光電檢測(cè)技術(shù)

1、火源探測(cè)報(bào)警裝置課程名稱光電技術(shù)專業(yè)年級(jí)機(jī)自114 學(xué) 號(hào)1108030173 姓 名 指導(dǎo)教師蔡家斌二一 四年 五 月目錄緒論.1摘要.2一、 火源報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)原理2（一）光學(xué)結(jié)構(gòu)5(二) 電學(xué)結(jié)構(gòu)6二、 火源報(bào)警裝置在實(shí)踐中的應(yīng)用.8（一）直接報(bào)警裝置8（二）間接報(bào)警裝置8三、 對(duì)火源探測(cè)器的展望.8四、 設(shè)計(jì)思路.9五、 使用火源探測(cè)器應(yīng)注意的問題.11六、 總結(jié).11參考文獻(xiàn).12緒論光電檢測(cè)是指利用各類光電傳感器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，將被測(cè)量的量轉(zhuǎn)換成光學(xué)量，再轉(zhuǎn)換成電量，綜合利用信息傳輸和處理技術(shù)，完成在線和自動(dòng)測(cè)量。光電檢測(cè)技術(shù)是將傳統(tǒng)光學(xué)與現(xiàn)代微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合在一起的一門高新

2、技術(shù)，是獲取光信息或者借助光來獲取其他信息的重要手段。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和信息處理技術(shù)的提高，光電檢測(cè)技術(shù)作為一門研究光與物質(zhì)相互作用的新興學(xué)科、已成為現(xiàn)代信息科學(xué)的一個(gè)極為重要的組成部分。光電檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用廣泛，幾乎可以運(yùn)用到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域和日常工業(yè)活動(dòng)中。其研究物質(zhì)光是一種在生活中隨處可見的物質(zhì)，光電檢測(cè)技術(shù)可以根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度、輻射強(qiáng)度、亮度、波長、輻射頻率等的強(qiáng)度或變化來進(jìn)行檢測(cè)，也可以根據(jù)不同性質(zhì)的光來進(jìn)行檢測(cè)。如今，光電檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出納米、亞納米的高精度光電測(cè)量新技術(shù)，新式技術(shù)逐漸取代過往常用的技術(shù)，并逐步向三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展。由于光電檢測(cè)技術(shù)的靈敏

3、度高、響應(yīng)速度、不受電磁干擾、可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此光電檢測(cè)技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)打發(fā)展在未來將更受關(guān)注，一切新興技術(shù)都在朝著自動(dòng)化，智能化，微型化，人性化等方向發(fā)展，光電檢測(cè)技術(shù)也不例外。其中智能化將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。摘要：盡管在不同的情況下，發(fā)生火災(zāi)的情況不同，但在火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域都伴隨著溫度升高、產(chǎn)生火光和煙塵等。根據(jù)探測(cè)區(qū)域的性質(zhì)可選用不同的報(bào)警裝置，以火源為輻射光源的報(bào)警裝置是一種常用的報(bào)警裝置。火災(zāi)產(chǎn)生時(shí)火光中的紅外光波長較長，能透過一定的煙塵在一定距離內(nèi)由紅外元件吸收，從而裝置能將紅外輻射轉(zhuǎn)為電信號(hào)輸出，達(dá)到報(bào)警目的。關(guān)鍵字：火源探測(cè)器 報(bào)警裝置 紅外線 輻射 火災(zāi)一

4、、 火源報(bào)警裝置的結(jié)構(gòu)原理火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)是用來探測(cè)初期火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生的跡象、信號(hào)或變化因素的。它的主要用途是探測(cè)火災(zāi)并把探測(cè)到的火災(zāi)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可見或可聽得見的聲光信號(hào)。因此，它有一定的電學(xué)結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)來完成探測(cè)報(bào)警的這個(gè)過程。是光電式的報(bào)警裝置。（圖1引用光電檢測(cè)原理及應(yīng)用70頁）圖中光學(xué)系統(tǒng)2即為圖4聚光裝置，該裝置采用了球面反射式光學(xué)聚焦作為紅外元件以充分利用紅外能量，因?yàn)榛鹪磿?huì)產(chǎn)生可見光和紫外線，所以必須要在紅外元件接收器外面加一個(gè)薄膜濾光片使紅外線通過濾掉其它光線，濾光后，紅外元件所接收到的光即為不可見的紅外光；當(dāng)火災(zāi)發(fā)生產(chǎn)生火源發(fā)出紅外線由圓弧形的聚光器將光集中反射到紅外接收器C上，紅

