專(zhuān)利名稱(chēng)：三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及消防設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器。
背景技術(shù)：
火災(zāi)從醞釀、發(fā)生到熄滅經(jīng)歷了陰燃、初期、發(fā)展和熄滅等四個(gè)階段，普通的火災(zāi) 探測(cè)器在火災(zāi)初期甚至是發(fā)展階段才能探測(cè)到火災(zāi)，這樣往往失去了滅火的最好時(shí)期，增 加了火災(zāi)給人類(lèi)造成的損失。而且以往的火災(zāi)探測(cè)器主要是靠監(jiān)測(cè)火災(zāi)環(huán)境下的單一物理 參數(shù)，僅靠監(jiān)測(cè)一個(gè)物理參數(shù)尚無(wú)法對(duì)火災(zāi)進(jìn)行準(zhǔn)確的早期探測(cè)報(bào)警，使火災(zāi)探測(cè)器的可 靠性大大下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，以解決傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)器只能 在火災(zāi)初期和發(fā)展階段通過(guò)測(cè)量單一物理參數(shù)所帶來(lái)的可靠性較差的問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于包括帶有進(jìn)出光口、進(jìn)出氣口的氣體吸收 池，所述氣體吸收池進(jìn)光口外設(shè)置有紅外光源，出光口外設(shè)置有紅外探測(cè)器，所述紅外探測(cè) 器與氣體吸收池外的信號(hào)處理電路電連接，所述氣體吸收池進(jìn)光口兩側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有角 度可調(diào)的弧形反射鏡構(gòu)成多次反射光路；紅外光源發(fā)出的光從氣體吸收池的進(jìn)光口入射， 經(jīng)過(guò)所述弧形反射鏡多次反射后，從出光口出射至所述紅外探測(cè)器；所述紅外光源與氣體 吸收池的進(jìn)光口之間還依次設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制輪、濾波輪，所述調(diào)制輪上開(kāi)有 一個(gè)窗口，所述濾波輪上開(kāi)有四個(gè)按圓周均勻分布的窗口，所述窗口中分別安裝有工作波 長(zhǎng)在一氧化碳的紅外特征吸收波長(zhǎng)處的第一窄帶干涉濾光片、工作波長(zhǎng)在二氧化碳的紅外 特征吸收波長(zhǎng)處的第二窄帶干涉濾光片、工作波長(zhǎng)在甲烷的紅外特征吸收波長(zhǎng)處的第三窄 帶干涉濾光片、工作波長(zhǎng)在一氧化碳、二氧化碳和甲烷的紅外特征吸收波長(zhǎng)外的第四窄帶 干涉濾光片，所述濾波輪中充有高濃度的相關(guān)氣體。根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于所述信號(hào)處理電路 包括DSP控制器、由芯片AD7610構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換電路、由MAX274構(gòu)成八階巴特沃斯濾波器 和運(yùn)算放大器0P27構(gòu)成的濾波放大電路、由鎖相放大器構(gòu)成的前置放大電路，所述紅外光 探測(cè)器的信號(hào)輸出端上依次連接有兩片濾波器芯片UAF42A后，再電連接至線性光耦I(lǐng)L300 的輸入端，所述線性光耦I(lǐng)L300的輸出端與所述前置放大電路的輸入端電連接，所述前置 放大電路、濾波放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路再依次電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與光電 耦合器V02630的輸入端電連接，所述光電耦合器V02630的輸出端與所述DSP控制器的信 號(hào)輸入接口電連接。根據(jù)權(quán)利要求2所述的三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于所述DSP控制器通 過(guò)I2C接口電連接有型號(hào)為24LC256的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片EEPROM，DSP控制器的SCI接口上電 連接有型號(hào)為SP485EEN的通信接口，所述DSP控制器還通過(guò)并行接口連接有LED、通過(guò)芯片74HC165連接有按鍵。