專利名稱：一種吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，尤其是一種吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，屬于消防設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常，工業(yè)、商業(yè)和家庭中使用的普通煙霧探測(cè)器利用煙霧的對(duì)流作用被動(dòng)地接受煙霧。而具有吸氣裝置的吸氣式煙霧探測(cè)器能主動(dòng)吸取被保護(hù)空間的空氣，具有更高的靈敏度，因此在一些需要特別保護(hù)的場(chǎng)合(例如計(jì)算中心、通信中心、通信中繼站等)得到廣泛的應(yīng)用。
但現(xiàn)有吸氣式火災(zāi)探測(cè)器通常存在以下容易導(dǎo)致誤報(bào)警的缺點(diǎn)一是某些吸氣式火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)的透鏡系統(tǒng)在濕度較高、氣溫劇烈變化時(shí)，鏡片容易結(jié)露，從而改變光學(xué)系統(tǒng)的特性，導(dǎo)致誤報(bào)火警；二是區(qū)分火災(zāi)煙霧、空氣灰塵和水蒸氣的能力有限，當(dāng)空氣中含有灰塵和水蒸氣時(shí)也有可能誤報(bào)火警。此外，現(xiàn)有吸氣式煙霧探測(cè)器采用激光器做光源，價(jià)格昂貴，用戶往往望而卻步。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種靈敏度高、可以避免誤報(bào)警、并且成本經(jīng)濟(jì)的吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器。
此處所說的氣體是指在火災(zāi)形成初期由燃燒物釋放出來的氣體，稱為火災(zāi)目標(biāo)氣體。例如含碳物質(zhì)在煙霧形成前和形成中釋放CO、CO2、CH4，含硫物質(zhì)釋放SO2，含氮有機(jī)物釋放NO等等。針對(duì)不同的保護(hù)對(duì)象，可以使用不同的目標(biāo)氣體傳感器，單獨(dú)或與煙霧復(fù)合進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)。由于灰塵和水蒸氣中不含目標(biāo)氣體，因此本實(shí)用新型的探測(cè)器從原理上可以有效地排除由于灰塵和水蒸氣引起的誤報(bào)。
為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型的吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器含有安置在外殼內(nèi)的光室和目標(biāo)氣體傳感器，安裝在光室中的光發(fā)射和接收元件，與光發(fā)射和接收元件以及目標(biāo)氣體傳感器連接的電路板，其特征在于所述外殼構(gòu)成光學(xué)封閉的探測(cè)室，所述光發(fā)射和接收元件為普通感煙探測(cè)器中使用的LED發(fā)光元件和光敏元件。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)是在探測(cè)室煙霧敏感區(qū)的上方固定有擋光隔板。該隔板與外殼共同作用，加上探測(cè)室的光學(xué)密閉性，有效地衰減發(fā)射元件在接收元件敏感方向上造成的背景信號(hào)和由環(huán)鏡光造成的背景信號(hào)，保證了高的探測(cè)靈敏度。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的左視圖。
圖4為圖2的俯視圖。
圖5為圖2實(shí)施例的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系圖。
圖6為圖2實(shí)施例中電路板的主要器件電路原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)用新型吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器組成的系統(tǒng)如圖1所示。其主要組成部分及功用如下
