[发明专利]一种无光学迷宫的点型光散射式感烟探测器及信号处理方法

摘要

本发明公开了一种无光学迷宫的点型光散射式感烟探测器及信号处理方法，包括光电感烟部分、探测腔室(C)、过滤网(I)、信号处理单元(E)、外壳(F)、报警喇叭(G)及指示灯(H)。本发明提出无光学迷宫的点型光散射式感烟探测器的新思想，减少了烟颗粒进出探测器的阻碍，使烟气进出探测腔体更加流动顺畅，具有高的响应灵敏度和实时性。光学迷宫结构的功能就是阻碍外界环境光进入探测腔室，为此本发明利用幅度调制与解调原理，提出一种含有环境光、烟雾等作用的信号分析处理方法，为无迷宫的点型光散射式感烟探测器提供一种理论依据，也为提高探测器响应灵敏度的研究提供一种新的思路和研究方向。

主权项

一种解决环境光干扰的信号处理方法，该方法基于无光学迷宫的点型光散射式感烟探测器，包括光电感烟部分、探测腔室(C)、过滤网(I)、信号处理单元(E)、外壳(F)、报警喇叭(G)及指示灯(H)；光电感烟部分、过滤网(I)和信号处理单元(E)位于探测腔室(C)内；探测腔室(C)由外壳(F)密封；过滤网(I)分布在探测腔室(C)的进气口和出气口，过滤网的作用主要是阻止异物进入探测腔室(C)；所述光电感烟部分包括红外发光管(A)和红外接收管(B)，分别起到发射和接收红外光的作用，红外发光管(A)和红外接收管(B)成角度θ'；当有烟颗粒进入时，由于烟颗粒的散射作用，红外接收管(B)接收到红外发光管(A)发出的红外散射光，即烟雾浓度信号，根据接收的散射光强度，经过信号处理单元(E)判别是否发生火灾；如发生火灾则进行报警，使报警喇叭(G)及指示灯(H)工作；所述异物是小虫及大颗粒物；无迷宫点型光散射式感烟探测器与目前广泛使用的点型光电感烟探测器的根本区别在于它的探测腔体外围没有光学迷宫结构，外界环境光会进入探测腔室(C)；无迷宫点型光散射式感烟探测器的设计思想之一是要尽量避免环境光射入探测腔室，设置合适的角度θ'以及红外发光管(A)和红外接收管(B)的位置，使红外接收管(B)无法接收环境光的直射；红外发光管(A)发射的红外光频率远大于绝大多数情况下外界环境光的频率，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)无光学迷宫探测器的设计和探测腔室内的信号的步骤探测器光学迷宫的作用是阻碍外界环境光进入探测腔室，因此对无光学迷宫感烟探测器的设计思想之一就要尽量降低环境光的干扰，即避免环境光对接收管的直射，并且尽量减少与烟颗粒的作用范围；所以，在信号分析中需要考虑环境光被烟雾散射的影响，发光管发出的信号，火灾发生时进入探测腔室的烟雾信号，以及接收管得到的总接收信号；(2)确定探测腔室中信号之间的关系及原理的步骤假设记探测器中发光管发出的信号为y发(t)、烟雾信号为y烟(t)、接收管的接收信号为yΣ(t)、外界环境光信号为g(t)，其中，设置发光管信号y发(t)的频率、相位参数，烟雾信号与光信号相互作用，允许它们之间的关系表示为：yΣ(t)＝K1·y发(t)·y烟(t)+K2·g(t)·y烟(t)其中K1、K2为调制电路相关系数，从上式将探测腔室中信号之间作用关系看作为利用发光管的信号对烟雾信号进行幅度调制处理，幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程，调制信号uΩ(t)是需要进行信道传输的消息信号，载波uc(t)为未受调制的周期性震荡信号，Ω表示调制信号角频率，载波角频率ωc＞＞Ω已调信号记为uAM(t)，解调是从接受的已调信号中提取出调制信号的过程，是调制的逆过程；其中，将发光管信号作为载波，令y发(t)＝uc(t)＝Ucmcosωct，烟雾信号作为调制信号，它是由多个频率组成的函数，根据傅里叶级数展开式，将连续的烟雾信号记为接收信号即为已调信号，对它进行解调得到所求的烟雾信号，g’(t)表示外界环境光干扰信号与烟雾作用部分，即g’(t)＝K2·g(t)·y烟(t)，因此，其中，发光管信号为高频载波寄载在烟雾信号的幅度上；(3)对接收信号yΣ(t)进行采样的步骤通过计算机对接收信号yΣ(t)进行采样，采样间隔为Ts,每次采样N个数据，得到一个离散时间信号；(4)频谱分析的步骤对采样信号进行快速离散傅里叶变换(FFT)，将其转化到频域来分析；(5)对信号数字滤波，消除噪声和干扰的步骤利用高通滤波器方法滤除低频位置的噪声和干扰，保留其高频部分，也就是烟雾信号与发光管信号作用的部分；(6)解调得到烟雾浓度，分析判断是否发生火灾的步骤滤除环境光干扰信号后，得到只含有烟雾信号作用部分，利用包络检波器或者相干解调方式处理得到每个时间段上烟雾浓度的大小，经过数模(D/A)转换得到烟雾浓度的连续分布曲线，再通过火灾判别算法，分析判断是否发生火灾。