火灾烟雾颗粒检测技术制造技术

本发明专利技术公开了一种测量烟雾颗粒密度与径谱的原理及技术。本发明专利技术采用可控制周期电场吸附原理，对一定区域颗粒进行选择附着累积，并采用清晰度高的摄像头模块进行微量颗粒的图像分析算法，获得颗粒的密度与粒径分布，并将测量结果显示到LCD屏，为快速烟雾颗粒的测量提供了一种有效、快速的解决方案。

Fire smoke particle detection technology

【技术实现步骤摘要】
火灾烟雾颗粒检测技术
本专利技术公开了一种测量烟雾颗粒密度与径谱的原理及技术。本专利技术采用可控制周期电场吸附原理，对一定区域颗粒进行选择附着累积，并采用清晰度高的摄像头模块进行微量颗粒的图像分析算法，获得颗粒的密度与粒径分布，并将测量结果显示到LCD屏，为快速烟雾颗粒的测量提供了一种有效、快速的解决方案。
技术介绍
烟颗粒识别，是烟颗粒检测中的一个难点，传统的感烟方式如离子感烟探测技术、光电感烟探测技术、以及在GB4715-93标准中出现的技术，运用了不同的方法，并使用了较大型的器械。传统分析理论使用物理化学方法，进行的模型建设与模拟[1]，实际使用效果不高；空气采样检测烟颗粒中，吸气散射法[2]与粉尘法[3]、化学胶体法[4]，仅仅限于对大颗粒烟尘感知，而无法获得颗粒径与密度。使用激光全散射法成像形成的颗粒探测[5，6]，由于动态图像分辨率差，成本高，所形成的颗粒径应用性差；传统的烟尘图像斑点识别技术[7]限于像素识别，物理直径计算不准确；而用于光学成像测距的斑点物理距离计算[8]，由于没动态捕获斑点最小值算法，智能性不足，在对烟场应用中效果较差。本专利技术采用低密度小颗粒的感烟探测技术，与吸气法的大颗粒感烟探测技术综合优点，可以快捷宽谱（颗粒径谱）探测颗粒。[1]TheGenevaAssoeiation.GenevaAssociationNewLetter:WbrldFirestatisties.Oct.2003[2]李宏文,冉鹏.吸气式感烟探测报警系统的应用[]J.建筑科学.VOL16,Nos,2000.47-49[3]ThorstenSehultze,IngolfWillms.Smokeanddustmonitoringbyamicroscopevideosensor.AUBE’04,PP:716-722,2004[4]GQQ0.1型烟雾传感器.淮南市润金工矿机电有限公司.[5]赵建华,袁宏永,等.多波长激光全散射法探测火灾烟雾的研究[J].应用激,2001,21(2):79-81.[6]疏学明，袁宏永，苏国锋，郑魁，章为民.基于激光片光源的火灾烟雾探测新技术研究.消防科学与技术2003年11月第22卷第6期.[7]马绥华等.图像火灾探测中液品光阀的特性.光学技术，Vol.29，No.4，504-508200.3[8]陈涛.火灾气体产物和烟雾颗粒的光声复合探测研究,合肥,中国科学技术大学2004.
技术实现思路
火灾烟雾颗粒检测传感器1工作原理带电荷Q的烟颗粒质量m，在电场E的作用下，向一个方向运动，如图1所示：烟颗粒在电场的作用下，向一个方向运动并最终停留在边缘。这个时间为：Δt=Δt为烟颗粒到达泡室另一边时间，之后停留在泡室边缘；Q为一个烟颗粒所带有电量。对于n个烟颗粒，会在边缘形成一层吸附物，并如图2所示。如果每次泡室Ｖ中有n个烟颗粒，完全吸附到边缘（称泡室取样表面，简称泡面）。该泡面面积为s，到达泡面的通道长L，宽(高)为D，每次烟尘的数据呈现出斑状态分布。出现斑状态分布时，测量出斑的面积Sb，此时图像的倍率为k0，提高倍率到k时，斑中出现不可再分斑点时，计算图像的像素为X个，斑点所占像素为Y个，斑点数量为P个，并假设每像素对应物理距离为xd，则k倍率下斑点直径d为：d=物理距离xd由泡面上标准已经距离线段，通过同步成像到光学传感器上形成。其中的斑点倍率控制算法为：步骤1；变量为k，初始值为K0步骤2；斑点像素值为RGB，其中RGB0为斑点值，阈值△rgb(常数)步骤3；已知一个像素对应物理距离为xd步骤4；遍历当前所有像素与相邻像素的RGB差值△RGB步骤5；记录所有RGB值与RGB0相差大于△rgb的数量p步骤6；if(p增加)步骤7；k+1，到步骤４步骤8；else步骤9；计算当前倍率下图像总像素X，斑点像素Y，斑点数量P步骤10；计算斑点直径d当前的斑点直径即为颗粒的平均直径值。