一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法与流程

本发明属于消防技术领域，具体是一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法。

背景技术：

烟雾探测器，也被称为感烟式火灾探测器、烟感探测器、感烟探测器、烟感探头和烟感传感器，主要应用于消防系统，在安防系统建设中也有应用。烟雾探测器主要是通过监测烟雾的浓度信息并设计报警算法来实现火灾防范的；

公开号为cn208092906u的专利文件公开了一种光电式烟雾探测器，包括光学迷宫、主红外发射管和主红外接收管，其还包括副红外发射管、副红外接收管、红外发光二极管驱动电路、运算放大电路和主控制器，所述主红外发射管、主红外接收管、副红外发射管和副红外接收管均设置于光学迷宫内，所述主红外发射管和副红外发射管均与红外发光二极管驱动电路连接，主红外接收管和副红外接收管均与运算放大电路连接，所述红外发光二极管驱动电路和运算放大电路均与主控制器连接。

由于水雾、灰尘等大颗粒气溶胶对光的散色能力较强，进而输出较大的烟雾信号，水雾、灰尘等非火灾引起的误报，一直是行业亟待解决的难题。现有光电式烟雾探测器采用的增益方案多为设置一固定增益方式，即不同的烟雾信号浓度均采用一固定增益，此方式存在如下问题：当烟雾浓度较高时或有灰尘、水雾存在时，极端易达到ad采样的上限admax，从而导致信号输出饱和，单一发射管的信号特征、多个发射管信号相互关系特征均不再有意义，现有解决方法多为设计的报警算法在烟雾浓度低时即触发报警或超过一定阈值后直接触发报警的方式，直接影响了探测器的适用性，为了解决上述问题，现提供一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法。

本发明所要解决的技术问题为：如何在保证较大范围内烟雾信号特征的有效性的同时，扩大光电式烟雾探测器响应量程。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法，具体包括以下步骤：

第一步：通过信号采集模块获取烟雾浓度，通过烟雾浓度获得烟雾信号；

第二步：通过增益选定模块确定增益等级，并获得该增益等级所对应的增益值；并获得对应的初始信号；

第三步：根据最小增益值以及所对应的最大总输出信号，获得最大响应量程；

所述增益选定模块确定增益值的过程具体包括以下步骤：

步骤一：初始化增益等级，并通过信号采集模块采集不同增益等级情况下的初始信号；

步骤二：获取信号输出模块的总输出信号并判断是否大于admax*α，若大于admax*α则执行步骤三；若小于admax*α则执行步骤四；

步骤三：通过增益选定模块判断当前增益等级是否为最小增益等级，若不是最小增益等级，则将增益等级调整为当前增益等级小一等级的增益等级，并重复步骤二；若当前增益等级是最小增益等级，则停止调整增益等级，并执行步骤六；

步骤四：判断信号输出模块当前总输出信号是否小于s0(kmin) admax*β，若小于s0(kmin) admax*β，则执行步骤五；若大于s0(kmin) admax*β，则增益等级调整完成，不再对增益等级进行调整，执行步骤七；

步骤五：通过增益选定模块判断当前增益等级是否为最大增益等级，若不是，将增益等级调整为当前增益等级的大一个等级的增益等级，然后重复步骤二；若当前增益等级是最大增益等级，则停止调整增益等级，执行步骤七；

步骤六：判断信号输出模块的当前总输出信号是否等于admax，若是则数据无效，若信号输出模块的当前总输出信号小于admax，则执行步骤七；

步骤七：获得烟雾信号的归一化量度，形成有效采集数据，并通过数据输出模块上传至控制器。

进一步地，信号采集模块获取信号信息的具体过程包括以下步骤

步骤x1：获取当前增益等级，并将当前增益等级标记i，将当前增益等级所对应的增益值标记为ki，其中i＝1，2，……，n，n为整数且n≥3；

步骤x2：获取增益等级为i时的初始信号，并将初始信号标记为s0；

步骤x3：获取烟雾浓度，并将烟雾浓度标记为m，同时获取发光管的驱动电流值，并将发光管的驱动电流值标记为i；

步骤x4：将步骤x1-x3获得的数据发送至信号输出模块。

进一步地，所述信号输出模块用于获取探测器的总输出信号，探测器的总输出信号包括初始信号与烟雾信号，通过公式ys＝i*ki*kc*m获得烟雾信号ys，则探测器的总输出信号sz＝s0(ki) ys；其中kc为光电转换系数，且kc＞0。

进一步地，所述步骤一中，不同增益等级情况下的初始信号获取过程具体包括以下步骤：

步骤s1：设置多个增益等级，并将每个增益等级标记为i；并根据每个增益等级设置对应的增益值ki；

步骤s2：获取s0在增益值为ki时的初始信号s0＝s0(ki)；且满足当ki＝kmax时，s0(kmax)≤admax×θ，并将s0(ki)进行存储。

进一步地，所述步骤七中烟雾信号的归一化量度的具体获取过程包括以下步骤：

步骤n1：通过公式ys＝sz-s0(ki)获得烟雾信号ys；

步骤n2：当ki＝kmax时，则ysmax＝i*kmax*kc*m；

步骤n3：通过公式ysg＝ys*kmax/ki获得烟雾信号的归一化量度值ysg；

步骤n4：将ki＝kmax与ki＝kmin分别代入公式ysg＝ys*kmax/ki，获得探测器的量程范围为[ys，ys*kmax/kmin]。

进一步地，将光发射管v1和光敏二极管v2均放置在光学迷宫中，当d1为8路开关时，则实现对电阻r4～r11共8个电阻进行选择，且阻值大小满足r4<r5<r6<r7<r8<r9<r10<r11；n1为放大器，增益值由r3和d1所选择的电阻决定，则增益值ki＝[k1，k2，k3，k4，k5，k6，k7，k8]共8个不同的增益值，其中k1＝(r4/r3 1)，k2＝(r5/r3 1)，k3＝(r6/r3 1)，k4＝(r7/r3 1)，k5＝(r8/r3 1)，k6＝(r9/r3 1)，k7＝(r10/r3 1)，k8＝(r11/r3 1)，kmin＝k1，kmax＝k8，放大器n1将输出信号送至信号采集模块；无烟雾的洁净环境中控制d1切换不同增益值，测量增益值k1～k8的总输出信号，则s0＝[s0(k1)，s0(k2)，s0(k3)，s0(k4)，s0(k5)，s0(k6)，s0(k7)，s0(k8)]，选择电阻r11满足s0(k8)≤admax*θ，保存初始信号s0至存储器中；m为烟雾浓度，无烟雾的洁净环境中m＝0，增益为k8；当有烟雾时则从步骤二开始按照上述流程执行，根据以上分析，采用此方法后的量程范围admax*α*k8/k1，从而实现响应量程范围的扩大。

本发明的有益效果：通过信号采集模块获取烟雾浓度，通过烟雾浓度获得烟雾信号；通过增益选定模块确定增益等级，并获得该增益等级所对应的增益值；并获得对应的初始信号；首先初始化增益等级，并通过信号采集模块采集不同增益等级情况下的初始信号；获取信号输出模块的总输出信号并判断是否大于admax*α，若大于admax*α，则判定当前增益等级是否为最小等级；若小于admax*α，则判定当前增益等级是否为最大增益等级；并判断信号输出模块当前总输出信号是否小于s0(kmin) admax*β，若小于s0(kmin) admax*β，若大于s0(kmin) admax*β，则增益等级调整完成；通过增益选定模块判断当前增益等级是否为最小增益等级，若不是最小增益等级，则将增益等级调整为当前增益等级小一等级的增益等级，则继续判定当前增益等级是否为最小增益等级；若当前增益等级是最小增益等级，则停止调整增益等级；若当前增益等级是最大增益等级，则停止调整增益等级，并通过数据输出模块上传至控制器，即通过公式ys＝i*ki*kc*m获得烟雾信号ys；当ki＝kmax时，则ysmax＝i*kmax*kc*m；通过公式ysg＝i*kmax*kc*m/ki获得烟雾信号的归一化量度值ysg；将ki＝kmax与ki＝kmin分别代入公式ysg＝i*kmax*kc*m/ki，即可获得探测器的量程范围为[i*kmax*kc*m/kmin，i*kc*m]；判断信号输出模块的当前总输出信号是否等于admax，若总输出信号是否等于admax，则数据无效，若信号输出模块的当前总输出信号小于admax，获得烟雾信号的归一化量度，形成有效采集数据，并通过数据输出模块上传至控制器，通过公式ys＝sz-s0(ki)获得烟雾信号ys；当ki＝kmax时，则ysmax＝i*kmax*kc*m；通过公式ysg＝ys*kmax/ki获得烟雾信号的归一化量度值ysg；将ki＝kmax与ki＝kmin分别代入公式ysg＝ys*kmax/ki，获得探测器的量程范围为[ys，ys*kmax/kmin]；

在具体操作过程中，将光发射管v1和光敏二极管v2均放置在光学迷宫中，当d1为8路开关时，则实现对电阻r4～r11共8个电阻进行选择，且阻值大小满足r4<r5<r6<r7<r8<r9<r10<r11；n1为放大器，增益值由r3和d1所选择的电阻决定，则增益值ki＝[k1，k2，k3，k4，k5，k6，k7，k8]共8个不同的增益值，其中k1＝(r4/r3 1)，k2＝(r5/r3 1)，k3＝(r6/r3 1)，k4＝(r7/r3 1)，k5＝(r8/r3 1)，k6＝(r9/r3 1)，k7＝(r10/r3 1)，k8＝(r11/r3 1)，kmin＝k1，kmax＝k8，放大器n1将输出信号送至信号采集模块；无烟雾的洁净环境中控制d1切换不同增益值，测量增益值k1～k8的总输出信号，则s0＝[s0(k1)，s0(k2)，s0(k3)，s0(k4)，s0(k5)，s0(k6)，s0(k7)，s0(k8)]，选择电阻r11满足s0(k8)≤admax*θ，保存初始信号s0至存储器中；m为烟雾浓度，无烟雾的洁净环境中m＝0，增益为k8；当有烟雾时则从步骤二开始按照上述流程执行，根据以上分析，采用此方法后的量程范围admax*α*k8/k1，从而实现响应量程范围的扩大；通过信号采集模块采集初始信号和烟雾信号、再通过增益选定模块进行动态调整增益，保证较大范围内烟雾信号特征的有效性，再根据检测到总输出信号大小，并将不同增益下的烟雾信号值进行量度统一，进而实现扩大光电式烟雾探测器的响应量程的目的，通过扩大光电式烟雾探测器响应量程，进而提高现有光电探测器的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法的流程图；

图2为一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法的原理框图；

图3为一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法的电路图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种扩大光电式烟雾探测器响应量程的方法，具体包括以下步骤：

第一步：通过信号采集模块获取烟雾浓度，通过烟雾浓度获得烟雾信号；

第二步：通过增益选定模块确定增益等级，并获得该增益等级所对应的增益值；并获得对应的初始信号；

第三步：根据最小增益值以及所对应的最大总输出信号，获得最大响应量程。

所述增益选定模块确定增益值的过程具体包括以下步骤：

步骤一：初始化增益等级，并通过信号采集模块采集不同增益等级情况下的初始信号；

步骤二：获取信号输出模块的总输出信号并判断是否大于admax*α，若大于admax*α则执行步骤三；若小于admax*α则执行步骤四；其中α为系统因数，且0＜α＜1；admax为采样上线；

步骤三：通过增益选定模块判断当前增益等级是否为最小增益等级，若不是最小增益等级，则将增益等级调整为当前增益等级小一等级的增益等级，并重复步骤二；若当前增益等级是最小增益等级，则停止调整增益等级，并执行步骤六；

步骤四：判断信号输出模块当前总输出信号是否小于s0(kmin) admax*β，若小于s0(kmin) admax*β，则执行步骤五；若大于s0(kmin) admax*β，则增益等级调整完成，不再对增益等级进行调整，执行步骤七；其中β为系统因数，且0＜β＜α＜1；

步骤五：通过增益选定模块判断当前增益等级是否为最大增益等级x，若不是，则将增益等级调整为当前增益等级的大一个等级的增益等级，然后重复步骤二；若当前增益等级是最大增益等级，则停止调整增益等级，执行步骤七；

步骤六：判断信号输出模块的当前总输出信号是否等于admax，若是则数据无效，若信号输出模块的当前总输出信号小于admax，则执行步骤七；

步骤七：获得烟雾信号的归一化量度，形成有效采集数据，并通过数据输出模块上传至控制器。

通过信号采集模块获取信号信息的具体过程包括以下步骤：

步骤x1：获取当前增益等级，并将当前增益等级标记i，将当前增益等级所对应的增益值标记为ki，其中i＝1，2，……，n，n为整数且n≥3；

步骤x2：获取增益等级为i时的初始信号，并将初始信号标记为s0；

步骤x3：获取烟雾浓度，并将烟雾浓度标记为m，同时获取发光管的驱动电流值，并将发光管的驱动电流值标记为i；

步骤x4：将步骤x1-x3获得的数据发送至信号输出模块；

其中初始信号s0指在没有烟雾信号点亮发射管时，接收管响应的信号，且初始信号s0和迷宫黑度、增益等级、发光管的驱动电流值、运放失调电压相关。

所述信号输出模块用于获取探测器的总输出信号，探测器的总输出信号包括初始信号与烟雾信号，通过公式ys＝i*ki*kc*m获得烟雾信号ys，则探测器的总输出信号sz＝s0(ki) ys；其中kc为光电转换系数，且kc＞0。

所述步骤一中，不同增益等级情况下的初始信号获取过程具体包括以下步骤：

步骤s1：设置多个增益等级，并将每个增益等级标记为i；并根据每个增益等级设置对应的增益值ki，其中i＝1，2，……，n，n为整数且n≥3；其中k1＜k2＜k3……＜kn，且k1＝kmin，kn＝kmax；

步骤s2：获取s0在增益值为ki时的初始信号s0＝s0(ki)；当ki＝kmax时，s0(kmax)≤admax×θ，并将s0(ki)进行存储，其中θ为系统因数，且0＜β＜θ＜α＜1；

所述步骤七中烟雾信号的归一化量度的具体获取过程包括以下步骤：

步骤n1：通过公式ys＝sz-s0(ki)获得烟雾信号ys；

步骤n2：当ki＝kmax时，则ysmax＝i*kmax*kc*m；

步骤n3：通过公式ysg＝ys*kmax/ki获得烟雾信号的归一化量度值ysg；

步骤n4：将ki＝kmax与ki＝kmin分别代入公式ysg＝ys*kmax/ki，获得探测器的量程范围为[ys，ys*kmax/kmin]。

实施例2

其中，图3中的vcc为电源，vcc为光发射管v3提供电源，r1为限流电阻，且r1为固定值；v1为控制发射管的开关，v2为光敏接收管，r2采样电阻，可以获得发光管的驱动电流为i＝vcc/r1，且可以得知发射管驱动电流为固定值；

在具体实施过程中，将光发射管v1和光敏二极管v2均放置在光学迷宫中，当d1为8路开关时，则实现对电阻r4～r11共8个电阻进行选择，且阻值大小满足r4<r5<r6<r7<r8<r9<r10<r11；n1为放大器，增益值由r3和d1所选择的电阻决定，则增益值ki＝[k1，k2，k3，k4，k5，k6，k7，k8]共8个不同的增益值，其中k1＝(r4/r3 1)，k2＝(r5/r3 1)，k3＝(r6/r3 1)，k4＝(r7/r3 1)，k5＝(r8/r3 1)，k6＝(r9/r3 1)，k7＝(r10/r3 1)，k8＝(r11/r3 1)，kmin＝k1，kmax＝k8，放大器n1将输出信号送至信号采集模块；无烟雾的洁净环境中控制d1切换不同增益值，测量增益值k1～k8的总输出信号，则s0＝[s0(k1)，s0(k2)，s0(k3)，s0(k4)，s0(k5)，s0(k6)，s0(k7)，s0(k8)]，选择电阻r11满足s0(k8)≤admax*θ，保存初始信号s0至存储器中；m为烟雾浓度，无烟雾的洁净环境中m＝0，增益为k8；当有烟雾时则从步骤二开始按照上述流程执行，根据以上分析，采用此方法后的量程范围admax*α*k8/k1，从而实现响应量程范围的扩大。

本发明的工作原理：通过信号采集模块获取烟雾浓度，通过烟雾浓度获得烟雾信号；通过增益选定模块确定增益等级，并获得该增益等级所对应的增益值；并获得对应的初始信号；首先初始化增益等级，并通过信号采集模块采集不同增益等级情况下的初始信号；获取信号输出模块的总输出信号并判断是否大于admax*α，若大于admax*α，则判定当前增益等级是否为最小等级；若小于admax*α，则判定当前增益等级是否为最大增益等级；并判断信号输出模块当前总输出信号是否小于s0(kmin) admax*β，若小于s0(kmin) admax*β，若大于s0(kmin) admax*β，则增益等级调整完成；通过增益选定模块判断当前增益等级是否为最小增益等级，若不是最小增益等级，则将增益等级调整为当前增益等级小一等级的增益等级，则继续判定当前增益等级是否为最小增益等级；若当前增益等级是最小增益等级，则停止调整增益等级；若当前增益等级是最大增益等级，则停止调整增益等级，并通过数据输出模块上传至控制器，通过公式ys＝sz-s0(ki)获得烟雾信号ys；当ki＝kmax时，则ysmax＝i*kmax*kc*m；通过公式ysg＝ys*kmax/ki获得烟雾信号的归一化量度值ysg；将ki＝kmax与ki＝kmin分别代入公式ysg＝ys*kmax/ki，获得探测器的量程范围为[ys，ys*kmax/kmin]。

在具体操作过程中，将光发射管v1和光敏二极管v2均放置在光学迷宫中，当d1为8路开关时，则实现对电阻r4～r11共8个电阻进行选择，且阻值大小满足r4<r5<r6<r7<r8<r9<r10<r11；n1为放大器，增益值由r3和d1所选择的电阻决定，则增益值ki＝[k1，k2，k3，k4，k5，k6，k7，k8]共8个不同的增益值，其中k1＝(r4/r3 1)，k2＝(r5/r3 1)，k3＝(r6/r3 1)，k4＝(r7/r3 1)，k5＝(r8/r3 1)，k6＝(r9/r3 1)，k7＝(r10/r3 1)，k8＝(r11/r3 1)，kmin＝k1，kmax＝k8，放大器n1将输出信号送至信号采集模块；无烟雾的洁净环境中控制d1切换不同增益值，测量增益值k1～k8的总输出信号，则s0＝[s0(k1)，s0(k2)，s0(k3)，s0(k4)，s0(k5)，s0(k6)，s0(k7)，s0(k8)]，选择电阻r11满足s0(k8)≤admax*θ，保存初始信号s0至存储器中；m为烟雾浓度，无烟雾的洁净环境中m＝0，增益为k8；当有烟雾时则从步骤二开始按照上述流程执行，根据以上分析，采用此方法后的量程范围admax*α*k8/k1，从而实现响应量程范围的扩大。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。