本實(shí)用新型涉及火焰探測技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種防誤報(bào)光譜火焰探測器。

背景技術(shù)：

火災(zāi)探測器是消防火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，對現(xiàn)場進(jìn)行探查，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的設(shè)備，用于火警報(bào)警及啟動(dòng)火災(zāi)抑制措施?；馂?zāi)探測器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的“感覺器官”，它的作用是監(jiān)視環(huán)境中有沒有火災(zāi)的發(fā)生，一旦有了火情，就將火災(zāi)的特征物理量，如溫度、煙霧、氣體和輻射光強(qiáng)等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并立即動(dòng)作向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)。目前國內(nèi)外主要火災(zāi)探測器類型有感煙火災(zāi)探測器、感溫火災(zāi)探測器、氣體型火災(zāi)探測器和光譜火災(zāi)探測器。其中感煙火災(zāi)探測器、感溫火災(zāi)探測器和氣體型火災(zāi)探測器由于其探測機(jī)理限制，對實(shí)際火災(zāi)響應(yīng)時(shí)間過長，甚至由于探測參量不能夠到達(dá)探測器而出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象。由于光譜火災(zāi)探測器具有響應(yīng)速度快、探測距離遠(yuǎn)和環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，所以目前一般都采用光譜火災(zāi)探測器進(jìn)行火災(zāi)探測。

光譜火災(zāi)探測器一般指光譜火焰探測器。任何燃料在燃燒時(shí)，都會(huì)不同程度地向外輻射可見光和紅外線等光波。燃料不同，輻射出的光波段就不同。燃燒條件不同，火焰輻射光波在各波段上的可檢測性也不同。實(shí)際中，碳?xì)浠衔锘馂?zāi)發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的明火，具有其特有的光譜特性。火源釋放的能量大部分能量集中在紅外波段且不同波長的紅外輻射能量不同。紅外段4.4微米附近出現(xiàn)的曲線凸起部分是被稱為CO₂共鳴的CO₂原子團(tuán)發(fā)光光譜，它比火焰中其它原子、分子或基團(tuán)所發(fā)出的線狀或帶狀光譜具有絕對大的輻射強(qiáng)度。如圖1所示，據(jù)火焰光譜分析結(jié)果，火焰光譜以中心波長4.4微米的波峰最為明顯，因其能量幅值最高，有利于提高探測器靈敏度，而且陽光在這個(gè)波段有一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，普通燈光在4.4微米波長處輻射量也非常微弱可以忽略。所以一般選擇4.4微米作為探測波段有利于增強(qiáng)探測器的抗干擾能力，提高可靠性。

但僅僅采用4.4微米紅外探測波段，很容易被電加熱器等高溫?zé)狍w干擾，或在電弧光、太陽光等背景輻射條件下出現(xiàn)誤報(bào)。因此，需要一種能夠有效降低燃燒火焰探測器誤報(bào)率，提高報(bào)警準(zhǔn)確度的防誤報(bào)光譜火焰探測器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種能夠有效降低燃燒火焰探測器誤報(bào)率，提高報(bào)警準(zhǔn)確度的防誤報(bào)光譜火焰探測器。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

一種防誤報(bào)光譜火焰探測器，該探測器包括輻射感測單元和判斷單元，其中：

輻射感測單元包括用于感測第一波長的輻射并輸出第一信號(hào)的第一輻射傳感器和用于感測第二波長的輻射并輸出第二信號(hào)的第二輻射傳感器，第一波長為不同于待測火焰特征光譜波長范圍的波長，第二波長為待測火焰特征波長，即待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長。第一和第二輻射傳感器用于感測特征波長的輻射信號(hào)并將該輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與電信號(hào)的幅值線性正相關(guān)，即電信號(hào)的幅值用于反映對應(yīng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度。

