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智慧烟感_独立光电感烟火灾探测器解决方案

时间:2019-05-28  浏览次数:

智慧烟感又称独立光电烟雾火灾检测报警(以下简称报警)是一种家用光电烟雾检测报警。它采用后向散射迷宫和红外发射接收技术,及时检测火灾中产生的烟雾并发出报警信号。它主要实现了新国家标准中四种香烟的检测,成为首批通过新国家标准的独立烟雾检测报警器之一。

关键词:独立;光电感烟;后向散射;迷宫;红外发射

射接收

1 前言

1.1家用消防设备的状况

由于中国的“消防法”对家用消防设备没有特殊规定,虽然在相关技术规范中已经提出,但并非强制性的。这导致中国家用消防设备的现状令人担忧。

1.2家用消防设备市场前景

我国的民用消防市场,特别是家庭消防设备市场,基本上属于未开发的处女地。随着人民生活水平的提高和个人财富的增加,家庭电器、油锅、液化气引起的火灾威胁着人们的生命财产安全。对于普通家庭,配备家庭消防设备,预防是非常必要的。

1.3 国内外发展现状

在光电感烟探测器出现之前,主要使用离子感烟探测器。离子烟雾报警器对探测各种明火烟雾有很好的效果,也能检测阴燃烟气,但由于易受环境的影响,虚警率较高,特别是由于放射源的使用。报警器退役后,后处理困难,容易对环境造成污染。环保型火灾探测器的出现是一种必然趋势。随着半导体发光管的出现和脉冲技术的发展,光电感烟探测器得到了迅速的发展。由于光电感烟探测器抗气流干扰,工作稳定,受环境温度和湿度变化的影响。

小灰大颗粒的烟熏比离子探测器更敏感,被广泛应用。

1.4国家相关标准和规范

2006年7月国家标准化管理委员会发布

gb20517-2006“独立烟雾探测警报”国家标准于2007年4月1日正式实施。2006年8月,公安部消防部门向省、自治区、自治区公安消防部队下发《关于推广使用独立火警报警等消防技术的通知》。以及直辖市。该通知明确规定在全国推广独立的烟雾探测警报系统。

2 报警器的主要特点

2.1电池:由9V级联电池供电。

2.2工作电流:静态电流≤20μA;报警电流≤10 mA。

2.3报警响度:≥80dB(距离3米)。

2.4确认灯:每32秒闪烁一次,完成报警等级检测。当电源电压低于5.8V+0.3时,每32秒发出一次报警声,报警灯闪烁,表示需要更换电池。

2.5自检确认:按下报警箱盖上的测试按钮,直到蜂鸣器发出声音,确认光线在闪烁,表示报警器正常工作。

2.6 I/O线:通过该线将报警器连接在一起,实现多点联动报警功能,报警次数不超过32个。

2.7工作环境:环境温度-10℃~55℃,相对湿度≤93%(40±2℃无冷凝)。

2.8保护区域:当空间高度为6-12m时,一般探测器的保护区域为80m2;当空间高度低于6米时,保护区域为60平方米。

2.9执行标准:GB 20517-2006。

3 报警器设计方案

该警报采用光电烟雾检测芯片,具有复杂的低功率模拟和数字电路,具有i/o和瞬时图形扬声器驱动器。选择这种芯片的主要原因是它的功耗很低。这是为了满足国家标准的要求,使用电池作为电源,确保警报可以连续工作一年。这个芯片使用一个红外光电盒来探测微小的烟雾粒子发出的散射光。当探测到烟雾并达到警报阈值时,外部电路被激活,发出声波警报。

设计中的4个关键技术和解决方案

4.1 四种烟简介

新的国家标准规定,独立式烟雾探测报警器必须用四种香烟进行测试,四种类型的烟雾包括白色烟雾(木质阴燃火灾SH1、棉线阴燃火灾SH2)和黑烟(聚氨酯泡沫火灾SH3,正庚烷火灾SH4)。

4.2 迷宫的选择

散射光型烟雾传感器,通过以一定角度安装红外发射管和接收管来操作。当没有烟雾进入时,接收管不接收来自发射管的光。当烟雾进入时,光线在烟雾颗粒的表面上扩散,并且散射的光被接收管接收以产生电动势,该电动势可以将烟雾信号转换成电信号,该电信号随着烟雾浓度上升直到发出警报生成。根据该原理,开发了两种方法,即:前向散射和后向散射光电操作。

发射器与接收器之间的钝角称为前向散射模式,是目前市场上主要的烟雾探测器。普通前向散射光探测器作为离子探测器的替代品,具有良好的抗湿和环保性能,但其对黑白烟的敏感度有明显差异。不能满足国家标准中四种火灾的试验要求。近年来出现的后向散射光电感烟器完全可以解决这一问题,代表了当今世界的最高水平。目前,国内外掌握烟雾探测技术的厂家寥寥无几。

前向散射迷宫结构比较简单,对阴火的敏感度较高,对黑色烟花的敏感度较低。即使设计合理的正向散射光电探测报警,为了通过sh3和sh4黑烟试验火灾,探测器的响应阈值m也要进行非常小的调整。过小的m值会对产品的响应阈值的一致性产生很大的影响,也会给产品的校准和生产过程带来困难。

