本發(fā)明屬于火災(zāi)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體講是涉及一種針對(duì)電纜火災(zāi)的氣體復(fù)合探測(cè)器。

背景技術(shù)：
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由于電力電纜火災(zāi)高發(fā)性的特點(diǎn)，以及可能造成巨大損失的風(fēng)險(xiǎn)，亟需針對(duì)電力電纜火災(zāi)進(jìn)行早期探測(cè)預(yù)警，及時(shí)進(jìn)行滅火和應(yīng)急處置程序。目前電力電纜火災(zāi)探測(cè)主要有以下幾個(gè)方法：

(1)點(diǎn)式感煙探測(cè)作為市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的火災(zāi)探測(cè)手段，具有成本低、壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但是容易受到水蒸氣、灰塵等干擾，尤其是在電力電纜敷設(shè)復(fù)雜環(huán)境中，極易發(fā)生誤報(bào)。

(2)纜式線型定溫或者差溫火災(zāi)探測(cè)技術(shù)對(duì)環(huán)境耐受性較強(qiáng)，相比于其他技術(shù)，可以較好的適應(yīng)潮濕、腐蝕性場(chǎng)所，如果電力電纜長(zhǎng)距離鋪設(shè)，可以采用纜式線型感溫探測(cè)技術(shù)。但是，電纜火災(zāi)往往先由熱解階段開(kāi)始，產(chǎn)生大量的氣體和煙霧，然后才會(huì)發(fā)生明火，溫度明顯上升。因此，感溫探測(cè)從原理上決定了無(wú)法極早期探測(cè)電纜火災(zāi)。

(3)單一氣體探測(cè)(目前市面上應(yīng)用最多的是CO氣體探測(cè))可以在電纜火災(zāi)熱解階段發(fā)現(xiàn)異常情況，對(duì)氣體選擇性較好，靈敏度較高。但是，氣體傳感器容易受到污染，壽命不長(zhǎng)，并且單一氣體探測(cè)技術(shù)受環(huán)境響應(yīng)較大，可靠性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種針對(duì)電纜火災(zāi)的氣體復(fù)合探測(cè)器，該氣體復(fù)合探測(cè)器具有極早期、高靈敏度、低誤報(bào)率、抗環(huán)境干擾、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種針對(duì)電纜火災(zāi)的氣體復(fù)合探測(cè)器，該氣體復(fù)合探測(cè)器包括：

CO傳感器，所述CO傳感器發(fā)出的傳感器信號(hào)依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后輸送給微控制器；

CO₂傳感器，所述CO₂傳感器發(fā)出的傳感器信號(hào)直接采用數(shù)字信號(hào)傳輸方式輸送給微控制器；

NOx傳感器，所述NOx傳感器發(fā)出的傳感器信號(hào)依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后輸送給微控制器；

CxHy傳感器，CxHy傳感器發(fā)出的傳感器信號(hào)依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后輸送給微控制器；

電源模塊，所述電源模塊提供電源給各個(gè)傳感器和微控制器；

報(bào)警模塊，所述報(bào)警模塊接收到微控制器發(fā)給它的控制信號(hào)后會(huì)以發(fā)光或/和鳴叫的方式進(jìn)行報(bào)警。

進(jìn)一步的，所述CO傳感器、NOx傳感器和CxHy傳感器各自獨(dú)立配置一套信號(hào)放大電路和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)放大電路為二級(jí)信號(hào)放大電路。

進(jìn)一步的，所述CO傳感器為電化學(xué)傳感器，其型號(hào)為T(mén)GS5042。

進(jìn)一步的，所述CO₂傳感器(200)是利用非色散紅外原理測(cè)量CO₂氣體濃度，其型號(hào)為CDM7160-B00。

進(jìn)一步的，所述NOx傳感器為電化學(xué)傳感器，其型號(hào)為FECS41-250。

進(jìn)一步的，所述CxHy傳感器為催化燃燒式傳感器，其型號(hào)為T(mén)GS6812。

進(jìn)一步的，所述報(bào)警模塊包括報(bào)警信號(hào)燈、蜂鳴器和驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路接收到微控制器的控制信號(hào)后用于驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)燈發(fā)光和驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行鳴叫。

進(jìn)一步的，每個(gè)傳感器都具有單獨(dú)報(bào)警信號(hào)燈，每個(gè)傳感器擁有的報(bào)警信號(hào)燈數(shù)量為兩個(gè)。

