任务23 火焰探测器设计与实现[15页]
火灾探测器的设计与制造
火灾探测器的设计与制造火灾在人们的生活中时有发生，而且给人们带来了极大的危害，因此火灾探测器的应用越来越广泛。
火灾探测器是一种可以检测火灾并发出报警信号的设备。
火灾探测器的设计与制造是如何实现的？本文将对此进行详细探讨。
一、火灾探测器的基本原理火灾探测器是通过感应器将环境中产生的烟尘、温度、火焰等信息转化为电信号，通过电路处理后输出报警信号，实现火灾探测和报警的。
传统的火灾探测器有光电式、电化学式和热敏电阻式等多种类型，各种类型的火灾探测器都有自己的特点及适用范围。
二、光电式火灾探测器的设计和制造光电式火灾探测器是一种常见的火灾探测器。
它通过光电池和灰尘检测装置来实现火灾探测和报警的。
与其他火灾探测器不同，光电式火灾探测器可以检测到产生的烟雾，从而及时发出报警信号。
在光电式火灾探测器的制造过程中，光电池是一个必不可少的部分。
它主要是将光信号转换成电信号，并将电信号传输到芯片中进行处理。
因此，在设计和制造光电式火灾探测器时，对光电池的质量和性能要求非常高。
三、电化学式火灾探测器的设计和制造电化学式火灾探测器是一种需要检测气体浓度的火灾探测器。
它一般用于检测化学物质的泄漏和气体爆炸等危险状况。
在电化学式火灾探测器中，探测元件严格要求经过电极化处理，以保证探测器具有高灵敏度和准确度。
根据电化学式火灾探测器的工作原理，其探测元件是一个氧化还原电池。
当气体浓度超过一定值时，气体与电极发生反应，会产生电流，通过电路传输到报警器中，以实现火灾探测和报警的。
四、热敏电阻式火灾探测器的设计和制造热敏电阻式火灾探测器是一种通过温度变化来检测火灾的探测器。
它通过测量环境温度的变化来判断是否有火灾发生。
在热敏电阻式火灾探测器的设计和制造过程中，热敏传感器的重要性不言而喻。
热敏传感器可以通过改变其电阻值来检测温度变化，因此必须具有高精度和高灵敏度。
五、总结火灾探测器的设计和制造需要考虑很多因素，如探测器的类型、探测元件质量、信号处理电路、信号传输等。
基于紫外红外原理的火焰探测器的设计实现及FD10系列火焰探测器产品
130 引言火灾的燃烧过程从刚开始的热量聚集，烟雾产生，到后期的火焰，是一个复杂的过程，在这个过程当中可以使用多种手段去监测，对应产品有温感、烟感、火焰探测器。
火灾探测就是将火灾中出现的不同阶段的不同现象，如图1所示，利用传感器元器件进行感受，转化成可以处理的数据，从而告知人类危险即将发生。
应用场景主要有航天工业、化学工业、公路隧道、弹药仓库、油漆工厂、石油石化、制药厂、发电厂、仓库等易燃易爆场所。
1 火焰探测器原理及分类1.1 火焰探测器的分类根据现在国家的消防规定和探测器的原理，火焰探测器分为紫外型火焰探测器、红外型火焰探测器、感烟型火焰探测器、图像型火焰探测器。
本章主要阐述前两种的原理设计及实现方案。
1.2 紫外原理当燃烧物质燃烧时，会发出紫外光及红外[收稿日期] 2020-07-28[作者简介]张绪文（1983— ），男，毕业于河南科技大学，工程师，主要负责项目研发及市场渠道销售工作。
基于紫外红外原理的火焰探测器的设计实现及FD10系列火焰探测器产品张绪文，王海东，李 宏(汉威科技集团股份有限公司，河南 郑州 450001)[关键词]红外传感器；热释电；火焰探测器；FD10系列火焰探测器[摘 要]提出了基于红外原理的火焰探测器的设计方案，并落地实施，采用高性能32位单片机作为主控芯片和热释电传感器，作为采集火焰信号的核心元器件，利用放大电路，构成数据采集，数据处理的系统。
与气体探测器产品搭配使用，组成气体、火灾应急管理监控系统，为企业和员工的生命和财产安全保驾护航。
[中图分类号] TP273 [文献标识码] A [文章编号]1004-9118(2021)01-0013-04DOI ：10.14023/ki.dqfb.2021.01.003Design and Implementation of Flame Detector Based on UV-IR Principle and FD10 SeriesFlame Detector ProductsZhang Xuwen, Wang Haidong, Li Hong(Hanwei Electronics Group Corporation, Zhengzhou 450001, Henan)Key words: infrared sensor; pyroelectric; flame detector; FD10 series flame detectorAbstract: The design scheme of flame detector based on infrared principle is put forward and implemented on the ground. High performance 32-bit single chip microcomputer is used as the main control chip