学文网光电探测器篇1
【关键词】光电探测器 光电转换 放大电路 PIN
1引言
随着光纤通信的快速发展，光纤测试设备（光功率计，光时域反射仪，光纤故障诊断仪，光衰减器等）的需求也在逐渐增长[1]。这些仪器设备是光纤通信系统在日常维护中是必不可少的。这些仪器设备内部都需要用到光电探测器电路，光电探测器及其设计优良的检测电路对于测量仪器性能来说尤为重要。
2光电探测器的应用分析
光电感应器件又称光电探测器。光探测器就是把光脉冲信号转换成为电信号。光探测器通过感受入射于其上的功率变化，并把这种光脉冲功率的变化转换成为相应变化的电流信号[2]。目前常用的半导体光探测器主要有具有本征层的光电二极管（PIN）、雪崩光电二极管（APD）、光电晶体管等，其中前两种应用最为广泛。其中PIN光电二极管是在P-N结光电二极管的基础上，为了得到高速响应，通过减小二极管的PN结电容，并在大量掺入杂质的P型和N型硅片层之间插入高阻抗的本征半导体材料层，从而提高了灵敏度和响应速度，其性能指标均超过P-N结光电二极管，得到了广泛使用；雪崩光电二极管APD，在同样负载条件下，具有高灵敏度，虽然具有内增益可大大降低对前置放大器的要求，但却需要上百伏的工作电压；另外，其性能与入射光功率有关，通常当入射光功率在1nW至几W时，倍增电流与入射光具有较好的线性关系，但当入射光功率过大，倍增系数M反而会降低，从而引起光电流的畸变。测量表明，只有当入射光功率小于10-5W时，光电流二次畸变才小于-60dB。并且，其特性随环境温度的变化而变化。因此，PIN光电二极管可作为光功率和光纤故障诊断仪的光电转换器。
3光电探测器的选择
目前在光通信上被广泛采用光波长为1310nm与1550nm，InGaAs型的PIN光电二极管更适合于此类波长。以武汉昱升光器件有限公司的YSPD728-G6型号光电二极管为例。该二极管是具有波长范围800-1700nm ，FC/ST/SC三种适配器可更换，响应度大于0.85A/W等特点的插拔式同轴探测器，具有响应度高、暗电流小、线性度高、稳定度高、FC/ST/SC三种适配器可更换等特点，这些特点在设计光功率计及光纤故障检测仪中带来很大的方便。
4 光电探测器放大电路设计
通过对光电探测器电路设计的测试，其电路增益达到100倍以上，电路带宽50MHz，探测器灵敏度高，能探测到微弱的光信号，如光时域反射仪需要探测的背向瑞利散射光信号，其性能参数基本达到光功率计及光时域反射仪等光纤测量仪器的设计需求，具有一定应用价值。
参考文献：
[1]张明德.光纤通信原理与系统[M].南京：东南大学出版社 2003.9.
[2]微弱激光功率计研究[D].河北工业大学.2007
光电探测器篇2
关键词：ZnO薄膜；射频磁控溅射；不同电极宽度；M***型紫外光电探测器
近年来， 由于紫外光电子器件广阔的应用前景，宽禁带半导体材料ZnO已经引起了人们广泛的关注. ZnO是一种新型的直接宽隙II-VI 族化合物半导体材料， 晶体结构为六方纤锌矿结构，其室温禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。ZnO原材料资源丰富、价格低廉、无毒无污染、制备工艺简单。ZnO具有高熔点、高热稳定性及化学稳定性等优点，因此是制作紫外光电探测器的理想材料。在***事、民用等方面有着巨大的应用前途。近年来，科研工作者们分别采用金属有机气相沉积法（MOCVD）、激光脉冲沉积法（PLD）、分子束外延法（MBE）等方法制备了不同类型的ZnO合金薄膜[3-5]。采用射频磁控溅射法制备ZnO薄膜材料时，其衬底材料选择为石英衬底，溅射反应气体则为氩气、氧气一定比例的混合气体，这种ZnO薄膜制备方法研究较少，尤其是不同指宽对紫外光电探测器性能的影响方面研究。
本文利用射频磁控溅射方法，用氧气和氩气作为溅射气体在石英衬底上制备了ZnO薄膜，并对其结构和光学性质进行分析研究。通过射频磁控溅射所成的ZnO薄膜会具有良好的致密性和均匀性，有利于得到高质量的ZnO薄膜。通过测试分析不同类型的探测器的光响应光谱，得出最优指宽的叉指型电极。
一、实验
本实验利用射频磁控溅射方法在石英衬底上制备ZnO 薄膜。所使用的靶材是纯度99.99%的ZnO陶瓷靶材。石英衬底分别用酒精，丙酮，去离子水超声清洗五分钟，然后使用氮气吹干，待吹干后立即放入薄膜生长腔体。使用分子泵将薄膜生长腔体内真空抽到5×10-4Pa，之后把纯度为99.999%的氩气和氧气通入到生长腔体，气体流量分别设为50sccm、50sccm，溅射功率控制在110W，薄膜的生长温度控制在673K，石英衬底转数控制在8r/min，薄膜生长过程中生长腔体内的的压强保持在5Pa。薄膜的生长时间为2h。同样使用射频磁控溅射的方法在ZnO 薄膜上表面溅射生长约100nm后的Au，使用光刻的方法刻出叉指型电极。指间距均为5μm，制备出指宽分别为 3μm、5μm、8μm的紫外光电探测器。
二、结果与讨论
***1 所示为利用射频磁控溅射方法，用ZnO靶材生长的ZnO薄膜的X 射线衍射（XRD）***谱。***中在34.44°处有一个高强度的尖锐的衍射峰，对应于六角纤锌矿ZnO晶体的（002）取向。XRD 的半高宽对于样品的晶体质量来说是一个有力的表征手段。在得到半高宽值为0.25°后，可以通过下面的公式计算得到平均晶粒尺寸d 即
d = 0.94λ/B cosθ （1）
式中d 是晶粒的平均尺寸，λ是波长（1.54?），测B是衍射峰半高宽度，θ是Bragg 衍射角。通过计算晶粒的直径为213.2nm，大的晶粒尺寸有利于减少晶粒的界面和表面缺陷，从而形成高质量的ZnO薄膜，这对于制备高性能紫外光电探器件是积极有益的。
