双光路烟雾测量系统设计

　　实际测量表明，该系统运行稳定、可靠性高、有效避免干扰，能实现较高精度的测量。

　　火灾烟雾是火灾的前兆和伴随产物，是可燃物燃烧产生的气溶胶，是火 灾探 测研 究的重 要参 量，其主 要成分包括微小固体颗粒、微小液滴及灰尘等[1]。探测这些烟雾颗粒，也就可以实施火灾探测。

　　本文基于消光原理，结合相关硬软件设计，提出一种基于双光路的烟雾测量系统。采用双光路法，有 效消 除了 外界温 度、湿 度等影响，可以准确测量烟雾浓度。

　　1　测量原理及分析

　　Lambert - Beer定律的推导与分析如下：当光在吸收介质和混沌介质中传播时，能量在其传播途径上不断地衰耗，在线性范围内，对于平面波，传播途径损耗的能量与光通过的距离成正比[2]，即：

　　在实际应用中通常采用如下形式：当 一 束 光 在 穿 过 烟 雾 场 之 后，与 悬 浮 颗 粒 相 互 作用，强度会发生衰减。

　　颗粒对光的衰减影响包括散射与吸收两种方式[3]。光强在烟雾中随传播距离的强度衰减可用Lambert-Beer定律定量地描述：

　　2光路设计

　　利用本系统测量时，只须测量参考光臂和测量光臂的信号强度的差值，即可测出烟雾衰减，通过计算就可得出烟雾浓度。系统采用双光路法测量，其光路设计框图如图2所示。

　　本设计中激光器采用体积较小的半导体激光器，波长为650 nm ，激光束通过分光镜分为测量光束和参考光束两种。由于引入激光作为入射光源，克服了光电感烟探测器由于光强限制造成的灵敏度问题，且降低了背景光的干扰，突破了传统的光电感烟技术仅仅针对光强一项参量作为直接或间接的探测依据。

　　传感器采用型号为2CU68A的 光 电 池，光 电 池 带 有 滤光片，工作波长为530nm~850 nm，峰值波长为650 nm 。在实际测量中，多少会有前向散射光被收集。对于小颗粒，入射光在各个方向都会被散射，但前向散射 光 强 仅 占 总 光 强 的 很 小 一 部分。随着颗粒粒径的增大，前向散射的光强变得越来越大。对于明火燃烧的烟雾来说，散射效应的影响不大，70%及更多的入射光强衰减都是由吸收造成的。但尽管如此，在测量光路中加了准直镜后，可以尽可能地避免前向散射光强对测量结果的影响。系统工作时，光学部分分为测量光臂和参考光臂，通过主控制板控制步进电机进行调制，测量光臂和参考光臂分时照到传感器上，实现分时测量。假设在没有烟雾时，测量光臂和参考光臂的信号输出分别为I1、I2;硬件纵横Hardware Technique在有烟雾时，测量光臂和参考光臂的信号输出分别为I3、I4，则可得出衰减系数，通过微处理器计算，即可得出烟雾浓度。