專利名稱：干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的火災(zāi)探測技術(shù)大都基于三類原理探測煙霧、探測溫度、探測光輻射。其中煙霧敏感式火災(zāi)探測技術(shù)是當(dāng)前世界上使用的主流技術(shù)，它分為離子感煙火災(zāi)探測技術(shù)和光電感煙火災(zāi)探測技術(shù)。雖然前者對(duì)各種粒度的煙霧的探測響應(yīng)性能較為均衡，但由于其核心部件是241镅放射源，在制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用和報(bào)廢處理等方面都有不容忽視的環(huán)保問題以及對(duì)潮濕環(huán)境極度敏感等先天缺陷而將受到諸多的限制，因此，光電式探測器在未來將成為自動(dòng)消防滅火裝置“綠色環(huán)?！钡闹髁鳟a(chǎn)品。
現(xiàn)有的光電感煙火災(zāi)探測技術(shù)原理為利用煙霧對(duì)入射光產(chǎn)生散射和吸收的特性，測量散射光強(qiáng)度或透射光強(qiáng)度，得到煙霧濃度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。因?yàn)楣馓綔y器不僅對(duì)煙霧散射光敏感，同時(shí)也對(duì)環(huán)境光敏感，所以現(xiàn)有的光電感煙裝置都要有一個(gè)探測暗室，同時(shí)為了避免室壁散射的造成的誤報(bào)警，甚至要加上特殊設(shè)計(jì)的光阱結(jié)構(gòu)。這樣，在火災(zāi)早期，煙霧沒有進(jìn)入探測室屏障前，無法探測早期火災(zāi)；同時(shí)，其抗環(huán)境光干擾能力差。此外，在現(xiàn)有的技術(shù)中，煙霧對(duì)入射光產(chǎn)生的微弱散射光強(qiáng)是由光探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并由電信號(hào)放大得到的，由于光電探測器的熱噪聲使得其對(duì)微弱光的探測信噪比降低，導(dǎo)致靈敏度降低；此外，在光電轉(zhuǎn)換后，對(duì)微弱的電信號(hào)放大時(shí)，系統(tǒng)抗環(huán)境電磁干擾能力差，容易引起誤報(bào)，可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，它利用光學(xué)干涉的原理，使火災(zāi)煙霧的背向散射光與參考光發(fā)生干涉，探測干涉信號(hào)來探測火災(zāi)的發(fā)生。
本發(fā)明干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法是這樣實(shí)現(xiàn)的，它包括如下步驟a、光源發(fā)出的光通過分光器分為兩束，一束射向振動(dòng)式參考反射鏡，另一束射向目的感煙部位；若目的感煙部位存在火災(zāi)煙霧，由火災(zāi)煙霧產(chǎn)生的背向散射光和來自振動(dòng)式參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光信號(hào)；b、所述的干涉光信號(hào)從分光器射出后由光電探測器接收，并轉(zhuǎn)換成干涉光電信號(hào)；c、信號(hào)處理分析器接收所述的干涉光電信號(hào)，經(jīng)放大、處理，進(jìn)而判斷是否有來自火災(zāi)煙霧的散射光信號(hào)，從而達(dá)到探測火災(zāi)發(fā)生的目的。
其中，光源采用激光光源、或發(fā)光二極管光源、或超輻射發(fā)光二極管光源、或紫外光源、或可見光源、或紅外光源等。振動(dòng)式參考反射鏡是通過一壓電陶瓷器件或電動(dòng)平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)的。
實(shí)現(xiàn)上述方法的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置包括光源組件1、分光器2、振動(dòng)式參考反射鏡3、光電探測器5以及信號(hào)處理分析器6，其中，光源組件1與分光器2輸入端之間、分光器2兩個(gè)輸出端與振動(dòng)式參考反射鏡3和目的感煙部位4之間、分光器2的干涉光輸出端與光電探測器5之間均采用光學(xué)連接，光電探測器5輸出端連接電信號(hào)處理分析器6。
本發(fā)明利用光學(xué)干涉原理，將很弱的火災(zāi)煙霧背向散射光與較強(qiáng)的參考光產(chǎn)生干涉，通過探測干涉光信號(hào)來探測是否有發(fā)生火災(zāi)，大大提高了檢測信噪比和靈敏度。
其探測裝置不需要傳統(tǒng)技術(shù)的探測室和吸煙裝置，可以在開放空間內(nèi)探測，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的早期探測。
由于本探測裝置使用光纖干涉技術(shù)，干涉光信號(hào)傳送在光纖中進(jìn)行，抗環(huán)境光、電磁等外界干擾能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)距離探測火災(zāi)。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖；圖2為本發(fā)明干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置實(shí)施例示意圖；圖3為圖2實(shí)施例中信號(hào)處理分析器原理框圖；圖4為圖2實(shí)施例中光電探測器在有煙霧和無煙霧情況下輸出波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如圖1所示，干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置主要包括光源組件1、分光器2、振動(dòng)式參考反射鏡3、光電探測器5以及信號(hào)處理分析器6，其中，光源組件1與分光器2輸入端之間、分光器2兩個(gè)輸出端與振動(dòng)式參考反射鏡3和目的感煙部位4之間、分光器2的干涉光輸出端與光電探測器5之間均采用光學(xué)連接，光電探測器5輸出端連接電信號(hào)處理分析器6。