***2 ZnO基M***光电探测器件结构示意***，通过湿法刻蚀得到Au电极，为了研究电极宽度对器件性能的影响，我们制备了电极宽度 h 分别为3，5，8μm的ZnO基M***光电探测器。
***3 所示为指宽分别为 3μm 的ZnO基M***型紫外光电探测器在1-7 V 偏压下的响应***谱。由***可见随着电压的增大，器件的响应度逐渐上升。响应***谱中截止边清晰，呈直线型。***3 所示为指宽分别为 3μm、5μm、8μm 的ZnO基M***型紫外光电探测器在5 V 偏压下的响应***谱。***2中3个器件的响应峰值均位于380nm。指宽为3μm的探测器响应度最高达到0.058 A/W，5μm的探测器响应度最高达到0.041 A/W，8μm的探测器响应度最高达到0.03 A/W。本文中由于外加电场恒定为5 V，若增大指宽，则落于叉指电极间电阻上的电压增大，会使耗尽区上的分压减小，耗尽区会比窄叉指电极的情况下变窄。M*** 结构光电探测器的有效光响应区即为耗尽区。因此探测器的反应接收区变小，则可分离的光生载流子减少，器件的响应度降低。反之，则器件的响应度升高。
三、结论
用射频磁控溅射方法制备了高质量的ZnO薄膜。利用Au 叉指电极，在ZnO薄膜上制备了电极指宽不同的金属-半导体-金属结构紫外光电探测器。研究发现，随着叉指电极宽度的缩小，光响应度增大。在相同偏压下，电极宽度3μm 的器件响应度比宽度8μm 的器件增大了2倍。上述现象是由于叉指电极宽度的缩小导致器件耗尽区宽度增大，因此更多的光生载流子得到有效分离，从而提高了光电流输出。本文的结果表明，对M*** 结构的紫外光电探测器件来说，在一定的工作偏压下，过大的叉指电极宽度会减小实际的耗尽区宽度。因此叉指电极宽度的选取要充分考虑到耗尽区宽度和偏压大小。
参考文献：
[1] KlingshirnC.TheLuminescence ofZnOunder OneandTwo-Quantum Excitation[J].Phys Status Solid （b），1975，71：547.
[2] Schreiber P， Dang T， PickenpaughT. Solar-blind UV region and UV detector development objectives [J]. SPIE， 1999， 3629： 230-248.
[3] Du X L，Mei Z X，Liu Z LControlled growth of high-quality ZnO-based films and fabrication of visible-blind and solarblindultra-violet detectors [J]. Adv. Mater. 2009， 21（45）： 4625-4630.
光电探测器篇3
关键词：光电编码器；原理；小车速度
中***分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2011)04-0281-01
1、光电编码器的分类概述
光电编码器分为增量式和绝对式两种类别。其中，增量式光电编码器具有体积小、结构简单、精度高、价格低、性能稳定、影响速度快等优点，因此，相比于绝对式光电编码器具有更为广泛的应用。在大量程角速度、大量程角位移和高分辨率的系统当中，增量式光电编码器的优势得到了更为充分的体现。这样的装置成本高、结构复杂。
2、光电编码器的工作原理分析
2.1增量式光电编码器工作原理分析
增量式光电编码器是由主码盘、光学系统、鉴向盘和光电变换器构成的，在主码盘的周边刻有相等节距的辐射状窄缝，形成分布均匀的不透明区和透明区。当工作时，鉴向盘保持静止，转轴和主码盘一同转动，这时光源发出的光就投射于鉴向盘和主码盘上，通过光敏原件的作用，将这种光信号转变成为脉冲信号，通过对脉冲信号的处理，向数控系统输出另一种脉冲信号，进而在数码管上直接显示出所测的位移量。
2.2绝对式光电编码器工作原理分析
绝对式光电编码器是将被测角度通过对编码盘上***案信息的读取，直接转化成为相应的代码检测元件。绝对式光电编码器的编码盘有接触式、光电式和电磁式三种。光电元件通过接收不同码盘位置所产生的光信号，将其转化为相应的电信号，后经过整形放大，最终形成相应的数码电信号。
3、光电编码器测量小车速度
3.1光电编码器测量小车速度的原理
光电编码器是由一个红外发射接受装置和一个码盘构成。当红外光由发射器射出，射于黑色条纹上时，将被间断地反射于接收器上，在接收器的输入端会受到通轮子转速为正比关系的光脉冲信号，进而在接收器的输出端形成具有一定频率的电信号。再利用微处理器对电脉冲进行计算，就可以得到小车的移动速度。其中小车行驶距离L的表达式为：L＝πD/n*nx公式中n为码盘上黑白条纹的个数；D为驱动轮的外径，nx为实际测量中电脉冲***府跳变的次数。小车的行驶速度V的计算表达式为V＝L/t，公式中，t表示时间。
3.2光电编码器测量小车速度的操作
本案例中采用绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相问组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
首先，选用专门用于用于控制轮式机器人的Handy-board主板和内置光敏集成电路和红外线发射管的P8557红外传感器。在驱动轮上贴32道黑白条纹的圆形码盘，驱动轮轴和码盘的圆心重合，在码盘表面的2mm处进行红外传感器的固定，从而构成反射式增量编码器；其次，执行四次LCD中断程序和一次检测程序。当心中断的程序进行调入时，将TOC4圆心的矢量中断入口地址转嫁于新终端程序。在执行程序时，先执行中断程序，后执行编码器原中断程序；最后，驱动程序采用中断的插入方式，使用中断始终TOC4执行计数。在中断程序调入之后，先进行中断程序的初始化，随即插入编码器相位的中断程序。在执行主中断程序时，先调试编码器状态，然后对编码器进行取样，将取样的编码器状态存入于寄存器当中，再将寄存器调试到上一次的编码器相位取样状态。最后，执行累加操作。对操作中的数据进行统计，将数据带人小车行驶路程L的公式当中，求出L，后根据时间，直接带人到小车行驶的速度V公式当中，进而用光电编码器对小车速度的测量。
