CN111006979A - 一种用于烟雾探测器环境补偿的电路及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空电气技术领域，涉及一种用于烟雾探测器环境补偿的电路及补偿方法；包括控制电路、发光管驱动电路、发光管驱动调节电路、收光管参考电路、收光管采集电路；本发明可有效降低烟雾探测器灵敏度因温度、湿度等环境因素造成的漂移，减少烟雾探测器的误报警率，提高产品的可靠性。该方法主要为根据参考收光管的响应强度的变化，调节发光管驱动电流，使收光管对火灾烟雾粒子保持等效响应强度。本发明稳定可靠、简便易行。

Description

一种用于烟雾探测器环境补偿的电路及补偿方法

技术领域

本发明属于航空电气技术领域，涉及一种用于烟雾探测器环境补偿的电路及补偿方法。

背景技术

目前，在工程中得到实际应用的火灾探测技术多为感烟、感温、烟温复合或者其它类型的复合。在飞机领域，火灾探测器主流为光电烟雾探测器，该类型烟雾探测器核心结构为迷宫部件，核心元器件为光电管，温度、湿度等环境变化时会使上述结构和元器件特性发生变化，进而烟雾探测器的灵敏度发生漂移，如低温时发光管发光效率增加、高温到低温过程中光电管上会结霜导致收光效率降低、湿度变化时导致迷宫部件形成结露，严重时会导致烟雾探测器输出误报警和故障现象。传统的烟雾探测器未对环境引起的灵敏度进行补偿，无法满足航空等特殊领域烟雾探测器灵敏度高一致性的要求。

发明内容

本发明的目的是针对环境引起烟雾探测器灵敏度漂移的问题，提出一种用于烟雾探测器环境补偿的电路及方法。

本发明技术解决方案是，

一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：环境补偿电路包括控制电路、发光管驱动电路、发光管驱动调节电路、收光管参考电路、收光管采集电路；控制电路向发光管驱动电路和发光管驱动调节电路发送控制信号，并采集收光管参考电路和收光管采集电路电信号；发光管驱动电路根据控制电路信号控制红外管的熄灭/燃亮，发光管驱动调节电路根据控制电路信号的有效值调节发光管的发光强度；收光管参考电路、收光管采集电路负责将发光管的发光强度转化为电信号。

所述收光管参考电路和收光管采集电路烟雾浓度响应值与环境因素变化正相关，即两路的烟雾浓度响应值与环境因素的变化趋势相同；根据收光管参考电路和收光管采集电路烟雾浓度响应值的变化，调节发光管驱动电路的电流，使收光管对火灾烟雾粒子保持等效响应强度。

所述收光管参考电路烟雾浓度响应值不受外界烟雾浓度的影响，收光管采集电路烟雾浓度响应值与烟雾浓度正相关；

所述收光管参考电路和收光管采集电路使用相同规格的光敏器件；

所述烟雾浓度响应值通过如下计算公式计算：

Va＝I*Ka*(M0+M1+M2)+Vb...........................(1)

Varef＝I*Karef*(M0erf+M2erf)+Vbref..................(2)

式中，I为发光管的工作电流M0、M0ref分别为迷宫部件等效的烟雾浓度值；M1为迷宫部件内烟雾浓度值；M2、M2ref分别为除烟雾颗粒外环境造成的等效烟雾浓度值；Ka、Karef为烟雾探测器烟雾浓度转化系数；Vb、Vbref为烟雾探测器放大电路带来的系统误差。

所述Vb<<Ka(M0+M1+M2)、Vbref<<Karef(M0erf+M2erf)的条件下，(1)、(2)可以简化为Va＝I*Ka*(M0+M1+M2)...........................(3)

Varef＝I*Karef*(M0erf+M2erf)..................(4)

在使用过程中，所述Varef受迷宫部件和外界环境的影响而发生变化，该变化也会同样施加于Va；为补偿外界环境对Va的影响，可通过调节工作电流I，加大光通量φ1,使收光管对火灾烟雾粒子保持等效响应强度,从而保证烟雾探测器灵敏度一致性。

