一種基于多鏡片的多參量火災探測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于多鏡片的多參量火災探測器，包括外殼，設置在所述外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在外殼底部外壁的由4個鏡片構成的4.4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)，以及安裝在外殼內部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4.4微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元溫濕度傳感器和照度傳感器；所述多個太陽能電池板、4.4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)、充電電池、4.4微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元，溫濕度傳感器和照度傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接。本實用新型所述基于多鏡片的多參量火災探測器，可以克服現(xiàn)有技術中可靠性低、適用范圍小和使用不方便等缺陷，以實現(xiàn)可靠性高、適用范圍大和使用方便的優(yōu)點。
【專利說明】-種基于多鏡片的多參量火災探測器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及傳感器【技術領域】，具體地，涉及一種基于多鏡片的多參量火災探 測器。

【背景技術】
[0002] 各種不同材料燃燒產(chǎn)生的火焰輻射光譜各不相同，火焰的光譜從紫外、可見光到 紅外波段均有能量輻射，但紅外波段輻射的能量比紫外波段大的多，這也是火焰發(fā)紅的原 因。在火焰紅外波段內的4. 35 i! m附近能夠觀察到峰值，這稱為CO2原子團的發(fā)光光譜，是 火焰特有的性質，并且此波長的輻射能量強度相對較大。
[0003] 火焰燃燒存在閃爍現(xiàn)象，閃爍時的紅外輻射幅值是不同的，大量的實驗表明典型 的紅外輻射幅值在5 %?20 %之間?；鹧娴拈W爍的物理特性，還表現(xiàn)在輻射強度以1?30Hz 的頻率波動，這一特性也是本實用新型對火災信號進行識別處理時的理論依據(jù)。
[0004] 火災探測包含兩層含義：一是針對某一（些）物理特征采用何種探測方法，二是基 于該探測方法采用何種算法才能在環(huán)境中準確的探測火災?；馂奶綔y技術是傳感技術和火 災探測算法相結合的產(chǎn)物，其實質是將各種火災參量通過傳感器接收轉化為容易處理的信 號，其中尤以轉換為電壓信號最為常見，然后通過識別算法判斷是否發(fā)生火災?；馂倪€具有 各種參量的頻譜特性，初期燃燒時煙的頻率集中在0?15MHz范圍，溫度的頻率集中在0? 55MHz范圍，而出現(xiàn)明火后，火焰的頻率為1?12Hz。所以探測火災各種目標參量的頻譜特 征并進行信號分析是火災探測的重要技術手段
[0005] 在信號處理中數(shù)字濾波主要是為了濾除信號中可能存在的干擾，提高信噪比。就 是把輸入序列通過一定的運算變換成輸出序列。其中頻域法，即先對輸入信號進行傅立葉 變換，分析其頻譜，然后根據(jù)所希望的頻率特性進行濾波。時域法，即對離散抽樣序列做差 分數(shù)學運算來達到濾波目的。
[0006] 模式識別技術是隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是計算機技術的發(fā)展而形成的一 種模擬人的各種識別能力和方法的技術，屬于自動判別和分類的理論，它的目標是要在表 示空間和解釋空間找到一種映射關系。模式識別的方法有多種，如數(shù)據(jù)聚類、統(tǒng)計分類、神 經(jīng)網(wǎng)絡等，但通常它們都有學習和識別兩個過程。模式識別的多種方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡模式識 別是通過適當?shù)恼{節(jié)權重系數(shù)來實現(xiàn)監(jiān)督下的學習和非監(jiān)督下的識別工作的，同時，神經(jīng) 網(wǎng)絡是一個"模型無關"的機器，表現(xiàn)出非監(jiān)督條件下分類器的性能，具有能夠通過調整使 得輸出在特征空間中逼近任意目標的優(yōu)點，對于火災識別這類無法確定精確模型的問題， 使用神經(jīng)網(wǎng)絡來實現(xiàn)模式識別是比較合適的。
[0007] 在人工神經(jīng)網(wǎng)絡的實際應用中，BP網(wǎng)絡廣泛應用于函數(shù)逼近、模式識別/分類、數(shù) 據(jù)壓縮等，80%?90%的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型是采用BP網(wǎng)絡或它的變化形式，它也是前饋神 經(jīng)網(wǎng)絡的核心，體現(xiàn)了人工神經(jīng)網(wǎng)絡最精華的部分。
[0008] 數(shù)據(jù)融合又稱作信息融合或多傳感器數(shù)據(jù)融合，其基本原理就像人腦綜合處理信 息一樣，充分利用多個傳感器資源，通過對多傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多 傳感器在空間和時間上冗余或互補信息依據(jù)某種準則來進行組合，以獲得被測對象的一致 性解釋或描述。其融合原理如下：
[0009] (I)N個不同類型的傳感器（或者同一復合傳感器的不同類型的監(jiān)測參量）收集觀 測目標的數(shù)據(jù)；
