一种可区分烟雾粒子的感烟探测器的制作方法

1.本发明涉及火灾报警系统技术领域，具体涉及一种可区分烟雾粒子的感烟探测器。


背景技术：

2.以下内容仅代表发明人掌握的背景技术，并非社会公众能够随时获得的现有技术。
3.感烟探测器是火灾报警系统中使用最多的探测(传感)器。为了及时发现火情，传统的感烟设计，气流通道尽可能的畅通，保证进烟性能；但是灰尘、水蒸气、油烟颗粒，也容易进入到迷宫，导致探测器误报；区分火灾烟雾和非火灾烟雾是关键难点。
4.现有技术中，典型燃烧粒子的物理特性包括：
5.木材：燃烧剧烈，能量较大，粒径较小，属于黑烟，光散射弱。
6.木材阴燃：热解缓慢，粒径轻且大，属于白烟，光散射强。
7.棉绳阴燃：热解迅速，粒径轻且大，属于白烟，光散射强。
8.聚氨酯：燃烧剧烈，粒子数目多且粒径小，属于黑烟，光散射弱。
9.正庚烷：燃烧剧烈，粒子数目多且粒径小，属于黑烟，光散射弱。
10.酒精：充分燃烧时无烟，温度有剧烈增加，不充分燃烧时产生黑烟。
11.典型非燃烧物粒子的物理特性包括：
12.加湿器水蒸气颗粒：颗粒较小，无伴随温度。
13.淋浴水蒸气颗粒：有伴随温度，冷凝颗粒较大。
14.炒菜烘焙油烟颗粒：颗粒较大，粘性较大。
15.日常扫地的扬尘，风沙的扬尘，小飞虫等：粒径远大于正常烟雾颗粒，光散射强。
16.现有技术中传统光电感烟设计是基于粒子的光学mie散射特性，使用单一角度散射信号检测烟雾浓度，现有技术中的方法是无法区分烟雾粒径大小的。
17.火灾烟雾粒径的分布一般在100nm至1um之间，细灰尘颗粒的中值粒径在4um至20um，水蒸气凝露的液滴粒径则更大。
18.当粒子粒径接近光波长时，散射强度服从米氏散射分布，因此，本发明选择940nm红外波长发射器件，从不同角度照射粒子，接收端根据两个不同角度的信号，可判别燃烧粒子和非燃烧粒子。


技术实现要素：

19.本发明旨在提供一种可区分烟雾粒子的感烟探测器，以解决如何过滤干扰源颗粒、区分烟雾粒径大小、有效防止误报的问题。
20.本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种可区分烟雾粒子的感烟探测器，包括上壳、迷宫罩、迷宫、光发射器件、光接收器件、电路板、电路板固定结构和探测器固定底座，所述的电路板固定结构固定安装在所述的探测器固定底座上；所述的电路板固定安
装在所述的电路板固定结构上并由所述的电路板固定结构给所述的电路板供电；所述的光发射器件和光接收器件分别与所述的电路板电连接；所述迷宫的顶部设置有光发射器件固定孔和光接收器件固定孔，所述光发射器件的光发射端插设在所述的光发射器件固定孔中；所述光接收器件的光接收端插设在所述的光接收器件固定孔中；所述的光发射器件、光接收器件和电路板根据进入迷宫敏感区的不同粒径的颗粒在不同散射方向上的光强分布的不同和散射效率的差异区分不同颗粒，防止误报；所述迷宫的顶部设置有迷宫固定卡扣，所述的迷宫通过所述的迷宫固定卡扣固定在所述的电路板上；所述迷宫罩的外周壁端部设置有迷宫罩卡扣，所述迷宫的外周壁端部设置有迷宫罩卡槽，通过将所述的迷宫罩卡扣插入所述的迷宫罩卡槽实现所述迷宫罩和所述迷宫的固定连接；所述的上壳罩设在所述的迷宫罩上，上壳的外周壁上设置有烟雾进口，用于供烟雾通过所述的烟雾进口进入所述的迷宫和所述的迷宫。
21.优选地，所述的感烟探测器包括两个光发射器件和一个光接收器件，相应地光发射器件固定孔设置有两个，光接收器件固定孔设置有一个，通过两个光发射器件作为双光源来识别颗粒，光接收器件分别采集前向与后向两个角度的散射光信号。
22.优选地，所述迷宫罩的外周壁上设置有进气网孔，所述进气网孔的孔径具备烟雾过滤选择能力。
23.优选地，所述进气网孔的孔径为0.8mm。
24.优选地，所述迷宫罩的内部设置有圆筒状的遮光挡墙，所述遮光挡墙的内周壁上设置有锯齿状吸光楞；所述的遮光挡墙用于遮挡外部环境光进入迷宫，还用于减少外界气流对迷宫内部烟雾浓度的影响，同时阻挡重的灰尘颗粒进入迷宫；所述的锯齿状吸光楞用于增加无烟时背景光的吸收，减小噪声干扰。
25.优选地，所述遮光挡墙的外周壁上设置有多个迷宫罩导流立面，多个迷宫罩导流立面在所述遮光挡墙的外周壁上均匀间隔设置；所述的迷宫罩导流立面用于导流，使烟雾气溶胶稳定进入迷宫。
