[发明专利]烟雾相对浓度图像探测器及其探测方法

说明书

本发明涉及烟雾浓度的监测和火灾探测技术领域。

火灾探测是人类依靠科学技术与火灾作斗争的有效手段之一。烟雾监测是火灾早期探测中的重要一项，是控制火灾发展和减少火灾损失的重要途径。目前应用在大空间中的烟雾探测器大致有以下几种：1、离子式烟雾探测器，2、二极管式光电烟雾探测器，3、吸气式烟雾探测器，4、反射式光束感烟探测器，5、图像对单点式模拟探测器系统。其中二极管式光电烟雾探测器由于其价格低廉、反应灵敏以及可用于较大空间等特点，被国际上普遍采用。但是，传统的红外感烟探测器在大空间场合中，由于其点对点式的设计以及初级的处理技术，使其在应用于烟雾探测方面存在很大的局限性。

经检索，与本发明相关的烟雾探测器专利有：

1、申请号为1007226的散射光式烟雾探测器；

2、申请号为85105779的光电烟雾检测器；

3、专利号为98122932.8的反射式光束感烟火灾探测方法及装置；

4、专利号为99203139.7的多通道火灾图像监测报警切换器。

以上专利中存在着以下问题：

在大空间较远距离时，一般信号变得非常微弱，噪声的影响非常大，使有用信号淹没在噪声中，使用以上探测器很难辨别出有烟和无烟；另外，若在有日光照射或强红外光辐射源的场所，由于噪声过强，会使上述探测器失效。

上述探测器基本上只能提供阀值的监测，用于报警，不能连续监测烟雾的浓度，这在烟雾深层研究中是不行的。

接收二极管的灵敏度和信噪比与发光二极管的发光角度和距离关系非常密切，所以对准是提高测量精度的重要条件。专利1、2、3所述的红外探测器都是点对点、或者近似点对点的监测，要用来对整个空间进行监测比较困难；专利4也只能实现某条近似直线上的烟雾监测。由于其一般的对准原理是使发射硅片平面和接收硅片平面的法线在三维立体空间中始终位于同一条直线上，而这是难于保证的；特别在有剧烈震动或大空间场所，使用这种点对点二极管的探测器对准会非常困难，而且随着距离的增大对准的难度也相应加大。

专利3所述反射式光束感烟火灾探测装置提出运用反射镜使发送和接受位于同一端的技术方案，表面上解决了二极管对准问题，但反射镜的对准却又成为一大困难；特别是该方案所采用的补偿测量接收放大器和接收测量放大器，所补偿的是发射的光强变化；其输出与判断电路，实质为一比较器，即截取上下两个阀值。当信噪比减小时，有用信号湮没在随机噪声中，无论如何截取阀值都将无法正确判断，唯一的办法是加大发射功率。此外，其由每个点值为0，1的个别点组成的二值信号，无法绘制出烟雾变化的动态图形。

本发明提出一种烟雾相对浓度图像探测设备，并提出一种使用相干波长检测方法的烟雾相对浓度图像探测方法，可以得到高信噪比的烟雾相对浓度值，对烟雾浓度进行大空间的动态立体监测。

图1是本发明烟雾相对浓度图像探测器的系统框图，图2是其红外发光二极管矩阵电路图，图3是其通讯接口和控制电路图，图4是相干波长检测方法的程序框图。

本发明烟雾相对浓度图像探测器，其特征在于包括红外光发射源(1)、发射端控制电路(2)、通讯接口(3)、接收端(4)、高速采集设备(5)和PC机处理设备(6)组成；所述红外光发射源(1)是每列由n个红外发光二极管(7)串接后、共m列并在一起组成的n×m矩阵平面，置于大空间的一端墙面上；所述接收端(4)采用设有红外滤波片(9)的CCD摄像头(8)，经过高速采集卡(5)连接到PC机(6)；使红外光发射源(1)矩阵平面上每个发光二极管(7)的硅平面平行于接收端(4)的摄像头(8)和滤波片(9)，形成面对面的发射与接收；所述发射端控制电路(2)包括微控制器(10)与2×m个高压开关管(11)和2×m个限流电阻(12)组成；红外光发射源(1)上各列串接二极管的正极端接+50V电源、负端通过接口J26与发射端控制电路(2)中的限流电阻(12)相接，限流电阻(12)的另一端接高压开关管(11)的漏极，高压开关管(11)的源极接地、栅极分别接至微控制器(10)P0～P2的I/O口；所述通讯接口(3)分为(13)和(14)两部分：在控制电路(2)一端的通讯接口(13)和微控制器(10)相接，在PC机一端的通讯接口(14)与PC机(6)的串行口RS232的插座J25相接，通讯接口(13)和(14)之间用485总线相连。

本发明烟雾相对浓度图像探测方法，其特征在于采用以下步骤：