根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于還包括有集氣室，所 述氣體吸收池的進(jìn)氣口與集氣室的一個(gè)出氣口氣路連接，所述集氣室的另一個(gè)出氣口處安 裝有抽氣泵，所述氣體吸收池的出氣口安裝有真空泵，所述DSP控制器通過(guò)TLP521分別與 所述抽氣泵和真空泵的電源控制端電連接。本發(fā)明將被保護(hù)空間的空氣樣本被抽取到氣體吸收池，氣體吸收池內(nèi)在光束進(jìn)出 口兩側(cè)側(cè)壁安置有兩面弧形鏡面，光束從進(jìn)光口進(jìn)入后可在兩片鏡面上發(fā)生多次反射，反 射次數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩鏡面相對(duì)角度來(lái)調(diào)整。光束在反射池內(nèi)的有效光程為鏡面距離與反 射次數(shù)之積?；⌒午R面有聚焦作用，調(diào)節(jié)其距離與角度可調(diào)節(jié)最后出光孔處的光斑大小。紅 外光在氣體吸收池中多次反射，紅外光源發(fā)射紅外光中的特定波長(zhǎng)被待測(cè)氣體分別吸收， 特定紅外光經(jīng)過(guò)窄帶濾光片濾波后由相應(yīng)的紅外探測(cè)器接收。當(dāng)氣體吸收池中有特定氣體 時(shí)，相應(yīng)的紅外光強(qiáng)度發(fā)生變化，測(cè)出這種變化就得到氣體樣本中三種氣體的濃度。本發(fā)明可同時(shí)對(duì)CO、CO2和CH4三種氣體組分的濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提高火災(zāi)早期 探測(cè)報(bào)警的準(zhǔn)確性。三組分火災(zāi)氣體探測(cè)系統(tǒng)通過(guò)相關(guān)濾波技術(shù)和調(diào)制輪、濾波輪、多次反 射池、光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)0)、0)2和CH4三種氣體的同時(shí)監(jiān)控。紅外光 束通過(guò)調(diào)制輪調(diào)制后，再經(jīng)過(guò)濾波輪完成紅外光束的濾波。濾波輪根據(jù)CO、CO2和CH4三種 氣體各自具體的特征波長(zhǎng)濾波，濾波后可以使得紅外光束中只存在指定波長(zhǎng)的紅外光。采用相關(guān)濾波技術(shù)，克服了多組分各通道之間的相互干擾和影響。在濾波輪對(duì)紅 外光束進(jìn)行濾波后，在濾波輪后充入高濃度的相關(guān)氣體將通過(guò)濾波輪的紅外光束進(jìn)一步進(jìn) 行相關(guān)濾波，使得進(jìn)入氣體吸收池內(nèi)的紅外光束最大限度的純凈。引進(jìn)參比光路處理的設(shè) 計(jì)方法，有效消除光源不穩(wěn)定和光電器件的零點(diǎn)漂移等情況對(duì)監(jiān)測(cè)精度的影響。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣中含有特定濃度的C0、C02和CH4,這三者對(duì)不同的可燃物存在 嚴(yán)格的比列關(guān)系。通過(guò)三者之間的比例關(guān)系將其它泄露與真實(shí)火災(zāi)發(fā)生相區(qū)別，從而實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的可靠報(bào)警。當(dāng)采樣氣體進(jìn)入氣體吸收池，各種成分的氣體分別吸收紅外光源發(fā)射的特定波長(zhǎng) 的紅外光，再經(jīng)過(guò)每個(gè)探測(cè)器的窄帶濾光片由紅外探測(cè)器接收到響應(yīng)波長(zhǎng)的紅外光強(qiáng)的變 化，轉(zhuǎn)換輸出為電信號(hào)，微弱電信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波及放大處理，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)，再送入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理得到待測(cè)氣體中所含的CO、CO2和CH4 的濃度，判斷出是發(fā)生火災(zāi)還是氣體泄漏，并進(jìn)行聲光報(bào)警。本發(fā)明可以精確有效地獲取陰燃階段的火災(zāi)燃燒產(chǎn)物中三種氣體組分濃度，實(shí)現(xiàn) 了極早期火災(zāi)探測(cè)的目的。與早期火災(zāi)探測(cè)器相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.可同時(shí)對(duì)C0、C02和CH4三種氣體組分的濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提高火災(zāi)極早期探 測(cè)報(bào)警的準(zhǔn)確性2.引進(jìn)參比光路處理的設(shè)計(jì)方法，有效消除光源不穩(wěn)定和光電器件的零點(diǎn)漂移等 情況對(duì)監(jiān)測(cè)精度的影響。3.采用廣譜的紅外光源、窄帶紅外濾光片、高靈敏的快速響應(yīng)紅外探測(cè)器及高精 度的A/D轉(zhuǎn)換和DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量精度高、響應(yīng)時(shí)間短4.采用多次反射長(zhǎng)光程氣體吸收池(40次反射，2m光程)，探測(cè)系統(tǒng)具有較低的探 測(cè)低限和較高的監(jiān)測(cè)精度