26.优选地，所述遮光挡墙的一端端部设置有锯齿状灰尘沉降区。
27.优选地，所述迷宫的内周壁上设置有多个迷宫导流立面，多个迷宫导流立面在所述迷宫的内周壁上均匀间隔设置；所述的迷宫导流立面用于导流，使烟雾气溶胶稳定进入迷宫内部探测区。
28.优选地，所述迷宫的端面上设置有ntc管脚孔；所述的ntc管脚孔用于安装ntc进行环境温度补偿。
29.优选地，所述进气网孔的孔壁具有尖锐外表面，其作用是减少烟雾的粘滞阻力，以及阻挡附有静电的灰尘颗粒。
30.优选地，所述的进气网孔与遮光挡墙之间在竖直方向上具有高度差，用于降低外界风速对内部敏感位置风速的影响。
31.优选地，所述迷宫的端面上还设置有第一发射管出光孔、第二发射管出光孔和接收管进光孔，第一发射管出光孔用于透过两个光发射器件中的其中一个发出的红外光，第二发射管出光孔用于透过两个光发射器件中的另一个发出的红外光，接收管进光孔用于接收红外光，第一发射管出光孔与接收管进光孔之间的夹角和第二发射管出光孔与接收管进光孔之间的夹角不同。
32.有益效果
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器对不同特性的粒子颗粒具有选择效果，能够依据双角度散射信号识别粒径。通过创新的迷宫罩，采用孔较小且具备一定占空比的迷宫孔径，烟雾通过细小网孔进入迷宫时，较小孔径具备烟雾过滤选择能力；迷宫罩的吸附材料采用对不同烟雾材料具有不同表面吸附效果的材料，比如：金属网对水汽冷凝效果较好，增大材料阻抗能够增大带电荷灰尘的吸附效果，改变材料气味配方防蚊虫干扰等。
35.本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器能够延长粒子运动的内部路径，确保迷宫罩进入后粒子颗粒不能直接进入敏感区；设置了实心挡墙和带l型扇翅，实心挡墙会要求粒子进行爬坡才能够进入迷宫，当灰尘干扰时，利用灰尘大颗粒的重力特性(对比火灾烟雾较重)，爬坡较难，从而抑制灰尘进入迷宫；当油烟干扰时，利用油烟的粘性，首先会附着在迷宫外壁上，从而抑制油烟进入迷宫；当水蒸气干扰时，首先会冷凝在迷宫外壁上，从而抑制水蒸气进入迷宫；迷宫内部采用锐角式尖角处理，既能吸收杂散光，又能防止灰尘颗粒附着污染迷宫。
36.本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器采用了对风速不敏感的流体设计，具有尖锐锋利的外表面，能够降低不同风速颗粒的影响；迷宫外径与迷宫罩内径具有高度差，能够降低外界风速对内部敏感位置风速的影响。
37.本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器采用了双光源识别颗粒的光学设计，双发一收，能够采集前向与后向两个角度的散射光信号。
附图说明
38.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
39.图1是本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器的结构示意图。
40.图2是迷宫罩的正视图。
41.图3是迷宫罩的立体结构示意图。
42.图4是迷宫罩的另一角度的立体结构示意图。
43.图5是迷宫的立体结构示意图。
44.图6是迷宫的另一角度的立体结构示意图。
45.图7是迷宫和迷宫罩的组合安装结构示意图。
46.图8是迷宫和迷宫罩的组合安装剖视图。
47.图9是迷宫的俯视图。
具体实施方式
48.在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
49.本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器的设计上的核心方向包括：
50.1、结构上设计具有选择性的颗粒过滤：
51.粒子颗粒进入迷宫罩的过程中，利用结构、材料、流体的方法，来保证对不同特性
的粒子颗粒具有选择效果。例如：利用结构设计过滤较重颗粒(灰尘颗粒较重)，利用材料特性吸附颗粒(烹饪颗粒油性较大、水汽易凝结)，利用小孔径过滤流体直径较大颗粒。