判斷單元，用于根據(jù)來自第一輻射傳感器的第一信號(hào)和來自第二輻射傳感器的第二信號(hào)，判斷是否存在燃燒火焰。

優(yōu)選地，當(dāng)存在第一信號(hào)時(shí)，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。因?yàn)榇郎y火焰的光譜中不包括第一波長，第一波長用于對待測信號(hào)進(jìn)行判偽。當(dāng)存在第一信號(hào)時(shí)，說明待測信號(hào)不是燃燒火焰，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。

優(yōu)選地，當(dāng)存在第一信號(hào)且信號(hào)的強(qiáng)度大于第一閾值時(shí)，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。實(shí)際中，干擾信號(hào)的存在判斷需要一定的閾值條件。只有滿足存在第一信號(hào)且信號(hào)的強(qiáng)度大于第一閾值時(shí)，才認(rèn)為第一信號(hào)是確切存在，說明待測信號(hào)不是燃燒火焰，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。若感測到的第一信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度小于第一閾值，則認(rèn)為該第一信號(hào)并不能用于排除干擾信號(hào)的干擾，即不能說明該待測信號(hào)是否為燃燒火焰，火焰探測器需要進(jìn)行進(jìn)一步地判斷。

通過設(shè)置第一閾值，保證了第一信號(hào)感測的準(zhǔn)確性，排除了微弱信號(hào)被誤認(rèn)為第一信號(hào)而導(dǎo)致的不報(bào)警現(xiàn)象，提高了火焰探測器的靈敏度。

優(yōu)選地，當(dāng)存在第二信號(hào)且不存在第一信號(hào)時(shí)，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長，若火焰探測器感測到第二信號(hào)且沒有感測到第一信號(hào)，則說明該待測信號(hào)輻射的光波中存在與燃燒火焰光譜中相同波長的光波，同時(shí)不存在與第二輻射傳感器選定的燃燒火焰光譜中沒有的光波，進(jìn)一步可以認(rèn)為，該待測信號(hào)為燃燒火焰，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。

優(yōu)選地，當(dāng)?shù)诙盘?hào)的強(qiáng)度大于第二閾值時(shí)，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。第二波長為待測火焰特征波長，若存在燃燒火焰，則第二輻射傳感器能夠感測到第二波長的輻射且該輻射具有一定強(qiáng)度。通過第二閾值的設(shè)定，能夠?qū)Φ诙ㄩL的輻射進(jìn)行篩選，只有滿足上述幅值要求的輻射，判斷單元才判斷存在燃燒火焰并輸出報(bào)警信號(hào)。能有效避免微弱存在的第二信號(hào)引起火焰探測器的誤報(bào)，降低誤報(bào)率。

若同時(shí)存在干擾信號(hào)與燃燒火焰，由于感測到第一波長或感測到幅值大于第一閾值的第一波長，判斷單元會(huì)做出不存在燃燒火焰的判斷，火焰探測器對燃燒火焰漏報(bào)。通過設(shè)定第二閾值，當(dāng)?shù)诙盘?hào)的強(qiáng)度大于第二閾值時(shí)，不管是否感測到第一波長或感測到幅值大于第一閾值的第一波長，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)，保證了火焰探測器的探測準(zhǔn)確率。

優(yōu)選地，當(dāng)?shù)诙盘?hào)的信號(hào)強(qiáng)度大于第三閾值且來自第一信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度小于第四閾值時(shí)，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)對第一信號(hào)和第二信號(hào)的閾值進(jìn)行設(shè)定，能夠保證火焰探測器有較高的探測準(zhǔn)確度和較低的誤報(bào)率。

優(yōu)選地，探測器進(jìn)一步包括報(bào)警電路，該報(bào)警電路根據(jù)來自判斷單元的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警方式可以是聲音、光或者其組合的形式。

本實(shí)用新型的有益效果如下：

本實(shí)用新型的防誤報(bào)光譜火焰探測器，基于感測的第一波長和第二波長，，將火焰信號(hào)和各種干擾信號(hào)的光譜進(jìn)行有效的區(qū)分，進(jìn)一步通過判斷條件和對應(yīng)閾值的設(shè)定，達(dá)到精確判斷燃燒火焰，有效降低燃燒火焰探測器誤報(bào)率，提高報(bào)警準(zhǔn)確度的目的。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出碳?xì)浠衔锶紵鹧孑椛涔庾V圖。