進(jìn)一步的，所述蜂鳴器的數(shù)量為兩個(gè)，分別為板載蜂鳴器和外置蜂鳴器。

與已有的火災(zāi)報(bào)警器相比，本發(fā)明針對(duì)電纜火災(zāi)產(chǎn)生的特殊氣體，采用四種典型的氣體傳感器，結(jié)合變閾值算法，能夠使探測(cè)器對(duì)電纜火災(zāi)初期氣體產(chǎn)物非常敏感，任意一種氣體濃度或者幾種氣體濃度處于較低水平均可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，保證探測(cè)的高靈敏度；同時(shí)又可以在一種或者幾種氣體傳感器出現(xiàn)故障情況下，依舊保持著火災(zāi)探測(cè)功能的可靠性；溫度、濕度、干擾氣體等環(huán)境參數(shù)的變化，對(duì)不同種類(lèi)的氣體傳感器影響不一樣，通過(guò)對(duì)氣體傳感器輸出值的修正，從而最大化的減小外界非火災(zāi)信號(hào)的干擾，因此，本發(fā)明具有極早期、高靈敏度、低誤報(bào)率、抗環(huán)境干擾、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明一種針對(duì)電纜火災(zāi)的氣體復(fù)合探測(cè)器的整體構(gòu)成圖；

圖2為本發(fā)明中二級(jí)信號(hào)放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中CxHy傳感器采用的CxHy氣體濃度探測(cè)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中報(bào)警模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明一種針對(duì)電纜火災(zāi)的氣體復(fù)合探測(cè)器包括CO傳感器100、CO₂傳感器200、NOx傳感器300、CxHy傳感器400、信號(hào)放大電路500、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路600、電源模塊700和報(bào)警模塊900。所述CO傳感器100利用傳感器模塊輸出電流和CO氣體濃度成正比特性，傳感器信號(hào)依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路500和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路600后輸送給微控制器800。所述CO₂傳感器200輸出數(shù)據(jù)和微控制器800直接采用UART數(shù)字信號(hào)通訊。所述NOx傳感器300輸出與氣體濃度有關(guān)的電流信號(hào)，依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路500和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路600后輸送給微控制器800。所述CxHy傳感器400輸出與氣體濃度有關(guān)的電壓信號(hào)，依次經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路500和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路600后輸送給微控制器800。所述電源模塊700提供電源給CO傳感器100、CO₂傳感器200、NOx傳感器300、CxHy傳感器400和微控制器800。所述報(bào)警模塊900接收到微控制器800發(fā)給它的控制信號(hào)后會(huì)以發(fā)光或/和鳴叫的方式進(jìn)行報(bào)警。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述CO傳感器100、NOx傳感器300和CxHy傳感器400各自獨(dú)立配置一套信號(hào)放大電路500和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路600，且所述信號(hào)放大電路500采用為二級(jí)信號(hào)放大電路。請(qǐng)參照?qǐng)D2，二級(jí)信號(hào)放大電路500用兩個(gè)OPA2336分別搭成跨阻放大和同向放大形式，OPA2336是TI公司的精密微功耗運(yùn)放，其僅1pA的輸入偏置電流對(duì)跨阻放大器來(lái)說(shuō)是完美的，在此基礎(chǔ)上提供了極低的功耗和輸入失調(diào)。兩級(jí)放大的輸出被微控制器800內(nèi)的ADC同時(shí)采樣，在CO氣體、NOx氣體或CxHy氣體濃度較低時(shí)，選用TGS_OUT2的值精度更高，即采用二級(jí)放大后的數(shù)值；在CO氣體、NOx氣體或CxHy氣體濃度較高時(shí)后級(jí)放大器將飽和，此時(shí)用TPS_OUT1的值來(lái)計(jì)算氣體濃度，即采用一級(jí)放大數(shù)值，這種方式既保證了低濃度時(shí)有很高的精度，也保證了整體氣體濃度量程范圍足夠?qū)?。OPA2336不到125uV的輸入失調(diào)將量程切換時(shí)的非線性降至最低。

本發(fā)明實(shí)施例采用的CO傳感器100為電化學(xué)傳感器，其型號(hào)為T(mén)GS5042，其輸出電流與CO氣體濃度成正比。

本發(fā)明實(shí)施例采用的CO₂傳感器200為日本Figaro公司生產(chǎn)的CDM7160-B00，該傳感器利用非色散紅外(NDIR)原理測(cè)量CO₂氣體濃度，具有體積小、功耗低、精度高的優(yōu)點(diǎn)，并且具有UART(異步收發(fā))與I2C(同步串行總線)雙數(shù)字接口，可直接輸出氣體濃度數(shù)字信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例采用的NOx傳感器為日本Figaro公司生產(chǎn)的電化學(xué)式傳感器FECS41-250，該傳感器具有對(duì)NOx有高靈敏度與高選擇性，對(duì)NOx響應(yīng)極快，線性輸出，長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，是檢測(cè)NOx氣體的理想選擇。該傳感器將NOx氣體濃度輸出為電流大小信號(hào)，關(guān)系為400±80nA/ppm，分辨率為0.5ppm。NOx傳感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)和CO傳感器輸出信號(hào)類(lèi)似的兩級(jí)信號(hào)放大電路，輸出給微控制器。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，本發(fā)明實(shí)施例采用的CxHy傳感器為催化燃燒式傳感器TGS6812，該傳感器具有與氣體濃度成比例的模擬線性輸出，免維護(hù)，體積小，耐久性好，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量分辨率為1ppm，該模塊將CxHy濃度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，關(guān)系式為：Vout(V)＝[CxHy濃度(ppm)/4000]+1.0。TGS6812的四個(gè)腳，其中1腳連接+3.0V，2腳連接GND，3和4腳互相連接且共同輸出Vout信號(hào)。R1和R2的值均為1.2千歐，可變電阻VR的值為100歐姆。

