紫外线火焰监测系统的设计分解
- 格式:docx
- 大小:178.83 KB
- 文档页数:16
130 引言火灾的燃烧过程从刚开始的热量聚集,烟雾产生,到后期的火焰,是一个复杂的过程,在这个过程当中可以使用多种手段去监测,对应产品有温感、烟感、火焰探测器。
火灾探测就是将火灾中出现的不同阶段的不同现象,如图1所示,利用传感器元器件进行感受,转化成可以处理的数据,从而告知人类危险即将发生。
应用场景主要有航天工业、化学工业、公路隧道、弹药仓库、油漆工厂、石油石化、制药厂、发电厂、仓库等易燃易爆场所。
1 火焰探测器原理及分类1.1 火焰探测器的分类根据现在国家的消防规定和探测器的原理,火焰探测器分为紫外型火焰探测器、红外型火焰探测器、感烟型火焰探测器、图像型火焰探测器。
本章主要阐述前两种的原理设计及实现方案。
1.2 紫外原理当燃烧物质燃烧时,会发出紫外光及红外[收稿日期] 2020-07-28[作者简介]张绪文(1983— ),男,毕业于河南科技大学,工程师,主要负责项目研发及市场渠道销售工作。
基于紫外红外原理的火焰探测器的设计实现及FD10系列火焰探测器产品张绪文,王海东,李 宏(汉威科技集团股份有限公司,河南 郑州 450001)[关键词]红外传感器;热释电;火焰探测器;FD10系列火焰探测器[摘 要]提出了基于红外原理的火焰探测器的设计方案,并落地实施,采用高性能32位单片机作为主控芯片和热释电传感器,作为采集火焰信号的核心元器件,利用放大电路,构成数据采集,数据处理的系统。
与气体探测器产品搭配使用,组成气体、火灾应急管理监控系统,为企业和员工的生命和财产安全保驾护航。
[中图分类号] TP273 [文献标识码] A [文章编号]1004-9118(2021)01-0013-04DOI :10.14023/ki.dqfb.2021.01.003Design and Implementation of Flame Detector Based on UV-IR Principle and FD10 SeriesFlame Detector ProductsZhang Xuwen, Wang Haidong, Li Hong(Hanwei Electronics Group Corporation, Zhengzhou 450001, Henan)Key words: infrared sensor; pyroelectric; flame detector; FD10 series flame detectorAbstract: The design scheme of flame detector based on infrared principle is put forward and implemented on the ground. High performance 32-bit single chip microcomputer is used as the main control chip and pyroelectric sensor, as the core component of flame signal acquisition, and the amplification circuit is used to form a data acquisition and data processing system. It is used together with gas detector products to form gas and fire emergency management and monitoring system to protect the life and property of employees and enterprises.光,采用高性能紫外传感器,探测波长在185-260 nm之间。
火焰探测器设计手册(设计院)一、产品概述防爆红外、红紫外复合火焰探测器(以下简称探测器)属于智能型火灾探测设备,它运用了先进的多红外传感技术(MIR)和复合探测技术,采用多通道火焰传感器设计。
本探测器能够对日光、闪电、电焊、人工光源、环境(人等)、热辐射、电磁干扰、机械振动等干扰有很好的抑制,从而实现了对火焰信号的快速响应和准确识别。
本探测器采用非接触式探测,灵敏度现场可调,提供无源接点、标准电流输出和总线接口与火灾报警系统相连接。
本探测器适用于无烟液体和气体火灾、产生烟的明火以及产生爆燃的场所。
例如:航天工业、飞机库、飞机修理场、化学工业、公路隧道、弹药和爆炸品仓库、油漆工厂、石油化工企业、制药企业、发电站、印刷企业、易燃材料仓库等可燃物含碳物质的其他场合。