其中，光源組件1含發(fā)光件及其驅(qū)動(dòng)電路，該發(fā)光件是半導(dǎo)體激光器、或發(fā)光二極管、或超輻射發(fā)光二極管、或紫外光管、或紅外發(fā)光管等。
分光器2可采用分光棱鏡、或鍍膜分光片、或光纖耦合器等。
在圖2實(shí)施例中，光源組件1含發(fā)光件及其驅(qū)動(dòng)電路，發(fā)光件選用波長為1310納米、功率為2毫瓦的光纖耦合半導(dǎo)體激光器，光源驅(qū)動(dòng)電路采用由自動(dòng)電流控制(Auto current control，ACC)電路形成的通用恒流源驅(qū)動(dòng)器。分光器2采用分光比為50％50％的2×2光纖耦合器，該光纖耦合器接光纖12、13的準(zhǔn)直器采用梯度折射率透鏡。所述2×2光纖耦合器的輸入端通過光纖11與半導(dǎo)體激光器連接，2×2光纖耦合器兩個(gè)輸出端經(jīng)準(zhǔn)直的兩束光分別通過光纖12、13射向振動(dòng)式參考反射鏡3和目的感煙部位4，來自參考反射鏡3的反射光和火災(zāi)煙霧的背向散射光分別通過光纖12、13返回到2×2光纖耦合器；2×2光纖耦合器的干涉光輸出端通過光纖14與光電探測器5連接，光電探測器5輸出端連接電信號(hào)處理分析器6。
光電探測器5選用帶前放的InGaAs光電二極管，也可以采用雪崩二極管或CCD器件等。
振動(dòng)式參考反射鏡3包括鍍金的反射鏡，該反射鏡固定在一個(gè)壓電陶瓷片上，該壓電陶瓷片連接在一正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路中。振動(dòng)式參考反射鏡的振動(dòng)頻率可為幾Hz～幾百Hz，它可通過一壓電陶瓷器件或電動(dòng)平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)。本例中壓電陶瓷片由10Hz、24伏正弦功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生振幅為20微米振動(dòng)，帶動(dòng)參考反射鏡移動(dòng)，改變參考光路的光程。也可用電動(dòng)平移臺(tái)代替壓電陶瓷片來實(shí)現(xiàn)。
光源組件1產(chǎn)生穩(wěn)定強(qiáng)度的光，將這一強(qiáng)度穩(wěn)定的光耦合進(jìn)光纖耦合器(即如2×2光纖耦合器)的一個(gè)輸入端，被光纖耦合器按任意分光比(如50％50％)分光，在光纖耦合器的兩個(gè)輸出端出射，經(jīng)準(zhǔn)直后一束射向振動(dòng)式參考鏡，另一束射向目的感煙部位；如果存在火災(zāi)煙霧，由煙霧背向散射回去的背向散射光將與從振動(dòng)式參考鏡反射回去的反射光在光纖耦合器相遇發(fā)生干涉。
上述振動(dòng)式參考反射鏡之反射鏡是固定于一個(gè)能產(chǎn)生位移的壓電陶瓷片上的，隨著壓電陶瓷器件移動(dòng)，可改變參考光路的光程。參照?qǐng)D4，上述兩路光的光程差為二分之一波長的偶數(shù)倍時(shí)，光電探測器上的光強(qiáng)達(dá)極大；上述兩路光的光程差為二分之一波長的奇數(shù)倍時(shí)，光電探測器上的光強(qiáng)達(dá)極小，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，得到一正弦波電信號(hào)；因?yàn)閬碜詤⒖肩R的光強(qiáng)恒定，此正弦波的振幅可以解調(diào)為來自煙霧散射光的強(qiáng)度，即無火災(zāi)時(shí)則沒有信號(hào)，如圖4(a)；有火災(zāi)煙霧時(shí)則有信號(hào)，如圖4(b)，從而達(dá)到了探測火災(zāi)的目的。
參照?qǐng)D3，信號(hào)處理分析器6包括放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)，濾波器連接于放大電路輸出端，濾波電路的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端連接計(jì)算機(jī)的輸入端。放大電路可選用Burr-Brown公司的OP27運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，濾波電路選用江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司YE3790A型帶通濾波器等，模數(shù)轉(zhuǎn)換器可選用NI公司的PCI-6111型模數(shù)采集卡等，用于處理分析信號(hào)的計(jì)算機(jī)選用TCL公司的A100型計(jì)算機(jī)等。信號(hào)處理分析器6也可以由單片機(jī)、放大電路、濾波電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等組成。
結(jié)合圖2實(shí)施例對(duì)本發(fā)明干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法進(jìn)一步說明由光源1的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生穩(wěn)定強(qiáng)度的光，通過光纖11耦合到2×2光纖耦合器2；2×2光纖耦合器2將該穩(wěn)定強(qiáng)度的光分為兩束，一束通過光纖12射向振動(dòng)式參考反射鏡3，另一束通過光纖13射向目的感煙部位4；如果存在火災(zāi)煙霧，煙霧的背向散射光與從參考反射鏡3反射回去的反射光在光纖耦合器2相遇發(fā)生干涉，產(chǎn)生的干涉光信號(hào)通過光纖14耦合到光電探測器5；光電探測器5將接收到的干涉光信號(hào)轉(zhuǎn)換成干涉光電信號(hào)，送至信號(hào)處理分析器6；在信號(hào)處理分析器6中，將該干涉光電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過計(jì)算機(jī)并對(duì)此干涉信號(hào)分析，進(jìn)一步給出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。
