基于一種可以區(qū)分真實(shí)煙霧和干擾煙霧的檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)進(jìn)步，城市化發(fā)展越來(lái)越快速，人類對(duì)消防安全的重視程度越來(lái)越高。而煙感報(bào)警設(shè)備作為消防安全體系中重要的一部分，被越來(lái)越多的人接受和使用。現(xiàn)有的煙感方案如電離傳感器，光電傳感器構(gòu)成的產(chǎn)品，可以很好的測(cè)量煙霧。一般電離傳感器方案，會(huì)比較快的對(duì)傳統(tǒng)煙霧進(jìn)行報(bào)警，這取決于煙腔迷宮的設(shè)計(jì)。而光電傳感器，可以更早的對(duì)陰燃物體產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行報(bào)警，從而提前預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。但這兩種方式，對(duì)燒焦的漢堡或水蒸氣干擾情況的辨識(shí)度較差，容易發(fā)生誤報(bào)，需要很有經(jīng)驗(yàn)的軟件人員將其與真實(shí)的煙霧區(qū)分出來(lái)。

技術(shù)型授權(quán)分銷商Excelpoint世健公司向我們推薦了ADI公司一款可以解決此問(wèn)題的新產(chǎn)品——ADPD188BI。該產(chǎn)品主要針對(duì)與北美市場(chǎng)UL217 Rev8 的標(biāo)準(zhǔn)需求而設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，ADPD188BI方案完全可以符合 UL217 的標(biāo)準(zhǔn)需求。該產(chǎn)品采用雙光電管的設(shè)計(jì)，芯片集成紅外光加上藍(lán)光的 LED，通過(guò)不同波長(zhǎng)的發(fā)射光，可以通過(guò)比率的方式，來(lái)間接判斷被測(cè)物質(zhì)的尺寸，以達(dá)到區(qū)分真實(shí)煙霧和干擾源的目的。

對(duì)此，ADI代理商——Excelpoint世健公司的工程師Abel Bian在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列測(cè)試。下圖展示了一些測(cè)試結(jié)果，工程師采用歐標(biāo)的測(cè)試煙箱，對(duì)氣溶膠煙霧進(jìn)行檢測(cè)。

圖一、圖三和圖五是 ADPD188BI 評(píng)估板顯示的采樣值和藍(lán)光與紅外光的 PTR（接收光與發(fā)射光功率的比值） 比值。圖中SlotA 表示藍(lán)光的 PTR值，SlotB 表示紅外光的 PTR 值， 這樣做的目的是可以最大程度的減小噪聲干擾對(duì)結(jié)果的影響。

圖一與圖二顯示遮蔽率為 0 時(shí)，ADPD188BI 的初始值?？梢钥吹狡渌{(lán)光和紅外光平均 PTR 值約為 11.53。比值約為 0.970。

圖三與圖四顯示遮蔽率為 0.2 時(shí)，ADPD188BI 的初始值?？梢钥吹狡渌{(lán)光和紅外光平均 PTR 值約為 11.73。比值約為 0.983。

圖五與圖六顯示遮蔽率為 0.4 時(shí)，ADPD188BI 的初始值。可以看到其藍(lán)光和紅外光平均 PTR 值約為 12.13。比值約為 1.005。

“我們可以通過(guò)平滑濾波來(lái)對(duì)所看到的 PTR 值進(jìn)行處理，來(lái)進(jìn)行煙霧報(bào)警判斷，這與之前的方式如出一轍?！盇bel表示，“第二，我們也可以通過(guò) PTR 的比值上升的斜率，和對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的遮光比（如12%/foot）這兩個(gè)參數(shù)，判斷所測(cè)量的物質(zhì)是否屬于真實(shí)燃燒帶來(lái)的煙霧?！?/p>

之后，Abel又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，但由于實(shí)驗(yàn)條件有限，他只是使用簡(jiǎn)易的加濕器來(lái)模擬水霧的情況。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看到，此時(shí) PTR 的比率是十分重要的參數(shù)，可以幫助判斷真實(shí)煙霧的發(fā)生。

【PTRA/PTRB 顯示了所有采樣輸出 PTR 比率的變化趨勢(shì)，這表明了在不同遮光比下，PTR 比率也是會(huì)發(fā)生微小的變化（PRTA表示藍(lán)光、PTRB表示紅外光）】

【紅外光和藍(lán)光的 PTR 輸出值，表明了煙霧濃度的變化程度，可以看到 PRTA 對(duì)煙霧濃度的變化相對(duì) PRTB 的更加敏感?！?/p>

以上是Abel針對(duì)氣溶膠測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?，在精度上，可以實(shí)現(xiàn)非常精細(xì)的采集，而且多出來(lái)的 PTR 比率信息，可以讓軟件人員得到更多的判斷依據(jù)。在更低遮光比下，提前判斷出真實(shí)的火焰發(fā)生。

最后，為了展現(xiàn)該產(chǎn)品對(duì)于不同煙源所展現(xiàn)的輸出變化，他又測(cè)試了高溫水汽和人吸煙的煙霧輸入。具體結(jié)果如下透視圖：

上圖前半部分的突起，是用電水壺?zé)_(kāi)后所產(chǎn)生的高溫蒸汽輸出。剔除掉結(jié)露的結(jié)果后的圖形，可以看到，在遇到高溫水汽的時(shí)候，兩種光的 PTR 的值會(huì)瞬間上升，超過(guò) 35nW/mW。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的吹風(fēng)冷卻和水汽清理，后半段可以看到抽煙所產(chǎn)生的輸出變化，當(dāng)然這個(gè)距離傳感器較近，輸出的值是煙霧遮蔽率較高的結(jié)果，最大可以到 25nW/mW 左右。

【PTRA/PTRB 的結(jié)果，高溫水汽與人體呼出的煙霧】

上圖可以很好地展現(xiàn)PTR 比率對(duì)判斷物質(zhì)的重要性。前半段可以看出，高溫水汽的PTR 比率瞬間上升，比值也接近 1.8 左右。后半段的 PTR 比值上升相對(duì)緩慢，而且比值在 1.55 左右。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

比率信息不可以單獨(dú)作為區(qū)分真實(shí)煙霧和干擾煙霧，軟件人員可通過(guò) PTR 值的上升速度和最終比值，做相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，并以此來(lái)作為判斷煙霧類型的依據(jù)，從而最大程度的減小誤報(bào)率。

此產(chǎn)品設(shè)計(jì)的應(yīng)用意義

針對(duì)以上測(cè)試結(jié)果，大家可以很容易地將該產(chǎn)品置于環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域來(lái)預(yù)防和監(jiān)控火災(zāi)的發(fā)生，比如：

-浴室，可以降低水霧對(duì)產(chǎn)品的誤報(bào)干擾。

-廚房，可以降低廚房油煙對(duì)產(chǎn)品的誤報(bào)干擾。

-倉(cāng)庫(kù)，可以降低粉塵對(duì)產(chǎn)品的誤報(bào)干擾。

通過(guò)傳感器雙管的拓?fù)浼軜?gòu)，實(shí)現(xiàn)增加對(duì)環(huán)境狀態(tài)的判斷的依據(jù)，降低算法上的難度，實(shí)現(xiàn)更加可靠的報(bào)警。

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