－２７０－中国科技信息２００８年第１期    ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｊａｎ．２００８
基础及前沿研究防火工作对工业生产及民用安全的意义十分重大，失火时能及时探测到火情，报警及采取相应措施，就要求有快速的火情探测手段，火焰探测器应运而生。在工业生产中， 特别是易燃易爆场合，火焰探测器由于反应迅速，报警及时，越来越得到广泛的应用。本文介绍了基于热释电效应的传感器，并结合火焰的特征，提出了用双通道参比的检测办法，采用一个通道采集背景信号，另一个通道对火焰敏感，通过后续放大滤波电路，这些信号被单片机采集以后，进行参比对照判断，就能对火焰是否产生做出准确判断。１ 红外辐射、热释电效应与热释电效应传感器红外辐射：红外辐射的物理本质是热辐射，它是由于物体内部分子的转动及振动而产生。这类振动是由物体受热引起的，在一般常温下，所有物体都是红外辐射的发射源，但发射的红外波长不同，实践证明，温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长，４００～７００度的物体其发射的红外线波长为３～３ｕＭ。红外线和所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉和吸收等性质，但它的特点是热效应最大。火焰的红外辐射波长主要能量集中在３． ５～５μｍ波段内。热释电效应：是物理现象中热电效应的一种，当某些电介质材料的表面接受了红外热释电效应在火焰探测中的应用郭建斌  益阳电子工业学校  ４１３０５４Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｆ ＦｌａｍｅＧｕｏ ＪｉａｎｂｉｎＹｉｙａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｈｏｏｌ， Ｙｉｙａｎｇ． Ｈｕｎａｎ ４１３０５４， Ｃｈｉｎａ红外线的辐射能量时，其表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释电效应。当有火焰或者高温物体释放的波动的红外线照射到热释电敏感晶体上时，热释电效应极为明显，因此可以结合后续的放大处理电路，以及判断处理软件，可以很可靠地检测到是否有火焰产生。热释电效应传感器［１－５］热释电红外传感器结构如图１所示，热释电红外传感器主要由外壳、滤光片、热释电元件、结型场效应管、电阻等组成，其中场效应管起到阻抗变换的作用，而窗口处的滤光片是为滤去无用的红外线，让有用的红外线进入窗口。在火焰探测系统中，火焰探测传感器大多选用４． １～４． ７μｍ的滤光片，选用此滤光片是由于火焰的红外辐射波长集中在这个波段内，并且该波段内没有日光辐射的干扰、红外辐射波长能穿透能力强。此外，为了获得较强的有效输出，该传感器内部将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿，可以有效地防止因太阳光等红外线及环境温度变化而引起的误差。此外，在红外热释电传感器内部，
热释图４  双波段红外热释电火焰探测器放大滤波电路图３  双波段红外热释电火焰探测报警器系统框图图２  红外热释电传感器外形图图
１  红外热释电传感器结构摘  要红外热释电效应在火焰探测中的应用郭建斌  益阳电子工业学校  ４１３０５４Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｆ ＦｌａｍｅＧｕｏ ＪｉａｎｂｉｎＹｉｙａｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｈｏｏｌ， Ｙｉｙａｎｇ． Ｈｕｎａｎ ４１３０５４， Ｃｈｉｎａ红外线的辐射能量时，其表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释电效应。当有火焰或者高温物体释放的波动的红外线照射到热释电敏感晶体上时，热释电效应极为明显，因此可以结合后续的放大处理电路，以及判断处理软件，可以很可靠地检测到是否有火焰产生。热释电效应传感器［１－５］热释电红外传感器结构如图１所示，热释电红外传感器主要由外壳、滤光片、热释电元件、结型场效应管、电阻等组成，其中场效应管起到阻抗变换的作用，而窗口处的滤光片是为滤去无用的红外线，让有用的红外线进入窗口。在火焰探测系统中，火焰探测传感器大多选用４． １～４． ７μｍ的滤光片，选用此滤光片是由于火焰的红外辐射波长集中在这个波段内，并且该波段内没有日光辐射的干扰、红外辐射波长能穿透能力强。此外，为了获得较强的有效输出，该传感器内部将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿，可以有效地防止因太阳光等红外线及环境温度变化而引起的误差。此外，在红外热释电传感器内部，
热释图４  双波段红外热释电火焰探测器放大滤波电路图３  双波段红外热释电火焰探测报警器系统框图图２  红外热释电传感器外形图图
１  红外热释电传感器结构摘  要基于红外热释电效应原理，结合火焰的特征，提出了用双通道参比来判定火情的方法。采用一个通道的传感器敏感火焰的红外辐射，另一个通道获取背景辐射的方案，通过后续的放大滤波电路，对双路信号进行放大、带通滤波，通过带有Ａ／Ｄ的单片机对双路信号进行采集后，再对两路信号的变化值进行对比判定。相比于背景通道，如果火焰通道的增量超过一定的阀值，并且维持若干时间段，就可判定火情发生。实践中发现，该方法反应迅速，判断准确，误判率低，能及时准确地判定是否有火情产生。关键词红外热释电传感器；火焰探测；带通滤波；放大中图分类号：ＴＰ７３ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｆｌａｍｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｕｓｅ ｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－Ｗａｖｅ－Ｂａｎｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｂｌａｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｎ ｔｈｅｆｌａｍｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ． Ｏｎｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｒｅａｃｔ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄｏｆ ｆｌａｍｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｒｅａｃｔ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｏｆｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ． Ｔｈｏｓｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓａｍｐｌｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅＭＣＵ ｗｉｔｈ Ａ／Ｄ ａｆｔｅｒ ｈａｖｉｎｇ ｂｅｅｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｎｄｆｉｌｔｅｒｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｉｖｅ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｉｆ ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｆｌａｍｅ’ｓ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｇａｔｅ ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅｄ ｖａｌｕｅａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ ＭＣＵ ｃａｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｉｓ ｉｓ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｒｅ． Ｔｈｉｓ ｍｏｕｔｈｅｄ ｉｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ， ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｖｅｒｙ ｑｕｉｃｋｌｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｖｅｒａｃｉｔｙ&ens