本发明涉及光电式颗粒或烟雾检测，具体为一种用于稀薄或小颗粒烟雾探测的方法。
背景技术：
1、烟雾探测器，特别是光电式烟雾探测器是日常光电式烟雾探测器是目前市场上的烟雾探测器的主流产品，主要用于建筑物、办公室等公共场合以及家庭的火灾检测，通过光学散射的原理检测是否有烟雾存在并在超过一定阈值时发出报警信号。通常光电式烟雾探测器内部具有一个或多个光电发射和接收器件，外壳及对应的机构件构成了一个叫做迷宫的光学暗室，基本的检测原理是根据烟雾颗粒散射的光强来判断烟雾的浓度并与报警阈值做对比。
2、但是，在一些比较特殊的场景下，如：新能源的电化学电池的热失控监控，早期的电池热失控过程所释放出来的烟雾比较稀薄，可能伴随的细小的颗粒物质，传统的烟雾探测器可能无能为力。再如开关柜以及充电桩的电气柜火灾早期也会因为导线过热等原因释放出一些小颗粒物质，这些颗粒的粒径一般小于100nm甚至10nm，这些均不容易被传统的烟雾探测器所捕获。传统的烟雾探测器是基于米氏散射的检测原理，针对的是100nm～1um粒径范围的烟雾颗粒，因此要实现对更加细小颗粒的检测需要调高灵敏度，但与之而来的是会发生频繁的误报问题，传统的烟雾探测器难以兼顾高灵敏度和低误报问题。上述两种火灾过程一般不可逆，需要尽早地预警，避免更大的损失。
3、也有专门针对粒子进行检测的烟雾传感器，如现有技术中，申请号为cn202121804266.3的专利公开了一种双波长气溶胶粒子散射光传感结构，采用了双个不同波长的激光发射器，一个光接收器构成“个”字型的迷宫结构。当没有烟雾进入到探测器迷宫时由于迷宫机构间本身反射所造成的光污染信号被叫做本底，这个本底信号越小越好，尤其是本发明这种对本底信号敏感的应用场景。激光器的光强高且集中，但是扫查面积更小，为了降低或消除光学反射需要大的体积以及较复杂的机械设计。即便设计人员为了降低内部本底信号光污染，牺牲掉一些其他方面的功能，比如可能会占用更大的体积，将内部本底信号光污染消除。传统的电流检测电路如跨导放大器如果要检测小电流需要较大的跨导电阻以及低噪声的运算放大器，运算放大器本身的噪声、输出偏置以及跨导电阻的热噪声是主要的噪声和测量误差来源，如果输入信号微弱到低于整个输入电路的噪声底限时，传统的跨导放大器将很难检测到信号。因此，即便不考虑成本，一味地使用性能更好的运放对减少系统噪声的贡献也是有限度的。基于传统方法设计的烟雾探测设备，在系统设计上很难在功耗、成本以及高灵敏度低误报性能上同时得到权衡。
技术实现思路
1、现有的烟雾传感器在对火灾引起的稀薄或小颗粒烟雾进行探测时，很难同时兼顾功耗、成本以及性能的问题。为了解决这些问题，本发明提供一种用于稀薄或小颗粒烟雾探测的方法，其可以有效地识别出火灾导致的持续的稀薄或小颗粒烟雾，同时又能有效地兼顾功耗、成本，满足高灵敏度的性能要求。
2、本发明的技术方案是这样的：一种用于稀薄或小颗粒烟雾探测的方法，其包括以下步骤：
3、s1：设置探测设备，所述探测设备包括：信号采集电路、发光管和接收管；
4、所述发光管发出光线，所述接收管接收光线；所述信号采集电路连接所述接收管；
5、其特征在于，其还包括以下步骤：
6、s2：所述接收管的阴极连接参考电压vref1，在所述接收管与所述信号采集电路之间设置一个低漏电流的开关sw1；所述信号采集电路的参考电压为vref2；
7、s3：根据待检测环境，指定所述接收管检测小颗粒和稀薄烟雾时使用的小量程微弱信号检测时间阈值ton和报警阈值，指定所述接收管暗电流检测时间toff；
8、s4：将开关sw1闭合，实施复位操作，所述复位操作结束后开关sw1断开；
9、所述复位操作包括：信号采集电路复位操作和接收管复位操作；
10、所述信号采集电路复位操作为将电路恢复到初始状态；所述接收管复位操作为：同时消除所述接收管两端电荷；
11、s5：测试所述接收管的累积暗电流，具体方法为：
12、在sw1断开状态下，在所述接收管暗电流检测时间toff内，测试所述接收管的暗电流对应的累计时间toff内的累积电荷qoff；
13、s6：闭合sw1，将所述接收管接入所述信号采集电路，测量所述接收管的暗电流，得到所述累积电荷qoff对应的电压voff；；
14、s7：将开关sw1闭合，对信号采集电路和接收管实施所述复位操作，所述复位操作结束后开关sw1断开；
15、s8：打开所述发光管，进入小量程微弱信号检测模式，实时地监测待测试区域内的稀薄或小颗粒烟雾状态；
16、假设所述发光管的驱动电流为iled，在发光管照射下颗粒散射所产生的信号电流持续累积到接收管的结电容上；
17、驱动电流iled使用小电流，iled取值满足：iledmin≤iled≤iledmax；
18、iledmin为所述发光管的驱动最小电流，iledmin取值为：每个电路的设计允许的最低驱动电流和所述发光管的led器件允许的最小驱动电流中的较大值；
19、iledmax为发光管驱动最大允许电流，iledmax取值方法为：将发光管电流从大到小测试，同时观察接收光电流的数值，当发光管点亮时同步测得的接收管电流小于1％信号采集电路的量程时记为最大允许的电流iledmax；
