紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于紫外光電管高溫環(huán)境下相關特性建模分析的方法和系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集處理裝置和數(shù)字化建模兩大部分組成。紫外光電管數(shù)據(jù)采集處理裝置主要由紫外光電管、信號調(diào)理模塊和主控模塊組成。數(shù)字化建模主要由數(shù)據(jù)特性分析和建模組成。紫外光電管在一定波長紫外光照射下其導通次數(shù)隨溫度變化較大，本發(fā)明針對紫外光電管在高溫環(huán)境下的相關特性進行了針對性的分析處理，彌補了其不易在高溫環(huán)境工作的局限性，擴大了紫外光電管溫度工作區(qū)間范圍。
【專利說明】紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及武器裝備和數(shù)字建模分析【技術領域】，尤其涉及紫外光電管在高溫環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集裝置和特性建模分析，具體涉及紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]紫外光電管靈敏度極高，對無煙燃燒類的藍色火焰極其敏感，常用來探測易燃易爆氣體和液體的早期火源。它具有如下特點:
[0003](I)由于器件工作于中紫外區(qū)，位于太陽光譜盲區(qū)，使檢測系統(tǒng)能避開自然光源，使誤報率大幅降低。
[0004](2)由于器件自身對紫外光極其敏感，使得系統(tǒng)能在極短時間內(nèi)(<50ms)對來自外部的變化做出可靠的反應。
[0005]( 3 )被動探測，不發(fā)射電磁信號。
[0006](4)可覆蓋大范圍的觀測角。
[0007]但是紫外光電管有一個缺點影響其使用，即由于工藝等一系列的原因每個管子在不同溫度范圍內(nèi)導通次數(shù)差異很大，必須針對不同紫外管和不同的溫度區(qū)間采用不同的建模分析方法。從而對紫外管進行補償，以達到產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明目的在于提出一種適用于紫外光電管在高溫環(huán)境下特性建模分析的方法和系統(tǒng)。主要由紫外光電管數(shù)據(jù)采集裝置和特性建模分析裝置兩大部分組成。紫外光電管數(shù)據(jù)采集裝置主要由信號采集裝置101和計算機前端處理模塊102組成，用來采集數(shù)據(jù)。建模分析主要由軟件分析擬合和數(shù)據(jù)處理算法組成，對采集的數(shù)據(jù)進行建模和補償。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)，包括相連接的數(shù)據(jù)采集處理裝置和數(shù)字化建模補償裝置；
[0010]數(shù)據(jù)采集處理裝置包括如下裝置:
[0011 ] 信號采集裝置101，用于通過紫外光電管采集紫外線信號，然后對紫外線信號進行信號調(diào)理后生成脈沖方波序列并傳輸給計算機前端處理裝置102 ；
[0012]計算機前端處理裝置102，用于對脈沖方波序列進行采樣、計數(shù)，以獲取當前環(huán)境中的紫外線數(shù)據(jù)；
[0013]數(shù)字化建模補償裝置包括如下裝置:
[0014]數(shù)據(jù)點擬合及分析裝置103，用于分析紫外線數(shù)據(jù)得到紫外光電管特性曲線；
[0015]紫外高溫特性數(shù)學模型裝置104，用于根據(jù)紫外光電管特性曲線建立補償模型。
[0016]優(yōu)選地，信號采集裝置101包括如下裝置:
[0017]紫外光電管，用于接收火焰紫外光照射；[0018]濾波整形裝置，用于對紫外光電管產(chǎn)生的不規(guī)則高壓脈沖波形進行濾波整形，以形成規(guī)則的5V脈沖方波序列；
[0019]穩(wěn)壓限流裝置，用于對5V脈沖方波序列進行穩(wěn)壓和限流后輸出給計算機前端處理裝置102。
[0020]優(yōu)選地，信號采集裝置用不同紫外光電管在距標準火盆25cm處，分別在50攝氏度、55攝氏度、60攝氏度、65攝氏度、85攝氏度時進行采集，每次采集取得紫外光電管5s內(nèi)的導通次數(shù)；
[0021]數(shù)據(jù)點擬合及分析裝置對每根紫外光電管在同一溫度下和距離條件下的40次采樣值求取平均值，將平均值用指數(shù)函數(shù)進行擬合得到紫外光電管的特性曲線；
[0022]紫外高溫特性數(shù)學模型裝置根據(jù)如下公式對紫外光電管進行補償:
[0023]Y=a*exp(-0.021x)
[0024]其中，Y為高溫區(qū)紫外光電管的計數(shù)值，a為每根紫外光電管的特性數(shù)據(jù)，exp()為以自然對數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，X為溫度值。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析方法，包括如下步驟:
[0026]步驟1:通過紫外光電管采集紫外線信號，然后對紫外線信號進行信號調(diào)理后生成脈沖方波序列并傳輸給計算機前端處理裝置；
[0027]步驟2:對脈沖方波序列進行采樣、計數(shù)，以獲取當前環(huán)境中的紫外線數(shù)據(jù)；
[0028]步驟3:用于分析紫外線數(shù)據(jù)得到紫外光電管特性數(shù)據(jù)；
[0029]步驟4:紫外高溫特性數(shù)學模型裝置，用于根據(jù)紫外光電管特性數(shù)據(jù)建立補償模型。
[0030]優(yōu)選地，步驟I包括如下步驟:
[0031]步驟1.1:接收火焰紫外光照射；
[0032]步驟1.2:對紫外光電管經(jīng)火焰紫外光照射后產(chǎn)生的不規(guī)則高壓脈沖波形進行濾波整形，以形成規(guī)則的5V脈沖方波序列；
[0033]步驟1.2:對5V脈沖方波序列進行穩(wěn)壓和限流措施后輸出給計算機前端處理裝置102。
[0034]優(yōu)選地，步驟I具體為:用不同紫外光電管在距標準火盆25cm處，分別在50攝氏度、55攝氏度、60攝氏度、65攝氏度、85攝氏度時進行采集，每次采集取得紫外光電管5s內(nèi)的導通次數(shù)；
[0035]步驟3具體為:對每根紫外光電管在同一溫度下和距離條件下的40次采樣值求取平均值，將平均值用指數(shù)函數(shù)進行擬合得到紫外光電管的特性數(shù)據(jù)；
[0036]步驟4具體為:根據(jù)如下公式對紫外光電管進行補償:
[0037]Y=a*exp (-0.021x)
[0038]其中，Y為高溫區(qū)紫外光電管的計數(shù)值，a為每根紫外光電管的特性數(shù)據(jù)，exp()為以自然對數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，X為溫度值。
[0039]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:針對紫外光電管在一定波長紫外光照射下導通次數(shù)隨溫度變化較大的特性，針對其高溫環(huán)境下的特性進行了建模分析，得出了紫外光電管在高溫環(huán)境下的特性，擴寬了紫外光電管應用的溫度范圍區(qū)間?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0040]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0041]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0042]圖2、圖3、圖4、圖5是本發(fā)明的數(shù)據(jù)特性分析示意圖；
[0043]圖6為本發(fā)明的高溫環(huán)境下的補償分析方法實現(xiàn)流程示意圖。
[0044]圖中:
[0045]101為信號采集裝置；
[0046]102為計算機前端處理裝置；
[0047]103為數(shù)據(jù)點擬合及分析裝置；
[0048]104為紫外高溫特性數(shù)學模型裝置。
【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0050]圖1所示為本發(fā)明系統(tǒng)示意框圖所述系統(tǒng)，具體地，所述紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)，包括相連接的數(shù)據(jù)采集處理裝置和數(shù)字化建模補償裝置。數(shù)據(jù)采集處理裝置包括如下裝置:信號采集裝置，用于通過紫外光電管采集紫外線信號，然后對紫外線信號進行信號調(diào)理后生成脈沖方波序列并傳輸給計算機前端處理裝置；計算機前端處理裝置，用于對脈沖方波序列進行采樣、計數(shù)，以獲取當前環(huán)境中的紫外線數(shù)據(jù)。數(shù)字化建模補償裝置包括如下裝置:數(shù)據(jù)點擬合及分析裝置，用于分析紫外線數(shù)據(jù)得到紫外光電管特性數(shù)據(jù)；紫外高溫特性數(shù)學模型裝置，用于根據(jù)紫外光電管特性數(shù)據(jù)建立補償模型。
[0051]其中，信號采集裝置主要由差分比較器組成，周邊放置偏置電路、電壓調(diào)零電路，以使調(diào)理電路盡量保持線性，提高采樣、計數(shù)的精度。計算機前端處理裝置的CPU采用Freescale公司的MC9S12DP512單片機作為控制微處理器，其內(nèi)部集成度高，減少了大量外圍電路，通過對來自信號調(diào)理電路的脈沖方波序列進行采樣、計數(shù)，獲取當前環(huán)境中紫外線數(shù)據(jù)，進而判斷探測范圍內(nèi)是否有火警。特性建模分析用Matlab進行，補償算法通過C語言編程實現(xiàn)。
[0052]圖2、圖3、圖4、圖5所示為數(shù)據(jù)擬合曲線。由圖5可知，當紫外光電管在高溫環(huán)境(>55°C )時，靈敏度開始急劇下降，從而為其在高溫環(huán)境下的應用帶來了不便，為此，必須對其進行溫度一脈沖進行補償分析以進行高溫應用。圖6為高溫環(huán)境下的補償分析算法實現(xiàn)，在高溫環(huán)境下通過模型進行補償和根據(jù)溫度做閾值標定的方法實現(xiàn)高溫環(huán)境下的溫度補償。