and pyroelectric sensor, as the core component of flame signal acquisition, and the amplification circuit is used to form a data acquisition and data processing system. It is used together with gas detector products to form gas and fire emergency management and monitoring system to protect the life and property of employees and enterprises.光，采用高性能紫外传感器，探测波长在185-260 nm之间。
火焰探测器设计手册.doc
火焰探测器设计手册（设计院）一、产品概述防爆红外、红紫外复合火焰探测器（以下简称探测器）属于智能型火灾探测设备，它运用了先进的多红外传感技术（MIR）和复合探测技术，采用多通道火焰传感器设计。
本探测器能够对日光、闪电、电焊、人工光源、环境（人等）、热辐射、电磁干扰、机械振动等干扰有很好的抑制，从而实现了对火焰信号的快速响应和准确识别。
本探测器采用非接触式探测，灵敏度现场可调，提供无源接点、标准电流输出和总线接口与火灾报警系统相连接。
本探测器适用于无烟液体和气体火灾、产生烟的明火以及产生爆燃的场所。
例如：航天工业、飞机库、飞机修理场、化学工业、公路隧道、弹药和爆炸品仓库、油漆工厂、石油化工企业、制药企业、发电站、印刷企业、易燃材料仓库等可燃物含碳物质的其他场合。
本探测器根据GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》、GB3836.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”》的规定，制成隔爆型结构，其防爆标志：ExdⅡCT6。
适用于工厂具有ⅡA、ⅡB、ⅡC级，引燃温度组别为T1～T6组的1区、2区可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的场所。
二、产品系列介绍三、火焰探测器型号注释JTGB ―□□―□□ □□□（□□）―□□/□□□产品类别组特征代号传感器特征及传输方式代号厂家代号产品代号Ex 防爆标志IR 红外火焰探测器UV 紫外火焰探测器UV/IR 红紫外复合火焰探测器IR2双波段红外火焰探测器IR3三波段红外火焰探测器四、产品资料※JTGB-UH-YC103-IR2 隔爆双波段红外火焰探测器 ●产品简介防爆多波段红外火焰探测器（以下简称探测器）属于智能型火灾探测设备，它运用了先进的多红外传感技术（MIR ），使用两只具有窄带滤波的不同波长的红外传感器，其中一只传感器工作在反映火焰信息的中心波长，另外一只传感器监视环境中的其他红外辐射，结合火焰的闪烁特征，通过高性能的微处理器和先进的数学算法模型进行运算分析，使得只有符合火焰特征的辐射频谱才会被确认为火警，而其他的干扰因素形成的假火警信号则会被排除。
火光探测课程设计
火光探测课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握火光探测的基本原理和方法，培养学生的实践操作能力，提高学生的安全意识。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解火光探测的基本原理，掌握各种火光探测器的特点和应用，了解火光探测技术的发展趋势。
2.技能目标：学生能够熟练操作火光探测器，进行火灾报警系统的安装、调试和维护。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识到火光探测在消防安全中的重要性，增强安全责任感，培养良好的职业素养。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括火光探测的基本原理、各种火光探测器的结构和工作原理、火光探测技术的应用和发展趋势。
具体安排如下：1.第一章：火光探测概述，介绍火光探测的定义、分类和应用领域。
2.第二章：火光探测原理，讲解火光探测的基本原理，包括红外线探测、紫外线探测、烟雾探测等。
3.第三章：常见火光探测器，介绍各种火光探测器的结构、特点和应用。
4.第四章：火光探测技术的发展趋势，讲解火光探测技术的新进展，如、物联网等。
5.第五章：火灾报警系统的安装与维护，介绍火灾报警系统的组成、安装方法和维护技巧。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：教师讲解火光探测的基本原理、概念和知识点。
2.案例分析法：分析火灾案例，让学生了解火光探测在实际应用中的重要性。
3.实验法：学生动手操作火光探测器，掌握火灾报警系统的安装和维护方法。
