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獨立式光電感煙火災探測報警器的研制

2014-07-09 17:13李在海張培旭田秋生
科技創(chuàng)新與應用 2014年20期
關(guān)鍵詞:獨立式迷宮

李在海+張培旭+田秋生

摘 要:獨立式光電感煙火災探測報警器(下面簡稱報警器)是一款家用型光電感煙火災探測報警器,采用了后向散射迷宮以及紅外發(fā)射接收技術(shù),能夠探測火災時產(chǎn)生的煙霧,并及時發(fā)出報警信號。它主要實現(xiàn)了新國標中對于四種煙的探測,并成為首批通過新國標的獨立式感煙火災探測報警器之一。

關(guān)鍵詞:獨立式;光電感煙;后向散射;迷宮;紅外發(fā)射接收

1 前言

1.1 家用消防器材備置現(xiàn)狀

由于我國《消防法》對于家庭配備消防器材沒有專門的規(guī)定,雖在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中對此進行了倡導,但不具強制性。這導致目前我國家庭配備消防器材現(xiàn)狀令人擔憂。

1.2 家用消防器材市場前景

中國民用消防市場,特別是家用消防器材市場,基本屬于未開發(fā)的處女地。隨著人們生活水平的提高,私人財富的增加,家庭內(nèi)電器、油鍋、液化氣等引起的火災隱患時刻威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。對于普通家庭來說,配備家用消防器材,防患于未然是非常必要的。

1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在光電感煙探測器出現(xiàn)以前,主要使用離子感煙探測器。離子感煙報警探測器,對各種明火煙霧探測效果較好,對陰燃火煙霧也能探測,但由于它容易受環(huán)境影響,誤報警率較高,特別是由于使用了放射源,報警器退役后使得后期處理比較困難,容易對環(huán)境造成污染,一種環(huán)保型火災探測器的出現(xiàn)是必然趨勢。由于半導體發(fā)光管的出現(xiàn)和脈沖技術(shù)的發(fā)展,使光電感煙探測器迅速發(fā)展。由于光電感煙探測器具有抗氣流干擾,工作穩(wěn)定,環(huán)境溫度和濕度變化對它影響小,對灰白色、顆粒較大的陰燃煙的相應比離子探測器靈敏等特點,應用非常廣泛。

1.4 國家相關(guān)標準及規(guī)范

2006年7月國家標準化管理委員會頒布了GB20517-2006《獨立式感煙火災探測報警器》的國家標準,并于2007年4月1日起正式實施。2006年8月,公安部消防局向各省、自治區(qū)、直轄市公安消防總隊發(fā)出《關(guān)于推廣應用獨立式火災探測報警器等消防技術(shù)的通知》。《通知》中明確規(guī)定,在全國范圍內(nèi)推廣獨立式感煙探測報警器。

2 報警器的主要特點

2.1 電池:采用9V層疊電池供電。

2.2 工作電流:靜態(tài)電流≤20μA;報警電流≤10mA。

2.3 報警響度:≥80dB (距離3米處)。

2.4 確認燈:每32s閃亮一次,完成一次報警器電平檢測。當電源電壓低于5.8V±0.3時,約每32s發(fā)出報警聲一次,同時報警燈閃亮,表示需要更換電池。

2.5 自檢確認:按下報警器盒蓋上的檢測按扭,直到蜂鳴器發(fā)出聲響,確認燈閃亮,表明報警器正常工作。

2.6 I/O線:報警器之間通過此線連接在一起使用,可實現(xiàn)多點聯(lián)報功能,報警器數(shù)量≤32。

2.7 使用環(huán)境:環(huán)境溫度:-10℃~55℃;相對濕度≤93%(40±2℃ 無凝結(jié))。

2.8 保護面積:當空間高度為6-12m時,一個探測器的保護面積對一般場所為80m2;當空間高度為6m以下時,保護面積為60 m2。

2.9 外型尺寸:Φ143*42(mm)。

2.10 重量:135g(不含電池)。

2.11 安裝孔距:89mm。

2.12 執(zhí)行標準:GB 20517-2006。

3 報警器設計方案

報警器采用的是一款包含復雜的低功率模擬和數(shù)字電路,帶I/O和瞬時圖形揚聲器驅(qū)動器的光電煙霧探測芯片。選擇這個芯片的主要原因是它的功耗很低,這是為了滿足國標中用電池作為電源時,保證報警器能夠連續(xù)工作一年的要求。此芯片用一個紅外光電盒感測來自微小煙霧粒子的散射光實現(xiàn)探測,當探測到煙霧并達到報警閾值時,啟動外部電路發(fā)出聲光報警。具體方案如圖1:

4 設計中的關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

4.1 四種煙簡介

新國標中明確規(guī)定,獨立式感煙探測報警器必須通過四種煙的實驗,四種煙包括白煙(木材陰燃火SH1、棉繩陰燃火SH2)和黑煙(聚氨脂泡沫塑料火SH3、正庚烷火SH4)。

4.2 迷宮的選擇

散射光式煙傳感器,它是通過一定的角度安裝紅外發(fā)射管和接收管來工作的。沒有煙進入時,接收管收不到從發(fā)射管發(fā)出的光。當有煙進入時,光在煙粒子表面產(chǎn)生漫反射,散射光被接收管接收到后產(chǎn)生電動勢,即可將煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號,該電信號隨著煙濃度而上升,直至產(chǎn)生報警。依照這個原理發(fā)展出兩種方式,即:前向散射和后向散射光電工作方式。

其中發(fā)射管和接受管間夾角為鈍角的被稱為前向散射工作方式,目前市場上感煙探測器主要是這種。普通的前向散射光電探測器作為離子探測器的替代方案出現(xiàn),它具有良好的抗潮和環(huán)保性能,但它對黑白煙的相應靈敏度明顯不同,不能滿足國標中四種火的實驗要求。

近年來出現(xiàn)的后向散射型光電感煙探測器能徹底解決這個問題,這是一種代表當代國際最高水平的感煙探測技術(shù),目前國內(nèi)、國外掌握此技術(shù)的廠商仍是寥寥無幾。

迷宮散射角度如圖2所示:

前向散射型迷宮結(jié)構(gòu)比較簡單,對陰燃火有較高的靈敏度,而對黑煙火靈敏度就較低,即使設計合理的前向散射光電探測報警器,為了通過SH3和SH4兩種黑煙試驗火,也不得不把探測器的響應閾值M調(diào)的很小。過小的M值,給產(chǎn)品的響應閾值的一致性會帶來很大的影響,也給產(chǎn)品的標定、生產(chǎn)工藝帶來了困難。

后向散射型光電探測器,對黑煙試驗火的探測靈敏度較高,比較容易解決兩種黑煙試驗火的響應問題。圖3為探測器對SH3黑煙實驗火的響應曲線,圖4為探測器對SH4黑煙實驗火的響應曲線。

通過圖3、圖4兩幅曲線圖可以看出,后向散射型迷宮對于兩種黑煙實驗火比離子型探測報警器、前向散射探測報警器響應信號要好很多,所以選擇后向散射迷宮作為報警器的迷宮,在這之前,國內(nèi)尚沒有廠家利用后向散射原理設計迷宮。

我們設計的光電感煙探測器的光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

它由光室1和迷宮2組成。迷宮2上有一定數(shù)量的“V”型葉片,可以讓來自不同方向的煙霧進入迷宮后,經(jīng)過中心區(qū)域,再從另外一側(cè)流出,有效避免了煙霧進入迷宮后還沒有被探測到就流出了迷宮,同時防止外界環(huán)境光線直接射入光學暗室,消除了環(huán)境光線的影響。光室1由發(fā)射管室3、接收管室4、發(fā)射透鏡6,接收透鏡5組成。在理想情況下發(fā)射管室3中的紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光線經(jīng)發(fā)射透鏡聚焦后形成平行光束射出。另一方面接收管室4中的紅外光敏二極管也主要接收入射的平行光線,通過接收透鏡的聚焦作用,平行光線聚焦在紅外光敏二極管的管芯上。發(fā)射管室3軸線PO和接收管室4軸線QO相交于O點。O點被稱為光學中心。兩軸線PO和QO的夾角稱為散射角。由于該散射角小于90°,故光學暗室被稱為后向散射型光學暗室。光室中以光學中心O為中心是一個菱形的敏感區(qū)。當有煙霧進入光學暗室到達該敏感區(qū)時,煙霧粒子在由發(fā)射管室3來的紅外光束作用下發(fā)生散射,散射光進入接收管室4被紅外光敏二極管接收,轉(zhuǎn)換成電信號。該信號隨煙霧濃度的增加而增強,對該信號進行運算處理后即可對火災危險進行判斷。

