一种基于半导体紫外传感器的复合型抗干扰火焰探测器

本实用新型涉及消防安全领域，尤其涉及一种基于半导体紫外传感器的复合型抗干扰火焰探测器。

背景技术：

火灾发生时，物质起火燃烧，着火点温度升高，同时向外部空间散发热辐射电磁射线，这种电磁射线一般会在红外射线端或紫外射线端显示出与着火物质的材料和温度有关频谱特性，所以通过监测环境中热辐射起落的频谱特性，便可判断是否发生了火情。

光学火焰探测器利用光学传感器监测环境中的红外或紫外射线，根据传感器的信号变化情况，判断是否有火情。光学火焰探测器有响应速度快、可工作于极端条件下等优点。

现有的光学火焰探测器有利用红外传感器探测红外射线来监测火情的，但由于非含碳物质燃烧时，很少辐射红外射线，所以这种火焰探测器不能探测例如氢气、磷、金属锂等非含碳物质的燃烧；

还有利用真空紫外传感器监测紫外射线来监测火情的，甚至使用数个红外传感器和真空紫外传感器组合而成的复合型探测器来监控火情的，虽然可以解决探测非含碳物质燃烧的问题，但由于采用了真空紫外传感器，探测紫外射线波长的范围较窄，而且需要额外为其提供高压供电单元，电压通常高达300v，这给探测器的应用带来了电源安全性问题，而且由于真空管体积较大也使整体探测系统体积过大，致使应用场景受限。

技术实现要素：

为了克服前述技术的缺陷，本实用新型提出了一种基于半导体紫外传感器的复合型火焰探测器，解决复合型火焰探测器的难以小型化、探测覆盖波长窄、抗干扰差的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出了一种基于半导体紫外传感器的复合型抗干扰火焰探测器，包括第一红外传感单元、第二红外传感单元、半导体紫外传感单元和数字控制单元；其中，

所述第一红外传感单元包括依次连接的2.75um波段红外传感器和第一滤波放大电路；

所述第二红外传感单元包括依次连接的4.35um波段红外传感器和第二滤波放大电路；

所述半导体紫外传感单元包括依次连接的半导体紫外传感器和第三滤波放大电路；在所述半导体紫外传感器的感光窗口外部设置有抗干扰光滤光片；

所述第一滤波放大电路、第二滤波放大电路和第三滤波放大电路的输出端分别与所述数字控制单元电连接。

进一步地，所述第一滤波放大电路，包括分压电阻、电位器、第一放大器、第二放大器和第三放大器；其中，

所述分压电阻的一端电连接红外传感器的输出端及所述第一放大器的正输入端，另一端接地；

所述第一放大器的负输入端、输出端均与所述第二放大器的正输入端相连；

所述第二放大器的负输入端与所述电位器的一端相连，电位器的另一端接地，第二放大器的输出端与所述第三放大器的正输入端相连；

所述第三放大器的负输入端与第三放大器的输出端相连，作为所述第一滤波放大电路的输出端。

进一步地，所述第二滤波放大电路与第一滤波放大电路具有相同的电路结构。

进一步地，所述第三滤波放大电路，包括第四放大器、电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；其中，

所述第四放大器的正输入端、负输入端分别与紫外传感器的两信号端相连，并且，所述第四放大器的正输入端还接地，负输入端还连接所述电容的一端；

所述电容的另一端同时与第一电阻的一端、第二电阻的一端和第三电阻的一端连接；

所述第一电阻的另一端接接所述第四放大器的负输入端；

所述第二电阻的另一端接地；

所述第三电阻的另一端与所述第四放大器的输出端相连，作为所述第三滤波放大电路的输出端。

进一步地，还包括警报抑爆单元；所述警报抑爆单元包括状态指示灯、声音警告装置和灭火控制电路；所述状态指示灯、声音警告装置和灭火控制电路分别与所述数字控制单元电连接，接受数字控制单元控制指令；所述警报抑爆单元留有与灭火抑爆盒连接的电路接口，所述电路接口与灭火控制电路的输出端电连接。

进一步地，还包括检测校准单元，所述检测校准单元包括温度检测电路；所述温度检测电路，与所述数字控制单元电连接。

进一步地，所述检测校准单元，还包括电压检测电路；所述电压检测电路，与所述数字控制单元电连接。

进一步地，所述半导体紫外传感器包括传感器壳体、信号引脚和紫外传感芯片；所述传感器壳体为圆柱形，底部为圆形底座，顶部为圆形感光玻璃窗口；所述圆形底座的内侧安装所述紫外传感芯片，所述圆形底座的外侧安装所述信号引脚。