4.小组讨论法：分组讨论火光探测技术的发展趋势，培养学生的创新思维和团队协作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的火光探测教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等，帮助学生形象地理解火光探测原理。
4.实验设备：准备火光探测器、火灾报警系统等实验设备，让学生动手实践，提高操作技能。
火焰传感器电路设计及火焰检测算法研究
火焰传感器电路设计及火焰检测算法研究一、引言随着现代科技的不断发展，火灾对人们的生命财产安全造成的影响也日益凸显。
因此，火焰检测技术的研究变得尤为重要。
本文将探讨火焰传感器电路设计以及火焰检测算法的研究，旨在提供一种可行的方法，用于快速准确地检测火焰的存在和位置。
二、火焰传感器电路设计火焰传感器电路设计是实现火焰检测的关键步骤之一。
在设计过程中，我们需要考虑以下因素：1. 传感器选择：有效的火焰传感器应具备高敏感度和快速响应的特点。
典型的火焰传感器包括红外传感器和紫外传感器。
红外传感器基于火焰产生的红外辐射进行检测，而紫外传感器则是通过火焰产生的紫外辐射来进行检测。
根据具体需求，我们可以选择适合的传感器来设计电路。
2. 运放增益电路：传感器输出信号较弱，需要经过运放增益电路进行放大，以便后续电路对火焰信号能够更好地进行分析和处理。
3. 滤波电路：火焰信号通常伴随着噪声。
为了提高信号的质量，我们可以使用滤波电路，例如低通滤波器，来减少噪声对火焰信号的干扰。
4. 信号处理电路：对于放大后且已经经过滤波的火焰信号，我们可以设计一系列的信号处理电路，例如频谱分析电路、特征提取电路等，以便更好地分析火焰信号的特征。
5. 报警电路：一旦火焰被检测到，我们需要及时发出警报。
因此，设计一个合适的报警电路是必要的。
该电路可以包括声音报警、光线报警或者通过网络发送警报信息等方式。
以上是火焰传感器电路设计的一般步骤，根据具体情况，我们可以进行必要的修改和调整。
三、火焰检测算法研究火焰检测算法是利用传感器采集的火焰信号进行分析和判断，来实现火焰检测的关键。
下面将介绍两种常用的火焰检测算法：红外火焰检测算法和基于图像处理的火焰检测算法。
1. 红外火焰检测算法：红外火焰检测算法基于火焰产生的红外辐射进行检测。
该算法通常包括以下步骤：a. 采集红外图像，并将其转化为数字图像。
b. 去除背景噪声，使得火焰在图像中更加突出。
c. 通过阈值处理和形态学运算，检测并提取火焰区域。
3.3火焰探测器
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2.背景红外辐射
2.背景红外辐射调制作用
太阳是一稳定的辐射源，但大气的不均匀性会引 起闪烁，若闪烁频率处于探测器响应闪烁频率通 频带内，则会对探测器接收的辐射产生调制作用 直接或间接经反射的太阳辐射的调制作用，也可 能由于云雾遮挡、风吹树叶及水面热浪、机器转 动引起
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2.背景红外辐射
内光电效应
光电导效应：在光线作用下，半导体材料 电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由 状态，引起材料电阻率发生改变，如光敏 电阻、光导管 光生伏特效应：在光线作用下，半导体材 料产生一定方向的电动势，如光电池、光 敏晶体管
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光电导效应
价电子被激发跃迁， 入射光的能量必须大 于克服跃迁所需能 量——禁带宽度Eg， 即价电子的能量与跃 迁后的自由电子能量 之差
在离开太阳光谱强吸收带的谱带 上，直射的阳光辐射照度在数值 上大约比一个 20m 远 0.1m2 规模的 汽油火的辐射照度大两个数量级 33/63
地面上的太阳光谱
2.背景红外辐射
1.太阳红外辐射
间接的阳光辐射，即被周围环境反射的辐射， 经常在被保护区域内产生，处理起来很困难， 特别是部分表面的红外反射约占背景辐射的 10%~70%范围内
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紫外火焰传感器
紫外火焰探测器的响应波段
280nm以下的全部被臭 氧吸收 280-320nm部分被吸收 320nm以上的紫外线小 部分被吸收 紫外光敏管能对火焰作 出响应，但不会对太阳 光作出响应：日盲特性
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紫外火焰传感器
紫外火焰探测器
由于玻璃窗口的透光限制，小于185nm的 紫外线被阻挡，因此一般响应185-245nm、 185-260nm
4.红外火焰探测器
基于LASSO回归的红外火焰探测器的设计与实现
