遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及在线解调方法制造方法及图纸

一种遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及其在线解调方法，属于火灾探测技术领域，解决现有吸气式火灾早期气体探测装置空间探测范围小以及传统遥测式火灾早期气体探测需要定期校准的问题，采用激光散射回波信号以遥测方式进行探测，提高了探测装置的空间测量范围，此外，相比采用角反射镜方式，以散射回波信号方式进行遥测，装置简单，且具有更好的机动性和灵活性，通过在装置中直接插入充有标准浓度待测气体的参考气室的方法，来实时、在线解调气体浓度，解决了仪器需要定期校准的问题，方法采用一次谐波对二次谐波归一化信号来解调气体浓度，该方法消除了激光光强、光电探测器的响应和靶标反射系数的变化对测量结果的影响。

【技术实现步骤摘要】
遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及在线解调方法
本专利技术属于火灾探测
，涉及一种遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及其在线解调方法。
技术介绍
目前，在火灾预警探测领域，广泛应用的火灾探测器为典型的点式烟感火灾探测器，该探测器由于光学迷宫结构，容易漏报误报，且检测灵敏度低、精度低、响应慢、探测范围小，此外，该探测器需要火灾烟气形成顶棚射流进行接触式探测报警，而在高大空间中由于热障效应无法形成火灾烟气的顶棚射流到达烟感火灾探测器。未来火灾探测器的发展趋势是实现早期预警，因此研究和发展早期火灾报警技术意义重大，早期火灾报警的主要指导思想：一是采用先进技术，提高探测灵敏度，在火灾早期阶段生成物较少的时候即可探测报警；二是探测火灾过程中尚未形成火灾时的生成物，如早期火灾特征气体。早期火灾报警技术的应用空间将会很大，研究和开发该技术，有利于促进新型火灾早期探测技术的进步和发展。采用气体检测方法对火灾早期排放的多种特征痕量气体(CO、CO2和HCN)进行检测可以起到火灾早期预警作用。现有技术中，申请号为CN201610908348.X、公开日期为2017年3月22日的中国专利技术专利申请《多气体并行痕量检测火灾预警装置及方法》，申请号为CN201010214367.5、公开日期为2010年11月24日的中国专利技术专利申请《三组分火灾气体探测器》，申请号为CN201720136960.X、公开日期为2017年11月3日的中国技术专利《一种极早期吸气式气体火灾探测器》，申请号为CN201620217990.9、公开日期为2017年11月3日的中国技术专利《一种集中式火灾特征气体探测装置》以及申请号为CN201710765198.6、公开日期为2017年11月07日的中国专利技术专利申请《智能型集中吸入式电缆火灾极早期预警装置及方法》均采用泵吸对火灾气体采样方式进行测量，上述传统的吸气式气体火灾探测装置为点式接触测量，存在测量系统复杂，空间测量范围小，容易漏报，且响应慢。传统的气体检测技术如半导体式气体探测器、电化学式、接触式气敏传感器等，它们固有的缺点诸如检测灵敏度低、精度低、响应慢、稳定性不佳和需要定期校准等，在火灾早期预警中，难以满足对火灾早期排放痕量气体进行快速，高精度监测的要求。遥测式火灾气体探测具有空间探测范围大，非接触式测量，不易漏报，响应快，在火灾早期探测领域具有明显的优势。如申请号为CN201721298862.2、公开日期为2017年11月3日的中国技术专利《一种基于激光遥感测量的火灾早期预警系统》具有灵敏度高、可靠性好、抗干扰能力强的特点，但是专利技术专利的技术方案存在整体结构不紧凑，空间探测距离较短，仅为10m，不满足高大空间建筑(大于12m)火灾探测要求，且长时间测量需要定期校准等问题，无法满足火灾早期预警的实际应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于如何设计一种遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置及方法，以解决现有吸气式火灾早期气体探测装置空间探测范围小以及传统遥测式火灾早期气体探测需要定期校准的问题。