专利名称：一种高速紫外火焰探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用高速紫外光电火焰探测技术，涉及所有需要快速、可靠进行火灾探测的领域。
背景技术：
火灾是毁灭性危害之一，其直接经济损失巨大，发生的频度居各种灾害之首。它不仅引发环境污染，而且致使生态失衡，甚至造成了重大的人员伤亡和财产损失。火焰探测器是探测和预报火灾的信息源头，它的灵敏度、可靠性、响应速度、抗干扰能力、和误报率的高低直接决定了火灾探测和预报的成败。特别是煤矿、电站、仓库，油站，化工及危险品生产、 储存等易燃易爆场所，火灾的监控如果靠人工巡视，效果及效率低下，成本高昂；一旦发生火灾甚至爆炸，火势将迅速蔓延，十分难以扑救，危及人员安全，给生产部门和社会带来巨大的财富损失。因此，火灾的早期监控具有十分重大的意义，随着电子技术的发展，采用紫外光电管进行火焰探测，同时结合微处理器的处理、判断，可迅速准确地探测火灾，在火灾刚开始的阶段就迅速报警提醒工作人员采取措施，避免酝酿成大型火灾，减少财富及人员安全的损失。高速发展的电子技术及各种传感器件的不断发展，为全天候大范围的火灾的早期监控提供了可能，根据火灾的频谱特征，如何根据火焰中的辐射特征进行检测及综合决策分析，以及检测方式的选用，准确的报警的实现和快速响应，易于移植和适用于自动灭火抑爆系统的构建是我们急需解决的问题。根据物质燃烧(爆炸)总是伴有烟、温、气、光等一系列物理、化学变化，尤其是烷、 醇、气油及高碳固体燃料的快速燃烧(爆炸)时，最快传递信息的是光(火焰)，因此探测光 (火焰)是最快的。目前火焰探测器产品绝大部分是感温型、离子感烟型或光电感烟型火灾探测报警器。单纯的感温型探测器只对温度信息敏感，不能区分温度变化是由于火灾还是别的原因；离子感烟探测器对阴燃响应较慢，尤其放射性离子对环境和人体有害，保存、运输、使用都存在危害；光电感烟探测器是通过探测粒径较大的烟雾粒子来探测火灾，它对粒径小于 0. 4um的不可见烟不响应，且不能区分火灾信号与非火灾的厨房烟、水蒸气等信号，误报率较高。所以寻求新的探测机理，改进现有火焰探测器件的探测性能，研究先进准确的火灾判断方法是解决火灾探测器高误报率、低灵敏度和对火灾响应慢等问题的关键所在。紫外线探测器只对185 ^Onm狭窄范围内的紫外线进行响应，而对其它频谱范围的光线不敏感，利用它可以对火焰中的紫外线进行检测。由于到达大气层下地面的太阳光和非透紫材料作为玻壳的电光源发出的光波长均大于300nm，故火焰探测的220m ^Onm中紫外波段属太阳光谱盲区(日盲区)。紫外火焰探测技术，使系统避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，使得在系统中信息处理的负担大为减轻。所以可靠性较高，加之它是光子检测手段，因而信噪比高，具有极微弱信号检测能力，除此之外，它还具有反应时间极快的特点。

实用新型内容本实用新型的发明目的在于针对上述存在的问题，提供一种高速紫外火焰探测器高速紫外火焰探测器，其特征在于该高速紫外火焰探测器的内部电路包括微处理器、 紫外管、紫外信号处理电路、脉冲信号检测电路、输出控制电路及紫外自检电路，该紫外管用于检测火焰中的紫外信号，所述微处理器用于分析、处理紫外信号，所述紫外管通过所述脉冲信号检测电路与所述微处理器连接。其特征在于该探测器对火灾的响应时间<5ms， 探测灵敏度大于50m。探测器设置了所述紫外自检电路，用于判断紫外管的工作状况。该探测器探测器提高检测火焰中的紫外信号，经光电转换、信号检测、调理，送入微处理器中，进行分析、处理、判断是否存在火警。同时探测器设计了紫外自检电路，通过紫外自检，可判断紫外管的工作状况，克服环境因素的变化对探测器的影响，提高可靠性。为了完成上述目的本发明创造是通过下述方案予以实现通过高速紫外探测器对火焰中的紫外光谱检测，以微处理器作为核心控制器件，以火灾信息特征为基础的传感器信号的综合决策分析技术方案。根据物质燃烧(爆炸)总是伴有烟、温、气、光等一系列物理、化学变化，尤其是烷、 醇、气油及高碳固体燃料的快速燃烧(爆炸)时，最快传递信息的是光(火焰)，由于不同的物质燃烧将产生不同的燃烧光谱及光谱强度，而且燃烧光谱还会叠加上诸如电磁干扰、太阳光、照明光、各种弧光及各种射线等构成对火焰探测的干扰源。通过试验，以火灾中分布最强的紫外光谱作为检测依据，多个相互关联参数综合分析，准确判断真实火灾情况。