52.2、依据双角度散射信号识别粒径：
53.当颗粒进入迷宫敏感区，不同粒径的颗粒在各个散射方向上的光强分布是不均匀的，利用前向与后向两个角度散射效率的差异，配合系统的电路与算法，有效区分不同颗粒，防止误报。
54.3、创新的迷宫罩：
55.进气网孔的孔径：选择孔较小且具备一定占空比的迷宫孔径。烟雾通过细小网孔进入迷宫时，较小的孔径具备烟雾过滤选择能力。
56.吸附材料：对不同烟雾材料选择不同表面吸附效果的材料；如：金属网对水汽冷凝效果较好，增大材料阻抗能够增大带电荷灰尘的吸附效果，改变材料气味配方防蚊虫干扰等。
57.下文所述的遮光挡墙22、锯齿状吸光楞23和导流立面24全部采用抗静电吸附材料，并且通过改变配方增加气味驱蚊虫干扰。
58.4、延长粒子运动的内部路径：
59.路径长度的考虑：确保进入迷宫罩后粒子颗粒不能直接进入敏感区。
60.实心挡墙和带l型扇翅的考虑：实心挡墙会要求粒子进行爬坡才能够进入迷宫，当灰尘干扰时，利用灰尘大颗粒的重力特性(对比火灾烟雾较重)，爬坡较难，从而抑制灰尘进入迷宫；当油烟干扰时，利用油烟的粘性，首先会附着在迷宫外壁上，从而抑制油烟进入迷宫；当水蒸气干扰时，首先会冷凝在迷宫外壁上，从而抑制水蒸气进入迷宫。
61.下文所述的遮光挡墙22采用实心挡墙；锯齿状吸光楞23为带l型扇翅的结构。
62.迷宫内部采用锐角式尖角处理，既能吸收杂散光，又能防止灰尘颗粒附着污染迷宫。
63.下文所述的遮光挡墙22的内壁面采用锐角式尖角处理。
64.5、对风速不敏感的流体设计：
65.尖锐锋利外表面：降低不同风速颗粒的影响。“不同风速颗粒”是指颗粒的风速不同。
66.下文所述的尖锐外表面28即尖锐锋利外表面，也就是迷宫罩的尖锐锋利外表面。
67.原理解释：烟雾是气固两相流体，不同风速下粘性阻力不同，尖锐锋利外表面可以减小这种阻力的影响。
68.迷宫外径与迷宫罩内径高度差，能够降低外界风速对内部敏感位置风速的影响。
[0069]“迷宫外径与迷宫罩内径高度差”指的是图8中进气网孔21与遮光挡墙22之间在竖直方向上的高度差。
[0070]
原理解释：外界风速是不固定不均匀的，裹挟的烟雾颗粒爬升一个高度差之后，使烟雾速度变慢变均匀进入敏感位置，从而达到降低外界风速对内部的影响。
[0071]
6、双光源识别颗粒的光学设计，双发一收，采集前向与后向两个角度的散射光信号。
[0072]
如图1至图9所示，本发明所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器包括上壳1、迷宫罩2、迷宫3、光发射器件4、光接收器件5、电路板6、电路板固定结构7和探测器固定底座8，所述
的电路板固定结构7固定安装在所述的探测器固定底座8上；所述的电路板6固定安装在所述的电路板固定结构7上并由所述的电路板固定结构7给所述的电路板6供电；所述的光发射器件4和光接收器件5分别与所述的电路板6电连接；所述迷宫3的顶部设置有光发射器件固定孔31和光接收器件固定孔32，所述光发射器件4的光发射端插设在所述的光发射器件固定孔31中；所述光接收器件5的光接收端插设在所述的光接收器件固定孔32中；所述的光发射器件4、光接收器件5和电路板6根据进入迷宫敏感区的不同粒径的颗粒在不同散射方向上的光强分布的不同和散射效率的差异区分不同颗粒，防止误报；所述迷宫3的顶部设置有迷宫固定卡扣35，所述的迷宫3通过所述的迷宫固定卡扣35固定在所述的电路板6上；所述迷宫罩2的外周壁端部设置有迷宫罩卡扣25，所述迷宫3的外周壁端部设置有迷宫罩卡槽36，通过将所述的迷宫罩卡扣25插入所述的迷宫罩卡槽36实现所述迷宫罩2和所述迷宫3的固定连接；所述的上壳1罩设在所述的迷宫罩2上，上壳1的外周壁上设置有烟雾进口11，用于供烟雾通过所述的烟雾进口11进入所述的迷宫罩2和所述的迷宫3。
[0073]
优选地，所述的感烟探测器包括两个光发射器件4和一个光接收器件5，相应地光发射器件固定孔31设置有两个，光接收器件固定孔32设置有一个，通过两个光发射器件作为双光源来识别颗粒，光接收器件分别采集前向与后向两个角度的散射光信号。
[0074]
优选地，所述迷宫罩2的外周壁上设置有进气网孔21，所述进气网孔21的孔径具备烟雾过滤选择能力。