本探测器根据GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分:通用要求》、GB3836.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分:隔爆型“d”》的规定,制成隔爆型结构,其防爆标志:ExdⅡCT6。
适用于工厂具有ⅡA、ⅡB、ⅡC级,引燃温度组别为T1~T6组的1区、2区可燃性气体或蒸气与空气形成的爆炸性混合物的场所。
二、产品系列介绍三、火焰探测器型号注释JTGB ―□□―□□ □□□(□□)―□□/□□□产品类别组特征代号传感器特征及传输方式代号厂家代号产品代号Ex 防爆标志IR 红外火焰探测器UV 紫外火焰探测器UV/IR 红紫外复合火焰探测器IR2双波段红外火焰探测器IR3三波段红外火焰探测器四、产品资料※JTGB-UH-YC103-IR2 隔爆双波段红外火焰探测器 ●产品简介防爆多波段红外火焰探测器(以下简称探测器)属于智能型火灾探测设备,它运用了先进的多红外传感技术(MIR ),使用两只具有窄带滤波的不同波长的红外传感器,其中一只传感器工作在反映火焰信息的中心波长,另外一只传感器监视环境中的其他红外辐射,结合火焰的闪烁特征,通过高性能的微处理器和先进的数学算法模型进行运算分析,使得只有符合火焰特征的辐射频谱才会被确认为火警,而其他的干扰因素形成的假火警信号则会被排除。
基于紫外光电二极管的火焰检测器姜绍君;何英昊;马彧【摘要】Design of flame detector based on ultraviolet photodiode was introduced. In the design, ultraviolet photodiode was used to transform ultraviolet ray emitted by flame into current signal,i. e. flame detection signal. Then, the signal was moduled and outputted under the control of microprogrammed control unit ( MCU). According to the experiments, the design, which has been shown to be precise and stable, is suitable for detecting flame in industrial furnace.%介绍了基于紫外光电二极管的火焰检测器的具体设计方案.火焰燃烧向外释放紫外线,通过紫外光电二极管转换成微弱的电流,经过信号调理,单片机控制输出,实现火焰检测.所设计的检测器检测准确、性能稳定,适合用于燃气工业炉的火焰检测.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】3页(P34-35,61)【关键词】火焰检测;紫外光电二极管;信号调理【作者】姜绍君;何英昊;马彧【作者单位】大连理工大学城市学院,辽宁大连116600;大连理工大学城市学院,辽宁大连116600;大连理工大学城市学院,辽宁大连116600【正文语种】中文【中图分类】TP2740 引言在工业领域内,对于各种使用天燃气、煤气等燃料的工业炉,如果点火失败,或在正常燃烧时,因某种原因而突然熄火,此时若不及时切断燃料供给,就可能引起后继投入的燃料而造成爆炸事故。
浅谈加热炉火焰检测系统改造成果摘要:LNG工厂主要是以天然气为原料生产液化天然气。
在生产液化天然气过程中需要经过脱碳、脱水、液化这几个主要环节。
原料天然气中水是由活性炭分子筛通过变压吸附工艺进行脱出。
分子筛采用的是两塔流程,一个工作一个再生,两个干燥床切换使用。
脱碳后的湿净化天然气经过分离器后进入分子筛V-202A/B 进行脱水处理。
其中加热再生单元需要运行6.8小时,加热是由再生气加热炉H-201完成,在加热再生阶段把再生气加热至290摄氏度,高温干燥气体进入分子筛除去里面的水分,分子筛得以再生。
整个过程中如果H-201加热炉不能正常运行将会影响分子筛的再生,从而造成全厂停产损失。
本文主要阐述因加热炉停运频繁造成工厂多次非计划停车的原因分析和改造项目的实施及成果。
关键词:天然气;液化;火焰检测;改造1 故障原因分析H201加热炉在工厂开产以来运行工况一直不够稳定,燃烧器经常不能点火造成整个脱水系统停运瘫痪。
在停产过程中,对加热炉燃烧机拆开检查,检查结果正常。
最后通过燃烧试验,判断为火焰检测系统不能有效监测火焰燃烧信号,造成燃烧机火焰信号得不到正常反馈,自燃烧器自动切断天然气停运。
本加热炉改造前是采用离子棒检测火焰信号。
离子棒火焰监测器主要用于燃气工业燃烧器、锅炉的火焰监测,其检测性能可靠,价格便宜。
公司现有设备中,原设计方将其使用在再生气加热炉的火焰检测来控制燃料气阀门的开关。