进一步地，所述半导体紫外传感器外壳直径为5～6mm，外壳高度为3～4mm。

进一步地，所述抗干扰滤光片贴装在所述紫外传感器的感光窗口的外部，将紫外传感器探测波段限制为200～290nm。

与现有技术相比，本实用新型至少可以实现下述之一有益效果：

1、本实用新型提出的一种基于半导体紫外传感器的复合型抗干扰火焰探测器，采用单紫外传感器和双红外传感器的复合传感方式对火焰辐射进行检测，在紫外传感器端使用了滤光结构设计滤除干扰光，能有效抵御太阳光、照相机闪光灯等干扰，对火焰特征辐射波段具有更好的感知能力，使系统具备优异的抗干扰能力和较高的探测精度；

2、本实用新型提出的一种基于半导体紫外传感器的复合型抗干扰火焰探测器，避免了使用高压供电，能够省去高压模块电路，实现了探测器的小型化，更具有安全性，从而能应用在更广泛的火灾监测场景中。对比已有技术，本火焰探测器具有安全、寿命长、体积小的优点。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例的火焰探测器系统框图；

图2为本实用新型实施例的紫外传感器结构示意图；

图3为本实用新型实施例的第一、第二滤波放大电路原理示意图；

图4为本实用新型实施例的第三滤波放大电路原理示意图；

图5为本实用新型实施例的结构示意图主视图；

图6为本实用新型实施例的结构示意图俯视图。

附图标记：

1-紫外传感芯片；2-圆形底座；3-传感器壳体；4-圆形感光玻璃窗口；5-信号引脚；6-圆形抗干扰光滤光片；

51-主壳体；52-背壳；53-密封垫；54-接口座；56-螺丝孔；57-顶壳；

61-传感器窗口；62-传感器窗口；63-传感器窗口；64-指示灯窗口；65-固定孔。

具体实施方式

以下结合附图来描述本实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

本实用新型的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种基于半导体紫外传感器的复合型火焰探测器，包括第一红外传感单元、第二红外传感单元、半导体紫外传感单元、数字控制单元、检测校准单元、警报抑爆单元，此外还包括支持电路正常使用的供电电路。

第一红外传感单元包括依次连接的2.75um波段红外传感器和第一滤波放大电路，用于监测环境中2.75um波段的红外辐射，将此波段的光信号转换为电压信号；

第二红外传感单元包括依次连接的4.35um波段红外传感器和第二滤波放大电路，用于监测环境中4.35um波段的红外辐射，将此波段的光信号转换为电压信号；

半导体紫外传感单元包括依次连接的半导体紫外传感器和第三滤波放大电路，用于监测环境中紫外辐射，将对应的光信号转换为电压信号。

半导体紫外传感器结构如图2所示，其结构包括传感器壳体3、信号引脚5和紫外传感芯片1；所述传感器壳体3为圆柱形，底部为圆形底座2，顶部为圆形感光玻璃窗口4；所述圆形底座2的内侧安装紫外传感芯片1，所述圆形底座2的外侧安装信号引脚5。

示例性地，半导体紫外传感器不包含引脚的传感器壳体尺寸为直径5.5mm×高3.5mm，体积小巧。紫外传感芯片1探测紫外频谱范围较宽，为200～380nm，工作温度范围-25～120℃，对探测环境有很强的适应性。

在所述紫外传感器的感光窗口的外部，贴装圆形抗干扰光滤光片6，将紫外传感器探测波段限制为200～290nm，以防止太阳光等环境光的紫外波段对传感器产生干扰，避免误报火情。

所述第一滤波放大电路、第二滤波放大电路和第三滤波放大电路的输出端分别与数字控制单元电连接。

其中，所述第一、第二滤波放大电路具有相同的电路原理结构，电路原理示意图如图3所示，电路主要包括分压电阻、电位器、第一放大器、第二放大器和第三放大器，具有滤波放大功能。其中，分压电阻的一端电连接红外传感器的输出端及第一放大器的正输入端，另一端接地；第一放大器的负输入端、输出端均与第二放大器的正输入端相连；第二放大器的负输入端与电位器的一端相连，电位器的另一端接地，第二放大器的输出端与第三放大器的正输入端相连；第三放大器的负输入端与第三放大器的输出端相连，作为第一滤波放大电路的输出端。当红外传感器受火焰辐射影响时，传感器内阻发生变化，经所述分压电阻分压后得到电压信号，经滤波放大电路处理后，传感器内阻的变化转换为电路电压的变化，由数字控制单元进行数据采集。

