一种红外紫外复合火焰探测器及其探测方法

摘要

本发明提出一种红外紫外复合火焰探测器，通过对数放大器对来自紫外光电管和红外光电探测器的电流进行转换，使得该火焰探测器能够侦测到微小的信号。本发明还提供上述火焰探测器的探测方法，使用该方法进行火焰探测，能够侦测到微小信号。

权利要求

1.一种红外紫外复合火焰探测器的探测方法，所述红外紫外复合火焰探测器，包括：

紫外感应电路，所述紫外感应电路包括依次电连接的紫外光电管、第一对数放大器、第一模数转换器，所述紫外光电管的工作电压为周期性方波电压；红外感应电路，所述红外感应电路包括依次电连接的红外光电探测器、第二对数放大器、第二模数转换器；以及数据处理芯片，所述红外感应电路、紫外感应电路分别与所述数据处理芯片相连接；所述第一对数放大器与第二对数放大器的动态范围均为160dB，最小输入电流均为100pA，所述红外光电探测器的灵敏度为1A/W；所述数据处理芯片为FPGA；其特征在于，包括如下步骤：紫外光电管感应到紫外光后形成电流脉冲，所述电流脉冲的具体方式为：将周期性方波电压作为所述紫外光电管两极间的工作电压，通过控制方波电压的脉宽，使得每个电压周期内都可以产生一个电流脉冲；所述电流脉冲经第一对数放大器后处理成第一电压信号，所述第一电压信号经第一模数转换器形成第一数字信号；红外光电探测器感应到红外光后形成直流信号，所述直流信号经第二对数放大器后处理成第二电压信号，所述第二电压信号经第二模数转换器形成第二数字信号；所述第一数字信号、第二数字信号经数据处理芯片处理判别是否发出火灾报警信号；所述数据处理芯片处理判别的步骤具体为：是否同时具有第一数字信号及第二数字信号，若不是，则不发出火灾报警信号，若是，则进一步判断：第二数字信号是否小于1500cnt，若是，则判断第一数字信号是否由大于五个的电流脉冲形成，若第一数字信号由小于五个的电流脉冲形成，则不发出火灾报警信号，反之，则发出火灾报警信号；若第二数字信号不小于1500cnt，则判断第一数字信号是否由不小于两个的电流脉冲形成，若第一数字信号由小于两个的电流脉冲形成，则不发出火灾报警信号，反之，则发出火灾报警信号。

说明书

一种红外紫外复合火焰探测器及其探测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及消防领域，特别是一种红外紫外复合火焰探测器及其探测方法。

背景技术

[0002] 现有的火焰探测器大致分为两种，一种是单红外或单紫外火焰探测器，另一种是红外紫外复合式火焰探测器。这两种火焰探测器均存在一定的局限性：单红外或者单紫外火焰探测器的抗干扰能力较差，较容易受太阳光、热源、荧光灯、白炽灯等背景光的影响而产生误报警。因此，这类火焰探测器仅适用于自然光线有限的封闭空间。传统的紫外红外复合式火焰探测器受限于紫外光电管的使用方式，响应时间较长。因此，这类火焰探测器无法满足对火焰的快速响应要求。除此之外现有的火焰探测器在信号处理过程中，多采用线性放大技术，无法侦测到微小信号，同时动态范围较小，致使火焰探测器灵敏度低，探测距离有限。

发明内容

[0003] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种红外紫外复合火焰探测器，通过对数放大器对来自紫外光电管和红外光电探测器的电流进行转换，使得该火焰探测器能够侦测到微小的信号。本发明还提供上述火焰探测器的探测方法，使用该方法进行火焰探测，能够侦测到微小信号。

[0004] 为了实现上述技术效果，具体技术方案为：

[0005] 一种红外紫外复合火焰探测器，包括：紫外感应电路，所述紫外感应电路包括依次电连接的紫外光电管、第一对数放大器、第一模数转换器；红外感应电路，所述红外感应电路包括依次电连接的红外光电探测器、第二对数放大器、第二模数转换器；以及数据处理芯片，所述红外感应电路、紫外感应电路分别与所述的数据处理芯片相连接。