5、外接收器為光敏電阻，光敏電阻接收照射后電阻很快便小，在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流經(jīng)過放大器4放大后觸發(fā)后接電路5，后接電路穩(wěn)定運(yùn)行使音頻振蕩器震蕩導(dǎo)通報(bào)警燈7（發(fā)光二極管）報(bào)警器接通開始報(bào)警。（一）光學(xué)結(jié)構(gòu)及原理由于在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生紅紫外光線和紅外光，這兩者的波長均為不可見光，紅外線波長在1000um之間（如圖3）,根據(jù)波長范圍可把紅外線分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外（如圖2），它與一般光線類似，具有折射、反射功能。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生是，它能在一定距離內(nèi)透過煙塵被紅外元件吸收，因此可將該報(bào)警裝置設(shè)定為紅外探測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，光源發(fā)出紅外光線，紅外線透過煙塵被紅外元件接收，紅外元件接收后經(jīng)過調(diào)制解

6、調(diào)或放大器將火災(zāi)信號(hào)放大后接后接電路，即將火災(zāi)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，在電路中接入報(bào)警裝置即可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。由于火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域是不定的，所以一個(gè)儀器必須能監(jiān)視多個(gè)區(qū)域，即采用多面鏡來達(dá)到反射聚焦的目的，以太陽光為例，其光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖4：圖2圖3圖4聚光裝置（二）電學(xué)結(jié)構(gòu)及原理火災(zāi)發(fā)生時(shí)，需將紅外接收器接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出并接通報(bào)警裝置完成報(bào)警，但是光信號(hào)是一種微弱的信號(hào)，所以必須經(jīng)過放大器放大使光信號(hào)能觸發(fā)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其電路圖如下：由于光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，無光照時(shí)，光敏電阻的阻值很大，電路中電流很小。接受光照時(shí)，由光照產(chǎn)生的光生載流子迅速增加，其阻值急劇減小。在外電場(chǎng)

7、作用下光生載流子沿一定方向運(yùn)動(dòng)，在電路中形成電流，光生載流子越多電流越大。所以，當(dāng)可探測(cè)區(qū)域出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)， 光敏電阻便立即產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)過放大，觸發(fā)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。第一級(jí)放大器由BG1、BG2組成，第二級(jí)放大器由BG3、BG4組成。放大后的脈沖經(jīng)過電容C3和二極管D2對(duì)電容C4充電，為BG5提供基極電流使BG5、BG6穩(wěn)定導(dǎo)通，同時(shí)BG7開始震蕩，外接發(fā)光二極管D4，D3導(dǎo)通，二極管D4發(fā)光，開始報(bào)警，當(dāng)閉合開關(guān)K時(shí)，BG6接地，R11起保護(hù)作用，BG7與R13接報(bào)警器與報(bào)警器組成音頻振蕩器，報(bào)警完成。（引用光電檢測(cè)原理及應(yīng)用70頁）圖5二、 火源報(bào)警裝置在實(shí)踐中的應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用中，有的火災(zāi)火

8、源是可在探測(cè)區(qū)域內(nèi)直接探測(cè)到的采用的是直接報(bào)警法。但有時(shí)火源在建筑物的夾壁、天花板等夾層內(nèi)，造成多處冒煙但找不到火源，對(duì)于這種情況，采用的是間接報(bào)警法。（一）直接報(bào)警法直接報(bào)警法可以直接檢測(cè)火源，原理與上述描述相同，采用紅外光源探測(cè)裝置。如：當(dāng)房屋或倉庫等地發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰發(fā)出的光經(jīng)濾波器濾波后被紅外元件接收開始報(bào)警，與上述描述同理。（二）間接報(bào)警法當(dāng)火源在夾層中時(shí)，紅外線無法透過夾層等障礙物夾層有沒有小孔等可使紅外線發(fā)生衍射被聚光裝置反射吸收，但是火源會(huì)產(chǎn)生熱輻射和熱傳導(dǎo)，因此，可用紅外探熱裝置進(jìn)行檢測(cè)。三、 對(duì)火源探測(cè)器的展望1.火源探測(cè)器報(bào)警相對(duì)靈敏度及可靠性還比較低，只能確定確定火源的

9、大致區(qū)域，還不能確定火源所在的準(zhǔn)確位置，自動(dòng)報(bào)警，滅火裝置應(yīng)該結(jié)成一體，如果火勢(shì)過大或是紅外輻射強(qiáng)烈，如何可以加上自動(dòng)打火警求救裝置。2.對(duì)運(yùn)用在不同的場(chǎng)合應(yīng)該有不同的設(shè)置，這就要求對(duì)該報(bào)警裝置進(jìn)行參數(shù)控制，火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以抑制火災(zāi)發(fā)生信號(hào)的產(chǎn)生，是否可以運(yùn)動(dòng)計(jì)算機(jī)及現(xiàn)有的信息電子控制技術(shù)完成這一控制，從而研究出能自動(dòng)報(bào)警滅火的綜合防火治理方案。3.在很多場(chǎng)所是必須要杜絕火源的，比如：礦井、發(fā)電廠、加油站等，如何在這些場(chǎng)所在火源還沒有產(chǎn)生即將發(fā)生火災(zāi)時(shí)根據(jù)氣體的濃度、著火點(diǎn)、燃燒條件等方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)，預(yù)防火災(zāi)。即時(shí)采取措施避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?？偠灾?，火災(zāi)預(yù)防無論是在工業(yè)上還是民用生活中，都

