[发明专利]一种基于多波段多特征的红外火灾探测方法

权利要求书

1.一种基于多波段多特征的红外火灾探测方法，其特征在于：采用的火灾探测系统由火灾探测器（1）依次连接信号处理电路（2）、微处理器（3）、计算机（4）及报警显示器（5）构成，火灾探测的操作步骤为：

A.火灾探测器（1）将探测到的温度和火焰光信号转变为电压信号；

B.该电压信号通过信号处理电路（2）进行放大滤波及A/D转换；

C.A/D转换得到的数字信号在微处理器（3）中进行分析，实现对火灾信号多特征提取及分析识别，最终判断火灾是否发生；

D.计算机（4）从微处理器（3）获得数据信号，实现对火灾信号及报警信号的显示、记录及保存功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于多波段多特征的红外火灾探测方法，其特征在于：选用的所述步骤A中火灾探测器（1）包括红外温度探测器和红外多波段火焰探测器，探测的火灾信号包括温度信号和火焰辐射信号；所述红外温度探测器基于非接触式红外测温技术进行测量，探测范围-20-300℃；为了减少环境温度变动对输出信号的影响，通过集成的环境温度校准传感器实现环境温度补偿功能，提高了探测精度；所述红外多波段火焰探测器由通道A和通道B联合组成，通道A的工作波段为4.3-4.8μm，通道B的工作波段为4.0μm；火焰辐射红外光谱范围内，辐射强度的最大值位于波长4.1-4.7μm范围，同时在火灾探测过程中，火焰探测器受到背景辐射的干扰，干扰源主要来自太阳的天然辐射，在4.3μm上的阳光辐射绝大部分被空气中CO₂吸收；通道A工作在4.3-4.8μm波段，在此波段火焰辐射最强，同时受阳光等干扰影响小，因此通道A作为火焰探测的主要通道，用于探测碳氢化合物燃烧产生的火灾；而在4.0μm波长附近，火焰辐射信号较弱而干扰信号较强，采用通道B工作在4.0μm波段，作为监视通道；当发生火灾且外界干扰小时，通道A探测到的信号很强而通道B较弱，发出火灾报警信号；当无火灾且干扰信号较强时，通道B探测到的信号很强而通道A很弱，说明存在外部干扰辐射，此时不报警；当发生火灾且外界干扰大时，通道A探测到的信号很强且通道B也较强，通过对两通道火灾信号的综合分析判断发出火灾报警信号；火焰探测器采用多波段进行探测，既保证了探测的灵敏度，又能排除太阳光等干扰源的干扰，提高了探测精度。

3.根据权利要求1所述的一种基于多波段多特征的红外火灾探测方法，其特征在于：所述步骤C中A/D转换得到的数字信号在微处理器（3）中进行分析的具体步骤步骤如下：

C-1.初始化：对寄存器、I/O口、定时器、串口等模块初始化，将用到的标志位、变量设定为初始值，分配引脚以及配置寄存器写入需要的值；

C-2.自检：主要检测各模块是否处于正常工作状态；

C-3.预热：使器件达到稳定的工作状态，经过一定时间的预热能达到更好的精度；

C-4.A/D转换：将探测器检测的模拟信号变成数字信号；

C-5.限幅滤波：对数字信号进行预处理，去除噪声干扰；

C-6.串口通讯：微处理器（3）与计算机（4）间的桥梁，将微处理器（3）采集的数据及处理结果上传到计算机（4）进行显示；

C-7.信号分析与处理：火灾数据处理中心环节；

火灾发生时，伴随着产生燃烧气体、烟雾、温度、火焰和燃烧波等火灾参量，通过对这些火灾参量的测量、分析，可以判定被测区域有无火灾存在；选取火灾信号的三个典型特征，分别为：温度、温升速率和火焰辐射强度；火灾发生时这三个特征会有不同程度的变化，三个特征值记为T1、T2和T3；根据T1、T2和T3的综合分析设定判断火灾的三个条件：

Ⅰ 温度T1大于60℃；

Ⅱ 温升速率T2大于20℃/分钟并且辐射强度T3大于8000(A/D值)；

Ⅲ 辐射强度T3大于18000(A/D值)；

记录满足火灾判断条件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的次数，分别记为C1、C2、C3，初始值为0；为确保火灾不发生误报，当C1、C2、C3任意一个累计达3次时，判断有火灾发生，发出报警信号；综合利用火灾信号的多个特征：温度、温升速率和火焰辐射强度，火灾发生时，记录了满足判断条件的次数，只有当次数满足一定的条件时，才触发报警信号，一定程度上减少了误报，提高了探测的精度；

C-8.报警：火灾发生时，报警灯点亮而且报警信号传输给计算机（4）。

4.根据权利要求1所述的一种基于多波段多特征的红外火灾探测方法，其特征在于：所述步骤D中计算机（4）从微处理器（3）获得数据信号是：计算机（4）通过串口与微处理器（3）进行数据通讯，计算机（4）一方面接收并显示微处理器（3）采集的数据，另一方面对微处理器（3）发出指令进行相应参数设置；实现对火灾信号及报警信号的显示、记录及保存功能，具体实现步骤为：

D-1.参数设置：需要设置的信息包括串口号、波特率、校验位、数据位、停止位、数据传输间隔及通讯次数；

D-2.数据通讯：实现火灾信号的实时接收显示、停止、保存及报警指示：

D-2-1.接收显示：首先配置相关的串口参数，其次设置自动保存文件的路径；最后点击“开始”按钮，系统便开始自动的实时接收下位机最新的火灾数据，并按所设顺序依次显示在相应窗体；

D-2-2.停止：判断数据是否达到通讯次数，到所需次数时，停止通讯；

D-2-3.保存：将数据以文本形式存储，同时可以清除显示控件中的波形；

D-2-4.报警指示：将微处理器（3）报警信号同时传输在计算机（4）显示；

D-3.历史数据导入：实现历史数据文件装载功能，建立火灾样本数据库，进行离线数据分析：

D-4.数据装载：将已存在的离线数据读入计算机（4）内存；

D-5.数据分析：绘制各传感器信号历史数据-时间特性曲线，建立有火、无火情况下的输入输出模型，指导微处理器（3）进行程序修正。