本發(fā)明專利技術公開了一種基于前向小角度散射的光電感煙探測器，包括有探測腔室探測腔室依次共光軸設置有光源、入射透鏡、接收透鏡系統(tǒng)、探測器，接收透鏡系統(tǒng)和探測器之間設置有隔板，入射透鏡將光源的入射光聚焦于探測腔室中心處顆粒群上，接收透鏡系統(tǒng)將探測腔室中心處顆粒群的前向小角度散射光傳輸至探測器上。本發(fā)明專利技術降低了對探測器靈敏度的要求，提高了煙霧顆粒的響應，降低了探測器的誤報，減小了獲得散射光強分布的誤差。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及火災探測
，具體為一種基于前向小角度散射的光電感煙探測O
技術介紹
火災探測是防止火災發(fā)生的重要手段，基于光散射原理的光電感煙探測器是當前 火災探測報警系統(tǒng)采用最廣泛的常規(guī)探測器。現(xiàn)有技術的光電感煙探測器通常采用在前向 或后向某一特定散射角度接收某一特定波長(通常為近紅外光)的散射光強信號來實現(xiàn)煙 霧顆粒的感知，如專利CN101147053，CN1198237等。這類探測器主要存在無法有效識別 灰塵等干擾顆粒導致容易產(chǎn)生誤報的缺陷。誤報的存在嚴重地影響了光電感煙探測器的 使用，美國國家消防協(xié)會(National Fire Protection Association)在2004年的一份名 為《誤報和意外啟動美國感煙探測器和其他探測/報警設備調(diào)查》CTalse Alarms and Unwanted Activiations，， From: U.S. Experience with Smoke Alarms and other Fire Detection/Alarm Equipment)研究報告中指出，為了減少探測器誤報對生活的干擾，人們 通常將探測器中的電池移除，感煙探測器的電池移除率是其他類似電器的8倍。誤報的存 在往往使得光電感煙探測器在真實火災發(fā)生時無法發(fā)揮其應用的報警功能，從而給社會造 成重大損失。作為現(xiàn)有技術的改進，一些探測器已經(jīng)提出了使用兩個不同波長的光源，利用顆 粒散射得到的不同波長的信號的差值來識別灰塵和煙霧信號，如專利CN101135630A等。該 技術利用雙波長散射信號相減后的方法來抑制對大尺寸灰塵顆粒的響應的同時也不可避 免了抑制了對煙霧顆粒的響應。作為現(xiàn)有技術的改進的另一種方案，在CN 1234003C、CN101036173A等專利中提 出采用前向和后向分別設置接收器，利用前向和后向散射光的比值或某種其他的組合運算 來識別黑煙(白煙)和灰塵。此技術涉及到在后向角度探測散射光，而煙霧，尤其是黑煙顆粒 的后向散射十分微弱，因此對探測器靈敏度的要求比較高。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種基于前向小角度散射的光電感煙探測器，利用散射信 號最強的前向小角度散射實現(xiàn)對煙霧顆粒的高靈敏度響應，降低了對器件靈敏度的要求， 并有效地改進對灰塵等大尺寸干擾顆粒的識別。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案為一種基于前向小角度散射的光電感煙探測器，其特征在于包括有構成暗室環(huán)境的探 測腔室，所述探測腔室中心一側依次設置有光源、入射透鏡，所述入射透鏡的焦點位于探測 腔室中心處，入射透鏡將光源的入射光聚焦于探測腔室中心處顆粒群上，所述探測腔室中 心另一側依次設置有接收透鏡系統(tǒng)、探測器，所述光源、入射透鏡、接收透鏡系統(tǒng)、探測器的 探測面共光軸，接收透鏡系統(tǒng)和探測器之間設置有位于探測器的探測面中心處的隔板，所述接收透鏡系統(tǒng)將探測腔室中心處顆粒群的前向小角度散射光傳輸至探測器上，所述探測 器與外部的信號處理單元連接。所述的一種基于前向小角度散射的光電感煙探測器，其特征在于所述接收透鏡 系統(tǒng)包括共光軸設置的第一接收透鏡、第二接收透鏡，所述第一、第二接收透鏡均為消色差 平凸薄透鏡，其中第一接收透鏡的焦點位于探測腔室中心處，所述第一接收透鏡接收探測 腔室中心處顆粒群的前向小角度散射光并成像于像平面，所述第二接收透鏡使位于所述像 平面上的散射光以垂直于探測器探測面的角度平行入射至探測器的探測面上。所述的一種基于前向小角度散射的光電感煙探測器，其特征在于所述探測器為 線陣探測器，或者為多個光電二極管構成的探測器陣列，所述接收透鏡系統(tǒng)中第二接收透 鏡使位于像平面上的散射光以垂直于探測器探測面的角度平行入射至探測器的探測面上， 同時使不同散射角的散射光對應線陣探測器的不同相元，或者是多個光電二極管構成的探 測器陣列的不同探測位置。顆粒光散射特征是顆粒某些性質(zhì)的體現(xiàn)，主要包括顆粒的粒徑和折射率。根據(jù) 《火災全期刊》(Fire Safety Journal) 2006年第41卷第266頁到第273頁上的論文《試 驗火煙顆粒光學性質(zhì)的在線測量》(On-line determination of optical properties of particles produced by test fires)公開的內(nèi)容，正庚烷和聚氨酯燃燒產(chǎn)生的黑煙顆粒與 木材陰燃和棉繩陰燃產(chǎn)生的灰(白)煙顆粒，在粒徑分布上的區(qū)別并不明顯，主要分布在10 納米到1微米范圍，幾何平均粒徑為200納米左右，幾何標準偏差通常在2附近；而黑煙顆 粒和灰(白)煙顆粒在光散射強度上的差別主要是由折射率不同引起的黑煙顆粒折射率虛 部通常較大，因此產(chǎn)生較強的光吸收，導致光散射強度偏小。灰塵顆粒是由環(huán)境中的天然物 質(zhì)或生物體的磨蝕或非熱分解所產(chǎn)生的，與煙霧顆粒相比，灰塵顆粒的尺寸一般非常大，主 要分布在1微米到100微米粒徑范圍之內(nèi)。煙霧和灰塵顆粒在可見近紅外波段的光散射強度在前向小散射角度的分布呈以 下特征散射角由0度開始增加的過程中，煙霧和灰塵顆粒的光散射強度都由大變小；但兩 者在散射強度隨散射角增大而下降的幅度上存在明顯差別，相比煙霧顆粒，灰塵顆粒在前 20度散射角范圍內(nèi)可以下降到幾個數(shù)量級的差別，而煙霧顆粒通常則下降不超過一個數(shù)量 級。本專利技術通過在前向零度散射角附近的小散射角范圍內(nèi)固定設置探測系統(tǒng)，通過該探測 系統(tǒng)可以獲得前向小角度光強分布，利用該光強分布信息可以有效分辨煙霧顆粒和灰塵顆 粒。本專利技術利用顆粒散射能量最為集中的前向小角度散射，降低了對探測器靈敏度的 要求，提高了煙霧顆粒的響應。利用前向光強分布信息可以簡單有效地實現(xiàn)煙霧顆粒和灰 塵顆粒的識別，降低了探測器的誤報。接收透鏡系統(tǒng)的使用避免了入射角度不同造成探測 器響應不一致的問題，減小了獲得散射光強分布的誤差。附圖說明圖1為本專利技術的基于前向小角度散射的光電感煙探測器平面示意圖。圖2為本專利技術的透鏡系統(tǒng)組成示意圖。圖3為532nm波長下典型煙霧顆粒和灰塵顆粒前向小角度散射光強度相對分布計算結果圖。具體實施例方式如圖1、圖2所示。本專利技術包括光發(fā)射部分、光接收部分以及信號處理系統(tǒng)。光發(fā) 射部分包括光源1和入射透鏡2，光源1出射的光束經(jīng)入射透鏡2聚焦后入射至探測腔室8 中心位置的散射中心3，與進入散射中心3的顆粒群4發(fā)生光散射作用。光接收部分包括接 收透鏡系統(tǒng)5，隔板6，探測器7，接收透鏡系統(tǒng)5將散射中心發(fā)出的散射基準平面內(nèi)前向小 角度散射光傳輸?shù)教綔y器7探測面上，散射基準平面可以為經(jīng)過入射光束的任一平面。隔 板6位于接收透鏡系統(tǒng)5和探測器7之間的發(fā)射光路上，用于擋住經(jīng)過煙霧顆粒后的入射 光線，避免直接照射到探測器7，探測器7為線陣探測器或者由多個光電二極管組成的探測 器陣列，用于測量成像后的一維散射光強度分布。接收透鏡系統(tǒng)5由兩組消色差平凸薄透 鏡構成，第一接收透鏡5-1收集散射中心前向小角度散射光并成像于像平面，第二接收透 鏡5-2使位于像平面上的散射光以垂直于探測器7探測面的角度平行入射到探測器7探 測面上，同時使不同散射角的散射光對應不同的探測器7探測位置或線陣探測器的不同相兀。本專利技術所提供的基于前向小角度散射的光電感煙探測器，是應用探測系統(tǒng)接收到的散 射光隨散射角本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
１．一種基于前向小角度散射的光電感煙探測器，其特征在于：包括有構成暗室環(huán)境的探測腔室，所述探測腔室中心一側依次設置有光源、入射透鏡，所述入射透鏡的焦點位于探測腔室中心處，入射透鏡將光源的入射光聚焦于探測腔室中心處顆粒群上，所述探測腔室中心另一側依次設置有接收透鏡系統(tǒng)、探測器，所述光源、入射透鏡、接收透鏡系統(tǒng)、探測器的探測面共光軸，接收透鏡系統(tǒng)和探測器之間設置有位于探測器的探測面中心處的隔板，所述接收透鏡系統(tǒng)將探測腔室中心處顆粒群的前向小角度散射光傳輸至探測器上，所述探測器與外部的信號處理單元連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張永明，張啟興，方俊，王進軍，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發(fā)明
國別省市：34
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