红外多频火焰探测器设计

　　Abstract: A multi-spectral infrared flame detector based on infrared principle is presented. Based on the spectral characteristics of flame radiation, the detector uses the characteristics and the correlation of data received by these infrared sensors to achieve fire determination. In this paper, the infrared flame detection principle and practical methods of detection are introduced in detail, and hardware and software design schemes are given. The flame detector benefits from high sensitivity, fast response time, long detection range and is fit for hazardous environment.

　　Keywords: infrared;flame detector;sensor;optical radiation

　　0 引言

　　在石油、化工、燃气行业等易燃物存储、加工与运输，工业场所如仓库、喷漆车间，废品处理场，石油探井等高大空间或者露天场合，都需要安装性能可靠的、对火灾具有快速反应能力的火灾探测装置。点型火焰探测器由于具有反应时间快、探测距离远等优点，是这类场所的首选火灾探测装置。

　　火焰探测器通常使用红外辐射传感器、紫外辐射传感器、或者使用这两种传感器的组合，检测从火源发出的红外光，紫外光从而达到探测火灾的目的。红外火焰探测器多用于检测碳氢物化合物燃烧，紫外火焰探测器多用于检测金属与无机物火焰。传统的火焰探测器探测距离小，不适合室外或大空间场合。

　　本文介绍的多频红外火焰探测器利使用两只传感器探测火焰的辐射，两只传感器探测背景的辐射，采用微弱信号检测与多通道信号采集技术，根据各个传感器信号的特征与相互关系建立火焰特征库，只有当采集的数据符合火焰发生的特征时，探测器才发出火警信号，对日光、灯光、热源与电焊等干扰抑制性强，具有响应时间快，探测器距离远，环境适应性好的特点。下面介绍其检测原理与软硬件设计方案。

　　1 红外多频火焰探测器工作原理

　　红外辐射的物理本质是热辐射，物体温度越高，辐射的红外线就越多，辐射能量也就越强。火焰光谱从紫外光、可见光到红外光都有能量辐射。碳氢化合物燃烧时在红外波段内的2.7μm与4.35μm附近有一个峰值[1]，而太阳在这两个波段附近的辐射被空气中的CO2所吸收，因此使用安装窄带滤光片的中心波段在2.7μm附近的硫化铅传感器与中心波段在4. 35μm附近的热释电传感器作为火焰探测的传感器。2.7μm的硫化铅探测器对火焰信号灵敏度高，作为监测火焰强度趋势使用。在CO2峰值辐射波段4.35μm两侧各选择了一个参比波段，3.8μm与4.8μm。由于任意一个红外辐射源在这三个波段都有独自的光谱特征，因此比较这三个波段辐射强度之间的数学关系，就可将火焰和其他红外辐射源区别开来。由于红外多频火焰探测器很好地解决了传感器信号距火源距离的增加而衰减的矛盾，即各个传感器接受火焰信号辐射强度之间的数学关系不随信号的衰减而发生变化，因此结合相关检测技术对接收到的信号进行处理与分析，可以极大地提高了探测器的探测距离和灵敏度，其探测原理的先进性，保证红外多频火焰探测器抗干扰能力强，适用于室内和户外火灾探测。