一种多功能火灾探测器的制作方法

1.本实用新型属于轨道交通领域火灾报警系统，尤其是涉及一种多功能火灾探测器。


背景技术：

2.现有多功能火灾探测器的光学器件选用的是红外发射管，受其探测机理的局限，对烟雾探测的广谱性较差，易受灰尘、水雾等干扰而引起误报火警。在一些特殊的重要的场合对探测器的稳定行要求越来越高，需要设计出广谱性好、抗恢尘干扰能力强的多功能火灾探测器。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决现有火灾探测器准确率低，容易受干扰的问题，从而提供一种多功能火灾探测器，能更准确的发现火灾，减少其他物质的干扰，保障乘客的生命和财产安全。
4.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种多功能火灾探测器，其特征在于：包括探测器底座、探测器主板、探测板、探测器顶盖、连接器、火灾报警控制器；
5.所述探测器主板固定安装在探测器底座上，探测器主板上设有探测板安装接口、连接器安装接口和can通信；can通信通过连接器安装接口连接连接器；连接器连接火灾报警控制器；
6.所述探测板通过探测板安装接口连接探测器主板，探测板上设有红蓝光双发探测迷宫和两个温度传感器，探测板内置arm处理器、与红蓝光双发探测迷宫连接的烟雾信号运算放大电路、与热敏电阻连接的温度检测电路，arm处理器连接烟雾信号运算放大电路和环境温度检测电路，探测板呈120度角设有三只探测器运行状态指示灯；连接器外侧连接can通信；
7.探测板通过红蓝光双发探测迷宫采集环境的烟雾值，经过信号运算放大电路放大后发送给arm处理器，arm处理器通过can通信发送给火灾报警控制器；热敏电阻将探测到的温度值发送给arm处理器，arm处理器通过连接器和can通信发送到火灾报警控制器；
8.所述火灾报警控制器用于将接收到的烟雾值和温度值按数学模型进行综合判断处理后，计算报警概率，确定是否发出报警信号，同时根据升温速率补偿烟雾传感器，降低烟雾报警的阈值或增加数学模型里的火情因子，及时的发出火警信号；
9.均烟罩上均匀设置竖直气流导向隔板，均烟罩上与探测板三个指示灯位置相对应设有三个导光柱；
10.所述探测器顶盖在均烟罩上侧，固定连接在探测器底座上。
11.进一步地，所述烟雾信号运算放大电路用金属壳屏蔽。
12.进一步地，所述温度检测电路采用精密电阻和热敏电阻串联分压，通过arm处理器的a/d转换端口，将实时变化的电压值转换成当前的温度值。
13.进一步地，所述探测器底座为对称正八边形结构。
14.进一步地，还包括均烟罩，所述均烟罩为圆环状，套装在红蓝光双发探测迷宫外侧，均烟罩上均匀设置竖直气流导向隔板，均烟罩上与探测板三个指示灯位置相对应设有三个导光柱。
15.进一步地，均烟罩上侧设置八个气流导向隔板，气流导向隔板采用45
°
夹角均匀分布。
16.进一步地，所述均烟罩上设置两个管状用于套装在热敏电阻外侧的热敏电阻定位孔。
17.进一步地，所述两个温度传感器采用180
°
对称设置。
18.本实用新型本火灾探测器与传统火灾探测器相比，具有以下优点：
19.本实用新型为烟温复合型火灾探测器，同时具备烟感、感温功能，在烟雾、温度同时变化的情况下，可实现智能符合判断逻辑，提前报警，减少火灾损失。
20.本实用新型采用对称两个感温元件，温度相应迅速，同时具有感温冗余功能。
21.本实用新型探测器内嵌金属屏蔽层与上盖金属壳形成一等势体，提高了探测器抗空间电磁辐射的能力，运行稳定可靠，提高了探测器在复杂电磁环境中可靠性。
附图说明
22.图1为探测器结构示意图；
23.图2为探测器底座及探测器主板示意图；
24.图3为探测板结构示意图；
25.图4为均烟罩结构示意图；