火灾烟雾颗粒检测技术由颗粒吸附、颗粒声像、颗粒测量与径谱计算、显示四个部分组成，如图3所示：烟雾颗粒群在高电压场带电①加速进入泡室②，沿泡室加速通过长为L，宽为Ｄ通道④，以不同质量m吸附到泡面③上，泡面③以周期t获取烟雾颗粒堆积厚度，由图像传感器与图像电路⑨形成一帧图像，图像由arm处理器系统⑥进行计算，依据颗粒质量m在泡面上分布计算形成粒径分布曲线、数据、密度，显示在LCD显示器上。径向高压电路⑤作用在高速通道二侧④形成侧向电压，提高颗粒径分辨率，电压由arm处理系统控制。控制电路④用于形成高电压①以及泡室定向高电压电场。2泡室吸附原理高压电场作用有二个，在泡室外形成对流动状态的空间烟雾颗粒充电①，使得烟雾颗粒带电形成烟雾充入泡室②，并定向电场④作用下加速向泡面③，并吸附在泡面上。如图4所示。利用空气负压技术与电子空气活塞技术，进行烟颗粒的取样，这个过程分为三步：抽取烟颗粒、释放离子、电子加速成像。其中电子成像的本质是获取一个烟颗粒吸附层，并进行电子成像。详细过程如图5所示。泡室工作产生的工作主要由二个部分组成，环境初始化完成对烟颗粒的带电与烟量吸入，二个部分工作电路是电晕产生，由外层的尖端放电产生；完成后进行高压烟颗粒引入。一个实例：考虑烟颗粒直径分布在1μm的事实，烟颗粒的密度ρ为106--108/cm3，且体积V=1mm3情况下，在泡面面积为Sq=1mm2时，对应烟尘颗粒等效总面积为S=0.785×10-3—0.785×10-1mm2，吸附烟尘厚度h为0.785×10-3—0.785×10-1mm,下表为不同烟颗粒直径下的的典型h值：表一不同烟颗粒直径下的的典型h值烟颗粒直径d0.010.110100h0.785×10-7—0.785×10-50.785×10-5—0.785×10-30.785×10-1—0.785×100.785×10—0.785×103烟雾颗粒的尺寸分布在0.01-100，而一般粒子浓度范围是：N0=3×106粒子数/cm3数量级，对一个只有一个1立方毫米的泡室，它的典型值域如表二：表二1立方毫米典型分析值域表：烟颗粒粒子数目1平方毫米时的δD*0.01-1003000300.01-1300017．21-10030001．2mm由此形成一个模型如下：在Δt≈1毫秒时间内，对粒子浓度是106粒子数/cm3数量级的烟颗粒，在0.5厘米长1平方毫米截面的泡室内，可以在边缘形成一个厚度为最小0.2微米到最大12微米的附着层，如果将截面积增加100倍，即取通道长L为泡面直径D的３到５倍,附着层约为一个颗粒或多个颗粒斑状态结构，每个结构呈现出与加速电场强度相关特性，获取此时颗粒斑图像完成泡室工作过程。3泡室取样控制电路进入泡室的带电烟颗粒通过恒定水平加速电场与可调整垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量烟雾微颗粒密度与直径谱的智能电子测量技术方案，其特征包括烟雾微颗粒样的泡室技术原理与颗粒粒径的图像计算显示框架、电路时序与计算系统控制逻辑；其中，烟雾微颗粒样的泡室技术原理，包括高压电场的产生与颗粒选择原理、可复用泡面烟雾颗粒斑成像原理；/n颗粒粒径的图像计算显示框架，包括了泡面图像的存储过程，泡面斑点图像像素物理直径算法，电场与直径构造的颗粒径谱计算，颗粒的密度与径谱显示；/n电路时序与计算系统控制逻辑，包括了泡室的烟雾颗粒气体取样时序、时序电路的使能信号与ARM计算系统的算法。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量烟雾微颗粒密度与直径谱的智能电子测量技术方案，其特征包括烟雾微颗粒样的泡室技术原理与颗粒粒径的图像计算显示框架、电路时序与计算系统控制逻辑；其中，烟雾微颗粒样的泡室技术原理，包括高压电场的产生与颗粒选择原理、可复用泡面烟雾颗粒斑成像原理；
颗粒粒径的图像计算显示框架，包括了泡面图像的存储过程，泡面斑点图像像素物理直径算法，电场与直径构造的颗粒径谱计算，颗粒的密度与径谱显示；
电路时序与计算系统控制逻辑，包括了泡室的烟雾颗粒气体取样时序、时序电路的使能信号与ARM计算系统的算法。