1、空氣采樣管道——從煙霧和氣體探測(cè)室內(nèi)一直通到被保護(hù)的部位，在被保護(hù)部位開有若干個(gè)空氣采樣孔。工作時(shí)，風(fēng)機(jī)的抽吸作用在管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，被保護(hù)部位的空氣由采樣孔吸入管道內(nèi)，并通過管道進(jìn)入探測(cè)室。
2、空氣過濾器——為了降低空氣灰塵對(duì)煙霧探測(cè)、氣體探測(cè)和氣流監(jiān)測(cè)部分敏感元件的污染，過濾是必不可少的?？諝膺^濾器6位于探測(cè)室外殼10內(nèi)，靠近進(jìn)氣口7(參見圖2、3和4)。為保證過濾性能和空氣通過性能，過濾部件要定期更換。
3、煙霧和氣體探測(cè)室——圖2、3、4所示實(shí)施例的目標(biāo)氣體為一氧化碳。由圖2，3和4可以看出，復(fù)合探測(cè)室有一由黑色塑料制成光學(xué)密閉外殼10，外界光線不能進(jìn)入殼內(nèi)。進(jìn)氣口7和出氣口9與管道相連，也不透光。因此，該探測(cè)室是光學(xué)密閉的，其中安置有光室1。光室1上安裝著普通感煙火災(zāi)探測(cè)器中使用的LED紅外發(fā)射元件2和紅外接收元件4。此兩元件2、4以及作為目標(biāo)氣體傳感器的CO傳感器8都安裝在電路板3上。同時(shí)在電路板3上還安裝著相關(guān)的功能元件如放大器和微處理器等。
3.1煙霧探測(cè)——某些特殊防護(hù)場(chǎng)合如計(jì)算機(jī)房、通信中心、通信的中繼站等為要達(dá)到早期報(bào)警，對(duì)煙霧探測(cè)靈敏度要求很高。圖2實(shí)施例的煙霧探測(cè)靈敏度可達(dá)0.005dB/m或更高，為一般常規(guī)感煙探測(cè)器的100倍左右。其煙霧探測(cè)機(jī)構(gòu)原理上與常規(guī)感煙探測(cè)器相似，采用的是散射式光電感煙探測(cè)方法和普通的紅外光電器件。而現(xiàn)有的吸氣煙霧探測(cè)器中一般使用激光元件達(dá)到高的探測(cè)靈敏度，因此價(jià)格高昂。本申請(qǐng)通過下列途徑使常規(guī)的散射式光電探測(cè)方法達(dá)到激光探測(cè)系統(tǒng)的高靈敏度。
3.1.1光學(xué)密閉的探測(cè)室——常規(guī)光電感煙探測(cè)器利用空氣對(duì)流作用將煙霧擴(kuò)散到探測(cè)器里，為保證煙霧的進(jìn)入，探測(cè)室做成迷宮式結(jié)構(gòu)，在保證煙霧進(jìn)入的同時(shí)防止環(huán)境光線的直接射入。但環(huán)境光還是能通過迷宮遮光葉片的反射作用間接進(jìn)入探測(cè)室的。由于常規(guī)感煙探測(cè)器的探測(cè)靈敏度較低，一般為0.2-0.7dB/m，通過迷宮式結(jié)構(gòu)進(jìn)入探測(cè)室的環(huán)境光線所形成的背景信號(hào)只占信號(hào)總的動(dòng)態(tài)范圍的很小比例。但如果靈敏度提高、例如100倍后，由進(jìn)入探測(cè)室的環(huán)境光所形成的背景信號(hào)將大大增強(qiáng)，甚至?xí)紦?jù)信號(hào)的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍，使探測(cè)器根本無法工作。因此本實(shí)施例的煙霧探測(cè)部分采用了使環(huán)境光完全不能進(jìn)入密閉結(jié)構(gòu)。圖2中外殼10是一個(gè)光學(xué)密閉的黑色塑料殼體。
3.1.2探測(cè)室內(nèi)設(shè)置隔板——圖2中紅外發(fā)射元件2發(fā)出的紅外光束AOB會(huì)通過外殼10的內(nèi)壁反射(如BC所示)或多次反射(如CD所示)在探測(cè)室內(nèi)特別是在接收元件4的光學(xué)軸線方向EOF上形成一定強(qiáng)度的“亮度”，因此在沒有煙霧的潔凈空氣的情況下，紅外接收元件4仍能“看到”一定的光，這也是背景信號(hào)的一個(gè)重要來源。前已述及，這種背景信號(hào)在高出常規(guī)感煙探測(cè)器100倍的靈敏度下，會(huì)占據(jù)甚至超出總的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，使探測(cè)器無法工作。為降低外殼10內(nèi)壁反射或多次反射對(duì)背景信號(hào)的貢獻(xiàn)，本申請(qǐng)?jiān)跓熿F敏感區(qū)O的上方設(shè)置了黑色隔板5。該隔板5與合適的外殼10的內(nèi)尺寸共同作用有效地衰減了發(fā)射元件2在接收元件4敏感方向EOF上造成的背景信號(hào)。