26.图5为探测器顶盖示意图；
27.图6为温度检测电路图；
28.图7为烟雾信号运算放大电路图；
29.其中：1、探测器底座；2、探测器主板；3、探测板；4、均烟罩；5、探测器顶盖；6、连接器；
30.101、底面安装孔；102、法兰孔；103、法兰固定孔；104、内螺纹柱；
31.201、主板插座；202、底板安装孔；203、定位固定孔；204、主板双排针；
32.301、探测板双排针；302、红蓝光双发探测迷宫；303、温度传感器；304、探测板定位孔；305、底座固定孔；306、烟罩定位孔；
33.401、气流导向隔板；402、导光柱；403、热敏电阻定位孔；404、迷宫定位孔；
34.601、连接器安装孔；602、无尾自攻螺钉。
具体实施方式
35.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型一种多功能火灾探测器做进一步详细的描述。
36.参照图1至图5，多功能火灾探测器包括探测器底座1、探测器主板2、探测板3、均烟罩4、探测器顶盖5、连接器6。
37.探测器底座1底面四个角设有四个底面安装孔101，用于安装探测器，这四个安装
孔101孔径为φ5.5，选用合适尺寸的螺丝穿过此孔将探测器固定在安装面上。探测器底座1上部为对称正八边形结构，确保不同方位气流作用的一致性。将探测器主板2水平放入底座壳体内部，探测器主板2的底板安装孔202、定位固定孔203对准探测器底座内部的螺柱和定位柱，用两个m3*6的无尾自攻螺钉固定。连接器6的双排插座一端穿入法兰孔102与连接器安装接口主板双排针204对插。将连接器6和主板插接牢固，连接器6四个连接器安装孔601和法兰固定孔103对正位置，用m3*10的连接器螺钉602固定，连接器螺钉602为无尾自攻螺钉。
38.探测器主板2设置探测器电源emc抑制、电源变换、can通信、感温电缆状态监测电路。承载探测器的信号输入、输出，包括dc电源输入、双路can通讯、感温电缆接口、软件升级维护端口。探测器主板2上侧设有连接探测板的主板插座201，用于探测板的信号连接。
39.探测板3的探测板双排针301与探测板安装接口主板插座201的针孔分别对应，垂直插入，直至探测板3压在底座内的两个个安装柱和两个个定位柱上。用两个个m3*6的无尾自攻螺钉穿过与底座固定孔进行固定。
40.探测板通过探测板安装接口连接探测器主板，并通过探测板定位孔304定位，通过底座固定孔305与底座连接。探测板上设有红蓝光双发探测迷宫和两个温度传感器。探测板3内置arm处理器、与红蓝光双发探测迷宫连接的烟雾信号运算放大电路、与热敏电阻连接的温度检测电路，arm处理器连接烟雾信号运算放大电路、环境温度检测电路和连接器。本探测器将微弱光电信号电路进行屏蔽处理，提高了探测器在复杂电磁环境中可靠性。配置高速隔离双通道can收发器及非易失存储器。探测板3上设有红蓝光双发探测迷宫302，其内置红外光和蓝光发光led、一只接收led,具有感温功能的冗余性。探测板3上180
°
对称设置两个温度传感器303，也可以根据两只温度传感器303温度变化的速率判断火源的方位。温度传感器时刻监控安装现场的环境温度，一旦符合报警条件立刻报警。本探测器在探测器火灾过程中采用了红光、蓝光、温度各探测值的综合模型，可以提前报警减小灾害损失。探测器具备感温电缆的状态监测功能，能够及时准确的检测到感温电缆的开路、短路及报警状态。探测器检测到的各种报警信号通过can总线及时上传火灾报警控制器。探测板3呈120度角设有三只探测器运行状态指示灯。
41.探测板通过红蓝光双发探测迷宫采集环境的烟雾值，经过信号运算放大电路放大后发送给arm处理器，arm处理器通过连接器和can通信发送给火灾报警控制器。热敏电阻将探测到的温度值发送给arm处理器，arm处理器通过can通信发送到火灾报警控制器。
