一种热解粒子电气火灾监控装置及配电箱的制作方法

1.本实用新型涉及电气火灾监控技术领域，特别涉及一种热解粒子电气火灾监控装置及配电箱。


背景技术：

2.随着生活水平的提高，居民用电量的逐渐增大，而由电气故障引发的火灾是电气火灾的主要原因，占整个电气火灾的70％。而配电箱内部是一个封闭空间，并且元器件、接头以及电缆数量比较多，所以容易发生由于短路、过负荷、接触电阻过大、故障电弧以及漏电等原因引发的电气故障，因此需要重点保护。
3.现有配电箱电气火灾监控设备，仅有对剩余电流以及温度的探测，难以实现早期电气火灾的探测，因此需要进一步提高对电气火灾的探测技术。
4.目前，市面上出现了一些热解粒子探测器，但这些热解粒子探测器大多使用电化学方法，利用线缆热解析出的热解粒子会与某些材料发生化学反应，从而可以探测出是否有电气火灾发生，但此种方法存在一定的缺陷，比如化学反应时间长，容易受别的气体干扰，因此响应速度慢，误报率高。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种热解粒子电气火灾监控装置及配电箱，通过对配电箱等电气设备内部导线绝缘外皮过热后热解粒子hcl的析出程度进行探测，能够及时发现火灾隐患、及时报警并切断电路，减少生命财产损失，提高对配电箱等电气设备早期电气火灾检测的准确率。
6.本实用新型采用如下技术方案：
7.一方面，一种热解粒子电气火灾监控装置，包括：
8.激光器驱动模块，用于输出恒定大小的电流信号；
9.激光器，与所述激光器驱动模块相连接，用于在所述电流信号的驱动下发射激光光束；
10.分光器件，与所述激光器相连接，用于将所述激光光束分成光强相等的参考激光光束和测试激光光束；
11.第一光电探测器，与所述分光器件相连接，用于接收所述参考激光光束并转换成第一电信号；
12.全通式气室，与所述分光器件相连接，用于接收所述测试激光光束，所述测试激光光束被全通式气室内的热解粒子吸收后输出目标激光光束；
13.第二光电探测器，与所述全通式气室相连接，用于接收所述目标激光光束并转换成第二电信号；
14.信号处理模块，与所述第一光电探测器和第二光电探测器分别相连接，用于对所述第一电信号和所述第二电信号进行除法处理后输出；
15.单片机，与所述信号处理模块相连接，基于所述信号处理模块的输出，判断是否存在火灾隐患，如果存在输出相应的指令；
16.报警模块，与所述单片机相连接，用于产生报警信号；
17.断路器模块，与所述单片机相连接，用于切断主电路输入。
18.优选的，所述全通式气室包括依次设置的第一光纤转接架、第一凸透镜、第二凸透镜和第二光纤转接架；所述第一光纤转接架与所述测试激光光束相连接，经所述第一凸透镜、第二凸透镜和第二光纤转接架输出目标激光光束。
19.优选的，所述第一光纤转接架、第一凸透镜、第二凸透镜和第二光纤转接架依次固定在连接件上；所述接件包括一根横梁。
20.优选的，所述连接件包括两个及以上。
21.优选的，所述激光器输出光的中心波长为1742nm；
22.优选的，所述分光器件为1
×
2的分束器，分光比为1：1，将光源发出的光均匀地分为两束，一束为参考激光光束，另一束为测试激光光束。
23.优选的，所述信号处理模块包括依次相连接的除法电路、低通滤波电路和信号放大电路；所述信号放大电路与所述单片机相连接。
24.优选的，所述的热解粒子电气火灾监控装置，还包括：激光器温度控制模块；所述激光器温度控制模块与所述单片机和所述激光器分别相连接以控制激光器的内部温度。
25.另一方面，一种配电箱，包括配电箱本体，还包括所述的热解粒子电气火灾监控装置：所述热解粒子电气火灾监控装置设置在所述配电箱本体内部。
26.优选的，所述的配电箱，还包括显示模块和配电箱温度检测模块；所述显示模块设置在配电箱外部前面板；所述配电箱温度检测模块设置在所述配电箱本体内部；所述配电箱温度检测模块与所述单片机相连接以发送检测到的配电箱内部的实时温度；所述显示模块与所述单片机相连接以接收配电箱内部的实时温度并进行显示。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
28.(1)本实用新型能够检测封闭空间中的热解粒子析出程度，借助参考激光光束对待测信号进行比值归一化，得到一个无量纲的数值，可以消除激光器输出功率和波长的变化对气体检测结果的影响；
29.(2)本实用新型采用全通式气室，利用两根横梁将气室输入端与输出端的第一光纤转接架、第一凸透镜、第二凸透镜、第二光纤转接架和第二光电探测器等连接起来，以便配电箱等电气设备内的热解粒子能够没有阻拦地最大程度进入气室中被检测；