[0006] 作为上述方案的优选，所述紫外光电管的工作电压为周期性方波电压。

[0007] 作为上述方案的优选，所述第一对数放大器与第二对数放大器的动态范围均为160dB，最小输入电流均为100pA，所述红外光电探测器的灵敏度为1A/W。

[0008] 作为上述方案的优选，所述数据处理芯片为FPGA。

[0009] 本发明还提供一种红外紫外复合火焰探测器的探测方法，包括如下步骤：紫外光电管感应到紫外光后形成电流脉冲，所述电流脉冲经第一对数放大器后处理成第一电压信号，所述第一电压信号经第一模数转换器形成第一数字信号；红外光电探测器感应到红外光后形成直流信号，所述直流信号经第二对数放大器后处理成第二电压信号，所述第二电压信号经第二模数转换器形成第二数字信号；所述第一数字信号、第二数字信号经数据处理芯片处理判别是否发出火灾报警信号。

[0010] 作为上述方案的优选，所述数据处理芯片处理判别的步骤具体为：是不是同时具有第一数字信号及第二数字信号，若不是，则不发出火灾报警信号，若是，则进一步判断：第二数字信号是否小于1500cnt，若是，则判断第一数字信号是否由大于五个的电流脉冲形成，若第一数字信号由小于五个的电流脉冲形成，则不发出火灾报警信号，反之，则发出火灾报警信号；若第二数字信号不小于1500cnt，则判断第一数字信号是否由不小于两个的电流脉冲形成，若第一数字信号由小于两个的电流脉冲形成，则不发出火灾报警信号，反之，则发出火灾报警信号。

[0011] 作为上述方案的优选，所述紫外光电管感应到紫外光后形成电流脉冲的具体方式为：将周期性方波电压作为所述紫外光电管两极间的工作电压，通过控制方波电压的脉宽，使得每个电压周期内都可以产生一个电流脉冲。

附图说明

[0012] 图1是本发明提供的一种红外紫外复合火焰探测器的结构框图；

[0013] 图2是施加在紫外光电管两极的工作电压的方波示意图；

[0014] 图3是数据处理芯片的火灾判定步骤的流程图。

具体实施方式

[0015] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0016] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

[0017] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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发明中的具体含义。

[0018] 如图1和图2所示，本发明提供一种红外紫外复合火焰探测器，包括：

[0019] 紫外感应电路，所述紫外感应电路包括依次电连接的紫外光电管、第一对数放大器、第一模数转换器，如图2所示，所述紫外光电管的工作电压为周期性方波电压，本实施例中采用的紫外光电管的型号为R9533、响应波长范围为185nm到260nm、供电电压为400V，采用的第一对数放大器的型号为AD8304、动态范围为160dB、探测范围为100pA到10mA、工作电压为3V、输出带宽为10MHz，采用的第一模数转换器的型号为THS1206，该型号的模数转换器属于12位、6MSPS、实时取样的数模转换器，所述方波的周期为5ms、脉宽为60μs；

[0020] 红外感应电路，所述红外感应电路包括依次电连接的红外光电探测器、第二对数放大器、第二模数转换器，本实施例中采用的红外光电探测器的型号为FGA21，响应波长为800nm到1800nm，最大偏置电压为3V，典型暗电流值为50nA，输出信号上升/下降时间为
66ns，灵敏度为1A/W。，采用的第二对数放大器的型号为AD8304、动态范围为160dB、探测范围为100pA到10mA、工作电压为3V、输出带宽为10MHz，采用的第二模数转换器的型号为THS1206，该型号的模数转换器属于12位、6MSPS、实时取样的数模转换器；以及