上述“合適的外殼尺寸”可按式(1)取得(參見圖5)Z＝(2-4)Xtgθ (1)式中Z光室表面到外殼上項(xiàng)的垂直距離；X光室中心到外殼的水平距離(到發(fā)射元件對(duì)面內(nèi)壁)；
θ發(fā)射元件光學(xué)軸線S與水平面的夾角通過以上兩項(xiàng)措施，可以將背景信號(hào)限制在總動(dòng)態(tài)范圍的20％以內(nèi)，從而保證了高的探測(cè)靈敏度。
3.2一氧化碳?xì)怏w探測(cè)——一氧化碳?xì)怏w傳感器8位于探測(cè)室光學(xué)探測(cè)不敏感區(qū)(見圖2，3和4)，因此不會(huì)影響煙霧探測(cè)本身。由于一氧化碳?xì)怏w的出現(xiàn)一般早于煙霧，因此用這種目標(biāo)氣體來探測(cè)火災(zāi)從原理上保證了高的探測(cè)靈敏度。
一氧化碳的信號(hào)與煙霧信號(hào)復(fù)合后也可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
在上述兩種情況下，由于灰塵中和水蒸氣中不含有一氧化碳，因此一氧化碳信號(hào)的提取就可以消除由灰塵和水蒸氣引起的誤報(bào)火警。
4、氣流監(jiān)測(cè)——?dú)饬鞅O(jiān)測(cè)的目的是確認(rèn)抽氣系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。一旦由于某種原因例如抽氣風(fēng)機(jī)故障、管道阻塞等造成氣流速度低下，即發(fā)出警告，以保證整個(gè)系統(tǒng)能有效地工作。氣流監(jiān)測(cè)元件位于探測(cè)室的出氣口9或進(jìn)氣口7外面的管道內(nèi)。上述氣流監(jiān)測(cè)元件可以是任意原理的流速檢測(cè)元件。
5、抽氣風(fēng)機(jī)——抽氣風(fēng)機(jī)的作用是通過自身葉片的旋轉(zhuǎn)，造成負(fù)壓，迫使被保護(hù)空間的空氣流入采樣管，進(jìn)入探測(cè)室。
6、信號(hào)處理和報(bào)警指示——該部分把煙霧信號(hào)和目標(biāo)氣體信號(hào)放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理，再將兩路信號(hào)的大小和火警信號(hào)進(jìn)行顯示，同時(shí)對(duì)氣流監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)出診斷信息。
如圖6所示，作為目標(biāo)氣體傳感器的CO敏感元件(型號(hào)FICAR02442)N3，其信號(hào)輸出端在電阻R8上形成輸出信號(hào)電壓并送至微處理器μP1(PIC16F877A)的P2口。受控于微處理器uP1的三極管V3和電阻R6向紅外發(fā)射二極管V2(TSUS5201)提供恒定的工作電流。紅外發(fā)射二極管V2發(fā)射的紅外光在被探測(cè)室內(nèi)的煙霧粒子散射后，由作為煙霧探測(cè)器件的紅外光敏二極管V1(BPV10F)接收，形成光電流，此光電流在電阻R5上產(chǎn)生光電壓，經(jīng)放大器N2(型號(hào)CA3130)放大后送往微處理器μP1的P4口。微處理器uP1對(duì)P4口的煙霧信號(hào)和P2口的一氧化碳信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，根據(jù)一定的判據(jù)和邏輯關(guān)系給出判定結(jié)果。