通过对不同燃烧物质在不同环境下的火焰和干扰源的紫外特征提取，建立火焰特征数据库，存储在微处理器中，作为判断火灾的部分参考依据，以便提高火焰判断的准确性。在探测器在软件设计上，基于性能强大的微处理器平台，选择较优的处理紫外信息、环境干扰信息，通过融合算法和融合过程编制成控制程序。同时对外界非火灾因素的变化实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，可根据现场的不同环境， 自动调整探测器的灵敏度。提高对各种信息进行综合分析、比对，根据一定的逻辑和算法， 排除干扰因素，确认火灾信号。综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是本新型高速紫外火焰探测器，是通过同时检测周围环境中的紫外信号和环境变化，综合判断是否发生了火灾，紫外实时采集、实时处理，由16位微处理器对该实时数据同存储在微处理器内部的普通火灾及爆燃火灾特征数据库信息进行比对，一旦发现实时采集到的信号符合火灾的特征，探测器就输出火警信号。保证其火灾火灾的响应时间<5ms，探测灵敏度大于50m(标准汽油火)。此项火灾探测探测技术响应快速可靠，抗误报能力强，易于移植和普及。

图1是本实用新型的原理方框图；图2是本实用新型的紫外信号处理电路图，包括脉冲检测和强度检测两路；图3是本实用新型的控制单元处理电路；图4是本实用新型的控制程序流程框图。
具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作详细的说明。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。请参阅图1所示本实用新型高速紫外火焰探测技术，包括真空紫外管工作电源及信号处理电路，紫外自检信号处理电路，微处理器及输出控制电路单元。当上电工作时， 真空紫外光电管将随时检测所监控区域内的紫外线，并将实时采集到的信号转换为电信号后经信号处理电路处理后，输入到微处理器中通过控制程序做决策分析，一旦符合火灾特征将输出火警信号。高速紫外火焰探测器的电路包括真空紫外管及其工作电路，紫外自检电路，微处理器及输出控制单元电路。把微处理器设计运用在火灾探测器中，通过对火灾初期采集到的参数连续传送给控制器。由控制器内的主机进行相应的分析处理、判断现场是否发生火灾。这种探测报警方式不同于一般火灾探测器，是借助于火灾在燃烧过程中所产生的物理和化学效应，将火灾特征参数转变为一些可测信号。利用现代信号检测技术和处理方法， 通过对采集的火灾参数与前若干次采集贮存的参数进行综合判断、处理，达到识别真实火灾信号的目的。这样探测器不但能够适应各种环境情况的变化，还具有自动调整运行参数的自适应的能力，为火灾信号处理开辟了崭新的发展途径。因此火灾探测智能化使火灾探测能更客观、更真实、更准确地发现火情，大大减少了误报，提高了系统的可靠性。紫外管响应火焰中的信号，一路经脉冲信号检测电路处理后，送入PIC微处理器， 对紫外脉冲进行分段计数处理，另一路对紫外辐射强度信号经放大、降噪处理后送入PIC 微处理器分析，实现对紫外管信号的检测。紫外管好坏，直接影响灭火装置的性能，我们设计了紫外管自检电路，定时对紫外管自检，以便判断紫外探测器的好坏。同时，通过自检，也能获取环境信息的变化，为处理器准确判断火灾提供支持。如图2所示，日盲型真空紫外光电管只对190l80nm波长范围内的紫外线作出响应，而此波段正是碳氢化合物燃烧火焰中紫外辐射最强的波段，在紫外信号处理电路中，通过VI、V2、V3、Tl等构成的逆变电路，将+ 15V电压变成300V以上的交流电压，通过整流、 滤波、限流后，为紫外光电管提供工作电压。同时为保证紫外管工作电压的稳定，设计了电压负反馈电路。当有紫外源存在且强度达到一定值时，紫外管放电并形成脉冲，其信号经处理后进入CPU分析、处理。如图3所示，紫外探测器的控制电路包括电源控制单元、紫外自检单元、紫外信号处理、污染信号检测及输出、火警信号检测及输出等部分。紫外探测器信号处理实际上就是光电处理，外光电管对火焰中的紫外反应，感应出电信号。信号处理的主要目的是最大限度的抑止噪声，提取信号携带的有用信息。由于紫外探测器的输出信号非常微弱，这就对紫外光电信号处理电路的要求很高。微弱光信号经过紫外光电探测器转换成电信号以后，还要经过放大、滤波等各种信号处理。光电信号处理的主要目的是最大限度的抑止噪声，提取信号携带的有用信息。