[0075]
在一个优选的实施例中，所述进气网孔21的孔径为0.8mm。
[0076]
优选地，所述迷宫罩2的内部设置有圆筒状的遮光挡墙22，所述遮光挡墙22的内周壁上设置有锯齿状吸光楞23。
[0077]
所述的遮光挡墙22用于遮挡外部环境光进入迷宫，还用于减少外界气流对迷宫内部烟雾浓度的影响，同时阻挡重的灰尘颗粒进入迷宫。
[0078]
所述的锯齿状吸光楞23用于增加无烟时背景光的吸收，减小噪声干扰。
[0079]
所述的锯齿状吸光楞23的横截面为锐角形状，用于防灰尘污染。
[0080]
优选地，所述遮光挡墙22的外周壁上设置有多个迷宫罩导流立面24，多个迷宫罩导流立面24在所述遮光挡墙22的外周壁上均匀间隔设置。
[0081]
所述的迷宫罩导流立面24用于导流，使烟雾气溶胶稳定进入迷宫。
[0082]
优选地，所述遮光挡墙22的一端端部设置有锯齿状灰尘沉降区26。
[0083]
优选地，所述迷宫3的内周壁上设置有多个迷宫导流立面33，多个迷宫导流立面33在所述迷宫3的内周壁上均匀间隔设置。
[0084]
所述的迷宫导流立面33用于导流，使烟雾气溶胶稳定进入迷宫内部探测区。
[0085]
安装时，迷宫罩2的一部分插入迷宫3，插入以后迷宫罩导流立面24和迷宫导流立面33之间是无缝衔接关系。
[0086]
所述迷宫3的端面上设置有ntc管脚孔34。
[0087]
所述的ntc管脚孔34用于安装ntc进行环境温度补偿。
[0088]
优选地，所述进气网孔21的孔壁具有尖锐外表面28，其作用是减少烟雾的粘滞阻力，以及阻挡附有静电的灰尘颗粒。
[0089]
优选地，所述的进气网孔21与遮光挡墙22之间在竖直方向上具有高度差，用于降低外界风速对内部敏感位置风速的影响。
[0090]
如图7所示，遮光挡墙22和进气网孔21之间形成间隔空间，从进气网孔21进入迷宫罩2的烟雾粒子沿着粒子移动轨迹a朝向迷宫3内部的探测区c移动，移动过程中大颗粒粒子沉降在所述的间隔空间内。
[0091]
优选地，如图9所示，所述迷宫3的端面上还设置有第一发射管出光孔37、第二发射管出光孔38和接收管进光孔39，第一发射管出光孔37用于透过两个光发射器件4中的其中一个发出的红外光，第二发射管出光孔38用于透过两个光发射器件4中的另一个发出的红外光，接收管进光孔39用于接收红外光，第一发射管出光孔37与接收管进光孔39之间的夹角和第二发射管出光孔38与接收管进光孔39之间的夹角不同。
[0092]
工作原理：当迷宫内没有烟雾时，接收管进光孔39没有光进入，或者只进入少量的背景光；当迷宫内有烟雾时，从第一发射管出光孔37发射的光，照射在烟雾颗粒上，散射后进入接收管进光孔39，同理，从第二发射管出光孔38发射的光，散射后也能进入接收管进光孔39。第一发射管出光孔37和第二发射管出光孔38分时发光，由于两个出光孔(即第一发射管出光孔37和第二发射管出光孔38)与接收管进光孔39的夹角不同，导致照射不同烟雾颗粒时接收管进光孔39接收到的光强相对大小不同，从而区分不同的烟雾粒子。
[0093]
本发明的主要创新点还包括：
[0094]
1、根据主要干扰源的物理特性差异，如：颗粒直径、重量、吸附能力，进行迷宫设计(图9是迷宫，图3是迷宫罩，两者组合为图8，即称为迷宫设计)，如：结构、材料、流体，既不影响烟雾进入迷宫，又能够过滤干扰源颗粒。
[0095]
2、配合前向和后向双发光源，也可区分烟雾粒径大小，识别黑烟、白烟、大颗粒干扰，根据不同的烟雾类型设置不同的灵敏度，有效防止误报。
[0096]
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

技术特征：
