专利名称：吸气式火灾探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种火灾探测器，尤其是一种吸气式火灾探测器，属于消防设施技术领域。
背景技术：
通常，工业、商业和家庭中使用的普通烟雾探测器利用烟雾的对流作用被动地接受烟雾。而具有吸气装置的吸气式烟雾探测器能主动吸取被保护空间的空气，具有更高的灵敏度，因此在一些需要特别保护的场合(例如计算中心、通信中心、通信中继站等)得到广泛的应用。
但现有吸气式火灾探测器由于以下原因，存在容易导致误报警的缺点一是某些吸气式火灾探测器内的透镜系统在湿度较高、气温剧烈变化时，镜片容易结露，从而改变光学系统的特性，导致误报火警；二是区分火灾烟雾、空气灰尘和水蒸气的能力有限，当空气中含有灰尘和水蒸气时也有可能误报火警。此外，现有吸气式烟雾探测器采用激光器做光源，价格昂贵，用户往往望而却步。
发明内容
本实用新型的首要目的是针对以上现有技术存在的缺点，提出一种灵敏度高并且成本经济的吸气式火灾探测器。
本实用新型进一步的目的是在此基础上，将烟雾传感和火灾目标气体传感结合起来，构成烟雾和气体复合探测器，从而适用于可能含有诸如水蒸气或灰尘一类干扰因素的环境中使用。
为了达到以上首要目的，本实用新型的吸气式火灾探测器含有外壳和安置在外壳内的烟雾传感器，所述烟雾传感器中装有光发射元件和光接收元件，与光发射元件和光接收元件连接的信号处理电路板，其特征在于所述外壳内壁为黑色材料制成，构成光学封闭的探测室，所述光发射元件和光接收元件为普通感烟探测器中使用的LED发光元件和光敏元件。
为了达到以上进一步的目的，本实用新型的吸气式火灾探测器中还含有安置在外壳内的目标气体传感器，所述目标气体传感器的信号输出端接信号处理电路板的输入端。
这种黑色材料内壁外壳构成的光学封闭的探测室具有良好的光学特性，发射光线在同一或多个平面内多次反射，因而背景信号很低，并能有效地降低外界电磁场的影响，提高了探测精度；而采用烟雾和目标气体复合探测，可以排除由于灰尘和水蒸气引起的误报。此外，由于采用了普通感烟探测器中使用的LED，因此成本十分经济。
需要说明的是，通常在火灾形成初期由燃烧物释放出来的气体被称为火灾目标气体。例如含碳物质在烟雾形成前和形成中释放的CO、CO2、CH4，含硫物质释放的SO2，含氮有机物释放的NO等等。针对不同的保护对象，可以使用不同的目标气体传感器，单独或与烟雾复合进行火灾探测。由于灰尘和水蒸气中不含目标气体，因此本实用新型的探测器从原理上可以有效地排除由于灰尘和水蒸气引起的误报。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型的系统框图。
图2为本实用新型一个实施例的结构示意图。
图3和图4分别为图2的左视图和俯视图。
图5为本实用新型另一个实施例的结构示意图。
图6和图7分别为图5的左视图和俯视图。
图8为图5实施例的结构尺寸关系图。
图9为图2和图5实施例中信号处理电路板的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型吸气式火灾探测器组成的系统如
图1所示。其主要组成部分及功用如下1、空气采样管道——从探测室一直通到被保护的部位，在被保护部位开有若干个空气采样孔。工作时，风机的抽吸作用在管道内产生负压，被保护部位的空气由采样孔吸入管道，进入探测室。
2、空气过滤器——为了降低空气灰尘对烟雾探测、气体探测和气流监测部分敏感元件的污染，过滤是必不可少的。为保证过滤性能和空气通过性能，过滤部件要定期更换。
3、烟雾和气体探测室——图2和图5所示实施例的目标气体为一氧化碳。由图2和5可以看出，复合探测室有一由内壁为黑色的金属材料或黑色塑料制成的光学密闭外壳9，外界光线不能进入壳内。进气口6和出气口8与管道相连，也不透光，因此该探测室是光学密闭的。该探测室中安置有光室1。光室1上安装着普通感烟火灾探测器中使用的LED光发射元件2和光接收元件4。光发射元件2、光接收元件4和光室1构成烟雾传感器。光发射元件2、光接收元件4以及作为目标气体传感器的CO传感器7都安装在信号处理电路板3上。同时在电路板3上还安装着相关的功能元件如放大器和微处理器等。