后向散射式光电探测器对黑烟试验火具有较高的灵敏度,较好地解决了两种黑烟试验火的响应问题。

我们设计的光电感烟探测器的光学系统结构由光室1和迷宫2组成。在迷宫2上有一定数量的“V”叶片,可以允许不同方向的烟雾进入迷宫,穿过中心区域,然后从另一侧流出,有效地避免了烟雾从迷宫中流出,然后才被检测到。同时,通过防止外界环境光直接射入光学暗室,消除了环境光的影响。光室1由发射管室3、接收管室4、透射透镜6和接收透镜5组成。理想情况下,发射管室3中的红外发射管通过发射透镜发射红外光,形成平行光束。另一方面,接收管室4中的红外光敏二极管也主要接收入射平行光。通过接收透镜的聚焦效应,将平行光聚焦到红外光敏二极管的核心。发射管室3轴PO和接收管室4轴QO在O点相交。零点称为光学中心。PO与QO的夹角称为散射角。由于散射角小于90°,光学暗室称为后向散射光学暗室。光学中心O是光学腔中的菱形敏感区。当烟雾进入光学暗室到达敏感区域时,烟雾粒子在发射管室3处的红外光中。

在光束的作用下发生散射,并且散射光进入接收管室4并被红外光电二极管接收以转换成电信号。随着烟雾浓度的增加,该信号增强,并且可以判断信号以判断火灾危险。

4.3 外壳的设计

报警器的外部结构由飞碟设计。它是以聚氯乙烯为原料制成的。它的直径是143毫米。该空间可容纳电池、检测迷宫、电路板和蜂鸣器等组件。报警器的厚度为43毫米。当报警器安装在天花板上时,虽然不突出,但可以大大提高检测灵敏度,因为它可以大大提高检测灵敏度。当火灾发生时,所产生的烟雾会扩散到天花板周围,因此报警器的探测区域越靠近天花板,就越容易探测到烟雾。

4.4 防虫网的选择

我们已采取措施(网格面积不超过1mm2),对迷宫上方的不锈钢昆虫网络进行电腐蚀,以确保小昆虫不会进入迷宫并引起假警报。

4.5 蜂鸣器的选择

将三线压电式蜂鸣器固定在底座上,确保蜂鸣器的报警声音大于80dB。

4.6 信噪比的提高

由于国内塑料制品的制造工艺不够好,迷宫注塑制品表面粗糙。当然,这与迷宫的复杂性有关。这使得接收到的信号噪声比较大,也就是我们通常所说的背景值。当有烟雾时,信号值与背景值之比较小,即信噪比较低。为了提高信号的信噪比,经过多方调查和协商,选择了一种石油化工产品-黑蜡,用乙醚进行稀释。迷宫被浸泡在稀释液中,然后拿出来晾干。迷宫的内壁非常明亮,表面粗糙而消失。安装后,信噪比翻了一番。

4.7发射管和接收管的确定

对于入射光波长和大小不同的烟雾粒子,其散射信号是不同的。一般烟气粒径分布在0.001~4微米之间,但在上述范围内不平均。大多数烟雾粒子属于中等大小的粒子,它们密集分布在680到900纳米的波长范围内。只有少数烟粒属于小颗粒和大颗粒。粒子。

红外线发射和接收的二极管很多,工作光的波长为800-1100nm。常用的红外发光二极管发射的红外光波长为940nm。此外,红外线的特点是不干扰其他电气设备的工作,也不影响周围环境,电路调试简单。单红外发光二极管的发射功率约100mw,发射功率较小。红外接收二极管接收到的信号较弱,因此接收端必须加入高增益放大器电路。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管。在使用红外接收二极管时,需要给红外接收二极管增加反向偏压。它能正常工作并获得高灵敏度。我们选取了两组ir333-a,pd638b和ir383,pd638c作为例子进行比较,并通过正反电阻实验确定了其中一组。

通过改变两对发射和接收管在不同距离下的正反向电阻,可以看出,电阻的变化越大,烟雾粒子的散射越强,接收管接收的信号也越大。本课题选用IR333-A和PD638B红外对作为光暗室的红外发射和接收管,对提高火灾探测效率和报警灵敏度起到了积极的作用。

5 主要实验

5.1 发射电阻实验

发射电阻的选择主要是通过控制发射电流来确定红外发射管的发射强度。通过以上实验,可以看出,在3.3Ω时,报警器已经处于异常工作状态,即过大的发射电流导致了报警和背景检测报警的高灵敏度。当发射电阻为4.2≤8.2Ω时,报警器处于正常工作状态,发射电阻在10Ω以上。警报器的灵敏度降低了,并且对进烟实验没有反应。为了保证报警器对烟雾的敏感性处于正常工作状态,我们选择了5.1Ω的发射电阻。

5.2 方位实验

以报警中心为原点,分为8个部分,每个方向进行烟盒校准实验,最终确定报警最不敏感的位置,因为后续的重复性,一致性,影响,四种烟雾等。在警报的最不敏感的方向上进行实验。还要求每次校准的最大值与最小值的比率不大于1.6。如表3所示:

5.3 重复性实验

六个警报在最不敏感的5方位角校准了六次,最大和最小比率应小于1.6。

5.4 一致性实验

我们在8个方向采取8个灵敏度校准警报,其中最大值与最小值的比率应小于1.6。

5.5 冲击实验

对4个警报器进行测试后,在灵敏度最低的5#方位角对灵敏度进行校准,后测值与预测值的比值应小于1.6。

5.6 火灾灵敏度实验

燃烧实验主要在正己烷火灾黑烟实验中进行,最终校准报警的报警阈值m达到了新国家标准的三级响应阈值。

6 结束语

报警器的开发过程经历了主要部件的选择,结构的确定,基本功能的反复试验,产品的认证和检验;它已成为首批通过新标准认证的产品之一。在报警的基础上,我们开发了独立的烟温复合检测报警,无线烟温复合检测报警,以及带语音报警的独立报警,使我们的产品形成家庭火灾报警系统,丰富了产品。种类。

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