4、结 语
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。用光电编码器对小车的速度进行测量虽然能够实现，但是受限于传感器精度和小车自身的机械精度等因素的影响，测量结果存在一些误差。因此，在进行小车速度的测量时，为减小误差，应进行多次测量，取平均值，使得最后的结果更加趋近于正确值。
参考文献：
[1]姜义，光电编码器的原理与应用，机床电器，2010，(2)
光电探测器篇4
关键词：感烟火灾探测器 消防体系 市场需求 市场供给
自从进入二十一世纪以来，我国国民经济不断高速发展，消防产业中的火灾探测器行业也保持了多年高速增长，特别是2001年12月11日我国正式成为WTO成员后，火灾探测器行业的出口也形势可佳。虽然在2008年全球金融危机爆发之际，我国火灾探测器行业发展遇到了一些困难，如国内市场需求量下降，出口减少等等，那时火灾探测器行业普遍出现了周转资金不足和利润下降的现象，但从2009年开始，随着我国***府经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国的火灾探测器行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。火灾探测器行业企业如何面对新的经济以及***策环境，制定适合当前形势和自身特点的发展策略与竞争策略，是火灾探测器行业企业在未来我国经济结构调整大潮中立于不败之地的关键，特别是其产品市场价格走势作为企业制定原材料采购、生产、销售计划的重要依据，对企业的生产经营及发展规划至关重要。
1、离子感烟探测器市场
所谓市场是指为了买和卖某些商品而与其他厂商和个人相联系的一群厂商和个人。市场的规模即市场的大小，是购买者的人数。而经济学上把市场定义为“对某一特定产品或一类产品进行交易的买方与卖方的集合” 。目前感烟探测器大致可以分为离子型、光电型、红外光束型、激光型。但是最常用的感烟探测器还是离子型和光电型两种。
该类探测器适用于家居、商店、歌舞厅、仓库等场所的火灾报警。火灾的起火过程一般情况下伴有烟、热、光三种燃烧产物。在火灾初期，由于温度较低，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量烟雾，高温毒性的烟气恰好是造成人员伤亡的主要因素，大部分人员都是由于烟气中毒、缺氧窒息而死。而烟雾是早期火灾的重要特征之一，感烟式火灾探测器就是利用这种特征而开发的，能够对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。
感烟探测器中的离子感烟探测器是点型探测器，它是在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。离子感烟探测器具有反应速度快，能及时探测到早期火灾，这为人员疏散和火灾救援提供了优势，而且离子感烟探测器在很多场所是不可替代的，这也决定了它的使用市场的潜在性。
由于离子感烟探测器的电离室内具有放射性物质，这就关系到环保以及能源清洁问题，这是阻碍离子感烟探测器市场进一步扩大的主要因素，还有就是对在发生火灾时不产生或少产生烟气的场所不适用，所以离子感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生阴燃的场所，而不宜安装在平时烟雾较大或通风速度较快的场所，以免产生误报警，针对这些缺点，生产部门可以从寻找低辐射放射源出发以及改进电离室构造出发研制新型产品，这样才可以满足市场需求。
2、光电感烟探测器市场
光电感烟探测器也是点型探测器，它是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的，根据烟粒子对光线的吸收和散射作用，又分为遮光型和散光型两种。
点型光电感烟探测器的红外发光元件与光敏元件(光子接收元件)在其探测室内的设置通常是偏置设计。二者之间的距离一般在20-25mm．在正常无烟的监视状态下，敏元件接收不到任何光，包括红外发光元件发出的光。在烟粒子进入探测室内时．红外发光元件发出的光则被烟粒子散射或反射到光敏元件上，并在收到充足光信号时，便发出火灾报警，这种火灾探测方法通常被称做烟散射光法。点型光电感烟探铡器通常不采用烟减光原理工作．因为无烟和火灾情况之间的典型差别仅有0．09%变化 这种小的变化会使探测器极易受到外部环境的不利影响，再加上各种感光元件容易老化失效，使此类探测器的使用市场受到了一定的限制，各生产企业可以改进感光元件的性能，从而提高其灵敏度，相应也扩大其发展市场。
现在市场上一种智能数字光电感烟探测器正在快速扩大，此类探测器是利用红外光束地烟雾散射的原理进行烟雾探测，探测将烟雾信号通过智能算法，分析出火警信号并以数字方式传送到控制器，同时将现场烟雾浓度值一同传送到控制器，以便于控制器进行二次分析，确定火警，而且智能型光电烟感探测器内置光学分析芯片,可以根据进入光学腔烟雾的浓度,和烟雾颗粒散射光的不同来判断是由燃烧物引起的烟,或飞起的灰尘,这样可以使误报警减少,增加探测准确性；有些产品还采用了CPU技术，使其火灾判断程序更可靠，采取智能算法使其具有抗干扰、潮湿性强，误报率极低等优点，而且该类产品无放射源，无污染，使用安全可靠；另外采用电子编码方式进行编址方式使其操作更简便。这些优点使其具有以下特点：
1、采用目前世界最新型离子感烟结构设计,能够对不同类型的火灾烟雾进行探测;
2、智能离子感烟探测器内置微处理器，能够有效防止误报警;
3、对环境有很强的适应性,几乎不受风速的影响;
4、占用一个地址,可根据要求与探测器底座配合来设定地址码.