5.采用相關(guān)濾波技術(shù)，克服了多組分各通道之間的相互干擾和影響6.探測(cè)系統(tǒng)采用RS-485總線與控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)顯示被監(jiān)測(cè)的氣 體組分濃度及變化曲線。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)控制框圖。圖2為系統(tǒng)電路控制框圖。圖3為軟件流程圖。圖4為本發(fā)明氣體吸收池光路圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)施例中三組分火災(zāi)氣體探測(cè)系統(tǒng)包括紅外光源 1、調(diào)制輪2、濾波輪3、步進(jìn)電機(jī)、氣體吸收池4、真空泵、集氣室、主抽氣泵、紅外探測(cè)器、前 置放大電路、濾波放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、DSP控制器、液晶顯示器等組成。系統(tǒng)的工作模式為當(dāng)系統(tǒng)放置穩(wěn)定工作時(shí)，被測(cè)氣體由抽氣泵從進(jìn)氣口吸入，通 過(guò)干燥過(guò)濾裝置濾除灰塵，并去除水份后，流入氣體測(cè)量室，經(jīng)氣體測(cè)量室分析處理后，由 抽氣泵的出口排入大氣；氣體測(cè)量室的光路由4路組成，第1路為參比光路，其窄帶干涉濾 光片的工作波長(zhǎng)選擇在對(duì)待測(cè)氣體不吸收的波段內(nèi)，所對(duì)應(yīng)的紅外探測(cè)器接收到的光強(qiáng)與 待測(cè)氣體的濃度變化無(wú)關(guān)，僅監(jiān)測(cè)紅外光源發(fā)光強(qiáng)度、光路的變化，避免外界干擾，提高測(cè) 量精度；第2-4路為測(cè)量光路，其窄帶干涉濾光片的工作波長(zhǎng)分別選擇在一氧化碳、二氧化 碳、甲烷的紅外特征吸收波長(zhǎng)處，所對(duì)應(yīng)的紅外探測(cè)器收到的光強(qiáng)隨相應(yīng)的氣體濃度而變 化；四元紅外探測(cè)器將接收到的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)鎖相放大器放大后，送入同步數(shù) 據(jù)采集卡，由數(shù)據(jù)采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。光電轉(zhuǎn) 換后模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)2片UAF42A濾波器芯片濾波處理，輸入使用線性光耦I(lǐng)L300隔離輸入， 減小對(duì)小信號(hào)放大電路的干擾。數(shù)據(jù)采集前端是MAX274構(gòu)成8階巴特沃斯濾波器對(duì)信號(hào) 濾波放大處理，使用0P27運(yùn)放將信號(hào)放大到士 IOV范圍，以滿足AD采樣的輸入要求，數(shù)據(jù) 采集部分使用AD7610作為AD轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)輸入范圍士 10V，信號(hào)輸入方式單端輸入，轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)格式是16位無(wú)符號(hào)格式，與處理器接口使用高速光耦V02630隔離串行模式。AD7610 使用硬件配置方式，工作在無(wú)符號(hào)、士 10V、串行從模式的模式下。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用EEPROM 24LC256，使用I2C接口做為存儲(chǔ)器件。與外部串行通信使用SP485EEN做為通信接口，使用SCI接口和讀寫(xiě)控制信號(hào)，處 于接受狀態(tài)，與IXD連接使用并行接口，LED指示使用74HC595擴(kuò)展。按鍵輸入通過(guò)74HC165 輸入。輸出對(duì)泵的電機(jī)控制使用TLP521隔離控制。
權(quán)利要求