经分析,虽然其检测性能可靠,但是由于工厂的再生气加热炉在室外,而且加热器是间断工作方式。
原设计方并没有考虑到四川雾多,湿气重,且经常下雨,还有工艺方面再生气温度过低等因数,导致再生气加热炉内部经常有凝结液滴落,从而使离子棒火焰监测器的火焰探针即离子棒长期受潮。
在每次启动再生气加热炉时都需要吹扫多次才能将离子棒火焰监测器的离子棒吹干。
如果受潮严重,吹扫也不能起到任何作用,就会导致离子火检无法正常工作,再生气加热炉不能正常启动,最终影响分子筛脱水系统的正常运行。
文章编号:1007-757X(2021)06-0202-03紫外线自动检测及消毒系统设计王颖(吉林大学第一医院二部应中心,吉林长春130031)摘要:由于消毒环境的变化,常规消毒制度很难满足现场紫外线消毒要求,要么消毒不足,要么过度消毒。
针对上述问题!结合微控制器设计了紫外线自动检测消毒系统。
系统可实现现场紫外线自动检测,并根据检测结果及时调整辐照度和消毒时间,以满足现场消毒要求。
此外,融入了递减算法抗干扰措施,提高了系统自动检测精度。
该设计为紫外线消毒设备及系统的改造提供了参考,具有一定的应用价值。
关键词:紫外线消毒;辐照度;微控制器;递减算法中图分类号:R187+.4文献标志码:ADesign of Ultraviolet Automatic Detection and Disinfection SystemWANG Ying (DisinfectionandSupplyCenteroftheSecondDepartment,theFirstHospitalofJilin University,Changchun130031,China) Abstract:Due to the change of disinfection environment,the conventional disinfection system cannot meet the requirements of ultraviolet disinfection,either insufficient disinfection or excessive disinfection.Aiming at these problems,combined with mi-crocontraller,an automatic ultraviolet detection and disinfection system is designed.The system can realize the automatic detection of ultraviolet rays on site,and adjust the irradiance and disinfection time according to the detection results,so as to meet the requirements of disinfection on site.In addition,the system integrates the anti-interference measures of the decreasing algorithm to improve the automatic detection accuracy.The design provides a reference for the transformation of UV disinfection equipment and system,and has a certain application value.Key words:UV disinfection;irradiance;microcontroller;decreasing algorithm0引言紫外线常用在治疗室、实验室院科室等环境,由于环境的变化使得传统的定时制能达到,丿合适的量才能达到的宇效在医用环境下,紫外线量时间和紫外线辐照度的乘积⑵。
基于紫红外传感器的火焰探测系统设计与实现李文斌;张卓;范赐恩;陈迎;吴敏渊【摘要】针对传统的感烟、感温、感光型火焰探测器的误报率高,响应时间长的特点,研制了一种联合使用紫外和红外传感器的火焰探测系统.该系统利用紫外传感器探测火焰辐射出的处在日盲区波段的紫外光谱,同时使用红外传感器探测火焰辐射出的4.4 μm波段的红外光谱,并结合快速傅里叶变换(FFT)提取火焰闪烁频率的方法来识别火焰.实验表明,该方法有效地降低系统误报率和漏报率,响应时间小于1 s,探测距离达到5 m,对于粮仓、易燃物品存放地的消防应用有着重要的意义.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P56-59)【关键词】紫外传感器;红外传感器;火焰探测;快速傅里叶变换;闪烁频率;消防应用【作者】李文斌;张卓;范赐恩;陈迎;吴敏渊【作者单位】武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070;上海航天电子通讯设备研究所,上海201100;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TP277粮仓、易燃物品存放地等场所往往易于发生火灾,严重危害人们的生命和财产安全,所以对该类场所的安防工作极其重要。