由于智能光电感烟探测器具有比离子和普通光电感烟探测器可靠性更高，现在很多生产企业也在逐步向产品智能化方向发展。
3、红外光束感烟探测器市场
红外光束感烟探测器是线型探测器，它是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟探测器的主要区别在于线型感烟探测器将光束发射器和光电接受器分为两个***的部分，使用时分装相对的两处，中间用光束连接起来。
从实际使用方面来看，光电感烟探测器与红外感烟探测器二者的区别是：点型光电感烟探测器适用于设有小型空间的建筑，即适用于天棚高度在12m 以下的房间，探测面积为60-80,而线型光束感烟探测器适用于设有高天棚和大型空间的建筑，其最大探测距离为100m，最大安装间距为14 m ，最大保护面积为1400 ，一只线型光束感烟探测器的保护面积相当于18只点型光电感烟探测器的保护面积，特别适用于探测位于地面处的阴燃火。 所以红外光电感烟探测器特别适用于大空间，随着智能建筑的日益发展，高层建筑如雨后春笋般不断涌现，地下大型车库，大型商场购物中心的火灾隐患特别大，这就为红外光电感烟探测器的市场开拓创造了条件，随着今后经济的发展，其市场需求量将会愈来愈大，那么其使用市场将在整个火灾探测器中占有很大比例。
线型光束感烟探测器同点型光电感烟探测器相比，虽然有其独特的优越之处，但从现有的实用型式和方法来看，仍有其不足之处 线型光束感烟探测器的现有实用型式和方法，因此，其成本或造价较高,投资和维护管理费用也相应提高，那么在性价比上可能存在一定劣势，但是大空间的应用让线型光电感烟探测器的地位是不容替代的。
参考文献：
（一）赵英然.陈南.智能建筑火灾自动报警系统设计与实践.
（二）程远平 李增华 .消防工程学【M】.北京：中国矿业大学出版社，2005.
光电探测器篇5
关键词：火灾探测器；地铁；干扰；改进方法
中***分类号：U231+.3文献标识码： A
引言
随着经济的发展、大量楼宇设施以及地铁线路的建成与使用，用于保障人身和财产安全的火灾自动报警系统显得越来越必要。但火灾自动报警系统设置后，往往会发觉系统有些不尽如人意的地方。如：火灾探测器经常失效或损坏，维护费用增大；探测器经常误报警，使得消防值班人员饱受困扰。排除了设备质量不过关等情况后，我们发现这些情况往往是由于探测设备受到干扰而造成的。下面将从火灾探测器的工作原理入手，逐步分析探测器的部分和主要干扰来源，并对此提出一些改进的方法。
火灾侦测器的工作原理
火灾侦测器顾名思义就是侦测是否有火灾正在发生的设备，根据火灾的特点及其产生物（例如：烟、热、火焰等）的特性，可分为：感烟探测器、感温探测器及火焰探测器三类。
光电式感烟探测器
光电式感烟探测器有一个迷宫式烟雾探测室，里面设有一个光源和一个感光元件。由于是迷宫式设计，光源的光线一般不能照射到感光元件上，但是当有烟雾进入后，光线在烟雾中产生散射，从而有部分光线射到感光元件上，烟雾越浓，散射到感光元件上的光线就越多，感光元件再把光信号转换为电信号进行输出。
离子式感烟探测器
离子式感烟探测器由一个放射源、外置的采样室和内置的离子参考样本室组成。当放射源照射空气中的物质时，一部分物质变成带正电的离子，另一部分物质变成带负电的离子。带正电的离子和带负电的离子在电场的作用下形成了一个电场。当烟雾进入采样室后与带电的离子结合，带电离子数量的减少使电场电压产生了变化，烟雾越多越浓电压变化就越大。
定温式温度探测器与变温式温度探测器
温度探测器是利用感温元件把温度值传给控制器或利用双金属片产生一个开关量并传给控制器的。定温式感温探测器就是先检测温度的高低，当温度达到某一设定温度时(如：58℃)就发出报警信号；而变温式感温探测器则是检测温度上升的斜率达到某一标准而产生报警(如：10分钟内，温度上升了6℃)。
主要的干扰源
由火灾探测器的组成结构及其工作原理，我们很容易就可以判断出火灾探测器的哪些部分容易受到外界干扰，而这些外界干扰因素就是干扰源。
（1）粉尘
自然环境的破坏、绿地的减少、城市的建设、工厂的乱排乱放、地铁施工过程通风设施的滞后等都造成了空气中的粉尘含量越来越高，而粉尘对火灾探测器(特别是感烟火灾探测器)来说是“头号杀手”。因为过多的粉尘停留在探测器的光学元件上，会导致探测器的灵敏度下降或造成失效；另一方面，过多的粉尘停留在采样室中会造成光线的大量散射，使感光元件接收太多的光线导致探测器误报警。对于离子式探测器，会因为大量的灰尘进入采样室与带电离子结合而导致探测器误报警。当具有腐蚀性的粉尘停留在探测器的电路板上，就会腐蚀电路板，遇上潮湿的天气情况会变得更严重。
（2）潮气
潮气，特别是南方的梅雨天气下，湿度通常大于95％，这会对探测器的电子板件及探测元件造成很大的影响。首先，会造成电子板件受潮短路而损坏，或是使绝缘性降低而产生系统接地；其次，当潮气进入探测器的探测室时，会对探测元件造成干扰。特别是对感烟探测器，当潮气进入探测室后，大量散射探测器光源发出的光线，从而导致探测器误报警。
（3）电磁场
日光灯的镇流器、高压电机、通讯发射台、地铁列车等设备都会发出电磁干扰，当探测器安装在这些设备附近时，或多或少都会受电磁场干扰。当火灾探测器的电路或通讯线路受干扰时，就可能产生误报警。
改进方法
要完全解决干扰问题，最好的方法莫过于移除干扰源。但多数情况下，干扰源是无法排除的，甚至某些干扰源还是受保护对象。因此，我们只能从减少干扰影响的角度进行考虑。以下是结合本人工作经验，提出的几点改进方法：
1、合理安装、规范布线
据不完全统计，70％的火灾侦测器误报警是由于不合理安装所造成的。因此，正确选定火灾侦测器类型、以及按照有关的技术说明和规范正确安装与布线是减少干扰影响的关键。
（1）正确选定火灾探测器的类型
在选定火灾探测器的类型时应参考国家火灾自动报警系统设计规范。
例如：在相对湿度长期大于95％RH，气流速度大于5m/s，大量粉尘、水雾滞留，可能产生腐蚀性气体的场所不宜设置离子式火灾探测器；在可能产生黑烟，大量积聚粉尘，平常情况下有烟滞留，存在高频电磁干扰的场所不宜设置光电式火灾探测器；在相对湿度长期大于95％RH，有大量粉尘、平常情况下有烟和蒸汽滞留，厨房、锅炉间、发电机房、茶炉间、汽车库等场所不宜设置感温火灾探测器等等。