三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于包括帶有進(jìn)出光口、進(jìn)出氣口的氣體吸收池，所述氣體吸收池進(jìn)光口外設(shè)置有紅外光源，出光口外設(shè)置有紅外探測(cè)器，所述紅外探測(cè)器與氣體吸收池外的信號(hào)處理電路電連接，所述氣體吸收池進(jìn)光口兩側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有角度可調(diào)的弧形反射鏡構(gòu)成多次反射光路；紅外光源發(fā)出的光從氣體吸收池的進(jìn)光口入射，經(jīng)過(guò)所述弧形反射鏡多次反射后，從出光口出射至所述紅外探測(cè)器；所述紅外光源與氣體吸收池的進(jìn)光口之間還依次設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制輪、濾波輪，所述調(diào)制輪上開(kāi)有一個(gè)窗口，所述濾波輪上開(kāi)有四個(gè)按圓周均勻分布的窗口，所述窗口中分別安裝有工作波長(zhǎng)在一氧化碳的紅外特征吸收波長(zhǎng)處的第一窄帶干涉濾光片、工作波長(zhǎng)在二氧化碳的紅外特征吸收波長(zhǎng)處的第二窄帶干涉濾光片、工作波長(zhǎng)在甲烷的紅外特征吸收波長(zhǎng)處的第三窄帶干涉濾光片、工作波長(zhǎng)在一氧化碳、二氧化碳和甲烷的紅外特征吸收波長(zhǎng)外的第四窄帶干涉濾光片，所述濾波輪中充有高濃度的相關(guān)氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于所述信號(hào)處理電路包 括DSP控制器、由芯片AD7610構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換電路、由MAX274構(gòu)成八階巴特沃斯濾波器和 運(yùn)算放大器0P27構(gòu)成的濾波放大電路、由鎖相放大器構(gòu)成的前置放大電路，所述紅外光探 測(cè)器的信號(hào)輸出端上依次連接有兩片濾波器芯片UAF42A后，再電連接至線性光耦I(lǐng)L300的 輸入端，所述線性光耦I(lǐng)L300的輸出端與所述前置放大電路的輸入端電連接，所述前置放 大電路、濾波放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路再依次電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與光電耦 合器V02630的輸入端電連接，所述光電耦合器V02630的輸出端與所述DSP控制器的信號(hào) 輸入接口電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于所述DSP控制器通過(guò) I2C接口電連接有型號(hào)為24LC256的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片EEPROM，DSP控制器的SCI接口上電連 接有型號(hào)為SP485EEN的通信接口，所述DSP控制器還通過(guò)并行接口連接有LED、通過(guò)芯片 74HC165連接有按鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，其特征在于還包括有集氣室，所述 氣體吸收池的進(jìn)氣口與集氣室的一個(gè)出氣口氣路連接，所述集氣室的另一個(gè)出氣口處安裝 有抽氣泵，所述氣體吸收池的出氣口安裝有真空泵，所述DSP控制器通過(guò)TLP521分別與所 述抽氣泵和真空泵的電源控制端電連接。全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三組分火災(zāi)氣體探測(cè)器，可以精確有效地測(cè)出火災(zāi)燃燒產(chǎn)物中三種氣體組分CO、CO2和CH4的濃度，提出了一種火災(zāi)辨識(shí)方法。由氣體吸收池、信號(hào)處理控制模塊、通訊模塊組成。將被保護(hù)空間的氣體抽取到氣體吸收池，氣體吸收池中的紅外光束在通過(guò)特定氣體時(shí)，特定頻率的紅外光被特定氣體吸收，當(dāng)紅外光束中特定波長(zhǎng)的紅外光發(fā)生變化時(shí)，就可以確定氣體中存在待測(cè)的特定氣體，氣體探測(cè)器將立即響應(yīng)，并將紅外光的變化量和紅外光頻率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理即可得出探測(cè)器中的氣體濃度和種類(lèi)。氣體探測(cè)器通過(guò)通訊模塊將氣體濃度顯示在上位機(jī)上。
文檔編號(hào)G01N21/35GK101893558SQ20101021436
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者任士俊, 劉炳海, 吳龍標(biāo), 李守紅, 王文偉, 許玉坤, 趙建華 申請(qǐng)人:合肥科大立安安全技術(shù)有限責(zé)任公司