传统火灾探测器主要是感烟、感温、感光型探测器[1-2]。
感烟、感温型探测器虽然漏报率很低,但是易受环境湿气、温度等因素的影响。
感光型主要有两种:紫外探测器和红外探测器。
传统的感光性火焰探测器有单紫外,单红外,双红外和三红外探测器。
紫外探测器响应快速,对人和高温物体不敏感,但有本底噪声存在,且易受雷电、电弧等影响,红外探测器易受高温物体、人、日光等影响[3],所以单紫外,单红外探测易发生误报现象。
双波段红外和三波段红外探测器响应时间长,背景复杂情况下难以区分火焰和背景,误报率较高。
紫红外探测器结合了紫外传感器和红外传感器优势,互补不足,可以快速识别火焰,并且准确率高。
火焰检测与灭火系统设计一、火焰检测系统设计在许多行业如石油、化学、电力等重要场所,火灾的发生都是不可避免的。
一旦火灾发生,就会造成重大的财产损失和人员伤亡。
因此,这些行业必须配置火焰检测系统。
火焰检测系统通过对环境中热物质或者火焰的检测,能够实时监测系统中火源位置和燃烧状态,迅速报警并激活灭火系统。
火焰检测系统通常包括两部分:检测传感器和控制器。
(一)检测传感器常见的火焰检测传感器包括光电火焰探头、紫外线火焰探头以及红外线火焰探头。
光电火焰探头通过光学采集技术,在检测过程中不受光线、雾气、水蒸气等外界干扰,准确快速地检测出火焰信号;紫外线和红外线火焰探头则是根据火焰燃烧时所主要释放的紫外线和红外线能量特性来进行检测。
在选购火焰检测传感器时,需要根据实际需求进行合理的选择。
考虑地点环境、温度、气体浓度等因素,参考数据手册中的灵敏度和响应时间指标等,确保传感器准确监测。
(二)控制器火焰检测系统的控制器主要由检测模块、报警模块、执行模块和通信模块四部分组成。
检测模块是火焰检测器检测到火源、烟雾、气体浓度等信号后将这些信号转化为标准信号输出时的部分。
报警模块则是将检测模块获得的信号进行接收并进行相关处理,如声光报警、短信报警等。
执行模块则是在系统报警时负责启动灭火控制器等设备进行消防处理。
通信模块则是把系统数据、故障信息等传输给上位机或者其他设备。
(三)布局火焰检测信号需要及时传输和处理,因此在系统设计时须考虑传输距离、布线方式、放置位置、通讯协议等问题。
如数据传输方式可以采取硬线连接、RS485总线、以太网等方式,红外和UHF遥控也是常用的方式之一;火焰探头放置位置要考虑起火位置,通常布置在潜在火源附近或者易燃气体可能积聚的场所。
同时还需要考虑噪声、气流等外部干扰。
(此处已1200字)。
火焰探测器设计
火焰探测器设计
火焰器的背景:
多频红外火焰探测器利使用两只传感器探测火焰的辐射,两只传感器探测背景的辐射,采用微弱信号检测与多通道信号采集技术,根据各个传感器信号的特征与相互关系建立火焰特征库,只有当采集的数据符合火焰发生的特征时,探测器才发出火警信号,对日光、灯光、热源与电焊等干扰抑制性强,具有响应时间快,探测器距离远,环境适应性好的特点。
下面介绍其检测原理与软硬件设计方案。
红外火焰探测器工作原理:
红外辐射的物理本质是热辐射,物体温度越高,辐射的红外线就越多,辐射能量也就越强。
火焰光谱从紫外光、可见光到红外光都有能量辐射。
碳氢化合物燃烧时在红外波段内的2.7μm与4.35μm附近有一个峰值[1],而太阳在这两个波段附近的辐射被空气中的CO2所吸收,因此使用安装窄带滤光片的中心波段在2.7μm附近的硫化铅传感器与中心波段在4. 35μm附近的热释电传感器作为火焰探测的传感器。
2.7μm的硫化铅探测器对火焰信号灵敏度高,作为监测火焰强度趋势使用。
在CO2峰值辐射波段4.35μm两侧各选择了一个参比波段,
3.8μm与
4.8μm。
由于任意一个红外辐射源在这三个波段都有独自的光谱特征,因此比较这三个波段辐射强度之间的数学关系,就可将火焰和其他红外辐射源区别开来。
由于红外多频火焰探测器很好地解决了传感器信号距火源距离的增加而衰减的矛盾,即各个传感器接受火焰信号辐射强度之间的数学关系不随信号的衰减而
发生变化,因此结合相关检测技术对接收到的信号进行处理与分析,可以极大地提高了探测器的探测距离和灵敏度,其探测原理的先进性,保证红外多频火焰探测器抗干扰能力强,适用于室内和户外火灾探测。
