個采集數(shù)據(jù)，利用模式識別數(shù)據(jù)庫的特征值進行識別處理，并在識別過程中不斷完善模式數(shù)據(jù)庫的特征值。通過不斷積累的特性值的訓(xùn)練過程逐步提高人工智能算法的準確性。其識別訓(xùn)練的邏輯如圖7。探測器各種監(jiān)測參量和各個探測器的監(jiān)測值經(jīng)過各自的識別邏輯，在經(jīng)過數(shù)據(jù)融合后即形成火災(zāi)識別的判斷結(jié)果，并產(chǎn)生監(jiān)測人員能接受的各種報警信號如圖8。
[0046]綜上所述，本實用新型上述各實施例的上述實施例的多參量火災(zāi)探測器，在室內(nèi)環(huán)境中可以通過溫濕度、煙感和紅外、光照等指標實現(xiàn)對火災(zāi)形成的各個階段的特征指標進行監(jiān)測，其中4.4um紅外探測對于打火機火焰的識別距離大于10米，室外環(huán)境對于IM左右厚度常綠灌木叢后的小火焰，IOM左右的距離上可以發(fā)現(xiàn)。對于8-10M厚度的常綠灌木和小樹林后面的32CMx32CM的國家標準火源的探測距離在實際測試中可以達到15-20M左右。遠遠超過國家火焰探測器國標的要求。為野外森林火災(zāi)的探測，以及大空間復(fù)雜環(huán)境的火災(zāi)探測提供了全新的解決方案，開創(chuàng)了新的技術(shù)途徑。在今后的消防安全，火災(zāi)監(jiān)測方面具有較高的社會和經(jīng)濟價值。
[0047]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，包括外殼，設(shè)置在所述外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在所述外殼底部外壁的4.4μπι紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)，以及安裝在所述外殼內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4.4μπι紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器；所述多個太陽能電池板、4.4 μ m紅外光學(xué)透鏡系統(tǒng)、充電電池、4.4 μ m紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，還包括分別與所述多個太陽能電池板、充電電池和數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接的充電管理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，所述多個太陽能電池板，具體包括對稱設(shè)置在所述外殼頂部外壁4個方向的4個太陽能電池板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集和通信控制電路，主要包括MCU和通信芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，所述外殼采用耐火ABS工程塑料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，在所述外殼內(nèi)部，還設(shè)有用于封裝模擬電路板和4.4 μ m紅外傳感器的內(nèi)置殼體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多參量火災(zāi)探測器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述外殼內(nèi)部的報警控制電路，所述報警控制電路與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接，所述報警控制電路的報警閾值包括256個可調(diào)等級。
【文檔編號】G08B17/00GK203706339SQ201420012081
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】畢康建, 黎小平, 麻健 申請人:畢康建, 黎小平, 麻健