30.(3)本实用新型的采用两个凸透镜集成在全通式气室内部，以增加激光光束的吸收面积，避免了多光路的复杂性，增加检测结果的准确性；
31.(4)本实用新型的全通式气室通过两根横梁将第一光纤转接架、第一凸透镜、第二凸透镜、第二光纤转接架进行固定连接，增强了全通式气室的机械稳定性，减小了整套装置的体积并且易于安装。
32.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本实用新型的具体实施方式。
33.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更
加明了本实用新型的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
34.图1为本实用新型实施例的热解粒子电气火灾监控装置的结构示意图；
35.图2为本实用新型实施例的全通式气室的结构示意图；
36.图3为本实用新型实施例的信号处理模块的电路示意图；
37.图4为本实用新型实施例的断路器模块的安装位置图；
38.图5为本实用新型配电箱的包括热解粒子电气火灾监控装置的结构示意图；
39.其中，1、激光器驱动模块；2、激光器；3、分光器件；4、第一光电探测器；5、全通式气室；51、第一光纤转接架；52、第一凸透镜；53、第二凸透镜；54、第二光纤转接架；55、横梁；56、示意光线；6、第二光电探测器；7、信号处理模块；71、除法电路；72、低通滤波电路；73、信号放大电路；8、单片机；9、报警模块；10、断路器模块；11、激光器温度控制模块；12、显示模块；13、配电箱温度检测模块。
具体实施方式
40.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步的详细描述。
41.参见图1所示，本实用新型一种热解粒子电气火灾监控装置，包括：
42.激光器驱动模块1，用于输出恒定大小的电流信号；
43.激光器2，与所述激光器驱动模块1相连接，用于在所述电流信号的驱动下发射激光光束；
44.分光器件3，与所述激光器2相连接，用于将所述激光光束分成光强相等的参考激光光束和测试激光光束；
45.第一光电探测器4，与所述分光器件3相连接，用于接收所述参考激光光束并转换成第一电信号；
46.全通式气室5，与所述分光器件3相连接，用于接收所述测试激光光束，所述测试激光光束被全通式气室5内的热解粒子吸收后输出目标激光光束；
47.第二光电探测器6，与所述全通式气室5相连接，用于接收所述目标激光光束并转换成第二电信号；
48.信号处理模块7，与所述第一光电探测器4和第二光电探测器6分别相连接，用于对所述第一电信号和所述第二电信号进行除法处理后输出；
49.单片机8，与所述信号处理模块7相连接，基于所述信号处理模块7的输出，判断是否存在火灾隐患，如果存在输出相应的指令；
50.报警模块9，与所述单片机8相连接，用于产生报警信号；
51.断路器模块10，与所述单片机8相连接，用于切断主电路输入。
52.具体的，所述激光器驱动模块1，用于输出恒定大小及功率的电流信号，相当于一个恒流源，能够控制所述激光器2发射激光光束。所述激光器驱动模块1的具体实现可参考现有的激光器2驱动电路，本实用新型不做具体限制。
53.所述的分光器件3通过光纤与所述第一光电探测器4及全通式气室5分别相连接。
54.本实施例中，所述激光器2输出光的中心波长为1742nm，此波长为热解粒子hcl气体的最大吸收波长。
55.进一步的，所述分光器件3为1
×
2的分束器，分光比为1：1，将光源发出的光均匀地分为两束，一束为参考激光光束，另一束为测试激光光束。
56.本实施例中，参见图2所示，所述全通式气室5包括依次设置的第一光纤转接架51、第一凸透镜52、第二凸透镜53和第二光纤转接架54；所述第一光纤转接架51与所述测试激光光束相连接，经所述第一凸透镜52、第二凸透镜53和第二光纤转接架54输出目标激光光束。
57.具体的，所述第一光纤转接架51、第一凸透镜52、第二凸透镜53和第二光纤转接架54依次固定在连接件上；所述接件包括一根横梁55。
58.本实施例中，所述横梁55包括两根。所述全通式气室5采用两根横梁55将输入端的第一光纤转接架51、第一凸透镜52、第二凸透镜53和输出端的第二光纤转接架54等连接起来，以便热解粒子能够没有阻拦的最大程度进入气室中被检测。
