双光束烟雾传感器研究.pdf

第3期
Vol 9 No.3
2014年6月
Journal of CAEIT
Jun.2014
多二程与应用3
doi:10.3969/j.isn.-1673-5692.2014.03.017
双光束烟雾传感研究
董新平,赵振起,皮桂英,黄辉,张鹏
(中国电子科技集团公司第49研究所物理传感器技术研究中心,哈尔滨15000
摘要:针对传统光电感烟火灾传感器因受灰尘、水雾影响较大,易误报,且导致灵敏度降低的问
题,研制了一种利用空气中不同悬浮颗粒对蓝光、红外光散射强度不同的特点,通过处理颗粒对蓝
光、红外光的散射光信号,以去除灰尘、水雾对传感器报警精度的影响,从而提高灵敏度的新型双光
束感烟火灾传感器。经过试验验证,研制的感烟传感器可以有效的对火灾早期烟雾进行报警,测得
报警响应阈值为0.36dB/m,且相对于传统的单光束产品,对空气中其它悬浮颗粒的抗千扰能力有
显著提高。
关键词:光电感烟;双光東;抗干扰
中图分类号:TP212.14文献标识码:A文章编号:1673-5692(2014)03-310-04
Research of the Smoke Sensor Based on Double Light Beam
DONG Xin-ping, ZHAO Zhen-qi, PI Gui-ying, HUANG Hui, ZHANG Peng, WANG Hui
(The 49th Research Institute of CETC, Harbin 150001, China
Abstract: In accordance with the problem of traditional photoelectric smoke sensor, such as being infec-
ted by dust and steam, lead to false alarm and low sensitivity, a new photoelectric smoke sensor is de
signed. By processing scattering character in different area adopting dual-wavelength comparing mode d
to differences of scattering character bctwcen optical wavelengths to the different particle, the interference
because of the dust and steam will be removed, and the sensitivity will be improved. Experimental results
show that the new sensor can make early alarm fire hazard, with the threshold of0. 36 db/m. Also, com
ared with the traditional photoelectric smoke sensor, the new one has better anti-interference capabilit
Key words: photoelectric smoke; double light beam; anti-interference
在实际工程应用中,光电式感烟传感器受湿度和灰尘
影响很大。据有关统计,60%的误报是因灰尘及水汽
影响。导致传统的光电感烟传感器灵敏度及报警的
火灾是当今世界上发生频率较高的一种灾害,准确性无法满足一些高要求的应用场合,如货运、铁
尤其在现代社会出于建筑密集,因为明火使用、电子路和航空等。因此开发高灵敏度高可靠性的烟雾传
线路老化等原因,…旦产生火灾对生命财产将造成感器对提高社会的火灾预防水平有重要作用。从散
巨大损失。如何及时准确的对火灾进行报警,是火射机理对散射光型的光电式感烟传感器进行原理分
灾探测研究中一项传统且重要的课题
析,在此基础上结合双光東感烟技术进行光电式感
光电烟雾探泗技术由于无放射性污染、成本低等烟传感器的设计、分析、验证,提出了一种具有高响
优点,逐渐成为烟雾探测领域的主要应用技术。但应性能和强抗干扰能力新型光电式感烟传感器
收稿日期:201404-03修订日期:201404-21
基金项目:国家921工程项目资助
万方数括
2014年第3期
董新平等:双光束烟雾传感器研究
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可见影响散射光型传感器输出信号的主要因
1双光束烟雾探测的原理
素,除传感器的结构常数K和烟粒子浓度Z外,还
受到粒子尺度谱概率密度函数p(r)、复折射率n、散
光电式感烟技术是利用烟雾颗粒对光的散射实射角、光波长入,以及粒子形状的影响
现烟雾探测,烟雾颗粒对光的散射,如图1所示。
双光束烟雾传感器依据不同颗粒(烟雾颗粒、
接收点(X,Y,2の
R或RBP)
灰尘颗粒、水汽液体颗粒)对不同波长的光的散射
烟粒子
z↑均
不同,采用蓝光及红外光这两种波长差异较大的激
接收点在
光源,以非常高的频率交替发射,空气中的颗粒(包
?XY平面上的投影
括烟雾颗粒、灰尘颗粒、水汽液体颗粒)通过发射光
入射光束(Z方向)
束时产生散射光,散射光经过透镜被光接收器接收。
图1烟雾颗粒对光的散射示意图
双光束探测烟雾原理光路如图2所示。
设非偏振单色平面波的辐射能流率为qo,按米
蓝色激
氏(Mie)理论?,在与入射波传播方向成日空间散
光圈
光核受器
射角方向上,球形气烟粒子散射的辐射能流率为
散射光
9=4。。[i()+i(0)
烟颗粒
式中,A为人射电磁波波长;R为散射粒子到光电接
图2双光束探测烟雾光路原理示意图
收器的接收点(x,y,a)间的距离;i(0),2(6)为米
烟雾颗粒尺寸较小,一般小于1pm,而灰尘和水
氏理论辐射强度函数,与球形粒子的散射角粒子汽的颗粒尺寸较大,一般大于1um。近年来对火灾
尺度伽(曲=2r)复折射率n和波长λ有关
烟雾颗粒大小的了解,空气悬浮微粒尺寸分布情况,
当存在大量烟粒子散射时,考虑粒子尺度谱概如图3所示,双峰曲线。灰尘颗粒大小在1pm
率密度函数p(r)和粒子数浓度Z,散射的辐射能流100um,烟雾颗粒大小在0.01m~1um,因此,可
率可写成
以用颗粒大小来分辨灰尘与烟雾等。
=908m2R2
zx「[()+らく(D)]p(r)d
烟雾
灰尘
式中,V是对有贡献的所有烟粒子所处的散射体积。
射到光电接收器上的辐射能通量∮可由在其
0.01
0.1
光敏元件表面上积分计算得出,并由于光敏元件表
(分子8病毒颗粒直径」m01mm-“沙
面积A图3空气悬浮微粒尺寸分布情况
可近似得出
蓝光的波长较短,大小颗粒均对蓝光有较强的
巾=ΦxA
散射;红外光的波长较长,小颗粒对红外光的散射
光电接收器的输出电压信号与接收散射的辐射较弱,大颗粒对红外光有较强的散射。将蓝光与红
能量西成正比。当其结构设计定型后,数值q。、入、外光的