4.3 外殼的設計

報警器的外形結(jié)構(gòu)采用飛碟式設計,使用聚氯乙烯為原料注塑而成,直徑143毫米,這個空間內(nèi)能容納包括電池、探測迷宮、電路板、蜂鳴器等部件,整個報警器的厚度為43毫米,當報警器被安裝到天花板上時,顯得很不突出,而它卻可以大大提高探測靈敏度,因為當火災發(fā)生時,產(chǎn)生的煙霧到達天花板時會向四周擴散,所以報警器的探測區(qū)域越接近天花板就越容易探測到煙霧。

4.4 防蟲網(wǎng)的選擇

我們采用了在迷宮上面加電腐蝕不銹鋼防蟲網(wǎng)的措施(網(wǎng)格面積不大于1mm2),以保證小的昆蟲不會進入迷宮,引起誤報警。

4.5 蜂鳴器的選擇

采用了三線壓電式蜂鳴器,固定在底座上,保證了蜂鳴器報警聲音大于80dB。

4.6 信噪比的提高

由于國內(nèi)塑料制品的制造工藝不夠好,使得迷宮注塑件表面較粗糙。當然,這與迷宮的復雜程度是有關(guān)系的。這就使接收到的信號噪聲比較大,也就是我們通常所說的本底值。當有煙時的信號值與本底值之比就小,也就是信噪比低。為了提高信噪比,經(jīng)多方調(diào)研、咨詢,選擇了一種叫做黑蠟的石油化工制品,并與乙醚稀釋,將迷宮在稀釋液中浸泡,取出晾干,迷宮內(nèi)壁十分光亮,表面粗糙不見了,安裝后試驗,信噪比提高一倍。

4.7 發(fā)射管、接收管的確定

對于不同入射光波長、不同尺寸的煙霧粒子其散射信號不同的原理,一般的煙霧粒徑分布在0.001~4μm之間,但是在上述范圍內(nèi)并不是平均分布的, 絕大多數(shù)煙霧粒子屬于中等粒徑粒子,密集地分布在680nm~900nm的光波長范圍內(nèi),只有極少量屬于小粒徑粒子和大粒徑粒子。

紅外發(fā)射、接收的二極管有很多,其工作光波長在800 ~1100nm,常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右。而且紅外線的特點是不干擾其他電器設備工作,也不會影響周邊環(huán)境,且電路調(diào)試簡單。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW,發(fā)射功率較小,紅外接收二極管收到的信號較弱,所以接收端就要增加高增益放大電路。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管,使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓,它才能正常工作而獲得高的靈敏度。

我們選取了IR333-A、PD638B和IR383、PD638C兩組發(fā)射接收管做一個示例對比,并通過正反向電阻實驗,確定其中一組。

通過在不等距離處對兩對發(fā)射接收管的正反向電阻變化值可以看出,電阻值變化越大,對于煙霧粒子產(chǎn)生的散射越強,接受管接收的信號也就越大,對更有效的探測火災以及提高報警器的靈敏度起到積極作用,所以我們選擇了IR333-A和PD638B這一組紅外對管作為我們光學暗室的紅外發(fā)射接收管。

5 主要實驗

5.1 發(fā)射電阻實驗

發(fā)射電阻的選擇,主要是控制發(fā)射電流的大小,以確定紅外發(fā)射管的發(fā)射強度。通過上面實驗可以看出,在3.3Ω的時候呢,報警器已經(jīng)處于不正常的工作狀態(tài),即發(fā)射電流過大導致報警器靈敏度太高而對本底的探測報警;在發(fā)射電阻為4.2-8.2Ω時候報警器處于正常工作狀態(tài),發(fā)射電阻在10Ω之上,報警器靈敏度降低,對進煙實驗不響應;為了是報警器對煙霧的靈敏度處在一個正常工作狀態(tài)的中間狀態(tài),我們選擇了5.1Ω的發(fā)射電阻。 如表2所示:

表2 發(fā)射電阻實驗

5.2 方位實驗

以報警器的中心為原點,等分為8份,在每一個方位上進行煙箱標定實驗,最終確定報警器的最不靈敏方位,因為以后的重復性、一致性、沖擊、四種煙等實驗都是在報警器的最不靈敏方位進行的實驗。并且要求每次標定的最大值與最小值之比不大于1.6。如表3所示:

表3 方位實驗

5.3 重復性實驗

我們?nèi)?只報警器在最不靈敏的5#方位進行6次靈敏度標定,其中最大值與最小值的比值應小于1.6。如表4所示:

5.4 一致性實驗

我們?nèi)?只報警器在8個方位進行靈敏度標定,其中最大值與最小值的比值應小于1.6。如表5所示:

5.5 沖擊實驗

我們?nèi)?只報警器進行試驗后,在最不靈敏的5#方位進行靈敏度標定,試驗后的標定值與試驗前的標定值比值應小于1.6。如表6所示:

5.6 火災靈敏度實驗

燃燒實驗主要是進行的正庚烷火的黑煙實驗,最終的標定報警器的報警閾值m達到新國標的Ⅲ級響應閾值。如表7所示:

6 結(jié)束語

報警器的開發(fā)過程,經(jīng)歷了主要器件的選型、結(jié)構(gòu)的確定、基本功能的反復實驗以及產(chǎn)品的認證送檢工作;并且成為首批通過新標準認證的產(chǎn)品之一。

在該報警器基礎上,我們開發(fā)了獨立式煙溫復合探測報警器、無線煙溫復合探測報警器、帶語音報警的獨立式報警器,使我們的產(chǎn)品形成一個家用消防報警系統(tǒng),豐富了產(chǎn)品類型。

我們設計的光電感煙探測器的光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

它由光室1和迷宮2組成。迷宮2上有一定數(shù)量的“V”型葉片,可以讓來自不同方向的煙霧進入迷宮后,經(jīng)過中心區(qū)域,再從另外一側(cè)流出,有效避免了煙霧進入迷宮后還沒有被探測到就流出了迷宮,同時防止外界環(huán)境光線直接射入光學暗室,消除了環(huán)境光線的影響。光室1由發(fā)射管室3、接收管室4、發(fā)射透鏡6,接收透鏡5組成。在理想情況下發(fā)射管室3中的紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光線經(jīng)發(fā)射透鏡聚焦后形成平行光束射出。另一方面接收管室4中的紅外光敏二極管也主要接收入射的平行光線,通過接收透鏡的聚焦作用,平行光線聚焦在紅外光敏二極管的管芯上。發(fā)射管室3軸線PO和接收管室4軸線QO相交于O點。O點被稱為光學中心。兩軸線PO和QO的夾角稱為散射角。由于該散射角小于90°,故光學暗室被稱為后向散射型光學暗室。光室中以光學中心O為中心是一個菱形的敏感區(qū)。當有煙霧進入光學暗室到達該敏感區(qū)時,煙霧粒子在由發(fā)射管室3來的紅外光束作用下發(fā)生散射,散射光進入接收管室4被紅外光敏二極管接收,轉(zhuǎn)換成電信號。該信號隨煙霧濃度的增加而增強,對該信號進行運算處理后即可對火災危險進行判斷。

4.3 外殼的設計

報警器的外形結(jié)構(gòu)采用飛碟式設計,使用聚氯乙烯為原料注塑而成,直徑143毫米,這個空間內(nèi)能容納包括電池、探測迷宮、電路板、蜂鳴器等部件,整個報警器的厚度為43毫米,當報警器被安裝到天花板上時,顯得很不突出,而它卻可以大大提高探測靈敏度,因為當火災發(fā)生時,產(chǎn)生的煙霧到達天花板時會向四周擴散,所以報警器的探測區(qū)域越接近天花板就越容易探測到煙霧。