59.进一步地，所述第一凸透镜52和第二凸透镜53安装在全通式气室5中，第一凸透镜52将输入全通式气室5的光线分散为平行光线，所述第二凸透镜53将所述第一凸透镜52输出的平行光线汇聚成一束光线用于输出，具体参见图2中的示意光线56，第一凸透镜52和第二凸透镜53的此安装方法能够分散光束以增加热解粒子的吸收面积，使测量结果更加快速精准。
60.进一步的，所述第一光纤转接架51和第二光纤转接架54可以为铝质圆盘，圆盘中心设置有孔，孔内可设置光纤接头，输入端可以通过光纤接头与连接到所述分光器件的光纤相连接。所述的第二光电探测器可以设置在所述第二光纤转接架54外侧。
61.参见图3所示，本实施例中，所述信号处理模块7包括依次相连接的除法电路71、低通滤波电路72和信号放大电路73；所述信号放大电路73与所述单片机8相连接。
62.需要说明的是，所述除法电路71、低通滤波电路72和信号放大电路73均可通过现有技术实现，本实施例不做具体限制。所述除法电路71中，可以是第一电信号除第二电信号，也可以是第二电信号除第一电信号，具体根据需要进行设置，只需在单片机8中调整对应的预设阈值就可以。
63.本实施例中，所述的热解粒子电气火灾监控装置，还包括：激光器温度控制模块11；所述激光器温度控制模块11与所述单片机8和所述激光器2分别相连接以控制激光器2的内部温度，从而保证输出波长的稳定性。
64.具体的，本实施例的所述激光器温度控制模块11包括热敏电阻和tec(半导体制冷器)。所述激光器2集成了热敏电阻和tec(半导体制冷器)，或者，所述激光器2内设置了热敏电阻和tec(半导体制冷器)，所述热敏电阻能够采集所述激光器2内的温度并发送给所述单片机8，所述单片机8根据反馈的温度控制tec进行温度调节。
65.本实施例中，所述单片机8包括或连接有多个数模转换器，运行时，所述信号处理模块7将实时监测到的数据传输到数模转换器，经数模转换后传输到单片机8中，若单片机8发现信号异常时，立即发出指令同时到所述报警模块9和断路器模块10；若接收到单片机8发送的指令，则所述报警模块9启动声光报警器报警，以便工作人员及时赶到，所述断路器模块10切断主电输入电路(参见图4所示)，从而保护终端设备以及线路不受影响。
66.综上所述，本实施例的热解粒子电气火灾监控装置，如果待测试的电气设备(如配电箱)中未析出热解粒子，则所述测试激光光束经过所述全通式气室5后，光束不会被吸收，因此第一光电探测器4和第二光电探测器6输出的电信号会相等会近似相等，则所述单片机8不会控制所述报警模块9和断路器模块10动作；如果待测试的电气设备(如配电箱)中析出的热解粒子不多，则所述测试激光光束经过所述全通式气室5后，光束只会被少量吸收，则第一光电探测器4和第二光电探测器6输出的电信号经除法运算后未到单片机8的预设阈值，则所述单片机8也不会控制所述报警模块9和断路器模块10动作；如果待测试的电气设备(如配电箱)中析出的热解粒子较多，则所述测试激光光束经过所述全通式气室5后，光束只会被大量吸收，当第一光电探测器4和第二光电探测器6输出的电信号经除法运算后达到单片机8的预设阈值时，则所述单片机8会控制所述报警模块9和断路器模块10动作。
67.对应的，一种热解粒子电气火灾监控方法，包括：
68.通过激光器2产生恒定波长的激光光束；
69.通过分光器件3将所述激光光束分束成光强相等的参考激光光束和测试激光光束；
70.通过全通式气室5将所述测试激光光束经过热解粒子吸收后输出目标激光光束；
71.通过第一光电探测器4将所述参考激光光束转换成第一电信号；通过第二光电探测器6将所述目标激光光束转换成第二电信号；
72.通过信号处理模块7将所述第一电信号和所述第二电信进行除运算，获得一个无量纲的值；
73.通过单片机8将所述无量纲的值与预设阈值进行比较，判断是否存在火灾隐患，如果存在输出相应的指令，控制报警模块9产生报警信号及控制断路器模块10切断主电路输入。
74.进一步，本实用新型一种配电箱，包括配电箱本体，还包括所述的热解粒子电气火灾监控装置：所述热解粒子电气火灾监控装置设置在所述配电箱本体内部。
75.参见图5所示，所述的配电箱，还包括显示模块12和配电箱温度检测模块13；所述显示模块12设置在配电箱外部前面板；所述配电箱温度检测模块13设置在所述配电箱本体内部；所述配电箱温度检测模块13与所述单片机8相连接以发送检测到的配电箱内部的实时温度；所述显示模块12与所述单片机8相连接以接收配电箱内部的实时温度并进行显示，以便工作人员快速了解故障配电箱内部实时温度情况并且第一时间进行救火。所述配电箱温度检测模块13包括一温度传感器。
76.上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。