1.一种可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器包括上壳、迷宫罩、迷宫、光发射器件、光接收器件、电路板、电路板固定结构和探测器固定底座，所述的电路板固定结构固定安装在所述的探测器固定底座上；所述的电路板固定安装在所述的电路板固定结构上并由所述的电路板固定结构给所述的电路板供电；所述的光发射器件和光接收器件分别与所述的电路板电连接；所述迷宫的顶部设置有光发射器件固定孔和光接收器件固定孔，所述光发射器件的光发射端插设在所述的光发射器件固定孔中；所述光接收器件的光接收端插设在所述的光接收器件固定孔中；所述的光发射器件、光接收器件和电路板根据进入迷宫敏感区的不同粒径的颗粒在不同散射方向上的光强分布的不同和散射效率的差异区分不同颗粒，防止误报；所述迷宫的顶部设置有迷宫固定卡扣，所述的迷宫通过所述的迷宫固定卡扣固定在所述的电路板上；所述迷宫罩的外周壁端部设置有迷宫罩卡扣，所述迷宫的外周壁端部设置有迷宫罩卡槽，通过将所述的迷宫罩卡扣插入所述的迷宫罩卡槽实现所述迷宫罩和所述迷宫的固定连接；所述的上壳罩设在所述的迷宫罩上，上壳的外周壁上设置有烟雾进口，用于供烟雾通过所述的烟雾进口进入所述的迷宫和所述的迷宫。2.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述的感烟探测器包括两个光发射器件和一个光接收器件，相应地光发射器件固定孔设置有两个，光接收器件固定孔设置有一个，通过两个光发射器件作为双光源来识别颗粒，光接收器件分别采集前向与后向两个角度的散射光信号。3.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述迷宫罩的外周壁上设置有进气网孔，所述进气网孔的孔径具备烟雾过滤选择能力。4.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述迷宫罩的内部设置有圆筒状的遮光挡墙，所述遮光挡墙的内周壁上设置有锯齿状吸光楞；所述的遮光挡墙用于遮挡外部环境光进入迷宫，还用于减少外界气流对迷宫内部烟雾浓度的影响，同时阻挡重的灰尘颗粒进入迷宫；所述的锯齿状吸光楞用于增加无烟时背景光的吸收，减小噪声干扰。5.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述遮光挡墙的外周壁上设置有多个迷宫罩导流立面，多个迷宫罩导流立面在所述遮光挡墙的外周壁上均匀间隔设置；所述的迷宫罩导流立面用于导流，使烟雾气溶胶稳定进入迷宫。6.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述遮光挡墙的一端端部设置有锯齿状灰尘沉降区。7.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述迷宫的内周壁上设置有多个迷宫导流立面，多个迷宫导流立面在所述迷宫的内周壁上均匀间隔设置；所述的迷宫导流立面用于导流，使烟雾气溶胶稳定进入迷宫内部探测区。8.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述迷宫的端面上设置有ntc管脚孔；所述的ntc管脚孔用于安装ntc进行环境温度补偿。9.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述进气网孔的孔壁具有尖锐外表面，该尖锐外表面的作用是减少烟雾的粘滞阻力，以及阻挡附有静电的灰尘颗粒。10.根据权利要求1所述的可区分烟雾粒子的感烟探测器，其特征在于，所述的进气网
孔与遮光挡墙之间在竖直方向上具有高度差，用于降低外界风速对内部敏感位置风速的影响。

技术总结
本发明涉及一种可区分烟雾粒子的感烟探测器，包括上壳、迷宫罩、迷宫、光发射器件、光接收器件、电路板、电路板固定结构和探测器固定底座，光发射器件、光接收器件和电路板根据进入迷宫敏感区的不同粒径的颗粒在不同散射方向上的光强分布的不同和散射效率的差异区分不同颗粒，防止误报；迷宫通过迷宫固定卡扣固定在电路板上；迷宫罩的外周壁端部设置有迷宫罩卡扣，迷宫的外周壁端部设置有迷宫罩卡槽，通过将迷宫罩卡扣插入迷宫罩卡槽实现迷宫罩和所述迷宫的固定连接；上壳罩设在迷宫罩上，上壳的外周壁上设置有烟雾进口，用于供烟雾通过烟雾进口进入迷宫罩和迷宫。过烟雾进口进入迷宫罩和迷宫。过烟雾进口进入迷宫罩和迷宫。


技术研发人员：邢振华 高鹰
受保护的技术使用者：青鸟消防股份有限公司
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/7/6