[0021] 数据处理芯片，所述红外感应电路、紫外感应电路分别与所述的数据处理芯片相连接，所述数据处理芯片为型号为Cyclone II的FPGA。

[0022] 本发明提供的一种红外紫外复合火焰探测器的灵敏度取决于对数放大器的动态范围和最小输入电流。本发明所描述的火焰探测器所使用的第二对数放大器均拥有160dB的动态范围、最小输入电流为100pA，红外光电探测器的灵敏度为1A/W。当第二对数放大器与红外光电探测器配合使用时，本发明所提供的火焰探测器可以检测到功率仅为100pW的微弱红外光信号。当紫外光电管产生脉冲时，此脉冲的峰值电流可达到30mA，平均放电电流可达到1mA，该电流值位于所使用的第一对数放大器的工作范围内。因此本发明所提供的火焰探测器具有高灵敏度，可以探测微弱的火焰或者距离较远的火焰。

[0023] 本发明提供的一种红外紫外复合火焰探测器的感应速度快体现在：紫外光电管感应到紫外光后形成电流脉冲，火灾判断时需要对该电流脉冲进行计数，从可靠性的角度出发，需要至少两个光电流脉冲来判断火焰的存在。本发明使用图2所示的周期性方波电压作为紫外光电管的工作电压，将方波的周期定为5ms、脉宽定为60μs，使得每个电压周期内都可以产生一个电流脉冲。因此，火焰探测器的响应时间就是电压信号周期的整数倍，而此时电压信号的周期为毫秒量级，故该火焰探测器对紫外光的响应时间为毫秒量级。红外光电探测器形成直流信号，该火焰探测器对红外光的响应时间为几十纳秒。由于判断火灾的标准为同时感应到红外光与紫外光，因此，本发明所提供的火焰探测器的响应时间为紫外光电管产生即定个数的脉冲需要的时间，即为毫秒量级。

[0024] 本发明还提供一种红外紫外复合火焰探测器的探测方法，包括如下步骤：

[0025] (1)紫外光电管感应到紫外光后形成电流脉冲，所述紫外光电管感应到紫外光后形成电流脉冲的具体方式为：将周期性方波电压作为所述紫外光电管两极间的工作电压，通过控制方波电压的脉宽，使得每个电压周期内都可以产生一个电流脉冲，所述电流脉冲经第一对数放大器后处理成第一电压信号，所述第一电压信号经第一模数转换器形成第一数字信号；红外光电探测器感应到红外光后形成直流信号，所述直流信号经第二对数放大器后处理成第二电压信号，所述第二电压信号经第二模数转换器形成第二数字信号；

[0026] (2)所述第一数字信号、第二数字信号经数据处理芯片处理判别是否发出火灾报警信号，如图3所示，所述数据处理芯片处理判别的步骤具体为：是不是同时具有第一数字信号及第二数字信号，若不是，则不发出火灾报警信号，若是，则进一步判断：第二数字信号是否小于1500cnt，若是，则判断第一数字信号是否由大于五个的电流脉冲形成，若第一数字信号由小于五个的电流脉冲形成，则不发出火灾报警信号，反之，则发出火灾报警信号；若第二数字信号不小于1500cnt，则判断第一数字信号是否由不小于两个的电流脉冲形成，若第一数字信号由小于两个的电流脉冲形成，则不发出火灾报警信号，反之，则发出火灾报警信号。

[0027] 该方法适用于上述火焰探测器，该方法可以提高上述火焰探测器的抗干扰能力，具体表现为：首先，只有同时检测到红外光和紫外光时才有可能进行火灾报警；其次，将报警条件进行细化，判断第二数字信号是否小于1500cnt，即判定红外线强弱，当第二数字信号小于1500cnt时认为红外线较弱时，检测到紫外光电管形成超过五个电流脉冲才发出火灾报警，该设定方式可以防止红外线较弱时，紫外光电管的自发辐射和宇宙射线这两类干扰源造成的干扰；当第二数字信号不小于1500cnt时认为红外线较强时，检测到紫外光电管形成超过两个电流脉冲即发出火灾报警，该设定方式保证了上述火焰探测器的快速响应。因此，上述火焰探测器采用该探测方法进行探测时，既提高了火焰探测器的抗干扰能力，又能保证其快速响应的优点。

[0028] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0029] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。