本發(fā)明實(shí)施例采用的報(bào)警模塊900分為報(bào)警信號(hào)燈、蜂鳴器及驅(qū)動(dòng)電路三部分，其中每種氣體都具有單獨(dú)報(bào)警信號(hào)燈，在探測(cè)器周?chē)O(shè)定足夠多的報(bào)警信號(hào)燈，使在探測(cè)器四周360度均可見(jiàn)報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器分為板載蜂鳴器和外置蜂鳴器，板載蜂鳴器功率小，用于探測(cè)器故障報(bào)警；外置蜂鳴器功率大，用于探測(cè)器火災(zāi)報(bào)警。請(qǐng)參照?qǐng)D4，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)了8個(gè)LED和兩個(gè)蜂鳴器LS1和P2用于報(bào)警，每種氣體濃度升高達(dá)到設(shè)定報(bào)警閾值，均會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的兩個(gè)LED燈發(fā)亮，兩個(gè)LED燈分別布置于探測(cè)器兩側(cè)，便于人員圍繞探測(cè)器360度可見(jiàn)報(bào)警燈光信號(hào)。為保證亮度和響度，使用一片大電流復(fù)合晶體管uln2003作為L(zhǎng)ED和蜂鳴器的電流驅(qū)動(dòng)器。其中在板的蜂鳴器為3.3V供電，應(yīng)選擇支持3.3V的型號(hào)；外接蜂鳴器直接由VCC電源供電，可通過(guò)限流電阻R23調(diào)整響度。

相對(duì)于一般火災(zāi)類(lèi)型，電力電纜火災(zāi)具有明顯的特點(diǎn)。通常通訊電纜的護(hù)套材料為聚氯乙烯(PVC)，動(dòng)力電纜外套材料為合成橡膠。在火災(zāi)起始階段，PVC和橡膠會(huì)先經(jīng)歷升溫、軟化、降解和分解的過(guò)程。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，聚氯乙烯和合成橡膠在降解和分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO、CO₂、NOx、CxHy等物質(zhì)。根據(jù)裂解出來(lái)的CO、CO₂、NOx、CxHy等氣體，采用相應(yīng)的氣體傳感器，可以在發(fā)生劇烈燃燒之前及時(shí)預(yù)警電纜火情。鑒于氣體傳感器容易受到污染，從而影響可靠性這一問(wèn)題，本發(fā)明采用四種不同類(lèi)型的傳感器，結(jié)合權(quán)重耦合算法，可以在一種甚至幾種傳感器受到影響的情況下，系統(tǒng)整體上仍具有優(yōu)良的探測(cè)報(bào)警和抗誤報(bào)能力。

在算法設(shè)計(jì)上，本發(fā)明采用變閾值算法，每種氣體的濃度對(duì)總的探測(cè)報(bào)警信號(hào)都具有一個(gè)權(quán)重，這個(gè)權(quán)重隨著氣體濃度的變化而變化，單獨(dú)一種氣體的濃度達(dá)到設(shè)定閾值，探測(cè)器即會(huì)發(fā)出報(bào)警；或者每種氣體的濃度都處于較低水平，但是結(jié)合權(quán)重之后的加權(quán)值達(dá)到報(bào)警閾值，也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)系統(tǒng)自檢發(fā)現(xiàn)某一種氣體傳感器模塊發(fā)生故障，其他幾種氣體濃度權(quán)重及報(bào)警閾值會(huì)發(fā)生變化，以使探測(cè)器依舊保持高靈敏度和高可靠性。

與已有的火災(zāi)報(bào)警器相比，本發(fā)明針對(duì)電纜火災(zāi)產(chǎn)生的特殊氣體，采用四種典型的氣體傳感器，結(jié)合變閾值算法，能夠使探測(cè)器對(duì)電纜火災(zāi)初期氣體產(chǎn)物非常敏感，任意一種氣體濃度或者幾種氣體濃度處于較低水平均可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，保證探測(cè)的高靈敏度；同時(shí)又可以在一種或者幾種氣體傳感器出現(xiàn)故障情況下，依舊保持著火災(zāi)探測(cè)功能的可靠性；溫度、濕度、干擾氣體等環(huán)境參數(shù)的變化，對(duì)不同種類(lèi)的氣體傳感器影響不一樣，通過(guò)對(duì)氣體傳感器輸出值的修正，從而最大化的減小外界非火災(zāi)信號(hào)的干擾。綜上所述，本發(fā)明的電纜火災(zāi)氣體復(fù)合探測(cè)器具有極早期、高靈敏度、低誤報(bào)率、抗環(huán)境干擾、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。