專利名稱：一種基于寬帶隙半導(dǎo)體傳感器的火焰報(bào)警器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由半導(dǎo)體傳感器等組成的紫外光輻射火焰報(bào)警技術(shù)，尤指由寬帶隙半導(dǎo)體傳感器等組成的紫外光輻射火焰報(bào)警器。
背景技術(shù)：
能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，一方面固然依靠人的警惕，但也不是每個(gè)場所、任何時(shí)間都有人在巡視活動(dòng)，而且人類感官的靈敏度有限。所以，還要借助各種類型的火災(zāi)報(bào)警器對火情進(jìn)行每時(shí)每刻的監(jiān)視，一旦發(fā)生火災(zāi)，就能及時(shí)地向人們報(bào)告，以便及早撲滅火災(zāi)，避免釀成重大事故。
眾所周知，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然會(huì)伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火焰。而煙霧、高溫、火焰的產(chǎn)生會(huì)引起設(shè)置在火災(zāi)現(xiàn)場的各種類型的火災(zāi)報(bào)警器的某些部件的電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移。通過火災(zāi)報(bào)警器的關(guān)鍵設(shè)備-探測器(也叫敏感頭、探頭)接收上述變化，再通過放大、傳輸?shù)冗^程，發(fā)出警報(bào)，并且同時(shí)還可以發(fā)出燈光信號(hào)和顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)，及時(shí)讓人們聽到報(bào)警聲音，看到報(bào)警信號(hào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)象，及早撲滅火災(zāi)，避免造成人員與財(cái)產(chǎn)損失。
火災(zāi)報(bào)警器的探測器主要分感煙、感溫、火焰光輻射三大類。其中光輻射探測器又分兩種。一種是紅外光輻射探測器。物質(zhì)在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使紅外光敏元件(如硫化鉛)感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后，就能向人們報(bào)警。另一種是紫外光輻射探測器，是利用燃燒時(shí)火焰中的紫外光，使紫外光敏元件(如紫外光敏管)感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過繼電器等，就能打開開關(guān)電路報(bào)警。目前紫外光敏元件普遍采用紫外光敏管，但紫外光敏管需要300V高壓供電，體積大，玻璃外殼容易破碎。也有用半導(dǎo)體硅作為紫外光敏元件，但必須設(shè)置干擾光的過濾裝置。這種過濾裝置由一系列濾光片組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，附加成本高，安裝精度要求高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、小巧耐用、能迅速探測火焰并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)的、特別是不會(huì)誤報(bào)警的火焰報(bào)警器。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的包括火焰?zhèn)鞲衅?、信?hào)放大電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路、執(zhí)行電路、滅火器、聲光報(bào)警器。執(zhí)行電路一端與聲光報(bào)警器和滅火器連接，另一端與信號(hào)處理電路連接；信號(hào)處理電路為按照信號(hào)轉(zhuǎn)換電路獲得的數(shù)據(jù)與設(shè)定的報(bào)警指標(biāo)編寫的操作程序的單片機(jī)；信號(hào)處理電路通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與信號(hào)放大電路連接；信號(hào)放大電路與火焰?zhèn)鞲衅鬟B接，其特點(diǎn)是火焰?zhèn)鞲衅鳛閷拵栋雽?dǎo)體傳感器，這種寬帶隙半導(dǎo)體傳感器能精確探測火焰中波長短于UVB的紫外光，并使紫外光直接轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電流信號(hào)，而對其他頻率為UVB、UVA的紫外光以及可見光無響應(yīng)。