因此，光电检测电路的设计要从三个方面考虑电路整体信噪比高；被测信号无频率失真；尽可能减少新噪声的引入。紫外光电管的自检及污染检测通过CPU的RC2 口控制Q6的通、断，从而控制紫外灯定时开启，由紫外管响应输出，通过检测脉冲数据特征，分析脉冲数据来判断紫外管的好、坏。如果没有检测到脉冲数据，在窗口透紫玻璃的脏污程度检测中也没有数据，探测器报智能模块故障，如果在窗口透紫玻璃的脏污程度检测中有数据，应报窗口污染故障；如果有数据不能报警，说明紫外光电管灵敏度降低，应更换紫外光电管。紫外光电探测器内部信号处理①判断火警根据脉冲信号分析的条件来做为探测器判断火灾的条件。满足条件，则输出报警信号。②紫外光电管自激可通过分析脉冲信号的个数，作为探测器判断自激条件。满足条件，则输出自激故
障信号。③窗口透紫玻璃的脏污程度检测窗口透紫玻璃的脏污程度，会影响火焰中的紫外线透过玻璃照射到紫外光电管， 严重的影响探测器探测能力。探测器在窗口外安装了紫外光源，可以由探测器定时控制开启和关闭紫外光源，用于检测窗口透紫玻璃的脏污程度。开启窗口外的紫外光源，检测脉冲数据，通过查找窗口脏污程度与脉冲数据的对照表(通过重复大量做检测窗口透紫玻璃的脏污程度试验，可以建立脏污程度与脉冲数据的对照表)，输出透紫玻璃的脏污程度；如果检测的脉冲数据接近零，报智能模块故障。根据图4所示的探测器控制程序流程框图，控制程序根据环境温度对紫外作出温度补偿，同时依据实时采集到的紫外信号同预先存储的火灾特征数据进行比对，由火灾判断算法综合决策分析，作出是否火灾的判断。硬件处理上首先考虑尽可能减少相关环境因素对探测器的干扰，即从环境中提取和测量火灾现象表现出来的物理特征参量，然后将这种物理参量在火灾中表现出来的特征进行提炼和简化，并将这种提炼和简化形成技术上能够实现的火灾探测算法。开机上电，软件系统开始运行，首先执行初始化程序，对IO端口，定时器模块，通信模块进行配置，然后执行自检程序，检验标准信号灯，输出指示灯光，传感器是否故障。自检完毕后，系统进入循环工作过程，在此过程中不停监测传感器信号和处理通信功能。软件系统中，定时器模块和AD转换模块将随时监测紫外传感器的信号特征。每4. 5ms时间内，定时器模块和AD模块将每隔100 μ s检测一次紫外传感器输出的信号，并连续分析最近的若干次数据，并将分析结果与数据存储器中存储的火灾特征库的火灾的红外和紫外特征进行对比，若符合火灾特征库中的火灾特征，系统将在5ms之内输出火警信号。在探测器的无限循环工作过程中，每10分钟将会中断火警检测工作，进行系统的故障自检，启动标准信号源对紫外传感器的输出特性进行检验，同时检测探测器玻璃窗口的脏污程度。上述的最佳实例仅是对本发明进行阐述和说明，但并不限于所公开的具体任何形式，进行许多的修改和变化是可能的。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种高速紫外火焰探测器，其特征在于该高速紫外火焰探测器的内部电路包括微处理器、紫外管、紫外信号处理电路、脉冲信号检测电路、输出控制电路及紫外自检电路，该紫外管用于检测火焰中的紫外信号，所述微处理器用于分析、处理紫外信号，所述紫外管通过所述脉冲信号检测电路与所述微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的高速紫外火焰探测器，其特征在于该探测器的所述紫外信号处理电路中设置有一电压负反馈电路。
专利摘要本实用新型公开了一种新型的高速紫外火焰探测器，该高速紫外火焰探测器对火灾的响应时间<5ms，探测灵敏度50m(标准汽油火)。该高速紫外火焰探测器的内部电路包括微处理器、紫外管、紫外信号处理电路、脉冲信号检测电路、输出控制电路及紫外自检电路，该紫外管用于检测火焰中的紫外信号，所述微处理器用于分析、处理紫外信号，所述紫外管通过所述脉冲信号检测电路与所述微处理器连接。当微处理器接收到紫外光电管传送进来的从周围环境中采集到的紫外辐射信号时，微处理器会将其同自身存储的火灾特征信息作出比对，符合火灾的特征时，输出火警信号，否则进入下一个工作循环继续监控，此项火灾探测探测技术响应快速可靠，抗误报能力强，易于移植和普及。
文档编号G01J3/30GK202195883SQ20112020494
公开日2012年4月18日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者巨万里, 陈建 申请人:四川天微电子有限责任公司