圖2示出實(shí)施例1中防誤報(bào)光譜火焰探測器結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本實(shí)用新型，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

如圖2所示，一種防誤報(bào)光譜火焰探測器，該探測器包括輻射感測單元和判斷單元，其中：輻射感測單元包括用于感測第一波長的輻射并輸出第一信號(hào)的第一輻射傳感器和用于感測第二波長的輻射并輸出第二信號(hào)的第二輻射傳感器，第一波長為不同于待測火焰特征光譜波長范圍的波長，第二波長為待測火焰特征波長，即待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長。第一和第二輻射傳感器用于感測特征波長的輻射信號(hào)并將該輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與電信號(hào)的幅值線性正相關(guān)，即電信號(hào)的幅值用于反映對應(yīng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度。判斷單元，用于根據(jù)來自第一輻射傳感器的第一信號(hào)和來自第二輻射傳感器的第二信號(hào)，判斷是否存在燃燒火焰。

進(jìn)行判斷時(shí)，當(dāng)存在第一信號(hào)時(shí)，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。因?yàn)榇郎y火焰的光譜中不包括第一波長，第一波長用于對待測信號(hào)進(jìn)行判偽。當(dāng)存在第一信號(hào)時(shí)，說明待測信號(hào)不是燃燒火焰，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。

實(shí)施例2

如圖2所示，一種防誤報(bào)光譜火焰探測器，該探測器包括輻射感測單元和判斷單元，其中：輻射感測單元包括用于感測第一波長的輻射并輸出第一信號(hào)的第一輻射傳感器和用于感測第二波長的輻射并輸出第二信號(hào)的第二輻射傳感器，第一波長為不同于待測火焰特征光譜波長范圍的波長，第二波長為待測火焰特征波長，即待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長。第一和第二輻射傳感器用于感測特征波長的輻射信號(hào)并將該輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與電信號(hào)的幅值線性正相關(guān)，即電信號(hào)的幅值用于反映對應(yīng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度。判斷單元，用于根據(jù)來自第一輻射傳感器的第一信號(hào)和來自第二輻射傳感器的第二信號(hào)，判斷是否存在燃燒火焰。

進(jìn)行判斷時(shí)，當(dāng)存在第一信號(hào)且信號(hào)的強(qiáng)度大于第一閾值時(shí)，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。實(shí)際中，干擾信號(hào)的存在判斷需要一定的閾值條件。只有滿足存在第一信號(hào)且信號(hào)的強(qiáng)度大于第一閾值時(shí)，才認(rèn)為第一信號(hào)是確切存在，說明待測信號(hào)不是燃燒火焰，判斷單元判斷不存在燃燒火焰。若感測到的第一信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度小于第一閾值，則認(rèn)為該第一信號(hào)并不能用于排除干擾信號(hào)的干擾，即不能說明該待測信號(hào)是否為燃燒火焰，火焰探測器需要進(jìn)行進(jìn)一步地判斷。

通過設(shè)置第一閾值，保證了第一信號(hào)感測的準(zhǔn)確性，排除了微弱信號(hào)被誤認(rèn)為第一信號(hào)而導(dǎo)致的不報(bào)警現(xiàn)象，提高了火焰探測器的靈敏度。

實(shí)施例3

如圖2所示，一種防誤報(bào)光譜火焰探測器，該探測器包括輻射感測單元和判斷單元，其中：輻射感測單元包括用于感測第一波長的輻射并輸出第一信號(hào)的第一輻射傳感器和用于感測第二波長的輻射并輸出第二信號(hào)的第二輻射傳感器，第一波長為不同于待測火焰特征光譜波長范圍的波長，第二波長為待測火焰特征波長，即待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長。第一和第二輻射傳感器用于感測特征波長的輻射信號(hào)并將該輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與電信號(hào)的幅值線性正相關(guān)，即電信號(hào)的幅值用于反映對應(yīng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度。判斷單元，用于根據(jù)來自第一輻射傳感器的第一信號(hào)和來自第二輻射傳感器的第二信號(hào)，判斷是否存在燃燒火焰。