基于LASSO回归的红外火焰探测器的设计与实现TAN Yong;XIE Lin-bo;FENG Hong-wei;WEN Zi-teng【摘要】基于LASSO回归,提出一种应用于三波段红外火焰探测器的具体识别算法,同时进行了硬件电路以及软件程序的设计.在火焰探测器在检测过程中可能出现数据不稳定、环境多样化的复杂情况,从而提取到的特征存在多样性和复杂性.本文利用LASSO回归良好的预测能力、系数压缩能力和特征选择能力,有效提升了对三波段红外火焰的精确度和灵敏度,同时LASSO回归还具有效率高、预测精度高、解释性强等特性.实验证明LASSO相比于传统火焰识别算法在逼近精度、收敛速度和鲁棒性等多个方面都有所提升.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2019(049)006【总页数】5页(P720-724)【关键词】LASSO回归;三波段红外;火焰探测器【作者】TAN Yong;XIE Lin-bo;FENG Hong-wei;WEN Zi-teng【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TM2151 引言火灾一直都是危害生命和财产安全的重要隐患,在各种化工场所例如易燃易爆气体的仓储和运输、石油的采取与提炼,这类场所一旦发生火灾几乎是毁灭性的破坏。
所以需要反应时间短、探测范围广、误报率低等特点的火焰探测器,而传统的感烟火灾探测器、感温火灾探测器探测范围太无法满足要求,紫外火焰探测器的灵敏度差并且探测范围也小[1-2]。
传统的单波段火焰探测器无法区分干扰和火焰信号,抗干扰能力很差。
双波段火焰探测器大都采用(3.8±0.2)μm波段来排除人工热源等干扰信号,但是忽视了背景辐射带来的干扰,背景辐射所带来的干扰信号使得双波段火焰探测器依旧存在较高的误报率。
而三波段火焰探测器能够探测并排除90%的干扰信号,提高了火灾报警的准确性,相比于四波段火焰探测器成本低、功耗低、性价比高。
本文针对三波段火焰检测,设计硬件电路及软件程序,同时用基于LASSO回归替代传统的火焰检测算法,所设计的三波段红外火焰探测器探测距离远高于感烟火灾探测器、感温火灾探测器、紫外火焰探测器等传统探测器[2],并且使用三个通道对辐射的红外线进行检测,可以根据干扰与火焰的分别在三个波段的特征来判断是否发生火灾,能有效抑制对卤素灯、太阳光的误报率。
基于紫红外传感器的火焰探测系统设计与实现
基于紫红外传感器的火焰探测系统设计与实现李文斌;张卓;范赐恩;陈迎;吴敏渊【摘要】针对传统的感烟、感温、感光型火焰探测器的误报率高,响应时间长的特点,研制了一种联合使用紫外和红外传感器的火焰探测系统.该系统利用紫外传感器探测火焰辐射出的处在日盲区波段的紫外光谱,同时使用红外传感器探测火焰辐射出的4.4 μm波段的红外光谱,并结合快速傅里叶变换(FFT)提取火焰闪烁频率的方法来识别火焰.实验表明,该方法有效地降低系统误报率和漏报率,响应时间小于1 s,探测距离达到5 m,对于粮仓、易燃物品存放地的消防应用有着重要的意义.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P56-59)【关键词】紫外传感器;红外传感器;火焰探测;快速傅里叶变换;闪烁频率;消防应用【作者】李文斌;张卓;范赐恩;陈迎;吴敏渊【作者单位】武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070;上海航天电子通讯设备研究所,上海201100;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TP277粮仓、易燃物品存放地等场所往往易于发生火灾，严重危害人们的生命和财产安全，所以对该类场所的安防工作极其重要。
传统火灾探测器主要是感烟、感温、感光型探测器[1-2]。
感烟、感温型探测器虽然漏报率很低，但是易受环境湿气、温度等因素的影响。
感光型主要有两种：紫外探测器和红外探测器。
传统的感光性火焰探测器有单紫外，单红外，双红外和三红外探测器。
紫外探测器响应快速，对人和高温物体不敏感，但有本底噪声存在，且易受雷电、电弧等影响，红外探测器易受高温物体、人、日光等影响[3]，所以单紫外，单红外探测易发生误报现象。
双波段红外和三波段红外探测器响应时间长，背景复杂情况下难以区分火焰和背景，误报率较高。
紫红外探测器结合了紫外传感器和红外传感器优势，互补不足，可以快速识别火焰，并且准确率高。
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火焰传感器
LED
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项目硬件图
火焰传感器原理图
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火焰传感器程序逻辑
开始 初始化系统时钟
初始化LED 初始化传感器
是
检测到火灾
否
翻ห้องสมุดไป่ตู้D1状态
关闭D1
翻转D2状态
关闭D2