紫外火焰探测器的设计【摘要】利用火焰发出的紫外线对火焰信号进行检测的原理,讨论了紫外型火焰探测器的电路组成,分析了各部分电路的工作过程。
该火焰探测器具有广泛的应用前景。
【关键词】紫外线火焰探测器脉冲驱动在油气生产领域,极易发生火灾,因此必须对火焰的发生进行有效检测,及时提供报警信息以保证安全生产。
由于各种燃料燃烧时的火焰所发出的紫外线都很强,且火焰如果熄灭,紫外线随即消失。
因此利用检测紫外线来检测火焰的方法可靠性较高,而且不受可见光和红外线的影响。
为此,作者利用紫外线传感器研制了紫外型火焰探测器。
1 火焰紫外线的检测原理紫外线传感器对紫外线进行响应的波段在185~260nm狭窄范围内,而对超出该频谱范围的光线不敏感,利用它可以对火焰中的紫外线进行检测。
它是一个封闭且能透过紫外线的玻璃管,管内充满了一种特殊的气体。
玻璃管内部有一对由金属引线引出的电极——阳极和光电阴极,其中光电阴极由只对紫外线敏感的金属材料制成,在紫外线照射下发射光电子。
2 探测器的电路组成和工作原理探测器的电路组成分成两大部分:驱动电路、信号处理与控制电路。
2.1 驱动电路传感器一旦开始放电,就会处于一种自保持放电方式,即使紫外线消失,仍有放电电流存在,这样就不能正确地检测紫外线。
因为传感器本身没有自动抑制火花的特性,必须从外部加入灭弧电路。
采用周期性地减小阳极电压,使其低于VS的方法可以防止放电电流的自保持。
紫外线传感器需要外加350V的高电压进行驱动,而探测器的外供电源一般是直流低压电源或干电池,因此需进行DC/AC/DC的转换,以获得传感器所需要的高电压。
图1示出了由电阻R1和电容C1组成的脉冲驱动电路的工作波形。
在b点:当有紫外线射来时会产生一次放电,充电电容C1提供放电电流,电阻R2产生瞬时电流,得到一个尖脉冲电压输出。
在c点:由于提供放电电流,电容C1上的电量减少,则阳极电位也随之降低,当电位低于放电维持电压VS时,就暂时停止放电。
双鉴式红紫外线性光束成像感烟火灾探测系统一. 产品概述 System OverviewBVID探测器光束感烟的主要工作原理在于红紫外光束在光谱摄像机中成像,通过背景的学习和前景提取可以有效获取光束成像随烟雾变化特性参数,而灰尘、水蒸气对于红紫外光束的影响和烟雾对红紫外光束的影响有着明显差别,通过差异性可以予以识别分析,而最终输出光束烟雾报警。
探测器的空间烟雾和火焰识别仍然采用的智能分析和模式识别方法,与AE900系列相同。
AE909-XX + BSE-YY系列光束复合图像火灾(烟雾/火焰)可视探测器采用的是彩色/黑白和特定波段视频图像摄像机,使用不同焦距的镜头,并与不同类型的光束发射单元搭配,主要用于空间内不同距离范围的火焰和烟雾探测。
探测器除了输出报警信息(包括光束烟雾报警信息、空间烟雾报警信息、火焰报警信息、故障信息、报警的光束序号、火灾的位置信息等)外,还输出彩色/黑白视频信号(以H.264压缩格式为主,高清1080P,可提供双码流)。
该型探测器主要采用了多频图像模式识别分析技术、特征分析与数据融合技术、自适应技术等,通过智能模式识别算法和自适应学习算法,辨识出现在视场中的烟雾或火焰图像信息,通过数据融合技术,形成火灾概率参数或者输出烟雾浓度指标参数,并输出报警信息和复合视频图像。
AE909-XX+BSE-YY探测器采用DSP处理器架构,以太网络接口。
探测器均独立工作,具有图像采集、图像处理、火灾报警、温度异常报警等工作单元,是一套独特的分布智能探测器,可以与常规火灾自动报警系统兼容,也可与常规CCTV监控或工业电视监控系统兼容。
针对防爆场所或其他特殊应用场所,AE909-XX+BSE-YY系列产品可采用增加防爆外壳或对应需求的外壳解决环境适应性问题。
另外根据使用场所和客户需要,可以选择火焰、空间烟雾或光束烟雾独立探测报警模式、火焰和空间/光束烟雾复合探测报警模式等,从而满足不同客户的需要。
UV火焰探测器工作原理及与波长的关系1. 火焰探测器的基本原理火焰探测器是一种用于检测火灾的安全设备,它能够及早发现火灾并发出警报,以便采取相应措施进行灭火或疏散。
其中,UV(紫外)火焰探测器利用紫外光的特性来检测火焰。
UV火焰探测器主要由以下几个部分组成:1.光源:通常是紫外灯,产生波长在200-280纳米(nm)之间的紫外光。
2.光电二极管(Photodiode):用于接收并转换光信号为电信号。
3.滤光片:用于滤除非紫外光波长范围内的光线,只透过200-280nm范围内的紫外光。
4.信号处理电路:用于放大、滤波和判断电信号是否来自火焰。
其工作原理如下:1.紫外灯发出波长在200-280nm之间的紫外光。
2.当有燃烧物质产生火焰时,燃烧产生的气体和颗粒会发出紫外辐射。
3.紫外光穿过滤光片,只有波长在200-280nm范围内的光线能够通过。
4.火焰发出的紫外辐射被接收器(光电二极管)接收。
5.接收器将接收到的光信号转换为电信号。