其中光源1可采用激光光源、或發(fā)光二極管光源、或超輻射發(fā)光二極管光源、或紫外光源、或可見光源、或紅外光源等。
權(quán)利要求
1.一種干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法，其特征在于包括如下步驟a、光源發(fā)出的光通過分光器分為兩束，一束射向振動(dòng)式參考反射鏡，另一束射向目的感煙部位；若目的感煙部位存在火災(zāi)煙霧，由火災(zāi)煙霧產(chǎn)生的背向散射光和來自參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光信號(hào)；b、所述的干涉光信號(hào)從分光器射出后由光電探測器接收，并轉(zhuǎn)換成干涉光電信號(hào)；c、信號(hào)處理分析器接收所述的干涉光電信號(hào)，經(jīng)放大、處理，進(jìn)而判斷是否有來自火災(zāi)煙霧的散射光信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法，其特征在于所述振動(dòng)式參考反射鏡是通過一壓電陶瓷器件或電動(dòng)平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法，其特征在于所述光源采用激光光源、或發(fā)光二極管光源、或超輻射發(fā)光二極管光源、或紫外光源、或可見光源、或紅外光源。
4.干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于包括光源組件(1)、分光器(2)、振動(dòng)式參考反射鏡(3)、光電探測器(5)以及信號(hào)處理分析器(6)，其中，光源組件(1)與分光器(2)輸入端之間、分光器(2)兩個(gè)輸出端與振動(dòng)式參考反射鏡(3)和目的感煙部位(4)之間、分光器(2)的干涉光輸出端與光電探測器(5)之間均采用光學(xué)連接，光電探測器(5)輸出端連接信號(hào)處理分析器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于所述光源組件(1)包括光纖耦合半導(dǎo)體激光器和恒流源驅(qū)動(dòng)器，分光器(2)采用帶準(zhǔn)直器的光纖耦合器，所述光纖耦合器的輸入端通過光纖(11)與半導(dǎo)體激光器連接，光纖耦合器兩個(gè)輸出端經(jīng)準(zhǔn)直的兩束光分別通過光纖(12、13)射向振動(dòng)式參考反射鏡和目的感煙部位；光纖耦合器的干涉光輸出端通過光纖(14)與光電探測器(5)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于所述振動(dòng)式參考反射鏡(3)包括反射鏡，該反射鏡固定在一個(gè)壓電陶瓷片上，該壓電陶瓷片連接在一正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于所述光電探測器(5)是光電二極管、或雪崩二極管、或CCD器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于所述光源組件(1)含發(fā)光件及其驅(qū)動(dòng)電路，該發(fā)光件是半導(dǎo)體激光器、或發(fā)光二極管、或超輻射發(fā)光二極管、或紫外光管、或紅外發(fā)光管。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于所述分光器(2)是分光棱鏡、或鍍膜分光片、或光纖耦合器。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的干涉式光電感煙火災(zāi)探測裝置，其特征在于所述信號(hào)處理分析器(6)包括放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，濾波電路連接于放大電路輸出端，濾波電路的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端連接計(jì)算機(jī)或單片機(jī)的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及干涉式光電感煙火災(zāi)探測方法及裝置，其方法包括a.光源發(fā)出的光通過分光器分為兩束，一束射向振動(dòng)式參考反射鏡，另一束射向目的感煙部位；由煙霧產(chǎn)生的背向散射光和來自參考反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光信號(hào)；b.由光電探測器接收該干涉光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成干涉光電信號(hào)；c.信號(hào)處理分析器接收該干涉光電信號(hào)，經(jīng)放大、處理，判斷是否有來自火災(zāi)煙霧的散射光信號(hào)。其采用光學(xué)干涉原理，大大提高了檢測信噪比和靈敏度；裝置不需要探測室和吸煙裝置，可在開放空間內(nèi)探測，能實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的早期探測。干涉光信號(hào)在光纖中傳送，抗環(huán)境光、電磁等外界干擾能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)距離探測火災(zāi)。
文檔編號(hào)G08B17/103GK1588465SQ200410051558
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月18日
發(fā)明者何永紅, 馬輝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院