高精度高可靠宽光谱火焰探测器设计*

李 强, 张立军, 王冠鹰, 宋文刚, 吴秀龙, 黎 轩

(1.中国科学院微电子研究所,北京 100029；2.安徽大学 电子信息工程学院,安徽 合肥 230601)

0 引 言

火灾探测器是火灾自动报警和灭火抑爆系统中最基本和最重要的器件。现有的火灾探测器主要有感烟火灾探测器[1～3]、感温火灾探测器[4]以及火焰图像探测器。以上这些火灾探测器都无法满足抑爆系统对火灾高精度探测的需求,不能在爆炸诱导期内对火焰进行快速有效的抑制。无法解决矿井、油田、石化企业以及易燃易爆储存场所面临的火灾防范及快速抑爆问题[5]。感光型火灾探测器是利用火焰的光特性,通常响应时间十分迅速,可以快速感知外界光的变化,实现灭火抑爆的需求[6]。但是由于太阳光、雷电、电磁脉冲等条件干扰,现有的感光型火灾探测器经常会出现误报警现象。

本文提出了基于紫外光敏管、双红外光敏管的三探头设计。经过实际的性能测试,探测器的响应时间、防误报、探测视角等主要性能都达到领先水平。

1 火焰探测原理

物质在燃烧时,在产生烟雾和放出热量的同时,也产生可见或不可见的光辐射。火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射和伴有连续光谱的固体辐射,其波长在0.1～10 μm或更宽的范围[7,8]。燃烧生成的炽热气体和固体均产生较大电磁波辐射,烃类化合物燃烧生成大量的CO2和水蒸气,此两种气体对火焰的辐射光谱产生重大影响。CO2气体的红外辐射光谱有三个重要的条状光带：2.65～2.8 μm；4.15～4.45 μm；13～17 μm[9,10]。水蒸汽的红外光谱也有三个重要的条状光带：2.55～2.84 μm；……