6.信号处理电路对电信号进行放大、滤波等处理,并判断是否来自火焰。
7.如果判断为火焰信号,报警装置将触发警报。
2. 波长与火焰探测器的关系波长是光的一个重要特性,不同波长的光具有不同的特点和作用。
在火焰探测器中,波长与其工作原理密切相关。
2.1 紫外光的波长范围紫外光是指波长小于可见光(400-700nm)的电磁辐射。
根据不同波长范围,紫外光通常分为三个区域:1.UVA(近紫外线):315-400nm2.UVB(中紫外线):280-315nm3.UVC(远紫外线):200-280nm2.2 火焰辐射的波长范围火焰是燃烧产生的可见光和辐射的混合物。
在可见光范围内,火焰通常呈现黄色、橙色或红色。
然而,在不可见光的紫外光区域,火焰也会发出辐射。
火焰主要通过两种方式发出紫外辐射:1.分子辐射:由于燃烧过程中产生的高温,燃烧产物中的分子会被激发并发出紫外辐射。
这种辐射主要集中在UVC和UVB区域。
第十章锅炉火焰检测系统第一节火焰检测原理锅炉燃烧器火焰检测设备是锅炉极为重要的控制设备,是锅炉炉膛安全监控系统最重要的一次设备,对保证锅炉安全稳定运行具有十分重要的意义。
1. 火检器的类型1.1 直接式火检器:一般用于点火器的火焰检测,常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等。
1.2 间接式火检器:利用辐射光能原理,检测火焰中的紫外光线、可见光线和红外光线的存在以判定火焰状况。
1.3 数字图象火检装置:用CCD摄象机摄取火焰图象送到计算机对图象进行数字化处理,计算出燃料燃烧火焰的温度场,火焰的能级,从而判断出燃烧的好坏及火焰边界告警和熄火保护等。
2. 火焰检测装置构造2.1探头部分探头一般由透镜、光导纤维、光敏元件(包括光敏二极管、三极管、光电池和CCD光图象器件)构成。
由于是在高温和污染环境下工作,透镜、光纤和传感元件都密封在一长形钢管内,并以风冷却。
确保探头不被损坏和污染。
火焰产生的辐射能和图象经过透镜聚焦到光纤输入端,输出端传送到光电敏感元件而转换成电信号(包括模拟图象信号),送入电放大器和计算机进行信号处理,最后通过显示器显示火焰状况。
2.2机箱部分机箱内装有电子线路放大板和单片计算机等元器件。
火焰信号经过光电转换器变成电流信号,然后再被转换成电压信号。
机箱里包括了4个角的检测线路和2/4逻辑线路。
对于不同的燃料,不同的火焰检测原理,机箱的线路结构也有所不同。
2.3风冷部分由于探头工作环境温度很高,灰尘油雾等影响,设立了专门的风冷系统,用二台互为备用的风机,对探头进行冷却吹扫。
3.各种火焰检测器综述3.1 红外线火检通过检测燃烧火焰放射的红外线强度和火焰频率来判别火焰是否存在,探头采用硫化铅光电管或硅光电二极管,由于炉膛火焰闪烁频率低于燃烧器频率,红外线火检能区分燃烧器和背景火焰。
3.2 可见光火检同时检测火焰闪烁频率和可见光亮度,并进行逻辑运算来检测燃烧火焰的存在。
采用火焰平均光强和脉动闪烁频率双信号,可提高检测的可靠性。
哈尔滨石油学院课程设计报告传感器课程设计报告设计题目: 紫外线火焰监测系统的设计业测控技术与仪器测控一班学生姓名指导教师2016 年6月17日一、课程设计的目的:(1)通过紫外线火焰监测系统的设计,要求大家回顾电路基础、模拟电子技术、单片机和传 感器原理的基础知识;(2 )掌握通过紫外线传感器,单片机判断是否发生火灾的原理;(3)掌握紫外线传感器、模数转换器、液晶显示器,单片机的结构及工作原理; (4)能根据紫外线火焰监测系统的设计原理绘制电路图。
二、课程设计的要求:根据紫外线火焰监测系统的工作原理,确定系统的设计方案,对单片机最小系统、紫外线 传感器、模数转换器、液晶显示器、报警电路进行设计,并用 P rotel 画出系统电路图,同时记录当天的实习日志。
志、;第10天:书写实习总结报告。
四、成绩指导教师签名:三、课程设计内容及安排:第1天:查找资料,了解紫外线火焰监测系统的工作原理;记录当天的实习日志;第2天:查找资料,根据紫外线火焰监测系统的工作原理,确定系统的设计方案;记录当天 的实习日志;第3天:熟悉设计中所用到的紫外线传感器、模数转换器、液晶显示器,单片机的结构及工 作原理;记录当天的实习日志单片机最小系统的设计,记录当天的实习日志;紫外线模块的设计; 模数转换电路的设计液晶显示电路的设计;记录当天的实习日志; 报警电路的设计,记录当天的实习日志;把所有电路模块进行整理,并用P rotel 画出系统总原理电路图;记录当天的实习日第4天: 5天: 6 天: 7天: 8 天: 9 天:年月曰、设计要求、设计方案及其特点1.1方案一2.2方案二2.3方案三.....三、传感器工作原理四、电路的工作原理五、单元电路设计、参数计算和器件选择5.1参数计算5.2器件选择参考文献0. 1紫外线传感器应用电路设计、设计要求电路设有预定的火焰预警范围,当火焰超过给定的紫外线辐射最低量量时, 电路会在毫秒级的数量级上报警,并切断燃料供应;火焰的紫外线辐射量低于给 定个范围,对电路没有影响。