42.温度传感器件为热敏电阻，其电阻值根据其自身温度的变化而变化，因为其集热点的体积非常小，所以对环境温度的同步特别好。通过采集热敏电阻的阻值变化，探测周围的温度。
43.感温探测器分为定温探测器、差温探测器。定温探测器是当环境温度到达一定值时报警的探测器，一般的报警温度有68度；差温探测器是根据环境温度的变化速率超过一定值时报警的探测器，一般情况下比定温探测器报警时间要提前许多。
44.温度传感器同时具有补偿烟雾传感器的作用，当检测到有温度上升时，同时有烟雾浓度的增加，可以根据升温速率补偿烟雾传感器，降低烟雾报警的阈值或增加数学模型里的火情因子，更及时的发出火警信号。
45.参照图6，烟雾信号运算放大电路信号微弱，极易受到外界电磁干扰信号的影响，
有效措施就是将其内嵌金属屏蔽层与上盖金属壳形成一等势体，即采用金属壳屏蔽，确保烟雾信号不受外界电磁干扰，减少探测器的误报警。
46.在烟雾探测方面，多功能探测器的发射管采用蓝光和红光一体的发光二极管，红外光的判断是作为烟雾探测的主要光源，蓝光作为辅助光源，软件分时控制红光和蓝光发射管使其分别发光，经放大电路放大，分别采集探测器内接收管的响应值及两个值之间的逻辑关系，将探测器探测到安装环境的烟雾值按数学模型(阈值法、燃烧量、类比法及模糊算法)进行综合判断处理后，计算报警概率，确定是否发出报警信号，一般在慢速阴燃阶段，使用类比和模糊算法；在突然的浓烟时使用阈值和燃烧量判断，同时结合温度的变化，能更快速的判断出火情，当有较大的温升速率时，降低判断阈值，增加数学模型里的火情因子。
47.参照图7，温度检测电路,是利用热敏电阻与精密电阻的分压值来检测的环境温度的。热敏电阻为负温度系数，温度升高热敏电阻阻值降低，分压值由arm处理器的a/d转换端口读入，根据热敏电阻与环境温度的对应关系，确定环境温度值。采用两个热敏电阻，一方面考虑温度测量的冗余特性，另一方面提高了对环境温度变化的相应时间。
48.均烟罩为圆环状，套装在红蓝光双发探测迷宫外侧，与探测板上的烟罩定位孔306配合定位，均烟罩4八个竖直的气流导向隔板401采用45度夹角均匀分布，将周围扩散进入探测器的气流导入红蓝光双发探测迷宫302内部，便于对烟雾信号的探测，确保探测器对各方位烟雾响应的一致性。均烟罩上设有三只导光柱402，导光柱402与探测板三个指示灯位置相对应，用于导出探测板三个指示灯的光线。均烟罩上设置两个管状热敏电阻定位孔403，热敏电阻定位孔403套装在探测板两个热敏电阻上，探测板迷宫穿过迷宫定位孔404。均烟罩压至探测板后，三个导光柱与探测板三个指示灯自然对正。
49.探测器顶盖用四个顶盖螺钉501穿过顶盖的四个固定孔，将顶盖固定在底座的内螺纹柱104上，对内部部件形成防护结构，顶盖螺钉501为m3*6无尾自攻螺钉。三个导光柱401顶端从导光柱孔502中伸出1mm。防虫网503孔径尺寸为0.8mm，既保证烟雾能够顺利进入也防止过大的异物进入探测器破坏内部结构和影响产品性能。
50.探测器工作原理如下：
51.探测器发射管和接收管是按着一定的夹角(110
°
)安装在迷宫中，在清洁的空气中，接收管除能接收极少量的迷宫壁的散射光和清洁空气微量气溶胶的散射光之外，是收不到发射管的直接发光的。因此，接收管接收的光是极其微弱的，运算放大器的输出电压也很小，a/d转换器的输出计数也是很小的，这个计数被称为探测器的静态工作点(简称
‘
本底’)。当有烟雾进入迷宫，扩散到发射管与接收管之间的灵敏区时，发射光被烟雾粒子散射到红外接收管，放大器输出电压增大，a/d转换器的输出计数也增大，达到一定数值时，确认火灾。当然，探测器中判断并非这样简单，本设计中的火灾判断是通过燃烧量，火警阈值及上升速率等多种数学模式判断的，探测器通过内置arm处理器对环境变化自学习，依据模糊算法自动跟踪、调整、补偿自身的工作点，确保探测器烟雾响应的灵敏度保持一致，以保证报警的可靠性。