4.4 防蟲網(wǎng)的選擇

我們采用了在迷宮上面加電腐蝕不銹鋼防蟲網(wǎng)的措施(網(wǎng)格面積不大于1mm2),以保證小的昆蟲不會進入迷宮,引起誤報警。

4.5 蜂鳴器的選擇

采用了三線壓電式蜂鳴器,固定在底座上,保證了蜂鳴器報警聲音大于80dB。

4.6 信噪比的提高

由于國內(nèi)塑料制品的制造工藝不夠好,使得迷宮注塑件表面較粗糙。當然,這與迷宮的復雜程度是有關(guān)系的。這就使接收到的信號噪聲比較大,也就是我們通常所說的本底值。當有煙時的信號值與本底值之比就小,也就是信噪比低。為了提高信噪比,經(jīng)多方調(diào)研、咨詢,選擇了一種叫做黑蠟的石油化工制品,并與乙醚稀釋,將迷宮在稀釋液中浸泡,取出晾干,迷宮內(nèi)壁十分光亮,表面粗糙不見了,安裝后試驗,信噪比提高一倍。

4.7 發(fā)射管、接收管的確定

對于不同入射光波長、不同尺寸的煙霧粒子其散射信號不同的原理,一般的煙霧粒徑分布在0.001~4μm之間,但是在上述范圍內(nèi)并不是平均分布的, 絕大多數(shù)煙霧粒子屬于中等粒徑粒子,密集地分布在680nm~900nm的光波長范圍內(nèi),只有極少量屬于小粒徑粒子和大粒徑粒子。

紅外發(fā)射、接收的二極管有很多,其工作光波長在800 ~1100nm,常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右。而且紅外線的特點是不干擾其他電器設備工作,也不會影響周邊環(huán)境,且電路調(diào)試簡單。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW,發(fā)射功率較小,紅外接收二極管收到的信號較弱,所以接收端就要增加高增益放大電路。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管,使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓,它才能正常工作而獲得高的靈敏度。

我們選取了IR333-A、PD638B和IR383、PD638C兩組發(fā)射接收管做一個示例對比,并通過正反向電阻實驗,確定其中一組。

通過在不等距離處對兩對發(fā)射接收管的正反向電阻變化值可以看出,電阻值變化越大,對于煙霧粒子產(chǎn)生的散射越強,接受管接收的信號也就越大,對更有效的探測火災以及提高報警器的靈敏度起到積極作用,所以我們選擇了IR333-A和PD638B這一組紅外對管作為我們光學暗室的紅外發(fā)射接收管。

5 主要實驗

5.1 發(fā)射電阻實驗

發(fā)射電阻的選擇,主要是控制發(fā)射電流的大小,以確定紅外發(fā)射管的發(fā)射強度。通過上面實驗可以看出,在3.3Ω的時候呢,報警器已經(jīng)處于不正常的工作狀態(tài),即發(fā)射電流過大導致報警器靈敏度太高而對本底的探測報警;在發(fā)射電阻為4.2-8.2Ω時候報警器處于正常工作狀態(tài),發(fā)射電阻在10Ω之上,報警器靈敏度降低,對進煙實驗不響應;為了是報警器對煙霧的靈敏度處在一個正常工作狀態(tài)的中間狀態(tài),我們選擇了5.1Ω的發(fā)射電阻。 如表2所示:

表2 發(fā)射電阻實驗

5.2 方位實驗

以報警器的中心為原點,等分為8份,在每一個方位上進行煙箱標定實驗,最終確定報警器的最不靈敏方位,因為以后的重復性、一致性、沖擊、四種煙等實驗都是在報警器的最不靈敏方位進行的實驗。并且要求每次標定的最大值與最小值之比不大于1.6。如表3所示:

表3 方位實驗

5.3 重復性實驗

我們?nèi)?只報警器在最不靈敏的5#方位進行6次靈敏度標定,其中最大值與最小值的比值應小于1.6。如表4所示:

5.4 一致性實驗

我們?nèi)?只報警器在8個方位進行靈敏度標定,其中最大值與最小值的比值應小于1.6。如表5所示:

5.5 沖擊實驗

我們?nèi)?只報警器進行試驗后,在最不靈敏的5#方位進行靈敏度標定,試驗后的標定值與試驗前的標定值比值應小于1.6。如表6所示:

5.6 火災靈敏度實驗

燃燒實驗主要是進行的正庚烷火的黑煙實驗,最終的標定報警器的報警閾值m達到新國標的Ⅲ級響應閾值。如表7所示:

6 結(jié)束語

報警器的開發(fā)過程,經(jīng)歷了主要器件的選型、結(jié)構(gòu)的確定、基本功能的反復實驗以及產(chǎn)品的認證送檢工作;并且成為首批通過新標準認證的產(chǎn)品之一。

在該報警器基礎上,我們開發(fā)了獨立式煙溫復合探測報警器、無線煙溫復合探測報警器、帶語音報警的獨立式報警器,使我們的產(chǎn)品形成一個家用消防報警系統(tǒng),豐富了產(chǎn)品類型。

我們設計的光電感煙探測器的光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

它由光室1和迷宮2組成。迷宮2上有一定數(shù)量的“V”型葉片,可以讓來自不同方向的煙霧進入迷宮后,經(jīng)過中心區(qū)域,再從另外一側(cè)流出,有效避免了煙霧進入迷宮后還沒有被探測到就流出了迷宮,同時防止外界環(huán)境光線直接射入光學暗室,消除了環(huán)境光線的影響。光室1由發(fā)射管室3、接收管室4、發(fā)射透鏡6,接收透鏡5組成。在理想情況下發(fā)射管室3中的紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光線經(jīng)發(fā)射透鏡聚焦后形成平行光束射出。另一方面接收管室4中的紅外光敏二極管也主要接收入射的平行光線,通過接收透鏡的聚焦作用,平行光線聚焦在紅外光敏二極管的管芯上。發(fā)射管室3軸線PO和接收管室4軸線QO相交于O點。O點被稱為光學中心。兩軸線PO和QO的夾角稱為散射角。由于該散射角小于90°,故光學暗室被稱為后向散射型光學暗室。光室中以光學中心O為中心是一個菱形的敏感區(qū)。當有煙霧進入光學暗室到達該敏感區(qū)時,煙霧粒子在由發(fā)射管室3來的紅外光束作用下發(fā)生散射,散射光進入接收管室4被紅外光敏二極管接收,轉(zhuǎn)換成電信號。該信號隨煙霧濃度的增加而增強,對該信號進行運算處理后即可對火災危險進行判斷。

4.3 外殼的設計

報警器的外形結(jié)構(gòu)采用飛碟式設計,使用聚氯乙烯為原料注塑而成,直徑143毫米,這個空間內(nèi)能容納包括電池、探測迷宮、電路板、蜂鳴器等部件,整個報警器的厚度為43毫米,當報警器被安裝到天花板上時,顯得很不突出,而它卻可以大大提高探測靈敏度,因為當火災發(fā)生時,產(chǎn)生的煙霧到達天花板時會向四周擴散,所以報警器的探測區(qū)域越接近天花板就越容易探測到煙霧。

4.4 防蟲網(wǎng)的選擇

我們采用了在迷宮上面加電腐蝕不銹鋼防蟲網(wǎng)的措施(網(wǎng)格面積不大于1mm2),以保證小的昆蟲不會進入迷宮,引起誤報警。

4.5 蜂鳴器的選擇

采用了三線壓電式蜂鳴器,固定在底座上,保證了蜂鳴器報警聲音大于80dB。

4.6 信噪比的提高

由于國內(nèi)塑料制品的制造工藝不夠好,使得迷宮注塑件表面較粗糙。當然,這與迷宮的復雜程度是有關(guān)系的。這就使接收到的信號噪聲比較大,也就是我們通常所說的本底值。當有煙時的信號值與本底值之比就小,也就是信噪比低。為了提高信噪比,經(jīng)多方調(diào)研、咨詢,選擇了一種叫做黑蠟的石油化工制品,并與乙醚稀釋,將迷宮在稀釋液中浸泡,取出晾干,迷宮內(nèi)壁十分光亮,表面粗糙不見了,安裝后試驗,信噪比提高一倍。