3.1烟雾探测——某些特殊防护场合如计算机房、通信中心、通信的中继站等为要达到早期报警，对烟雾探测灵敏度要求很高。图2和图5实施例的烟雾探测灵敏度可达0.005dB/m或更高，为一般常规感烟探测器的100倍左右。其烟雾探测机构原理上与常规感烟探测器相似，采用的是散射式光电感烟探测方法和普通的光电器件。现有的吸气烟雾探测器中一般使用激光元件达到高的探测灵敏度，因此价格高昂。本实用新型的实施例通过下列途径使常规的散射式光电探测方法达到激光探测系统的高灵敏度。
3.1.1光学密闭的探测室——常规光电感烟探测器利用空气对流作用将烟雾扩散到探测器里，为保证烟雾的进入，探测室做成迷宫式结构，在保证烟雾进入的同时防止环境光线的直接射入。但环境光还是能通过迷宫遮光叶片以及各种孔洞等的反射作用间接进入探测室的。由于常规感烟探测器的探测灵敏度较低，一般为0.2-O.7dB/m，通过迷宫式结构进入探测室的环境光线所形成的背景信号只占信号总的动态范围的很小比例。但如果灵敏度提高、例如100倍后，由进入探测室的环境光所形成的背景信号将大大增强，甚至会占据信号的整个动态范围，使探测器根本无法工作。因此本实施例的烟雾探测部分采用了使环境光完全不能进入密闭结构。图2和图9中，外壳9是一个光学密闭的内壁为黑色的金属或黑色塑料壳体。
3.1.2发射光线在多个平面内反射，降低接收元件的背景信号——图2是发射光线在多个平面内反射的一个优选实施例。由于光发射元件2的光学轴线OB和光接收元件4光学轴线OE(OB和OE之间夹角与图5实施例相同，参见图5)所构成的平面不垂直于探测室的内壁，因此光发射元件2发射出来的光线经探测室9内壁反射后就会偏离光发射元件2光学轴线OB和光接收元件4光学轴线OE所构成的平面，形成在多个平面反射，而每次反射都造成很大的衰减。即使发射光线经多次反射后有机会沿OE方向入射接收元件4，信号也是极微弱的。
3.1.3采用电磁屏蔽，提高信噪比——由于探测灵敏度高，容易受外界电磁场的干扰，使信噪比降低，甚至影响正常使用。最有效的改善方法是采用金属材料制作的探测室外壳，其内壁为发黑处理层。当然也可以采用黑色塑料制作探测室外壳，同时采用屏蔽保护措施(例如塑料壳体外面加金属屏蔽罩或金属膜镀层)。
3.1.4发射光线在同一个平面内反射——图5是发射光线在一个平面内(OBCDEF)内多次反射的实施例。图5中光发射元件2的光学轴线OB和光接收元件4光学轴线OE所构成的平面垂直于探测室外壳的内壁，发射元件2发出的光线会在一个平面OBCDEF内多次反射。发射元件2发出的光线AOB通过外壳9的内壁反射(如BC所示)或多次反射(如CD所示)在探测室内特别是在光接收元件4的光学轴线方向EOF上形成一定强度的“亮度”，因此在没有烟雾的洁净空气的情况下，光接收元件4仍能“看到”一定的光，这也是背景信号的一个重要来源。前已述及，这种背景信号在高出常规感烟探测器100倍的灵敏度下，会占据甚至超出总的信号动态范围，使探测器无法工作。为降低外壳9内壁反射或多次反射对背景信号的贡献，可在光发射元件发射光线的反射路径上(例如烟雾敏感区O的上方)设置挡光隔板5。该隔板5与合适的外壳9的内尺寸共同作用有效地衰减了发射元件2在接收元件4敏感方向EOF上造成的背景信号。
上述“合适的外壳尺寸”可按式(1)取得(参见图8)Z＝(2-4)X tgθ (1)式中Z光室表面到外壳上项的垂直距离；X光室中心到外壳的水平距离(到发射元件对面内壁)；θ发射元件光学轴线S与水平面的夹角通过以上措施，可以将背景信号限制在总动态范围的20％以内，从而保证了高的探测灵敏度。
3.2一氧化碳气体探测——一氧化碳气体传感器7位于探测室光学探测不敏感区(见图2和5)，因此不会影响烟雾探测本身正常工作。由于一氧化碳气体的出现一般早于烟雾，因此用这种目标气体来探测火灾从原理上保证了高的探测灵敏度。一氧化碳的信号与烟雾信号复合后也可以实现报警。
在上述两种情况下，由于灰尘中和水蒸气中不含有一氧化碳，因此一氧化碳信号的提取就可以在原理上消除由灰尘和水蒸气引起的误报火警。
4、气流监测——气流监测的目的是确认抽气系统的正常工作状态。一旦由于某种原因例如抽气风机故障、管道阻塞等造成气流速度低下，或采样管破损造成气流速度异常升高，即发出警告，以保证整个系统能有效地工作。气流监测元件位于探测室的出气口8或进气口6外面的管道内。上述气流监测元件可以是任意原理的流速检测元件。
5、抽气风机——抽气风机的作用是通过自身叶片的旋转，造成负压，迫使被保护空间的空气流入采样管，进入探测室。
6、信号处理和报警指示——该部分把烟雾信号和目标气体信号放大后进行模数转换和信号处理，再将两路信号的大小和火警信号进行显示，同时对气流监测信号进行处理，当故障出现时发出诊断信。