延时1S
09:43 / 12
项目实现
火焰模块初始化
void flame_init(void) { P0SEL &= ~0x08; P0DIR &= ~0x08; }
Internet+ Education Solutions
面向物联网的CC2530与传感器应用开发
任务23 火焰探测器设计与实现
目录 Contents
项目场景说明 火焰传感器介绍 红外接收管 项目实践
Education Solutions
Internet+
项目场景
工厂作为产品生产的重要场所，堆放有 各种生产原料，加工设备等，一旦发生 火灾后果将不堪设想，且造成的经济财 产和人员损失巨大。容易发生火灾的工 厂如：造纸厂、面粉加工厂、化工厂、 肥料加工厂等。这些厂区极易发生火灾 和爆炸。因此对厂区的明火的及时检测 对厂区预防火灾有重要的意义。通过对 明火的实时检测可以有效防止火灾的发 生。
紫外火焰传感器可以用 来探测火源发出的400
纳米以下热辐射。
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红外接收管
火焰传感器之所以能够检测火焰接受到红外信号的原因是由于使用红外 接收头做为火焰传感器的眼睛。常见的940nm红外接收管如图。
远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在700纳米～1100 纳米范围内的热源。
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任务目标
某铝材加工厂需要经常对铝制板材切削，切削产生的铝粉烟雾遇到 明火即引发爆照，因此对厂区内明火检测尤为重视，现需要使用火 焰传感器对厂区内的火焰进行实时检测。
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火焰传感器介绍
火焰是由各种燃烧生成物、中间物、 高温气体、碳氢物质以及无机物质为 主体的高温固体微粒构成的。火焰的 热辐射具有离散光谱的气体辐射和连 续光谱的固体辐射。
项目场景说明 火焰传感器介绍 红外接收管 项目实践
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Internet+
项目分析
本项目设计中通过940nm的红外接收管经过运算放大器采集火焰红外信 息，并将采集信息通过LED显示状态，定时进行更新，硬件结构主要由 CC2530单片机、火焰传感器组成。
CC2530
火焰传感器检测火焰主要依靠光谱中 的特征波长的光线。
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火焰传感器类型
火焰传感器检测火焰主要依靠光谱中的特征波长的光线，根据不同特征 的光线可将火焰传感器分为远红外火焰传感器和紫外火焰传感器。
远红外火焰
紫外火焰
远红外火焰传感器可以 用来探测火源或其它一
些波长在700纳米～ 1000纳米范围内的热源。
红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电 流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能 量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分 电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：光生载流子）。
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目录 Contents
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红外接收管的特征与原理
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部 件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改 变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做 的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
//配置管脚为通用IO模式 //配置控制管脚为输入模式
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项目实现
火焰模块采集数据
unsigned char get_flame_status(void) { if(P0_3) return 1; else return 0; }
//检测io口电平
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项目思考
火焰传感器检测火焰信号的原理是什么？ 火焰传感器在工业上有哪些应用？