進(jìn)行判斷時(shí)，當(dāng)存在第二信號(hào)且不存在第一信號(hào)時(shí)，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長，若火焰探測器感測到第二信號(hào)且沒有感測到第一信號(hào)，則說明該待測信號(hào)輻射的光波中存在與燃燒火焰光譜中相同波長的光波，同時(shí)不存在與第二輻射傳感器選定的燃燒火焰光譜中沒有的光波，進(jìn)一步可以認(rèn)為，該待測信號(hào)為燃燒火焰，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。

實(shí)施例4

如圖2所示，一種防誤報(bào)光譜火焰探測器，該探測器包括輻射感測單元和判斷單元，其中：輻射感測單元包括用于感測第一波長的輻射并輸出第一信號(hào)的第一輻射傳感器和用于感測第二波長的輻射并輸出第二信號(hào)的第二輻射傳感器，第一波長為不同于待測火焰特征光譜波長范圍的波長，第二波長為待測火焰特征波長，即待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長。第一和第二輻射傳感器用于感測特征波長的輻射信號(hào)并將該輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與電信號(hào)的幅值線性正相關(guān)，即電信號(hào)的幅值用于反映對應(yīng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度。判斷單元，用于根據(jù)來自第一輻射傳感器的第一信號(hào)和來自第二輻射傳感器的第二信號(hào)，判斷是否存在燃燒火焰。

當(dāng)?shù)诙盘?hào)的強(qiáng)度大于第二閾值時(shí)，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。第二波長為待測火焰特征波長，若存在燃燒火焰，則第二輻射傳感器能夠感測到第二波長的輻射且該輻射具有一定強(qiáng)度。通過第二閾值的設(shè)定，能夠?qū)Φ诙ㄩL的輻射進(jìn)行篩選，只有滿足上述幅值要求的輻射，判斷單元才判斷存在燃燒火焰并輸出報(bào)警信號(hào)。能有效避免微弱存在的第二信號(hào)引起火焰探測器的誤報(bào)，降低誤報(bào)率。

若同時(shí)存在干擾信號(hào)與燃燒火焰，由于感測到第一波長或感測到幅值大于第一閾值的第一波長，判斷單元會(huì)做出不存在燃燒火焰的判斷，火焰探測器對燃燒火焰漏報(bào)。通過設(shè)定第二閾值，當(dāng)?shù)诙盘?hào)的強(qiáng)度大于第二閾值時(shí)，不管是否感測到第一波長或感測到幅值大于第一閾值的第一波長，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)，保證了火焰探測器的探測準(zhǔn)確率。

實(shí)施例5

如圖2所示，一種防誤報(bào)光譜火焰探測器，該探測器包括輻射感測單元和判斷單元，其中：輻射感測單元包括用于感測第一波長的輻射并輸出第一信號(hào)的第一輻射傳感器和用于感測第二波長的輻射并輸出第二信號(hào)的第二輻射傳感器，第一波長為不同于待測火焰特征光譜波長范圍的波長，第二波長為待測火焰特征波長，即待測火焰的光譜中包括第二波長，同時(shí)待測火焰的光譜中不包括第一波長。第一和第二輻射傳感器用于感測特征波長的輻射信號(hào)并將該輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。輻射信號(hào)的強(qiáng)度與電信號(hào)的幅值線性正相關(guān)，即電信號(hào)的幅值用于反映對應(yīng)輻射信號(hào)的強(qiáng)度。判斷單元，用于根據(jù)來自第一輻射傳感器的第一信號(hào)和來自第二輻射傳感器的第二信號(hào)，判斷是否存在燃燒火焰。

進(jìn)行判斷時(shí)，當(dāng)?shù)诙盘?hào)的信號(hào)強(qiáng)度大于第三閾值且來自第一信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度小于第四閾值時(shí)，判斷單元判斷存在燃燒火焰，并輸出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)對第一信號(hào)和第二信號(hào)的閾值進(jìn)行設(shè)定，能夠保證火焰探測器有較高的探測準(zhǔn)確度和較低的誤報(bào)率。