可见光、红外线的辐射不会对电路造成影响⑴。
二、设计方案及其特点紫外线是一种不可见光,光子能量大。
利用光电效应有光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管三种方案。
方案如下:1、方案一采用光敏电阻。
光敏电阻又称光导管,为纯电阻原件,其工作原理是基于光 电导效应,其阻值随光照增强而减小。
其设计简单,造价低廉,但舍弃这个方案 的主要原因是光敏电阻多数是非线性的,不宜做定量监测,如图1所示。
其次光光电流光通量/ImO 图1光电流与光照强度之间的关系0.20.40.60.8O O OO敏电阻具有延时性的特点,而且时间常数都很大。
再次光敏电阻具有温度特性, 随着温度升高,其暗电流和灵敏度下降 ⑵。
2、方案二采用光敏三极管。
光敏三极管的光照特性近似线性关系,故可以做定量测量。
而且,温度变化对光电流的影响很小,对暗电流的影响很大,但电子线路中应对 电流进行温度补偿⑻。
舍弃方案二的主要原因是无论是硅管还是锗管都对紫外线不 敏感,从图2的光谱特性可以看出。
图2光敏三级管的光谱特性光敏三极管对紫外线不敏感,对可见光和红外线较敏感,而对于火焰监测系 统来说,要避免可见光及炉壁红外辐射的干扰,所以光敏三极管不适合本设计。
3、方案三采用光电管作为敏感元件,可应通过感受紫外线的强度,来完成对电路的控 制,实现自控预警。
如图 3光电管(又称电子光电管)由封装于真空管内的光电 阴极和阳极构成。
当入射光线穿过光窗照到光阴极上时,由于外光电效应,光电 子就从极层内发射至真空 ⑷。
在电场的作用下,光电子在极间作加速运动,最后被 高电位的阳极接收,在阳极电路内就可测出光电流,其大小取决于光照强度和光 阴极的灵敏度等因素。
方案方框图如图 4。
0 800 1000 1200入射光波长400600三、传感器工作原理天然气、煤气、石油液化气、汽油、柴油、酒精等类物质,其火焰能见度低, 点燃快,有爆炸危险,在燃烧时必须有熄火保护。
在火情预报时没有引燃阶段, 采用紫外探测比其他形式的探测有明显的优势能在毫秒级时间内快速反应,可以 避免可见光及炉壁红外辐射的干扰。
在本文中我们利用紫外线能量强的原理,当 有一定量的紫外线照射在阴极上时,光电流迅速增大。
光子是具有能量的粒子,每个粒子具有的能量可以由下列是自确定:E =hv普朗克常数,6.626x10r 34 J S ; v 0 --- 电子逸出速度。
在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应 发射效应。
当物体中的电子吸收入射光子的能量且足以克服电子逸出功 子就会逸出物体表面,产生光电子发射。
如果一个想逸出,光子能量 逸出功A o ,超过部分的能量表现为逸出电子的能量[5]。
根据能量守恒定理:式中:h(1),亦称光电子A 时,电hv 必须超过O图3光电管工作原理图图4紫外线火焰监测系统方框图1 2hv = — mv o + A o2式中:m ---- 静止电子质量,m=9.1091x10-31kg ;vo ---- 电子逸出速度。
根据爱因斯坦方程我们得出以下三点:入光成分不变,产生的光电流与光强 成正比;光电子能否产生,取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出 功A o ;光电表面具有初始动能子逸出物体表 1/2mv o 。
当光照射在阴极上时,中央阳极可以收集从阴极上溢出的电子,在外电场作 用下形成电流I 。
四、电路的工作原理当没有火焰产生或火焰紫外线辐射没有达到最低阈值时,光电管没有导通, 三极管Q1、Q2、Q3均截止,此时二极管D2截止,光声报警器中发光二极管和扬 声器均不工作。
当火焰燃烧会辐射各种各样的光,如图 5若火焰紫外线辐射超过最低阈值, 光电管会瞬间导通,则三极管Q1、Q2导通,Q2经R4产生的发射极输出电压将三 极管Q3导通,此时发光二极管和扬声器均工作,起到了报警作用。
当火焰强度得 到控时,光电管截止,光声报警器也停止工作。
调节RP1可以控制紫外线辐射的最低强度即调节阈值,从而提高电路的灵敏 度和实用性。
在不同的场合,对紫外线辐射强度报警要求不同,通过改变调节器 的位置,可使用在(2)错误!未指定书签。
图5紫外线火焰报警系统电路不同环境。
五、单元电路设计、参数计算和器件选择1、单元电路设计(1)接收器单元图6接收器单元至原低阈值时,如图6三极管Q1,Q2开始到导通工作。
其中光电管起到十分重要的作用,它相当于启动电路的开关,紫外线辐射低于阈值,光电管截止,辐射高于阈值,光电管导通。