52.探测器具有唯一的地址编码，与火灾报警控制器采用can总线数字通讯。探测器通过收码电路由软件解析出火灾报警控制器发来的数据，以中断方式快速响应火灾报警主机发出的查询命令，将探测器检测到的烟雾、温度数据上传火灾报警控制器。
53.探测器通过内置arm处理器采集电路参数，与预置参数对比实现电路故障自诊断
功能。
54.探测器的环境温度检测功能通过温度检测电路，是利用热敏电阻与精密电阻的分压值来检测的环境温度的。热敏电阻为负温度系数，温度升高热敏电阻阻值降低，分压值由arm处理器a/d转换端口读入，根据热敏电阻与环境温度的对应关系，确定环境温度值。采用两个热敏电阻，一方面考虑温度测量的冗余特性，另一方面提高了对环境温度变化的相应时间。
55.探测器的故障和污染自动检测，探测器的故障分为两类：一类是火灾报警主机和探测器失联，探测器不能及时响应火灾报警控制器的查询命令，失去通讯，控制器反复查询3次，如仍不能通讯成功，则控制器报出本地址探测器故障。另一类故障是与火灾报警主机通讯正常，探测器内部工作参数不正常，属于探测器故障自诊断报出的故障。
56.探测器污染检测方法，通过上面的原理说明可以看出，探测器安装点周围的空气及悬浮物通过扩散、气流直接进入烟雾探测迷宫。进入探测器迷宫中的灰尘颗粒一部分被去留带走，另一部分沉积在探测迷宫内壁，形成探测器污染。根据多年对大量探测器数据观察和分析，发现灰尘的积累过程是很缓慢的，随使用时间的推移变化曲线平滑。以此为依据我们确定了探测器自动跟踪、调整、补偿工作点的数学模型。
57.工作点自动补偿是智能探测器自学习、自适应的一部分，不会因为污染物积累而提高探测器灵敏度引起误报火警。每只探测器根据自身的静态工作点、标定的报警阈值等参数，根据预置算法自动生成工作点补偿的上限，当经补偿的工作点达到上限时，即报出探测器污染，需要维护。此时的工作点留有富余量，仍可以正常报警。
58.多功能探测器的发射管采用蓝光和红光一体的复合发光二极管，红外光的判断是作为烟雾探测的主要光源，蓝光作为辅助光源，软件通过arm处理器分时控制红光和蓝光，将探测器探测到安装环境的烟雾值按数学模型进行综合判断处理后，确定是否发出报警信号。
59.本火灾探测器与传统火灾探测器相比，具有以下优点：
60.该探测器为烟温复合型火灾探测器，同时具备烟感、感温功能，在烟雾、温度同时变化的情况下，可实现智能符合判断逻辑，提前报警，减少火灾损失。
61.该探测器具有多种工作模式：感烟探测器、感温探测器、烟温智能复合探测器、感烟和感温等模式。适合于不同安装环境。
62.采用对称两个感温元件，温度相应迅速，同时具有感温冗余功能。
63.探测器具有独特的故障自诊断功能，对元器件的老化、参数飘移、损坏具有提前预警功能。
64.探测器可以有效处理非火灾引起的误报警。
65.探测器内嵌金属屏蔽层与上盖金属壳形成一等势体，提高了探测器抗空间电磁辐射的能力，运行稳定可靠。
66.探测器内置污染算法，大幅度降低污染误报警概率。

技术特征：