由于目標(biāo)氣體傳感器的信號(hào)輸出端與煙霧探測(cè)信號(hào)的輸出端均接電路板上實(shí)現(xiàn)復(fù)合探測(cè)控制的微處理器，因此使用者可以通過設(shè)置程序，選擇下列工作方式A)煙霧單獨(dú)報(bào)警——當(dāng)煙霧信號(hào)的增量在指定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出火警信號(hào)；B)目標(biāo)氣體單獨(dú)報(bào)警——當(dāng)目標(biāo)氣體信號(hào)的增量在指定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出火警信號(hào)，或當(dāng)目標(biāo)氣體信號(hào)的絕對(duì)值達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出目標(biāo)氣體中毒警報(bào)；C)復(fù)合報(bào)警——當(dāng)煙霧信號(hào)和目標(biāo)氣體信號(hào)的相與結(jié)果在指定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出復(fù)合火警信號(hào)。
圖6中，R7為用于流速監(jiān)測(cè)的熱敏電阻，由三端穩(wěn)壓器N1和電阻R1提供恒定的工作電流。R7上的流速監(jiān)測(cè)電壓被送往微處理器uP1的P1口。當(dāng)管道(圖2)里空氣流速低下，流速監(jiān)測(cè)電阻R7被帶走的熱量減少，R7的溫度升高，阻值下降，輸出的流速監(jiān)測(cè)電壓降低，微處理器uP1據(jù)此判定管道里的空氣流速不正常。
7、通信接口——該部分可將系統(tǒng)的全部信息，按約定的內(nèi)容和格式傳送給其它探測(cè)器或上位系統(tǒng)例如控制室、救災(zāi)中心等。
實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)施例的吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器具有可以避免誤報(bào)警、靈敏度高、成本經(jīng)濟(jì)等突出優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，含有安置在外殼內(nèi)的光室和目標(biāo)氣體傳感器，安裝在光室中的光發(fā)射和接收元件，與光發(fā)射和接收元件以及目標(biāo)氣體傳感器連接的含功能電路和微處理器的電路板，其特征在于所述外殼構(gòu)成光學(xué)封閉的探測(cè)室；所述光發(fā)射和接收元件為普通感煙探測(cè)器使用的LED發(fā)光元件和光敏元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，其特征在于所述光學(xué)密閉探測(cè)室敏感區(qū)上方固定擋光隔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，其特征在于所述目標(biāo)氣體傳感器的信號(hào)輸出端與煙霧探測(cè)信號(hào)的輸出端均接電路板上實(shí)現(xiàn)復(fù)合探測(cè)控制的微處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，其特征在于所述隔板與外殼內(nèi)尺寸滿足以下關(guān)系式Z＝(2-4)X tgθ式中Z光室表面到外殼上項(xiàng)的垂直距離；X光室中心到外殼的水平距離；θ發(fā)射元件光學(xué)軸線與水平面的夾角。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種吸氣式煙霧和氣體復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器，屬于消防設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。該探測(cè)器包括安置在外殼內(nèi)的光室和火災(zāi)目標(biāo)氣體傳感器，安裝在光室中的光發(fā)射和接收元件，與光發(fā)射和接收元件以及目標(biāo)氣體傳感器連接的電路板，所述外殼構(gòu)成光學(xué)封閉的探測(cè)室；所述光發(fā)射和接收元件采用普通感煙探測(cè)器使用的LED光發(fā)射元件和光敏接收元件；該探測(cè)室裝有隔板；煙霧和目標(biāo)氣體復(fù)合探測(cè)，有效地排除由于灰塵和水蒸氣引起的誤報(bào)。
文檔編號(hào)G01N21/17GK2722244SQ200420079019
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者王殊, 竇征 申請(qǐng)人:王殊, 竇征