信號(hào)放大電路將火焰?zhèn)鞲衅魈綔y到并轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)放大后產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，使與之連接的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，將上述電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這些信息送入單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，包括頻譜分析、靈敏度自動(dòng)調(diào)節(jié)，按有無異常情況給執(zhí)行電路發(fā)出指令一旦發(fā)生火災(zāi)，組成執(zhí)行電路的繼電器導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)與其連接的滅火器、聲光報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警并(或)自動(dòng)滅火。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.由于本發(fā)明采用了寬帶隙半導(dǎo)體傳感器，與紫外線光電管組成的紫外光輻射探測器相比，克服了需要直流高壓供電的弊端，解決了高電壓帶來的安全隱患問題。與半導(dǎo)體硅組成的紫外傳感器火焰報(bào)警器相比，省去了一系列用于濾波的濾光片，使結(jié)構(gòu)簡化、體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長。
2.由于本發(fā)明采用的寬帶隙半導(dǎo)體只對波長在180納米至260納米或280納米之間的紫外光具有高靈敏度的響應(yīng)輸出，而對日光或鎢燈沒有任何響應(yīng)，從而可以防止除火焰以外的誤報(bào)警。另外由于寬帶隙半導(dǎo)體傳感器頻率響應(yīng)快，還可以進(jìn)行頻率分析判斷是否發(fā)現(xiàn)火焰，使本發(fā)明的火焰報(bào)警器可靠性特別好。
3.由于本發(fā)明可以很方便地采用多個(gè)高靈敏度的寬帶隙半導(dǎo)體傳感器，因此可以全方位探測火情，不留死角。并且能提供外部通信端口，可以使多個(gè)報(bào)警器組成系統(tǒng)，統(tǒng)一使用。
4.由于本發(fā)明的信號(hào)處理電路是由市售的單片機(jī)等組成，處理能力強(qiáng)、手段簡單、直觀、指標(biāo)穩(wěn)定、運(yùn)行可靠，可以滿足各種場合的不同處理要求。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明火焰?zhèn)鞲衅鳌⑿盘?hào)放大、轉(zhuǎn)換、處理、執(zhí)行電路的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
請參閱附圖1。本發(fā)明由火焰?zhèn)鞲衅?、信號(hào)放大電路2、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3、信號(hào)處理電路4、執(zhí)行電路5、滅火器6、聲光報(bào)警器7組成。其特點(diǎn)是火焰?zhèn)鞲衅?為最新研制的價(jià)格低廉的寬帶隙半導(dǎo)體傳感器(如氮化鎵鋁AlGaN)。這種寬帶隙半導(dǎo)體傳感器可以只對火焰中波長短于UVB的紫外光(波長在180納米至260納米或280納米之間的紫外光)具有高靈敏度的響應(yīng)輸出，而對其他頻率為UVB、UVA的紫外光以及可見光(如日光或鎢燈)沒有任何響應(yīng)，從而可以防止除火焰以外的誤報(bào)警，具有針對性強(qiáng)的特性。同時(shí)這種寬帶隙半導(dǎo)體傳感器不像帶隙較窄的硅半導(dǎo)體傳感器那樣，必須與由一系列濾光片組成的濾光裝置匹配才能產(chǎn)生感應(yīng)。總之，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的寬帶隙半導(dǎo)體傳感器可以去除濾光裝置直接用作火焰檢測的傳感器。另外由于寬帶隙半導(dǎo)體傳感器頻率響應(yīng)快，還可以進(jìn)行頻率分析判斷是否有火焰發(fā)生。
請參閱附圖2，本發(fā)明首次利用至少1個(gè)(圖中設(shè)有2個(gè)，可配置8個(gè))能精確探測火焰中的紫外光的寬帶隙半導(dǎo)體傳感器作為火焰?zhèn)鞲衅?，以及與之匹配的至少1個(gè)(圖中設(shè)有2個(gè)，可配置8個(gè))，電壓為+5V的信號(hào)放大電路2連接，這種信號(hào)放大電路2是由運(yùn)算放大器和外圍電阻網(wǎng)絡(luò)組成，運(yùn)算放大器的反相輸入端與火焰?zhèn)鞲衅?的正極連接，它的同相輸入端通過平衡電阻15接地，它的輸出端分兩路，一路直接與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3連接，另一路通過由電阻12、13、14組成的電阻網(wǎng)絡(luò)連接，并反饋到運(yùn)算放大器的反相輸入端。組成電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻12、13、14的規(guī)格型號(hào)按常規(guī)計(jì)算匹配。如此，將寬帶隙半導(dǎo)體傳感器探測到火焰中的紫外光直接轉(zhuǎn)為電流信號(hào)，由運(yùn)算放大器放大并變成電壓信號(hào)。