在实际的应用中，我们也不难发现一些错误的例子，如：把感烟探测器安装在电热水器上方或是安装在风道、风室内。这些情况所造成的误报率是很高的，因此根据实际地点的情况正确选择火灾探测器是十分重要的。
（2）安装位置的确定
在国家火灾自动报警系统设计规范中，有很多关于正确设置火灾探测器的条文。例如：探测器至墙壁梁边的水平距离不应小于0.5m；探测器周围0.5m内不应有遮挡物；探测器至空调送风口边的水平距离不应小于1.5m，至多孔送风顶棚孔口的水平距离不应小于0.5m等等。这些条文不但确保探测器能有效、迅速地探测到火灾的发生，而且也是避免干扰的有效途径。
当探测器必须安装在送风口附近时，就必须保持一定的距离。
（3）合理规范布线
合理规范布线是防止电磁干扰的有效方法。布线规范在国家火灾自动报警系统设计规范中和有关的电气设计规范中都有相关的条文。
例如：消防控制、通讯和报警线路应采取穿金属管保护，并宜暗敷在非燃烧体结构内；不同系统、不同电压、不同电流类别的线路不应穿于同一根管内或线槽的同一槽孔内等等。
合理规范的布线能有效减少强电对弱电系统的干扰。而采取穿金属线管保护或采用有屏蔽层的线材都要求金属线管或线材屏蔽层必须连续而且单端接地，接地电阻一般要求少于1Ω，甚至少于0.5Ω，这样做能有效地防止电磁干扰对通讯线路的影响。
总的来说，合理地安装设备及规范布线能有效地减少电磁干扰、高速气流干扰等影响。
2、优化火灾自动报警控制器的计算方法以降低误报警
目前较先进的火灾自动报警控制器均对火灾侦测器从现场采集回来的数据进行计算分析，从而判定是否有火灾发生。实践证明，通过优化为灾自动报警控制器的计算方法能有效地减少干扰的影响。
（1）变化阈值法
变化阈值法主要是针对感烟探测器所使用的，其方法是：将感烟探测器传送到自动报警控制器的数值进行存储、计算，并得出实时值、平均值（最近一小时实时值的平均值）、报警阈值（报警阈值＝设定阈值＋平均值）。将实时值与报警阈值进行比较，当实时值大于等于报警阈值时系统产生火灾报警。
虽然探测器的平均值能消除粉尘积聚的影响，但也不能无限地增大。平均值也有一个极限，当超过这个极限时，火灾自动报警控制器就会产生故障报警，显示探测器太脏了，需要进行清洗。
（2）延时法
广州地铁一号线曾用这方法解决了一例由于高速气流而造成感烟探测器误报的实例。具体情况是：在广州地铁一号线，由于轨行区与站台候车区之间没有挡隔装置，因此当列车驶入或驶出站台时，都会产生高速的气流，造成了安装在站台靠近隧道口的感烟探测器经常误报警，使值班人员非常困扰。采用了延时法后，有效地减少了大部分的误报警。具体方法是：当火灾探测器实时值大于等于报警阈值时，自动报警控制器先不产生火警报警，而是把探测器当前状态进行存储记录，然后对探测器进行复位、延时，在下一个巡检周期（一般是4s～6s）后，再读取探测器的状态。如此重复5次～10次，如果探测器的实时值仍大于等于报警阈值，这说明发生火灾的 可能性较高，自动报警控制器产生火警报警。反之，探测器的实时值恢复正常状态，说明是误报警，该探测器的核实分数加1。如果核实分数大于10就会产生一个故障报警，说明该探测器经常误报警，需引起注意。
（3）类比分析法
类比分析法是把一个时间段内接收到的探测器实时值与火灾自动报警控制器的数据库内的物质燃烧数据模型进行比较，以确定是否发生了火灾。由于不同的物质燃烧时，会产生不同的烟雾或热量曲线，把烟雾或热量曲线进行分析、处理后，就可建立该物质燃烧时的烟雾或热量数据模型。
3、增加防护装置
为探测器加装一些额外的防护装置，也可以起到一定的减少干扰影响的作用。例如，为探测器的探测电路加装屏蔽层以减少电磁干扰的影响；为探测器的接线盒或盖盒加装防潮胶垫以减少潮气对电路的影响；为探测器加装合适孔径的滤网以阻挡较大的粉尘颗粒和小动物等等。
结论
以上所介绍的几种方法，都可以在一定程度上减少干扰对火灾探测器的影响。虽说这些方法不一定是最好、最完善的。但可以肯定的是，随着科技技术的日益发展，抗干扰的方法和技术必然是越来越完善，我们也需要在今后的楼宇工程以及地铁工程中加以应用。
参考文献
[1] Guide for Proper Use of System Detectors[M]. 美国新普利斯公司（ SIMPLEX TIME RECORDER CO. ）设备安装指南
光电探测器篇6
关键词：激光测距，单片机，蜂鸣器
1、研究内容
残疾人是社会中最主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。，激光测距。随着2008年奥运会、残奥会的成功举办，***府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多，这也使助盲成为现在社会的一个热点问题。
目前市场上已经出现一些导盲类产品，例如盲杖、导盲犬等，但是因为种种原因，这些产品并不能有效的帮助盲人导盲。比如，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，一直不能被推广普及。可见，如何实现更好的导盲依然是一个亟待解决的问题。
由此，我们想要设计出一个“新型智能导盲器”，使之能够有效作为盲人的导盲器材，克服传统导盲器件价格较高，使用不方便，使用范围有限等缺点。
而随着时代的发展，光电技术特别是光电探测技术，光信息处理技术的应用已经遍及现代生活的各个领域。尤其是光机电一体化系统，模块很小，工作性能很高。基于此，我们想设计出“光电智能导盲器”，以便快速，准确，实时的帮助盲人了解周围的实际情况，更好的服务广大盲人群众。
2、研究方案
为了实现准确、快速定位障碍物的目的，我们提出了 “光电智能手持导盲仪”。盲人通过使用此设备可以知道周围物体的分布情况，可以获得一个周围环境的大概的距离远近的轮廓***。我们主要应用以下两种技术：
一、激光测距技术：激光测距技术与一般测距技术相比，具有操作方便、系统简单以及白天和夜晚都可以工作的优点。，激光测距。此外，与雷达测距、微波测距相比，激光测距具有良好的抗干扰性和较高的精度，以及更快的反应速度。