图9展示了本实用新型两个实施例的电路原理。作为目标气体传感器的CO敏感元件N3(型号FICAR02442)，其信号输出端在电阻R8上形成输出信号电压并送至处理器μP1(PIC16F877A)的P2口。受控于微处理器uP1的三极管V3和电阻R6向红外发射二极管V2(TSUS5201)提供恒定的工作电流。红外发射二极管V2发射的红外光在被探测室内的烟雾粒子散射后，由作为烟雾探测器件的红外光敏二极管V1(BPV10F)接收，形成光电流，此光电流在电阻R5上产生光电压，经放大器N2(型号CA3130)放大后送往微处理器μP1的P4口。微处理器uP1对P4口的烟雾信号和P2口的一氧化碳信号进行模数转换和数据处理，根据一定的判据和逻辑关系给出判定结果。
由于烟雾传感器的光发射元件、光接收元件和目标气体传感器的信号输出端均接位于信号处理电路板上用于实现烟雾探测、目标气体探测和复合探测控制的微处理器，因此使用者可以通过设置程序，选择下列工作方式A)烟雾单独报警——当烟雾信号的增量在指定时间段内达到预定值时发出火警信号；B)目标气体单独报警——当目标气体信号的增量在指定时间段内达到预定值时发出火警信号，或当目标气体信号的绝对值达到预定值时发出目标气体中毒警报；C)复合报警——当烟雾信号和目标气体信号的相与结果在指定时间段内达到预定值时发出复合火警信号。
图9中，R7为用于流速监测的热敏电阻，由三端稳压器N1和电阻R1提供恒定的工作电流。R7上的流速监测电压被送往微处理器uP1的P1口。当采样管道阻塞造成管道里空气流速低下，流速监测电阻R7被带走的热量减少，R7的温度升高，阻值下降，输出的流速监测电压降低；当采样管道开裂造成管道里的空气流速高于正常值时，流速检测电阻R7被带走的热量增加，温度降低，阻值升高，输出的流速检测电压升高。微处理器uP1据此判定采样管道的工作状态不正常。
7、通信接口——该部分可将系统的全部信息，按约定的内容和格式传送给其它探测器或上位系统例如控制室、救灾中心等。
实验证明，本实用新型的吸气式火灾探测器具有灵敏度高、可以避免误报警、成本经济等突出优点。
权利要求1.一种吸气式火灾探测器，含有外壳和安置在外壳内的烟雾传感器，所述烟雾传感器中装有光发射元件和光接收元件，与光发射元件和光接收元件连接的信号处理电路板，其特征在于所述外壳内壁为黑色材料制成，构成光学密闭的探测室，所述光发射元件和光接收元件为普通感烟探测器中使用的LED发光元件和光敏元件。
2.根据权利要求1所述吸气式火灾探测器，其特征在于还含有安置在外壳内的目标气体传感器，所述目标气体传感器的信号输出端接信号处理电路板。
3.根据权利要求1或2所述吸气式火灾探测器，其特征在于所述光发射元件和光接收元件的光学轴线构成的平面不垂直于所述探测室的内壁。
4.根据权利要求1或2所属吸气式火灾探测器，其特征在于所述光发射元件和光接收元件的光学轴线构成的平面垂直于所述探测室的内壁。
5.根据权利要求1或2所述吸气式火灾探测器，其特征在于所述外壳为金属材质，内壁为发黑处理层。
6.根据权利要求1或2所述吸气式火灾探测器，其特征在于所述外壳为黑色塑料材质，外覆金属屏蔽罩或金属膜镀层。
8.根据权利要求4所述吸气式火灾探测器，其特征在于在所述光发射元件发射光线的反射路径上设置挡光隔板。
9.根据权利要求1或2所述吸气式火灾探测器，其特征在于所述烟雾传感器的光发射元件、光接收元件和目标气体传感器的信号输出端均接位于信号处理电路板上用于实现烟雾探测、目标气体探测和复合探测控制的微处理器。
专利摘要本实用新型涉及一种吸气式火灾探测器，属于消防设施技术领域。该探测器含有外壳和安置在外壳内的烟雾传感器和目标气体传感器，安装在烟雾传感器中的光发射元件和光接收元件，与光发射元件、光接收元件以及目标气体传感器连接的信号处理电路板，其中所述外壳内壁为黑色材料制成，构成光学密闭的探测室，所述光发射元件和光接收元件为普通感烟探测器使用的LED发光元件和光敏元件。由于探测室具有良好的光学和电磁屏蔽特性，因而背景信号低，提高了探测精度；而采用烟雾和目标气体复合探测，可以进一步排除由于灰尘和水蒸气引起的误报。此外，由于采用了普通感烟探测器中使用的LED，因此成本十分经济。
文档编号A62C37/00GK2887350SQ200620068280
公开日2007年4月11日 申请日期2006年1月9日 优先权日2006年1月9日
发明者王殊, 窦征 申请人:王殊, 窦征