[0010] (2)對傳感器的輸出數(shù)據(jù)（離散的或連續(xù)的時間函數(shù)數(shù)據(jù)、輸出矢量、成像數(shù)據(jù)或 一個直接的屬性說明）進行特征提取的變換，提取代表觀測數(shù)據(jù)的特征矢量Yi ;
[0011] (3)對特征矢量Yi進行模式識別處理，完成各傳感器關于目標的說明；
[0012] (4)將各傳感器關于目標的說明數(shù)據(jù)按同一目標進行分組，即關聯(lián)；
[0013] (5)利用融合算法將每一目標各傳感器數(shù)據(jù)進行合成，得到該目標的一致性解釋 與描述。
[0014] 在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在可靠性低、適用范 圍小和使用不方便等缺陷。 實用新型內容
[0015] 本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種基于多鏡片的多參量火災探測 器，以實現(xiàn)可靠性高、適用范圍大和使用方便的優(yōu)點。
[0016] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種基于多鏡片的多參量火災 探測器，包括外殼，設置在所述外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在所述外殼底部外 壁的主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)，以及安裝在所述外殼內部的數(shù)據(jù) 采集和通信控制電路、充電電池、4. 4微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元，溫濕度 傳感器和照度傳感器；所述多個太陽能電池板、主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透 鏡系統(tǒng)、充電電池、4. 4微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元，溫濕度傳感器和照度 傳感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接；
[0017] 所述主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)，主要包括自下向上依次 配合安裝的第一球面鏡片、第二球面鏡片、第三非球面鏡片和第四球面鏡片。
[0018] 進一步地，以上所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，還包括分別與所述多個 太陽能電池板、充電電池和數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接的充電管理電路。
[0019] 進一步地，所述多個太陽能電池板，具體包括對稱設置在所述外殼頂部外壁4個 方向的4個太陽能電池板。
[0020] 進一步地，所述數(shù)據(jù)采集和通信控制電路，主要包括MCU和通信芯片。
[0021] 進一步地，所述外殼采用耐火ABS工程塑料。
[0022] 進一步地，在所述外殼內部，還設有用于封裝模擬電路板和4. 4微米紅外傳感器 的內置殼體。
[0023] 進一步地，以上所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，還包括設置在所述外殼 內部的報警控制電路，所述報警控制電路與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接，所述報警控制 電路的報警閾值包括256個可調等級。
[0024] 本實用新型各實施例的基于多鏡片的多參量火災探測器，由于包括外殼，設置在 外殼頂部外壁的多個太陽能電池板，安裝在外殼底部外壁的主要由4個鏡片構成的4. 4微 米紅外光學透鏡系統(tǒng)，以及安裝在外殼內部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4. 4微 米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器；多個太陽能電池板、4. 4微米紅 外光學透鏡系統(tǒng)、充電電池、4. 4微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感 器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接；可以探測森林火災、大型建筑等的大空間、開放 空間環(huán)境、木結構古建筑等，還可以探測不便于布線、布管和市電供電等建筑室內環(huán)境；從 而可以克服現(xiàn)有技術中可靠性低、適用范圍小和使用不方便的缺陷，以實現(xiàn)可靠性高、適用 范圍大和使用方便的優(yōu)點。
[0025] 本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0026] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用 新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：
[0028] 圖1為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器的外部結構和內部結構示意 圖；圖Ia為主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)的結構示意圖，圖Ib為圖 Ia的仰視結構示意圖，圖Ic為基于多鏡片的多參量火災探測器的裝配結構示意圖，圖Id為 圖Ic的仰視結構示意圖；在圖Ia中，（a)為主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透鏡 系統(tǒng)的主視分解結構示意圖，（b)為（a)的A-A剖視圖，（c)為主要由4個鏡片構成的4. 4 微米紅外光學透鏡系統(tǒng)優(yōu)選實施例的主視分解結構示意圖；