信號(hào)放大電路2輸出端與電壓為+5V的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3的輸入端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3選用MAX197的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)，并通過總線與信號(hào)處理電路4連接。信號(hào)處理電路4為市售單片機(jī)(例如8051)，通過單片機(jī)內(nèi)編寫的程序(包括頻譜分析、靈敏度自動(dòng)調(diào)節(jié)等)，給出執(zhí)行信號(hào)(圖中設(shè)有8路)，信號(hào)處理電路4的輸出端與執(zhí)行電路5連接，執(zhí)行電路5包括三極管9與繼電器10。信息處理電路4的輸出端通過降壓電阻8與三極管9與繼電器10連接，以便按照火焰?zhèn)鞲衅?、信號(hào)放大電路2、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3、信號(hào)處理電路4實(shí)際探測、放大、轉(zhuǎn)換、處理后的輸出情況，使繼電器10導(dǎo)通或斷開如果沒有火情，繼電器10斷開；如果發(fā)生火災(zāi)，根據(jù)信號(hào)處理電路4輸出的信號(hào)，使三極管9與繼電器10導(dǎo)通，就可以驅(qū)動(dòng)與繼電器10連接的滅火器6、聲光報(bào)警器7進(jìn)行聲光報(bào)警并(或)自動(dòng)滅火。信息處理電路4的出口端還設(shè)有通信端口11，以便通過通信端口11使多個(gè)報(bào)警器組成系統(tǒng)，組成網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一使用。
工作原理寬帶隙半導(dǎo)體傳感器對可見光和太陽射到地面的紫外光是不靈敏的。只有當(dāng)有火出現(xiàn)的時(shí)候，它可以不需要濾光裝置直接探測到火焰中的波長短于UVB的紫外光，并產(chǎn)生電流，經(jīng)運(yùn)算放大器放大后產(chǎn)生一個(gè)電壓值，再通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，接著送入單片機(jī)進(jìn)行處理，最后根據(jù)單片機(jī)內(nèi)設(shè)定的程序輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路進(jìn)行聲光報(bào)警并(或)自動(dòng)滅火。
權(quán)利要求
1.一種基于寬帶隙半導(dǎo)體傳感器的火焰報(bào)警器，包括火焰?zhèn)鞲衅?1)、信號(hào)放大電路(2)、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(3)、信號(hào)處理電路(4)、執(zhí)行電路(5)、滅火器(6)和聲光報(bào)警器(7)；執(zhí)行電路(5)一端與聲光報(bào)警器(7)、滅火器(6)連接，另一端與信號(hào)處理電路(4)連接；信號(hào)處理電路(4)為單片機(jī)，信號(hào)處理電路(4)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(3)與信號(hào)放大電路(2)連接；信號(hào)放大電路(2)與火焰?zhèn)鞲衅?1)連接，其特征在于火焰?zhèn)鞲衅?1)為寬帶隙半導(dǎo)體傳感器，它能精確探測火焰中波長短于UVB的紫外光，并使紫外光直接轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電流信號(hào)，而對其他頻率為UVB、UVA的紫外光無響應(yīng)。
全文摘要
一種基于寬帶隙半導(dǎo)體傳感器的火焰報(bào)警器，涉及紫外光輻射火焰報(bào)警技術(shù)。由火焰?zhèn)鞲衅?1)、信號(hào)放大電路(2)、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(3)、信號(hào)處理電路(4)、執(zhí)行電路(5)、滅火器(6)和聲光報(bào)警器(7)組成。其特點(diǎn)是火焰?zhèn)鞲衅?1)為寬帶隙半導(dǎo)體傳感器，它只對火焰中波長短于UVB的紫外光具有高靈敏度的響應(yīng)輸出，對日光、鎢燈沒有任何響應(yīng)，可防止除火焰以外的誤報(bào)警。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長、報(bào)警快速可靠、可多個(gè)報(bào)警器組成系統(tǒng)，全方位探測火情不留死角、可獨(dú)立使用，并能提供外部通信端口組成系統(tǒng)使用。本發(fā)明可滿足各種防火場合的不同要求，尤其適用于嚴(yán)禁火源的加油站、倉庫等場所。
文檔編號(hào)G08B17/00GK1544896SQ200310108590
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者吳堅(jiān), 梁駿吾, 胡正飛, 聞瑞梅, 吳 堅(jiān) 申請人:同濟(jì)大學(xué)