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，包括：准直聚焦收发一体光学部件(1)、ARM嵌入式采集控制分析模块(2)、DFB激光器(3)、参考气室(5)、单模光纤(6)；所述的ARM嵌入式采集控制分析模块(2)的两个输出端分别与准直聚焦收发一体光学部件(1)以及DFB激光器(3)连接；所述的单模光纤(6)的一端与准直聚焦收发一体光学部件(1)连接、另一端与参考气室(5)的输出端连接；所述的参考气室(5)的输入端与DFB激光器(3)的输出端连接，所述的收激光器(3)以遥测方式发出探测光进行探测，所述的准直聚焦收发一体光学部件(1)准直DFB激光器(3)发射的激光探测信号以及接收激光散射回波信号光，所述的参考气室(5)中充有标准浓度的特征气体，用于对实时测量的待测特征气体的浓度进行在线校准。DFB激光器(3)发出的光进入参考气室(5)，而后激光再经单模光纤(6)进入准直聚焦收发一体光学部件(1)，经过准直聚焦收发一体光学部件(1)后向外发出近似平行光的探测光，该探测光在空间光路传输，经过火灾产生的烟气，而后经过墙体或地面等反射物反射后形成回波信号光，该回波信号光再次经过烟气，被准直聚焦收发一体光学部件(1)回收，送入ARM嵌入式采集控制分析模块(2)进行计算处理，采用激光散射回波信号以遥测方式进行探测，提高了探测装置的空间测量范围，此外，相比采用角反射镜方式，以散射回波信号方式进行遥测，装置简单，且具有更好的机动性和灵活性。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的准直聚焦收发一体光学部件(1)包括：探测光准直器(11)、信号光接收透镜(12)、光电探测器(13)、指示激光器(14)、柱形壳体(15)；所述的探测光准直器(11)设置于柱形壳体(15)的外部，探测光准直器(11)的光轴与信号光接收透镜(12)的光轴采用离轴方式设计；所述的信号光接收透镜(12)设置于柱形壳体(15)内部的一端，所述的光电探测器(13)与信号光接收透镜(12)同轴设置，且光电探测器(13)设置于柱形壳体(15)内部的信号光接收透镜(12)的焦点上，光电探测器(13)的电信号输入端与ARM嵌入式采集控制分析模块(2)连接；所述的指示激光器(14)设置于柱形壳体(15)的顶部；所述的单模光纤(6)的一端连接于探测光准直器(11)的输入端。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的探测光准直器(11)包括探测光准直透镜(111)和光纤接口(112)，所述的探测光准直透镜(111)和光纤接口(112)两者同轴设置，所述的单模光纤(6)的一端连接在光纤接口(112)中。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的参考气室(5)包括：两个GRIN准直透镜(51)、参考气室本体(52)，两个所述的GRIN准直透镜(51)分别设置于参考气室本体(52)的输入端和输出端，参考气室本体(52)的输入端与DFB激光器(3)的输出端连接，参考气室本体(52)的输出端与单模光纤(6)的一端连接。作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述的两个GRIN准直透镜(51)之间的间距为5cm，两个GRIN准直透镜(51)端面之前的夹角为0.3度。一种应用于所述的遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置的在线解调方法，ARM嵌入式采集控制分析模块(2)发出驱动信号，驱动DFB激光器(3)发出的探测激光，DFB激光器(3)进入参考气室(5)，经准直聚焦收发一体光学部件(1)准直后发射探测并接收散射的回波信号光，再由ARM嵌入式采集控制分析模块(2)采用下列公式实时在线解调待测特征气体的浓度：公式中，xL表示待测特征气体在开放测量光路中的积分浓度，xrefLref表示参考气室(5)中标准浓度的特征气体的积分浓度，S2f/S1f表示待测特征气体的一次谐波对二次谐波归一化信号；S2f/S1fref表示标准浓度的特征气体的一次谐波对二次谐波归一化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，其特征在于，包括：准直聚焦收发一体光学部件(1)、ARM嵌入式采集控制分析模块(2)、DFB激光器(3)、参考气室(5)、单模光纤(6)；所述的ARM嵌入式采集控制分析模块(2)的两个输出端分别与准直聚焦收发一体光学部件(1)以及DFB激光器(3)连接；所述的单模光纤(6)的一端与准直聚焦收发一体光学部件(1)连接、另一端与参考气室(5)的输出端连接；所述的参考气室(5)的输入端与DFB激光器(3)的输出端连接，所述的收激光器(3)以遥测方式发出探测光进行探测，所述的准直聚焦收发一体光学部件(1)准直DFB激光器(3)发射的激光探测信号以及接收激光散射回波信号光，所述的参考气室(5)中充有标准浓度的特征气体，用于对实时测量的待测特征气体的浓度进行在线校准。/n