二、单片机控制技术：单片机体积小，重量轻，结构较为简单，成本低廉，可以实现一般的控制功能。而且单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。
三、蜂鸣器语音输出技术：蜂鸣器反应快，声音变频速度快，距离越近频率越高，便于快速给盲人用户提示，同时蜂鸣器声音也给周围行人一定警告。
根据以上三种关键技术，我们提出的主要设计思路如下：
整个导盲仪通过激光测距模块测距，蜂鸣器报警，起到导盲作用。
在导盲仪上，嵌入一个单片机控制模块，作为整个装置的核心。在单片机的旁边固定一个蜂鸣器，蜂鸣器可以发出声音。，激光测距。导盲仪前端安置一个激光探头和一块接收板。在导盲仪上则安装一个开关，控制导盲仪的工作。
根据激光测距仪的原理，激光器发射头发出激光束，遇到障碍物后反射到达导盲仪前端的接收板，接收板上装有光电探测器。障碍物表面漫反射的光信号经过光电探测器转变为电信号，再经过滤波，放大，整合，A/D转换，传送给单片机。经过单片机分析处理后，根据激光往返时间算出的距离输出不同的指令，如果在报警距离以内，单片机便会发出控制信号，即高电平到蜂鸣器，驱动蜂鸣器发出不同频率的提示音，使盲人通过蜂鸣器的声音提示躲避障碍物，方便盲人出行。
导盲仪通过盲人的手动扫描，给盲人提供不同方位的障碍物信息。
3、技术路线及可行性分析
本作品主要包括：激光测距技术，光电检测技术，单片机控制技术，语音输出技术。
技术路线主要从光电技术，控制技术，电路设计技术三方面分析。
光电技术：主要是激光测距技术和光电检测技术。目前，激光测距技术已经十分成熟，***的激光测距仪已经十分普遍。仿照成型的激光测距仪，设计制作出我们需要的激光测距模块。
针对我们的需要，我们采用短脉冲高频率激光测距技术。脉冲式激光测距是基于对光波在本机与目标间渡越时间的计量来感知目标距离，属于“时基法”测距，其优点是操作方便、系统设计简单，满足设计要求。
单片机下达测距指令后由激光器发出脉冲激光，经扩束准直的光学系统后通过指示与稳定系统导向穿越大气层射向目标。光学系统一般是望远光学系统，为的是减少出射光束的发散角，以提高光能面密度，增大工作距离，还可以减少背景和周围非目标物的干扰。指示与稳定系统，带有瞄准镜和方向机构，用以对准盲人需要探测的方位，提供目标角方位信息。***中的传感器，可提供目标方位和俯仰角。激光束离开本机的同时，从发射光束中取出参考脉冲信号，参考信号通过光电探测器，变成电脉冲，这个电脉冲经滤光、放大、整形后送入单片机，通过单片机控制，启动数字式测距计时器开始计时；到达目标的激光束有一部分被表面漫反射回到测距机；经接收物镜和窄带光学滤波器再次到达探测器，窄带光学滤波器的主要作用是充分利用激光优良的单色性，提高系统的信噪比；光探测器再次将光信号转换为电信号，然后将电信号送往放大器和匹配滤波器，这是因为从光电探测器出来的信号不足以推动电路工作。处理后的信号进入比较器进行比较；比较器的输出信号驱动测距计时器计时停止，单片机接收距离信息。，激光测距。根据距离信息，单片机决定是否驱动蜂鸣器发出声音。
单片机控制：单片机是整个装置的控制核心，所有的控制功能通过写入单片机程序来实现。，激光测距。单片机要能接收两次电信号，根据激光测距的距离信息，进行分析判断。，激光测距。在设定的允许范围以外，不发出控制信号，如果一旦低于预先设定的范围，则发出控制信号，控制信号驱动蜂鸣器发出声音。根据单片机接收到的距离信息，单片机发出不同的电压控制信号，蜂鸣器据此发出不同频率的声音。
电路设计：信号处理电路包括光电信号处理电路和声音输出电路。整个电路中单片机、探头、光电传感器和蜂鸣器是主体，激光探头发射和接收板接收光信号，经过光电转换，滤波，放大，A/D转换之后，反馈到单片机，单片机进行信号处理，最后通过电路控制蜂鸣器输出声音信号。蜂鸣器反应快，声音变频速度快，根据单片机发出不同的电平信号，发出不同频率间隔的提示音。
4、特色与创新点
1、利用激光测距技术，快速，准确的测量障碍物的距离；并根据距离信息，实现单片机的控制；
2、手持导盲仪使用方便，探测灵活，可用于高低地势探测，障碍报警；
3、利用蜂鸣器的声音频率提示障碍物距离远近，便于盲人判断；
4、结构简单实用，方便携带，可扩展性强，可长时间使用。
5、参考资料
[1]王永仲，现代***事光学技术[M]，北京：科学出版社，2003。
[2]何俊发，王红霞，刘晓彬，激光测距新方法研究[J]，应用激光，2003，23(5)：299—300。
[3]陈敏，杜小平，一种提高相位激光测距精确度的方法[J]，现代电子技术，2005，16：114一l15。
光电探测器篇7
关键词：探测器光室解体清洗
中***分类号： TG155.4+1文献标识码： A
Abstract：Along with the large-scale urban construction, business office, accommodation, hotels, shopping malls and other places are equipped with fire alarm detector, to ensure that people's lives and property safety, the state promulgated for this purpose the "Fire Law", also formulated the "automatic fire alarm system construction acceptance specifications fan" (GB50166-92), clear legal responsibility personnel, stressed the need for regular cleaning detector cycle and cleaning. The reason this paper talk detector contaminated and polluted performance. At the same time, the method of cleaning cycle, the detector. Has good practicability and reference.