一种用于烟雾探测器环境补偿的电路的补偿方法，其特征在于：

a.将烟雾探测器置于洁净空气中，记录存储参考电路和采集电路光电管的响应浓度，作为背景值；

b.参考电路和采集电路烟雾浓度响应值变化正相关时，反方向调节发光管驱动电流，将参考电路烟雾浓度响应值补偿恢复到背景值，补偿结束；

c.参考电路烟雾浓度响应值增大，而采集电路变化减少时，补偿值为0；

d.参考电路烟雾浓度响应值不变，而采集电路变化增大或减少时，补偿值为0；

e.参考电路烟雾浓度响应值减少，而采集电路变化增时时，将参考电路烟雾浓度响应值补偿恢复到背景值，补偿结束。

本发明的有益效果：

本发明通过烟雾探测器环境补偿电路及补偿方法可有效降低烟雾探测器灵敏度因温度、湿度等环境因素造成的漂移，减少烟雾探测器的误报警率，提高产品的可靠性。该方法主要为根据参考收光管的响应强度的变化，调节发光管驱动电流，使收光管对火灾烟雾粒子保持等效响应强度。本发明稳定可靠、简便易行。

附图说明

图1是本发明的环境补偿电路结构框图。

图2是本发明的环境补偿电路功能框图。

图3是本发明电流控制调节信号电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图1是本发明的环境补偿电路结构框图。烟雾探测器烟雾响应值主要受迷宫部件、环境因素、烟雾颗粒的影响。因迷宫部件无法做到全黑，使得烟雾探测器在洁净空气中，即使工作电流I不等于零时，收光管仍然可以接收到一部分光线，进而转化为M0、M0ref作为烟雾响应值的一部分，这一部分变化较缓慢，可以通过对响应值的缓慢变化行识别进行补偿。烟雾颗粒的响应是烟雾探测器的主要功能，应保证烟雾探测器对烟雾颗粒响应能力的稳定性，但由于发光管、收光管采集电路均包含一部分半导体器件，该类型元器件对环境变化比较敏感。外界环境作用于发光管驱动电路、发光管驱动调节电路、收光管参考电路、收光管采集电路，进而影响Va、Varef。，烟雾颗粒只能进入到迷宫部件内部，无法进入发光管与参考电路的收光管之间的区域(发光管与参考电路的收光管形成一个密闭空间)即对发光管与采集电路的收光管之间的光通路形成影响，无法对发光管与参考电路的收光管之间的光通路形成影响。

图2是本发明的环境补偿电路功能框图。环境补偿电路包括控制电路、发光管驱动电路、发光管驱动调节电路、收光管参考电路、收光管采集电路。收光管参考电路响应值仅受迷宫部件、环境因素影响，不受烟雾颗粒影响，收光管采集电路受迷宫部件、烟雾颗粒、环境因素的影响，为保证补偿的合理性，收光管参考电路与收光管采集电路所使用的半导体器件规格相同。补偿算法如下：

a.将烟雾探测器置于洁净空气中，记录存储参考电路和采集电路光电管的响应浓度，作为背景值；

b.参考电路和采集电路烟雾浓度响应值变化正相关时，反方向调节发光管驱动电流，将参考电路烟雾浓度响应值补偿恢复到背景值，补偿结束；

c.参考电路烟雾浓度响应值增大，而采集电路变化减少时，补偿值为0；

d.参考电路烟雾浓度响应值不变，而采集电路变化增大或减少时时，补偿值为0；

e.参考电路烟雾浓度响应值减少，而采集电路变化增时时，将参考电路烟雾浓度响应值补偿恢复到背景值，补偿结束。

图3是本发明发光管驱动调节电路。调节信号通过R1、R2、R3、R4，与Vcc共同作用于V1基极，因C1和C2的滤波作用，调节信号可以使直流信号或交流信号。开关信号通过R5与V1发射极相连，当开关信号为高电平时，V2的基极电压为V1基极的电压与V1e-b相加，当开关信号为高电平时，V2的基极电压为V1基极的电压与V1e-b相加，当开关信号为低电平时，V2的基极电压为低电平。调节信号是由数字控制电路发出，故调节信号常见类型为矩形波，当调节信号的占空比增大时V1基极的电压增大，进而增加V2c-e的电流(即工作电流I)，当调节信号的占空比减少时V1基极的电压减少，进而减少V2c-e的电流(即工作电流I)。