【技术特征摘要】
1.遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，其特征在于，包括：准直聚焦收发一体光学部件(1)、ARM嵌入式采集控制分析模块(2)、DFB激光器(3)、参考气室(5)、单模光纤(6)；所述的ARM嵌入式采集控制分析模块(2)的两个输出端分别与准直聚焦收发一体光学部件(1)以及DFB激光器(3)连接；所述的单模光纤(6)的一端与准直聚焦收发一体光学部件(1)连接、另一端与参考气室(5)的输出端连接；所述的参考气室(5)的输入端与DFB激光器(3)的输出端连接，所述的收激光器(3)以遥测方式发出探测光进行探测，所述的准直聚焦收发一体光学部件(1)准直DFB激光器(3)发射的激光探测信号以及接收激光散射回波信号光，所述的参考气室(5)中充有标准浓度的特征气体，用于对实时测量的待测特征气体的浓度进行在线校准。


2.根据权利要求1所述的遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，其特征在于，所述的准直聚焦收发一体光学部件(1)包括：探测光准直器(11)、信号光接收透镜(12)、光电探测器(13)、指示激光器(14)、柱形壳体(15)；所述的探测光准直器(11)设置于柱形壳体(15)的外部，探测光准直器(11)的光轴与信号光接收透镜(12)的光轴采用离轴方式设计；所述的信号光接收透镜(12)设置于柱形壳体(15)内部的一端，所述的光电探测器(13)与信号光接收透镜(12)同轴设置，且光电探测器(13)设置于柱形壳体(15)内部的信号光接收透镜(12)的焦点上，光电探测器(13)的电信号输入端与ARM嵌入式采集控制分析模块(2)连接；所述的指示激光器(14)设置于柱形壳体(15)的顶部；所述的单模光纤(6)的一端连接于探测光准直器(11)的输入端。


3.根据权利要求2所述的遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，其特征在于，所述的探测光准直器(11)包括探测光准直透镜(111)和光纤接口(112)，所述的探测光准直透镜(111)和光纤接口(112)两者同轴设置，所述的单模光纤(6)的一端连接在光纤接口(112)中。


4.根据权利要求1所述的遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，其特征在于，所述的参考气室(5)包括：两个GRIN准直透镜(51)、参考气室本体(52)，两个所述的GRIN准直透镜(51)分别设置于参考气室本体(52)的输入端和输出端，参考气室本体(52)的输入端与DFB激光器(3)的输出端连接，参考气室本体(52)的输出端与单模光纤(6)的一端连接。


5.根据权利要求4所述的遥测式免校准火灾早期特征气体探测装置，其特征在于，所述的两个GRIN准直透镜(51)之间的间距为5cm，两个GR...

【专利技术属性】
技术研发人员：程跃，袁宏永，周扬，李开远，栾林，李云飞，毛赫，
申请(专利权)人：安徽泽众安全科技有限公司，清华大学合肥公共安全研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34