Keywords: detectorlight roomdisassembly and washing
建筑消防系统日常运行中，在计算机程序控制下，中心控制单元定期对各个探测器进行巡检，一旦某个区域有异常现象，就会启动报警装置进行报警，引起值守人员的注意。如果探测器本身受到污染，造成它有稍微的“不适、疏忽”就会给整个系统和建筑物及其内置物品带来无法想象的恶果。《火灾自动报警系统施工验收规范》(GB50166-92)明确规定了对探测器进行“体检”的周期和“***”的标准（具体可参考规范详细内容）。在这里我结合工作实际，提出了针对受不同污染的探测器选择不同的清洗方式。
火灾探测器是传感器的一种，我们平常使用较多的是烟雾探测器，其它还有光电型探测器、离子探测器等。烟雾探测器使用数量约占全部数量的90%以上。
烟雾探测器不管是离子式还是光电型式都是“机电一体化”产品。烟雾检测室在离子型探测器中称被为“电离室”，在光电型型探测器中被称为“光室”。“电离室”或者“光室”是火灾探测器的心脏，这也是我们对探测器进行清洗的关键所在。
在室的最外面设置了一层有效屏障，材料通常选用中等目数的不锈钢金属网。
离子探测器现在基本不生产了，这里主要就光电型型探测器进行介绍：
光室
***1 光电型型探测器
***1所示是光电型探测器“光室“的工作原理。***中A为发光元件，B为受光元件。
在正常状态下，B无法接收到A发射出的光信号，在烟雾进入到光室后，由于烟粒子的“漫射“作用，使受光元件B接受到A的光信号，生产光电型流，驱动开关电路，同样也实现了烟信号至电信号的转变。
火灾探测器要检知烟雾信息，必须使得检测室和检测环境沟通，所以环境中的各种污染性气体（如化工区域）和积尘（气溶胶，如原料区域）进入检测室是无法避免的，其对烟雾检测室造成的工作条件的损坏是客观的存在，这也正是从技术角度提出定期进行清洗、保养的理论依据，污染和积尘对烟雾检测室造成的影响如下：
1、金属网是防护装置，其有污垢附着后，会堵塞网孔，减少通烟面积，最终失去报警功能；
2、光室起检测烟雾浓度的场所，它受污染后形成结构与光电型元件积尘，造成a发射接受功能丧失，失去报警功能，b在气流作用下，引发误报警；
3、绝缘支架是支撑探测器结构的框架，它易受积尘和腐蚀性气体污染，造成绝缘阻抗大幅度下降，生产漏电流，破坏电路工作点，引发失报或误报。
针对以上存在的问题，我们结合《GB4715-2005点型火灾探测器技术要求及试验方法》等标准要求，在实际探索中我们建立了清洗流程，并结合四种行之有效的清洗方式。分述如下：
一、光电型探测器清洗流程：
二、光电型探测器的解体
使用专用工具，由外及里小心对探测器进行解体，拆下的部件应分别归类放置在专用储物箱内，细心保管，避免误碰误撞，并保持环境的清洁；
三、清洗
清洗方法及其特点：
1、用无水酒精擦拭。操作人员应带防静电橡胶手套，用医用镊子、医用棉花沾无水酒精适量，对探测器外表、内部电子线路板等表面污染物可进行彻底清洗，但不应留下棉花纤维。
2、高压气体冲洗。需要空气压缩机、气***等工具。气***出口空气压力为0.1MP左右。
3、清洗槽内超声波纯水清洗。需要超声波清洗槽、风干槽各一个。超声波振荡频率为2.54MHZ左右。但清洗设备投资较大，须有专用场地，还要有制造纯水的设备。要考虑投入产出比，否则入不敷出。
4、以上三种方法组合使用。
以上四种方法清洗后，探测器干燥温度应控制在40±5°C之间，烘干时间为24小时；
将烘干后的探测器部件按解体时的逆序进行组装即可以进行标定，按程序标定合格的产品又可以重新“焕发精神，站岗放哨”。
探测器清洗周期
火灾自动报警系统中火灾探测器投入运行二年后，应每隔三年全部清洗一遍。
清洗后的探测器需要组装、烘干、湿热试验、测试等一系列程序，方可投入系统使用。
结束语：针对不同的探测器，受到的污染物不同，考虑其结构、工作原理、是否可拆卸等因素，都是我们选择清洗方式应该考虑的问题，要按照规范要求，定周期的进行清洗，如果清洗的好，可以继续发挥探测器的良好性能，减少更新所造成的成本费用增加，保护生命财产的安全。反之，则灵敏度会更差，甚至贻误或错失报警的时机，造成不可预估的后果。所以，合理、科学、定期的清洗探测器绝对有必要。
参考文献：
[1]陈南《智能建筑火灾监控系统设计》清华大学出版社 2001
[2] 国家标准GB4715-2005. 点型火灾探测器技术要求及试验方法。国家技术监督局，2005
[3] 国家标准GB4716-2005. 点型感温火灾探测器技术要求及试验方法。国家技术监督局，2005
[4] ASTMD5127-2007电子学和半导体工业用超纯净水标准。国家技术监督局，2003
光电探测器篇8
关键词 水库异重流；清浑水界面；红外线；探测器