2.根据权利1所述的高压电场的产生与颗粒选择原理，其特征是二种高电压脉冲电路，泡室的结构，空间烟雾颗粒的带电技术，水平加速电场室与垂直电场室，垂直电场作用下的颗粒选择公式，具体包括：
高电压脉冲电路，包括了时序电路形成的固定频率脉冲电路所形成的高压升压电路，与ＡＲＭ系统的ＰＷＭ（脚）输出降频，形成的升压开关电路；
泡室的结构，包括了泡室外高电场颗粒带电电路，室内带电颗粒水平加速结构，垂直电场偏移选择结构，颗粒加速后吸附到泡面所在位置；
空间烟雾颗粒带电电路，包括双电极空间放电的电晕颗粒带电；
水平加速电场室与垂直电场室，包括了极板位置与电场强度的计算方法，极板的距离；
垂直电场作用下的颗粒选择公式，包括了在固定泡室、固定加速电场强度下，垂直电场强度对颗粒m的选择。


3.根据权利1所述的复用泡面烟雾颗粒斑成像原理，其特征是包括泡面烟雾颗粒吸附控制技术，清洗泡面已经吸附烟雾颗粒方法，颗粒斑的吸附图像形成，具体包括：
泡面烟雾颗粒吸附控制技术，包括固定垂直电场强度下的时序周期；
清洗泡面已经吸附烟雾颗粒方法，包括时序控制周期泡室的进气孔位置，泄气孔子位置；
颗粒斑的吸附图像形成，使用泡面与透镜分离结构，颗粒多次吸取烟尘累积形成。


4.根据权利1所述的泡面图像的存储过程，其特征是包括泡面烟雾颗粒累积，透镜成像与光学传感器像素生成，存储器存储传感数据，具体包括：
泡面烟雾颗粒累积，指多次吸取烟尘颗粒所形成的颗粒在泡面上的累积；
透镜成像与光学传感器像素生成，包括泡面位置，与透镜准确成像到光学传感器表面位置，传感器选择用CCD；

【专利技术属性】
技术研发人员：童彬，
申请(专利权)人：合肥市诚泰模具有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34