基于R2868型传感器的紫外火焰探测器设计

发布时间：2021-07-09 19:51

　　针对现有火焰探测器响应时间长、探测灵敏度低、探测距离短等问题,本文设计了基于R2868型传感器的火灾监测用紫外火焰探测器.采用具有光能量汇聚功能的光学前窗结构,增大了探测器光学窗口.通过脉冲信号调理电路对传感器输出的脉冲信号进行整形,利用窗口识别算法有效判别火焰状态,可及时响应声光报警.为了满足不同工作条件需求,探测器设有3档灵敏度开关.经试验验证,该火焰探测器能够滤除环境干扰,探测灵敏度高,有效探测距离可达27 m,报警时间小于2 s,具有良好的环境适应性和可靠性. 

【文章来源】：测试技术学报. 2020,34(02)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

探测器结构框图

依据光能量与传输距离的平方反比关系可知[12], 探测器距离燃烧火焰愈远, 接收到的紫外光能量愈弱. 为增大火焰探测器有效工作距离, 提高其探测灵敏度, 设计如图 2 所示的光学前窗结构. 其物镜采用紫外熔炉石英透镜, 可将视场边缘的发散光汇聚到光敏管接收端面, 增加传感器接收光能量; 同时在前窗内壁镀有紫外反射膜, 非近轴光入射到前窗内壁, 经紫外反射膜反射并汇聚到传感器接收端面, 提高了探测灵敏度和环境适应性.系统物镜的孔径光阑、 入瞳和出瞳重合, 火焰燃烧时发出的紫外光经折射和反射汇聚到传感器探测面, 实现了小光敏面探测大面积广场的效果. 由光能量和有效接收面积的正比关系可知[13], 当探测器配接该光学系统后, 其光能量增益比为

火焰探测器选用基于光电效应和繁流放电原理的R2868型传感器, 其光谱响应范围185～260 nm, 可在火焰燃烧发生瞬间输出高信噪比的脉冲电流信号[14]. 该传感器工作电压280 V, 其电源驱动电路如图 3 所示, 使用DC-DC高压电源模块将电源电压升至传感器稳定工作电压, 电源滤波电容C5, C6, C7, C8降低输入输出纹波, 使电流更加平滑; 为保证电路工作安全, 电源模块两端加入保险丝F1, F2起过载保护作用.传感器信号获取及处理电路如图 4 所示, 当紫外光照射时传感器两极导通并迅速放电, 此时两级电压持续降低至停止放电; 电源电流经R4向C9充电, 使得探测器两端电压再次回升, 随着紫外光持续照射, 充放电过程循环进行, 并在R6两端产生一定频率的脉冲电压信号[15]. 该传感器放电时峰值电流可达30 mA, R6两端输出脉冲电压信号达300 V. 因此, 信号输出端并联稳压二极管对脉冲信号限幅输出, 并经过施密特触发器CD4093B整形后输出矩形波信号Signals, 单片机实时采集输出信号并通过相应处理算法进行火焰判别.

【参考文献】：
期刊论文
[1]线型感温火灾探测器现场定量检测技术研究[J]. 赵义文,郭瀚文.  消防科学与技术. 2018(11)
[2]新型阻火墙对电缆沟的防火效果研究[J]. 白云,任鑫峰,苟瑞君.  测试技术学报. 2018(01)
[3]飞机货舱烟雾探测系统功能试验中烟雾量大小研究[J]. 陈战斌,王玉梅,李丽.  科学技术与工程. 2015(35)
[4]紫外光室内传输系统设计与传输特性分析[J]. 张骁,胡昊,王红星.  光电子技术. 2015(02)
[5]基于紫红外传感器的火焰探测系统设计与实现[J]. 李文斌,张卓,范赐恩,陈迎,吴敏渊.  仪表技术与传感器. 2015(03)
[6]基于STC单片机的紫外火焰探测器设计[J]. 吴霞,王燕杰,李弘洋.  计算机测量与控制. 2014(12)
[7]军用紫外技术[J]. 王玺,方晓东,聂劲松.  红外与激光工程. 2013(S1)
[8]Modbus协议在红紫外火焰探测器的应用[J]. 刘广敏,刘建翔,侯恩广.  消防科学与技术. 2012(05)
[9]火焰光谱探测器的光谱匹配因数[J]. 廖晓思,安毓英,林晓春.  电子科技. 2009(03)
[10]紫外火焰探测器响应时间测试系统的研究[J]. 董政,黄大贵,黄逸平,张德银.  电子科技大学学报. 2006(S1)



本文编号：3274383