10、極其重要，而現(xiàn)在還有很多技術(shù)處于待成型階段，展望未來，一定會(huì)逐漸完善，而光電檢測(cè)將扮演主要角色。四、 設(shè)計(jì)思路1. 提出問題無論在任何場(chǎng)所，火災(zāi)防護(hù)都是重要的安全措施，火災(zāi)一旦發(fā)生，所造成的生命損傷的財(cái)產(chǎn)損失都是不可挽回的， 特別是在礦井、發(fā)電廠、輪船等場(chǎng)合，怎樣才能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)第一時(shí)間收到信息并及時(shí)處理，最簡單可行的方法就是用光電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，如何設(shè)計(jì)光電電路？2. 設(shè)想當(dāng)火災(zāi)發(fā)生是會(huì)產(chǎn)生光源，光源里含有紫外線和紅外線的不可見光，其中紅外線波長較長，傳播距離較長，且能繞過一定的障礙物，因?yàn)楣饷綦娮枋墙t外波段最靈敏的光電導(dǎo)探測(cè)器件，原理圖如圖6所示，所以可以采用紅外線敏感器件來進(jìn)行光

11、信號(hào)的傳遞并通過電路將信號(hào)輸出去。圖63. 設(shè)計(jì)因?yàn)榛鹪窗l(fā)出的光信號(hào)比較復(fù)雜，所以在紅外元件接收之前要通過相應(yīng)的濾波器進(jìn)行濾波來得到紅外線，由于火災(zāi)發(fā)生的方向是不確定的，所以必須設(shè)計(jì)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)使得無論在那個(gè)方向上發(fā)生火災(zāi)都可以使探測(cè)元件探測(cè)到，因此采用反射聚光裝置，如圖4。但是紅外光信號(hào)極其微弱，所以要將感測(cè)元件感測(cè)到的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)變放大為較大的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置，PbS光敏電阻對(duì)光敏感性強(qiáng)，靈敏度高，在電路中被光照射時(shí)，電阻能極具減小使電路電流增大，再通過放大器將電信號(hào)放大即可驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置。如圖5。五、 使用火源探測(cè)器應(yīng)注意的問題（一）誤報(bào)警因?yàn)榛鹪刺綔y(cè)器對(duì)光比較敏感，易受其他紅外光的干擾，

12、對(duì)紅外燈，打火機(jī)、火柴火、煙火、或其他紅外輻射光源有可能發(fā)生誤報(bào)警情況，所以應(yīng)盡量避免在檢測(cè)區(qū)域出現(xiàn)檢測(cè)干擾信號(hào)和盡量不要安裝在光照較強(qiáng)或有太陽光照射的水面附近。(二) 不報(bào)警由于報(bào)警裝置安裝時(shí)間過長，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)被灰塵中感光元件被灰塵等擋住而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)無法感測(cè)紅外線或電路故障而導(dǎo)致無法報(bào)警。因此，在安裝后，要經(jīng)常清潔光學(xué)系統(tǒng)和電路檢查、維修。六、 總結(jié)俗話說：三百六十行，行行出狀元，每一個(gè)領(lǐng)域，都有其不可被剝奪的地位和不可或缺性。在科學(xué)發(fā)展中，每一個(gè)領(lǐng)域都是相互獨(dú)立而又相互依存的，例如：光的技術(shù)可作為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域，電子技術(shù)也是一個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域；但是單一的光學(xué)技術(shù)和單一的電子技術(shù)適用范圍

13、較窄，兩者結(jié)合過后能開辟新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，如光電檢測(cè)技術(shù)。要想把兩樣技術(shù)或更多技術(shù)融合在一起，就必須去積累各項(xiàng)技術(shù)的有關(guān)知識(shí)，在這次論文寫作過程中，這一點(diǎn)感受頗深，由于知識(shí)有限，寫起來舉步維艱，難以下筆，沒有任何儲(chǔ)備的知識(shí)，只能現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，好不狼狽。人每一次的成長應(yīng)該就是觀人而自省，做事而自省，做完而后自省了。參考文獻(xiàn)：光電技術(shù)第三版第三章、第十章，王慶友主編 光電檢測(cè)技術(shù)郭天太，陳愛軍，沈小燕，劉輝軍編著華中科技大學(xué)出版社第一章第一節(jié)火災(zāi)探測(cè)與火災(zāi)系統(tǒng)（美）約翰L·布賴恩著 馮紹全 唐祝華譯，1988年03月第1版，群眾出版社，第十章，第十三章。火災(zāi)探測(cè)與控制工程吳龍標(biāo) 袁宏永編著999年1