20、s9：将同时满足所述发光管点亮和所述sw1断开的时间点记作：测量起始时间；
21、以所述测量起始时间为起点，当测量持续时间到达ton时，打开sw1，将所述接收管上累积的电荷接入所述信号采集电路；
22、s10：基于所述信号采集电路测量所述接收管的电压von；
23、s11：计算所述接收管上累积的电荷qpd和所述接收管接收到的信号电流ipd；
24、qpd＝qon-qoff；
25、ipd＝qpd/ton；
26、s12：当所述信号电流ipd大于预设的报警阈值时，则发出烟雾警报；否则，循环执行步骤s4～s12，继续对待检测环境进行检测。
27、其进一步特征在于：
28、其还包括接收管暗电流校准方法，具体包括以下步骤：
29、使toff＝ton时，信号电流所累积的电荷qpd＝qon-qoff＝(von-voff)×cpd，校准掉暗电流的影响；
30、其中，cpd为所述接收管的结电容；
31、其还包括：大量程信号检测模式，所述大量程信号检测模式的进入方式包括以下步骤：
32、a1：设置常规信号检测的检测电路；
33、a2：假设测量持续时间为tc，tc初始值设置为ton；
34、将所述接收管饱和时的电荷量，记作：饱和电荷qsa；
35、所述饱和电压vsa对应的饱和电荷记为qsa；
36、vsa＝qsa/cpd，cpd为所述接收管的结电容；
37、a3：在步骤s7～s10实施过程中，如果在tc时间内，接收管累积电荷达到饱和；
38、则将tc调小，0<tc<ton；
39、a4：再次在tc时间内，测试接收管上的累计电荷以及接收管的电压；
40、如果接收管的电压仍然达到了vsa，则切换到常规烟雾测试的检测电路，进行大量程信号测试；
41、否则，如果接收管的电压小于vsa，则将小量程微弱信号检测时间阈值ton的值更新为tc对应的值后，循环执行步骤s4～s12；
42、所述常规信号检测的检测电路为：开关sw1闭合，所述接收管通过开关sw1直接接入后端信号采集电路，采集过程中sw1保持闭合；
43、其还包括：所述大量程信号检测模式切换到所述小量程微弱信号检测模式，包括以下步骤：
44、b1：预设量程切换所监测的时间段t，样本个数n和量程切换阈值th；
45、所述量程切换阈值th包括：监测对象的电荷数或者电压数；n≥10；
46、b2：确认持续的n个样本对应的监测对象的测量值；
47、如果n个样本数据的对应的测量值的平均值数值小于th，则判断为低于所述大量程信号检测模式的监测范围，执行步骤b3；
48、否则，执行步骤b4；
49、b3：切换到所述小量程微弱信号检测模式；
50、b4：仍然保持所述大量程信号检测模式，并同时执行步骤b2；
51、步骤b3，执行后，还需要执行防锁死措施；
52、所述防锁死措施包括以下步骤：
53、c1：假设测量持续时间为tl，tl初始值设置为ton；
54、c2：在步骤s7～s12实施过程中，在tl时间内，接收管累积电荷达到饱和，则将量程切换阈值th调整为：th＝th*0.8；
55、切换到所述大量程信号检测模式，同时执行步骤b2；
56、所述小量程微弱信号检测模式下，所述接收管上累积的电荷qpd的表达方式包括：
57、qpd＝cpd×vpd＝cpd×(von-voff)
58、或者qpd＝ipd×tacc
59、或者
60、其中，cpd为所述接收管的结电容；tacc为接收管pd接收光产生的光电流ipd的累积电荷时间段，tacc保证光电接收管工作于线性区间内。
61、本技术提供的一种用于稀薄或小颗粒烟雾探测的方法，其针对火灾引起的稀薄或小颗粒烟雾的情况，发光管使用低驱动电流发光，将稀薄或小颗粒烟雾对光线散射引起的较弱光电流累积到接收管自身的结电容上，检测过程中将接收管与接收电路断开，不连接运算放大器，累积时间到达后，再通过信号采集电路对接收管上累积的电荷进行测量，实现了基于采用电荷累积方式对稀薄或小颗粒烟雾引起的弱电流的检测。本方法使用低驱动电流，在同样的光学设计下将几乎没有内部光污染问题，因为使用的发射管功率很小，光功率几乎全部被内部的反射和吸收掉，即使有灰尘积累或者及构件老化问题也没有影响。同时，由于在电荷累积过程中开关sw1处于断开状态，接收管不与后端电路连接，因此对信号采集电路的精密度要求不高，甚至在此期间可以直接关断电源。因此，本方法具有低成本、低功耗以及高鲁棒性的优点。本技术根据待检测环境的情况指定小量程微弱信号检测时间阈值ton以及信号电流的报警阈值，一旦测量时间达到ton，则对接收管上累积的电荷进行测量，当接收管上的信号电流大于报警阈值时，则进行小颗粒报警，不但能够检测常规火灾烟雾而且能检测早期火灾的稀薄或者小颗粒烟雾，提高了检测的精度和鲁棒性。同时，本方法中为了将全部的光电流都能累积在接收管自身的结电容上，防止漏电流，在信号采集电路和接收管之间设置低漏电流的开关sw1，接收管pd的漏电流只取决于接收管接入后端电路的模拟开关sw1，而与其他器件无关，这种设计可以降低后端整个系统的设计复杂性，有效地控制了烟雾探测设备的整体面积，而且降低了系统的设计成本。