實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)施例中防誤報(bào)光譜火焰探測器對以下偽信號(hào)具有極強(qiáng)的免疫能力，誤報(bào)率為零：

1、直射或反射的太陽光；

2、距離200米處功率為100瓦的車前大光燈；

3、距離300米處步槍射擊火光；

4、距離400米處功率為500瓦的熱風(fēng)機(jī)的熱輻射；

5、距離500米處功率為200瓦的紅外聚光燈輻射；

6、距離500米處電流強(qiáng)度為200安的電弧光。

在上述各個(gè)實(shí)施例中，該探測器進(jìn)一步包括信號(hào)處理電路，該信號(hào)處理電路對第一輻射傳感器輸出的第一信號(hào)和第二輻射傳感器輸出的第二信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配、放大和濾波處理。

傳統(tǒng)的紅外傳感器放大電路一般采用運(yùn)算放大器對傳感器的電信號(hào)進(jìn)行放大和處理，由于紅外傳感器的輸出阻抗比較高，達(dá)到了10⁵數(shù)量級(jí)，對運(yùn)算放大器的輸入阻抗要求非常高，對運(yùn)算放大器選型、采購和成本造成了許多不便；如果運(yùn)算放大器的輸入阻抗不夠高，也就是說放大器的輸入阻抗和傳感器的輸出阻抗不匹配，會(huì)導(dǎo)致傳感器輸出信號(hào)幅度衰減，影響的傳感器的探測整體性能。同時(shí)，紅外傳感器的輸出信號(hào)非常小，為微伏信號(hào)，為滿足單片機(jī)的采樣要求，必須把傳感器的毫伏信號(hào)放大兩千倍左右，單片機(jī)才能正確采樣，過大的放大倍數(shù)，要求放大電路的噪聲要非常低，增加了電路的設(shè)計(jì)難度，也降低了探測器的可靠性，同時(shí)過大的放大倍數(shù)，容易引入噪聲，這樣電路的信噪比很難控制，不利于生產(chǎn)和調(diào)試。

本實(shí)用新型中，放大電路可以選用共集電極放大電路或分壓式偏置共發(fā)射極放大電路。為了提高放大電路的輸入阻抗，在放大電路中加入一個(gè)自舉電路，能有效的提高放大電路的輸入阻抗。同時(shí)，由于放大電路的輸出阻抗較大，所以放大器輸出端采用跟隨器輸出設(shè)計(jì)，能有效降低放大器的輸出阻抗。本實(shí)用新型中，明火火焰的一個(gè)重要特征是其輻射能量有閃爍效應(yīng)，閃爍頻率雖受風(fēng)等周圍環(huán)境的影響，但是基本在0.5Hz到30Hz范圍之內(nèi)。所以，本實(shí)用新型中采用截止頻率為30Hz的巴特沃斯低通濾波器，能有效提高探測效率。

在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型的雙光譜火焰探測器采用電路模塊化設(shè)計(jì)，以降低產(chǎn)品的工藝安裝要求，使探測器抗電磁干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

本實(shí)用新型中使用了32位數(shù)據(jù)處理專用單片機(jī)MSP430FE4793。其運(yùn)行頻率高、運(yùn)算能力和處理能力強(qiáng)；且可嵌入運(yùn)行多任務(wù)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對兩路傳感器信號(hào)的同步采樣和同步分析，增強(qiáng)了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。該單片機(jī)自帶兩路獨(dú)立的高速16位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分辨率可以達(dá)到65536，同時(shí)該兩路獨(dú)立A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為±0.6V，相對滿度輸出5V的放大電路來說，放大倍數(shù)小了8倍左右，只需要放大250倍左右就足夠，很大程度上降低了放大器的設(shè)計(jì)難度和成本，同時(shí)降低了放大電路的信噪比。

顯然，本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之列。