4.7 發(fā)射管、接收管的確定

對于不同入射光波長、不同尺寸的煙霧粒子其散射信號不同的原理,一般的煙霧粒徑分布在0.001~4μm之間,但是在上述范圍內(nèi)并不是平均分布的, 絕大多數(shù)煙霧粒子屬于中等粒徑粒子,密集地分布在680nm~900nm的光波長范圍內(nèi),只有極少量屬于小粒徑粒子和大粒徑粒子。

紅外發(fā)射、接收的二極管有很多,其工作光波長在800 ~1100nm,常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右。而且紅外線的特點是不干擾其他電器設備工作,也不會影響周邊環(huán)境,且電路調(diào)試簡單。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW,發(fā)射功率較小,紅外接收二極管收到的信號較弱,所以接收端就要增加高增益放大電路。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管,使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓,它才能正常工作而獲得高的靈敏度。

我們選取了IR333-A、PD638B和IR383、PD638C兩組發(fā)射接收管做一個示例對比,并通過正反向電阻實驗,確定其中一組。

通過在不等距離處對兩對發(fā)射接收管的正反向電阻變化值可以看出,電阻值變化越大,對于煙霧粒子產(chǎn)生的散射越強,接受管接收的信號也就越大,對更有效的探測火災以及提高報警器的靈敏度起到積極作用,所以我們選擇了IR333-A和PD638B這一組紅外對管作為我們光學暗室的紅外發(fā)射接收管。

5 主要實驗

5.1 發(fā)射電阻實驗

發(fā)射電阻的選擇,主要是控制發(fā)射電流的大小,以確定紅外發(fā)射管的發(fā)射強度。通過上面實驗可以看出,在3.3Ω的時候呢,報警器已經(jīng)處于不正常的工作狀態(tài),即發(fā)射電流過大導致報警器靈敏度太高而對本底的探測報警;在發(fā)射電阻為4.2-8.2Ω時候報警器處于正常工作狀態(tài),發(fā)射電阻在10Ω之上,報警器靈敏度降低,對進煙實驗不響應;為了是報警器對煙霧的靈敏度處在一個正常工作狀態(tài)的中間狀態(tài),我們選擇了5.1Ω的發(fā)射電阻。 如表2所示:

表2 發(fā)射電阻實驗

5.2 方位實驗

以報警器的中心為原點,等分為8份,在每一個方位上進行煙箱標定實驗,最終確定報警器的最不靈敏方位,因為以后的重復性、一致性、沖擊、四種煙等實驗都是在報警器的最不靈敏方位進行的實驗。并且要求每次標定的最大值與最小值之比不大于1.6。如表3所示:

表3 方位實驗

5.3 重復性實驗

我們?nèi)?只報警器在最不靈敏的5#方位進行6次靈敏度標定,其中最大值與最小值的比值應小于1.6。如表4所示:

5.4 一致性實驗

我們?nèi)?只報警器在8個方位進行靈敏度標定,其中最大值與最小值的比值應小于1.6。如表5所示:

5.5 沖擊實驗

我們?nèi)?只報警器進行試驗后,在最不靈敏的5#方位進行靈敏度標定,試驗后的標定值與試驗前的標定值比值應小于1.6。如表6所示:

5.6 火災靈敏度實驗

燃燒實驗主要是進行的正庚烷火的黑煙實驗,最終的標定報警器的報警閾值m達到新國標的Ⅲ級響應閾值。如表7所示:

6 結(jié)束語

報警器的開發(fā)過程,經(jīng)歷了主要器件的選型、結(jié)構(gòu)的確定、基本功能的反復實驗以及產(chǎn)品的認證送檢工作;并且成為首批通過新標準認證的產(chǎn)品之一。

在該報警器基礎上,我們開發(fā)了獨立式煙溫復合探測報警器、無線煙溫復合探測報警器、帶語音報警的獨立式報警器,使我們的產(chǎn)品形成一個家用消防報警系統(tǒng),豐富了產(chǎn)品類型。

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