1.一种多功能火灾探测器，其特征在于：包括探测器底座(1)、探测器主板(2)、探测板(3)、探测器顶盖(5)、连接器(6)、火灾报警控制器；所述探测器主板(2)固定安装在探测器底座(1)上，探测器主板(2)上设有探测板安装接口、连接器安装接口和can通信；can通信通过连接器安装接口连接连接器(6)；连接器连接火灾报警控制器；所述探测板(3)通过探测板安装接口连接探测器主板(2)，探测板(3)上设有红蓝光双发探测迷宫(302)和两个温度传感器(303)，探测板(3)内置arm处理器、与红蓝光双发探测迷宫(302)连接的烟雾信号运算放大电路、与热敏电阻连接的温度检测电路，arm处理器连接烟雾信号运算放大电路和环境温度检测电路，探测板(3)呈120度角设有三只探测器运行状态指示灯；连接器(6)外侧连接can通信；探测板(3)通过红蓝光双发探测迷宫(302)采集环境的烟雾值，经过信号运算放大电路放大后发送给arm处理器，arm处理器通过can通信发送给火灾报警控制器；热敏电阻将探测到的温度值发送给arm处理器，arm处理器通过连接器(6)和can通信发送到火灾报警控制器；所述火灾报警控制器用于将接收到的烟雾值和温度值按数学模型进行综合判断处理后，计算报警概率，确定是否发出报警信号，同时根据升温速率补偿烟雾传感器，降低烟雾报警的阈值或增加数学模型里的火情因子，及时的发出火警信号；均烟罩(4)上均匀设置竖直气流导向隔板(401)，均烟罩(4)上与探测板(3)三个指示灯位置相对应设有三个导光柱(402)；所述探测器顶盖(5)在均烟罩(4)上侧，固定连接在探测器底座(1)上。2.根据权利要求1所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：所述烟雾信号运算放大电路用金属壳屏蔽。3.根据权利要求1所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：所述温度检测电路采用精密电阻和热敏电阻串联分压，通过arm处理器的a/d转换端口，将实时变化的电压值转换成当前的温度值。4.根据权利要求1所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：所述探测器底座(1)为对称正八边形结构。5.根据权利要求1所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：还包括均烟罩(4)，所述均烟罩(4)为圆环状，套装在红蓝光双发探测迷宫(302)外侧，均烟罩(4)上均匀设置竖直气流导向隔板(401)，均烟罩(4)上与探测板(3)三个指示灯位置相对应设有三个导光柱(402)。6.根据权利要求5所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：均烟罩(4)上侧设置八个气流导向隔板(401)，气流导向隔板(401)采用45
°
夹角均匀分布。7.根据权利要求5或6所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：所述均烟罩(4)上设置两个管状用于套装在热敏电阻外侧的热敏电阻定位孔(403)。8.根据权利要求1所述的一种多功能火灾探测器，其特征在于：所述两个温度传感器(303)采用180
°
对称设置。

技术总结
本实用新型提供一种多功能火灾探测器，包括探测器底座、探测器主板、探测板、探测器顶盖、连接器、火灾报警控制器，探测板通过红蓝光双发探测迷宫采集环境的烟雾值，经过信号运算放大电路放大后发送给ARM处理器，ARM处理器通过CAN通信发送给火灾报警控制器；热敏电阻将探测到的温度值发送给ARM处理器，ARM处理器通过连接器和CAN通信发送到火灾报警控制器；火灾报警控制器用于将接收到的烟雾值和温度值按数学模型进行综合判断处理后，计算报警概率，确定是否发出报警信号。本实用新型同时具备烟感、感温功能，在烟雾、温度同时变化的情况下，可实现智能符合判断逻辑，提前报警，减少火灾损失。灾损失。灾损失。


技术研发人员：柴华
受保护的技术使用者：中车长春轨道客车股份有限公司
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/5/24