[0053]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權利要求】
1.一種紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)，其特征在于，包括相連接的數(shù)據(jù)采集處理裝置和數(shù)字化建模補償裝置； 數(shù)據(jù)采集處理裝置包括如下裝置: 信號采集裝置(101)，用于通過紫外光電管采集紫外線信號，然后對紫外線信號進行信號調(diào)理后生成脈沖方波序列并傳輸給計算機前端處理裝置(102)； 計算機前端處理裝置(102)，用于對脈沖方波序列進行采樣、計數(shù)，以獲取當前環(huán)境中的紫外線數(shù)據(jù)； 數(shù)字化建模補償裝置包括如下裝置: 數(shù)據(jù)點擬合及分析裝置(103)，用于分析紫外線數(shù)據(jù)得到紫外光電管特性曲線； 紫外高溫特性數(shù)學模型裝置(104)，用于根據(jù)紫外光電管特性曲線建立補償模型。
2.根據(jù)權利要求1所述的紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)，其特征在于，信號采集裝置(101)包括如下裝置: 紫外光電管，用于接收火焰紫外光照射； 濾波整形裝置，用于對紫外光電管產(chǎn)生的不規(guī)則高壓脈沖波形進行濾波整形，以形成規(guī)則的5V脈沖方波序列； 穩(wěn)壓限流裝置，用于對5V脈沖方波序列進行穩(wěn)壓和限流后輸出給計算機前端處理裝置(102)。
3.根據(jù)權利要求1所述`的紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析系統(tǒng)，其特征在于，信號采集裝置(101)利用不同紫外光電管在距標準火盆25cm處，分別在50攝氏度、55攝氏度、60攝氏度、65攝氏度、85攝氏度時進行采集，每次采集取得紫外光電管5s內(nèi)的導通次數(shù)； 數(shù)據(jù)點擬合及分析裝置(103)對每根紫外光電管在同一溫度下和距離條件下的40次采樣值求取平均值，將平均值用指數(shù)函數(shù)進行擬合得到紫外光電管的特性曲線； 紫外高溫特性數(shù)學模型裝置(104)根據(jù)如下公式對紫外光電管進行補償:
Y=a*exp(-0.02Ix) 其中，Y為高溫區(qū)紫外光電管的計數(shù)值，a為每根紫外光電管的特性數(shù)據(jù)，eXp()為以自然對數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，X為溫度值。
4.一種紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:通過紫外光電管采集紫外線信號，然后對紫外線信號進行信號調(diào)理后生成脈沖方波序列并傳輸給計算機前端處理裝置(102)； 步驟2:對脈沖方波序列進行采樣、計數(shù)，以獲取當前環(huán)境中的紫外線數(shù)據(jù)； 步驟3:分析紫外線數(shù)據(jù)得到紫外光電管特性曲線； 步驟4:紫外高溫特性數(shù)學模型裝置(104)，用于根據(jù)紫外光電管特性曲線建立補償模型。
5.根據(jù)權利要求4所述的紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析方法，其特征在于，步驟I包括如下步驟: 步驟1.1:接收火焰紫外光照射； 步驟1.2:對紫外光電管經(jīng)火焰紫外光照射后產(chǎn)生的不規(guī)則高壓脈沖波形進行濾波整形，以形成規(guī)則的5V脈沖方波序列；步驟1.3:對5V脈沖方波序列進行穩(wěn)壓和限流后輸出給計算機前端處理裝置(102)。
6.根據(jù)權利要求4所述的紫外光電管在高溫環(huán)境下的建模補償分析方法，其特征在于: 步驟I具體為:用不同紫外光電管在距標準火盆25cm處，分別在50攝氏度、55攝氏度、60攝氏度、65攝氏度、85攝氏度時進行采集，每次采集取得紫外管5s內(nèi)的導通次數(shù)； 步驟3具體為:對每根紫外光電管在同一溫度下和距離條件下的40次采樣值求取平均值，將平均值用指數(shù)函數(shù)進行擬合得到紫外光電管的特性曲線； 步驟4具體為:根據(jù)如下公式對紫外光電管進行補償:
Y=a*exp(-0.021x) 其中，Y為高溫區(qū)紫外光電管的計數(shù)值，a為每根紫外光電管的特性數(shù)據(jù)，eXp()為以自然對數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，X為溫度值。
【文檔編號】G06F19/00GK103488879SQ201310407965
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2013年9月9日
【發(fā)明者】楊毅, 宋啟盛, 李波, 譚誠 申請人:上海電控研究所