所述第三滤波放大电路原理示意图如图4所示，电路主要包括第四放大器、电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，具有将传感器电流信号滤波放大并转换成电压信号的功能。其中，第四放大器的正输入端、负输入端分别与紫外传感器的两信号端相连，并且，第四放大器的正输入端还接地，负输入端还连接所述电容的一端；所述电容的另一端同时与第一电阻的一端、第二电阻的一端和第三电阻的一端连接；第一电阻的另一端接接第四放大器的负输入端；第二电阻的另一端接地；第三电阻的另一端与第四放大器的输出端相连，作为第三滤波放大电路的输出端。

半导体紫外传感器在火焰辐射下，光生电流增大，采用所述第三滤波放大电路将电流信号转换为电压信号，输出到数字控制单元进行数据采集。

数字控制单元，为探测器的核心控制部分，对来自传感器单元和检测校准单元的信号进行采集、分析，内置有现有火焰识别算法，如可以包括阈值判别和特征频率分析等，以判断是否存在火情以及系统是否处于正常运行状态，并对警报抑爆单元进行控制。

警报抑爆单元包括状态指示灯、声音警告装置和灭火控制电路。状态指示灯、声音警告装置和灭火控制电路分别与所述数字控制单元连接并由数字控制单元控制。

其中，状态指示灯用于对火情和系统运行状态的指示；声音警告装置用于在火情发生、环境温度过热、系统供电电压不足时发生警报声音。

进一步的，本发明可以外接灭火抑爆盒。所述灭火控制电路通过信号线与外部的灭火抑爆盒连接，向灭火抑爆盒输出三路不同的电压信号，包括启动灭火信号、状态正常信号和探测器故障信号。灭火抑爆盒在接收到启动灭火信号后控制其内部的灭火抑爆瓶开始喷灭火剂，收到状态正常信号后停止喷灭火剂，收到探测器故障信号后产生故障维修提示。

检测校准单元包括温度检测电路和电压检测电路。温度检测电路与所述数字控制单元电连接，用于感应环境温度；电压检测电路，与所述数字控制单元电连接，用于检测探测器供电电压。

优选的，基于半导体紫外传感器的复合型火焰探测器还包括外壳，第一红外传感单元、第二红外传感单元、半导体紫外传感单元、数字控制单元、检测校准单元、警报抑爆单元分别置于壳体内部。如图5所示，该外壳是由主壳体51、背壳52、接口座54和顶壳57构成的壳体结构。其中，主壳体51与背壳52之间，由密封垫53密封；在主壳体51的一侧有接口座54；接口座54正中间有一个接线孔55；接线孔55四周平均分布四个相同的螺丝孔56，通过螺丝孔固定接线管连接器，接线管内有供电线和信号线通过接线孔55与火焰探测器内部电路连接；顶壳57为探测面，具体如图6所示，探测面中间分布有三个传感器窗口61、62、63和一个指示灯窗口64，第一红外传感器、第二红外传感器和紫外传感器分别临近一个传感器窗口，以便于探测；探测面两边分别有两个相同的固定孔65，通过两个固定孔把火焰探测器固定在墙上或者其他物体上。

工作过程实施例：

第一步：在开机初始化过程中，检测校准单元将所述环境温度传感器信号和电路电压检测信号转换为电压信号，由所述数字控制单元进行采集、校准，使系统进入正常工作状态。

第二步：常态时，第一红外传感单元将光信号经第一滤波放大电路转换为电压信号，第二红外传感单元将光信号经第二滤波放大电路转换为电压信号，半导体紫外传感单元将光信号经第三滤波放大电路转换为电压信号，检测校准单元将所述环境温度传感器信号和电路电压检测信号转换为电压信号；前述电压信号分别由所述数字控制单元进行采集、处理、分析。

第三步：当所述数字控制单元采集到的传感器电压信号与常态时相比发生变化时，数字控制单元通过内置阈值判别和特征频率分析等算法，判断是否探测到火焰发生了火情。

如果数字控制单元判断发生了火情，则通过警报抑爆单元控制指示灯和声音警告装置发出警报信号，并向灭火控制电路发送启动灭火信号。此时如果火焰探测器连接了灭火抑爆盒，则灭火抑爆盒在接收到启动灭火信号后控制其内部的灭火抑爆瓶开始喷灭火剂；

如果数字控制单元判断未发生火情，则不启动所述警报抑爆单元；

如果数字控制单元判断发生火情后火情消失，则设置所述警报抑爆单元恢复正常状态。

第四步：在半导体紫外传感器的复合型抗干扰火焰探测器运行过程中，如果数字控制单元判断探测器发生了异常情况，如电压不足、环境温度过高等，则通过警报抑爆单元控制指示灯和声音警告装置发出警报信号，并向灭火控制电路发送探测器故障信号。此时如果火焰探测器连接了灭火抑爆盒，则灭火抑爆盒收到所述探测器故障信号后产生故障维修提示。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。