本发明可有效降低烟雾探测器灵敏度环境漂移，减少烟雾探测器的误报警率，提高产品的可靠性。

Claims (8)

1.一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：包括控制电路、发光管驱动电路、发光管驱动调节电路、收光管参考电路、收光管采集电路；控制电路向发光管驱动电路和发光管驱动调节电路发送控制信号，并采集收光管参考电路和收光管采集电路电信号；发光管驱动电路根据控制电路信号控制红外管的熄灭/燃亮，发光管驱动调节电路根据控制电路信号的有效值调节发光管的发光强度；收光管参考电路、收光管采集电路负责将发光管的发光强度转化为电信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：收光管参考电路和收光管采集电路烟雾浓度响应值与环境因素变化正相关，即两路的烟雾浓度响应值与环境因素的变化趋势相同；根据收光管参考电路和收光管采集电路烟雾浓度响应值的变化，调节发光管驱动电路的电流，使收光管对火灾烟雾粒子保持等效响应强度。

3.根据权利要求2所述的一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：收光管参考电路烟雾浓度响应值不受外界烟雾浓度的影响，收光管采集电路烟雾浓度响应值与烟雾浓度正相关。

4.根据权利要求1所述的一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：收光管参考电路和收光管采集电路使用相同规格的光敏器件。

5.根据权利要求1所述的一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：所述烟雾浓度响应值通过如下计算公式计算：

Va＝I*Ka*(M0+M1+M2)+Vb...........................(1)

Varef＝I*Karef*(M0erf+M2erf)+Vbref..................(2)

式中，I为发光管的工作电流M0、M0ref分别为迷宫部件等效的烟雾浓度值；M1为迷宫部件内烟雾浓度值；M2、M2ref分别为除烟雾颗粒外环境造成的等效烟雾浓度值；Ka、Karef为烟雾探测器烟雾浓度转化系数；Vb、Vbref为烟雾探测器放大电路带来的系统误差。

6.根据权利要求1所述的一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：所述Vb<<Ka(M0+M1+M2)、Vbref<<Karef(M0erf+M2erf)的条件下，(1)、(2)可以简化为

Va＝I*Ka*(M0+M1+M2)...........................(3)

Varef＝I*Karef*(M0erf+M2erf)..................(4) 。

7.根据权利要求1所述的一种用于烟雾探测器环境补偿的电路，其特征在于：在使用过程中，所述Varef受迷宫部件和外界环境的影响而发生变化，该变化也会同样施加于Va；为补偿外界环境对Va的影响，可通过调节工作电流I，加大光通量φ1,使收光管对火灾烟雾粒子保持等效响应强度,从而保证烟雾探测器灵敏度一致性。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的烟雾探测器环境补偿的电路的补偿方法，其特征在于：

a.将烟雾探测器置于洁净空气中，记录存储参考电路和采集电路光电管的响应浓度，作为背景值；

b.参考电路和采集电路烟雾浓度响应值变化正相关时，反方向调节发光管驱动电流，将参考电路烟雾浓度响应值补偿恢复到背景值，补偿结束；

c.参考电路烟雾浓度响应值增大，而采集电路变化减少时，补偿值为0；

d.参考电路烟雾浓度响应值不变，而采集电路变化增大或减少时，补偿值为0；

e.参考电路烟雾浓度响应值减少，而采集电路变化增时时，将参考电路烟雾浓度响应值补偿恢复到背景值，补偿结束。

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