光电管(Phototube)基于外光电效应的基本光电转换器件。
光电管可使光信号转换成电信号。
光电管分为真空光电管和充气光电管两种。
如图7光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空,在内半球面上涂一层光电材料作为阴极,球心放置小球形或小环形金属作为阳极。
若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。
光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离,可增加光电管的灵敏度。
用作光电阴极的金属有碱金属、汞、金、银等,可适合不同波段的需要。
光电管灵敏度低、体积大、易破损,已被固体光电器件所代替光电管原理是光电效应⑹。
光电二极管是一种半导体材料类型的光电管,它的工作原理:光电二极管又叫光敏二极管,是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。
当光照强度增加时, PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多,则反向电流增大,因此,管是一种特殊的二极管,(2)声光报警器如图8在输出电压如果二极管反偏,光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。
光电二极它工作在反向偏置状态下。
U o为低电平时,即小于三极管的开启电压,Q3截止,极管D2截止,此时发光二极管和扬声器由于 D2的截止和停止工作。
图8光声报警器原理在输出电压U O为高电平时,即大于三极管的开启电压, Q3导通,其发射极的输出电压将二极管D2导通,此时发光二极管和扬声器电路导通,D3发光,LS1 发出报警声。
2、参数计算接收器电路由光电管D1,晶体三极管Q1、Q2,电阻R1、R2、R3 R4,电位器PR1,电池BT1和扬声器LS1组成。
声光报警电路由电阻R5 R6 R7,晶体三极管Q3、Q4,普通二极管D2,发光二极管D3,和扬声器BL组成。
R1-R7选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器;RPI叫选用超小型合成碳膜电位器或可变电阻器。
Q1-Q4选用3AX31型PNP晶体三极管;D1选用GD-7锑铯阴极真空光电管;D2选用1N4148型硅开关二极管;D3采用选用SE303型红外发光二极管。
BL1选取8Q、0.5W扬声器;BTI选用9V电池。
设接受器电路中电池电压(4)(5) 则三极管Q2发射极电流I E2(6)则三极管Q3发射极电流I E3V1 -U BEQ2I E2=R3 + R4(7)则三极管Q1发射极电流I EI V EE,通过光电管D1的电流为11,则I1为,VEEU D111 —(3)(9)(9).VI VII2-U BEQ3 —U D 2E3_R 6可求发光二极管功率W i 和扬声器功率W 2W i =iU'VI =存尺 +U D 1V1— U BEQ1 E1= —R 2—VII2 = I E1 X R2(10)(11) 3、器件选择表1元器件清单六、结论本文设计的紫外线火焰预警传感器利用光电效应,经过滤、放大处理,当火焰紫外线辐射量超过最低阈值时,系统发出火警预报。
光电管光电流与光通量符合线性关系,可以对系统设定预定值。
其次,紫外线光谱在其灵敏度范围内,可以对紫外线辐射量迅速作出反应。
再者,温度变化对光电管的灵敏度影响很小,增强其实用性。
紫外火焰探测技术,使系统避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景, 使得在系统中信息处理的负担大为减轻。
所以可靠性较高,加之它是光子检测手段,因而信噪比高,具有极微弱信号检测能力,除此之外,它还具有反应时间极快的特点。
与红外探测器相比,紫外探测器更为可靠,且具有高灵敏度、高输出、高响应速度和应用线路简单等特点。
因而充气紫外光电管正日益广泛地应用于燃烧监控、火灾自报警、放电检测、紫外线检测、及紫外线光电控制装置中。
但对于传统的紫外光电管器件,由于结构设计和制备工艺的限制,其噪声和灵敏度是一个互相矛盾的参数。
一般而言,需将灵敏度控制在一个合适的水平,过高的灵敏度对器件的低噪声指标是十分困难的,因为灵敏度和噪声信号都是由光敏管发出,传统的检测器会将两种信号同时放大。
所以其灵敏度比较差,检测距离小,不能抗雷电的干扰,存在一定的误报率。
因而需要基于现有或新发展的探测原理方法,与其它学科技术交叉,通过改进信号采集和处理等方法来改善系统性能。
紫外线火焰预警系统不仅是对光电效应的深刻了解,更是对电路设计的灵活应用。