[0029] 圖2為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器的裝配結構示意圖；
[0030] 圖3為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器中模擬電路板的電氣原理示 意圖；
[0031] 圖4為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器中充電電路的電氣原理示意 圖；
[0032] 圖5為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器中MCU的電氣原理示意圖；
[0033] 圖6為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器中閥值的遠程控制流程示意 圖；
[0034] 圖7為本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器中模式識別學習和識別邏輯 圖；
[0035] 圖8基于本實用新型基于多鏡片的多參量火災探測器的火災識別處理的邏輯圖。
[0036] 結合附圖，本實用新型實施例中附圖標記如下：
[0037] 1-太陽能電池板（4個方向各一個）；2_主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光 學透鏡系統(tǒng)；3-充電電池；4-4. 4微米紅外傳感器及模擬電路板；5-煙感探測單元；6-照 度傳感器；7-4. 4微米紅外傳感器和模擬電路板外殼；8-透鏡系統(tǒng)；9-4. 4微米紅外傳感 器；10-模擬電路板；11-數(shù)字電路板；12-紅外石英玻璃片；13-第一透鏡；14-第二透鏡； 15-第三透鏡；16-光闌；17-第四透鏡；18-探測器面。

【具體實施方式】
[0038] 以下結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu) 選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0039] 根據(jù)本實用新型實施例，如圖1-圖8所示，提供了一種基于多鏡片的多參量火災 探測器，具體為一種能夠探測森林火災、大型建筑等的大空間、開放空間環(huán)境和木結構古建 筑等，以及探測不便于布線、布管和市電供電等建筑室內環(huán)境的基于多鏡片的多參量火災 探測器。
[0040] 本實施例的基于多鏡片的多參量火災探測器，包括外殼，設置在外殼頂部外壁的 多個太陽能電池板（如太陽能電池板1)，安裝在外殼底部外壁的由4個鏡片構成的4. 4微 米紅外光學透鏡系統(tǒng)（如4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)2)，以及安裝在外殼內部的控制器 (即數(shù)字電路板11)、充電電池（如充電電池3)、4. 4微米紅外傳感器（如4. 4微米紅外傳 感器4、9)、模擬電路板（如模擬電路板4、10)、煙感探測單元（如煙感探測單元5)和照度 傳感器（如照度傳感器6);多個太陽能電池板、4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)、充電電池、4. 4 微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器，分別與控制器連接；還包括分 別與多個太陽能電池板、充電電池和控制器連接的充電管理電路。
[0041] 例如，參見圖1，在主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)中，透鏡上端 鏡片的上表面位于紅外石英玻璃片下表面3mm，紅外石英玻璃片上部通過4. 4微米紅外傳 感器壓緊，在距離4. 4微米紅外傳感器的窗口 Imm處安裝有傳感器敏感單元。紅外石英玻 璃片（如紅外石英玻璃片12)的厚度為010.00: *lmm。
[0042] 參見圖Ia中的（a)和（b)，構成4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)的4個主要鏡片中， 結合圖Ia中的（a)和（b)，從下往上看，第1、2枚鏡片是球面鏡片，第3枚鏡片是非球面鏡 片，第4枚鏡片是球面鏡片。這四個鏡片的組合可以實現(xiàn)垂直360度，水平170度的信號收 集，而且利用鏡片的聚光效應可以實現(xiàn)比沒采用鏡片時增強3倍的光學信號。其裝配關系 請參照這個郵件中附件所表示的裝配位置關系，這個系統(tǒng)圖中的最后一個部件是紅外傳感 器的敏感單元，不是鏡片。我們的四片鏡片的透鏡系統(tǒng)可以實現(xiàn)聚光后將信號匯聚到不到 0. 9mm的焦點直徑上,并正好投射到紅外傳感器的敏感單元上的直徑范圍內。
[0043] 優(yōu)選地，參見圖Ia中的（c)，4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)包括自下向上依次配合安 裝的第一透鏡13、第二透鏡14、第三透鏡15、光闌16、第四透鏡17和探測器面18。該4. 4 微米紅外光學透鏡系統(tǒng)的整組偏心應< 0. 05,后焦距可以根據(jù)實際光斑情況作適當調整。
[0044] 在上述實施例中，多個太陽能電池板，具體包括對稱設置在外殼頂部外壁4個方 向的4個太陽能電池板；控制器，主要包括MCU ;外殼采用耐火ABS工程塑料。在外殼內部， 還設有用于封裝模擬電路板和4. 4微米紅外傳感器的內置殼體（即4. 4微米紅外傳感器和 模擬電路板外殼7)。
[0045] 上述實施例的基于多鏡片的多參量火災探測器，還包括設置在外殼內部的報警控 制電路，報警控制電路與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接，報警控制電路的報警閾值包括 256個可調等級。
[0046] 上述實施例的基于多鏡片的多參量火災探測器，外殼采用耐火ABS工程塑料，采 用太陽能電池板和專用充電管理電路（參見圖4)。模擬電路板和紅外傳感器采用專門的外 殼進行封裝，并采用電鍍金屬膜工藝，以屏蔽高頻信號干擾。
[0047] 上述實施例的基于多鏡片的多參量火災探測器，報警閥值遠程可以調整，并且可 以分為256等級調整。
[0048] 上述實施例的基于多鏡片的多參量火災探測器，火災識別邏輯為：需要進行環(huán)境 適應的訓練和學習，并通過人工智能技術抽取形成模式識別數(shù)據(jù)庫，對于各個采集數(shù)據(jù)，利 用模式識別數(shù)據(jù)庫的特征值進行識別處理，并在識別過程中不斷完善模式數(shù)據(jù)庫的特征 值。通過不斷積累的特性值的訓練過程逐步提高人工智能算法的準確性。其識別訓練的邏 輯如圖7。探測器各種監(jiān)測參量和各個探測器的監(jiān)測值經(jīng)過各自的識別邏輯，在經(jīng)過數(shù)據(jù)融 合后即形成火災識別的判斷結果，并產(chǎn)生監(jiān)測人員能接受的各種報警信號如圖8。
[0049] 綜上所述，本實用新型上述各實施例的上述實施例的基于多鏡片的多參量火災探 測器，在室內環(huán)境中可以通過溫濕度、煙感和紅外、光照等指標實現(xiàn)對火災形成的各個階段 的特征指標進行監(jiān)測，其中4. 4微米紅外探測對于打火機火焰的識別距離大于10米，室外 環(huán)境對于IM左右厚度常綠灌木叢后的小火焰，IOM左右的距離上可以發(fā)現(xiàn)。對于8-10M厚 度的常綠灌木和小樹林后面的32CMx32CM的國家標準火源的探測距離在實際測試中可以 達到15-20M左右。遠遠超過國家火焰探測器國標的要求。為野外森林火災的探測，以及大 空間復雜環(huán)境的火災探測提供了全新的解決方案，開創(chuàng)了新的技術途徑。在今后的消防安 全，火災監(jiān)測方面具有較高的社會和經(jīng)濟價值。
[0050] 最后應說明的是：以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本 實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員 來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征 進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，包括外殼，設置在所述外殼頂部 外壁的多個太陽能電池板，安裝在所述外殼底部外壁的主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅 外光學透鏡系統(tǒng)，以及安裝在所述外殼內部的數(shù)據(jù)采集和通信控制電路、充電電池、4. 4微 米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳感器；所述多個太陽能電池板、4. 4微 米紅外光學透鏡系統(tǒng)、充電電池、4. 4微米紅外傳感器、模擬電路板、煙感探測單元和照度傳 感器，分別與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接； 所述主要由4個鏡片構成的4. 4微米紅外光學透鏡系統(tǒng)，包括自下向上依次配合安裝 的第一球面鏡片、第二球面鏡片、第三非球面鏡片和第四球面鏡片。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，還包括分別 與所述多個太陽能電池板、充電電池和數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接的充電管理電路。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，所述多個 太陽能電池板，具體包括對稱設置在所述外殼頂部外壁4個方向的4個太陽能電池板。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，所述數(shù)據(jù) 采集和通信控制電路，包括MCU和通信芯片。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，所述外殼 采用耐火ABS工程塑料。
6. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，在所述外 殼內部，還設有用于封裝模擬電路板和4. 4微米紅外傳感器的內置殼體。
7. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于多鏡片的多參量火災探測器，其特征在于，還包括設 置在所述外殼內部的報警控制電路，所述報警控制電路與數(shù)據(jù)采集和通信控制電路連接， 所述報警控制電路的報警閾值包括256個可調等級。
【文檔編號】G08B17/00GK204143585SQ201420319938
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年1月9日
【發(fā)明者】畢康建, 黎小平, 麻健 申請人:畢康建, 黎小平, 麻健