中***分类号 TV149.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）02-0217-01
为了进行水库异重流测验，开发研制清浑水界面仪。利用红外线报警原理，当仪器探头发出红外线经过含沙水层时，红外线感应信号发出报警确定水库异重流清浑水界面。该文主要介绍仪器的技术原理、工作原理和主要技术指标，以为仪器开发和使用提供技术帮助。
1 设计思路
异重流测验主要通过流速和含沙量变化确定清浑水界面。测验人员采用估计法采样，并用多次试探的方法探测跟踪异重流，用“试搓法”确定判断清浑水界面和浑水层的厚度。利用先进的光电感应探测含沙量的变化是设计的切入点，解决水库异重流测验中确定清浑水界面技术，本着技术先进、实用原则，通过大量试验研制了清浑水界面探测器[1]。
2 技术原理
2.1 对射式红外线光电传感器
经过查阅大量的传感器资料，并选购几种不同特性的光电传感器进行室内试验，确定对射式光电传感器对含沙量的变化灵敏度最高，抗干扰性能也比较强。经过对光学系统的定位、水下密封处理，在模拟条件下可有效识别出清水和1.0 kg/m3含沙量浑水的交界面，而且重复性、稳定性均好。
2.2 信息处理系统
根据水库异重流测验工作经验，信息系统必须建立在无线信号发射与接收的基础上。如果采用电缆线传输信号，由于存在几十米电缆线的收放、挂水草问题，将给实际生产应用带来很大麻烦。因此，确定采用铅鱼吊索和水体构成的音频通道建立水下无线电交流信号发射、传输与接收系统。由于界面探测只检测1个量，为了使系统简单、可靠，接收机仅接收单频率的报警信号，以及时提示采样器取沙[2]。
2.3 水下发射电路
选用一块NE555和一块DTA2003功放电路为核心元件而组成的频率为2 MHz矩形波脉冲震荡电路。该电路元件少，电路板体积小，但功率大（5.0 W），可靠性高，便于在探测器中封装，减小水下密封仓的体积。
2.4 水下密封仓
将光电传感器、光学处理系统和交流信号发射电路封装在水下密封仓中并通过密封接线端子将信号引出密封仓外进行发射。光学系统必须保证发射与接收光电传感器光轴的同轴性，发射光束为平行光束，2只光学镜片的间距满足实验室率定的间距（80.0±0.1） mm。各环节和整个密封仓的耐水压指标为1.5 MPa（相当于水下150 m的工作压力）。
2.5 探头外观
由于水下密封和有利于探测水体需要，选用长条环形管状密封，发射端和接受端正好相对，加工制造方便，水下耐压性能好，结构牢固，入水阻力小。考虑到封装光电传感器和发射电路的需要，特设计光学密封仓、电路密封仓和电气连接必需的导管。密封仓内部的组装采用模块式、组合式方法将光学、电气和机械有机结合，实现优化设计的目标。
3 工作原理
清浑水界面探测器由水下探头和船上音频报警信号无线接收装置2个部分组成。水下（包括电池组、密封电源开关）探头主要由远红外光发射电路、远红外光接收电路、10 s定时电路、1.2 kHz信号发射和功放输出电路组成。船上音频报警信号无线接收装置由音频接收功放、喇叭等构成。水下光电传感器是经过光学处理、机械加工、水下密封等技术措施制成水下光电探头。水下电池组是经过水密封措施，将高能可充电池装在铅鱼肚子里，为光电探头提供电源。水下密封电源开关是经过液压密封措施加工成在1.5 MPa水压下工作的二位电源开关。水下发射系统采取了密封措施，保证正常工作。当水下探头在清水中时，远红外光能够在水中通过，光强鉴别电路输出关闭，船上接收装置无信号，喇叭不响；当探头进入到含沙量>1.0 kg/m3的浑水中时，远红外光被泥沙遮挡，光强鉴别电路输出打开，输出1.2 kHz音频信号，通过悬索和水体回路发送到船上，船上接收装置接收到1.2 kHz音频信号后放大输出，喇叭发出报警声响，表明已探测到浑水层，10 s后电路定时自动关闭，1.2 kHz音频信号输出进入待机状态，节约电能并让出信号的传输通道；当探头由浑水层提升到含沙量
4 研究成果
仪器主要是针对黄河小浪底水库异重流测验的实际生产问题经过技术创新研制成功的，主要用于探测水库异重流前锋、测量浑水层厚度、探测清浑水界面、指导泥沙采样等。为快速监测水库异重流的发生、发展过程，提高水库异重流测验精度，减轻人们的劳动强度，缩短测量时间，抓住水库“蓄清排浑”运用的最佳时机，起到了重要作用。
5 实践应用
自2004年以来，清浑水界面仪经过小浪底水库异重流测验中进行了生产试运用，并进行了连续、大量的生产作业。主要用于探测异重流前锋、测量浑水层厚度、探测清浑水界面指导泥沙采样等，取得了很好的应用效果。该仪器的使用大大减轻了人们的工作强度，同时也提高了工作效率和测验精度。仪器使用方便，测验人员不需要专业培训，仪器安装简便，适配不同颜色接线柱和线头对接，信号采用传统音响辨别，无干扰信号。该探测器的安装、使用方便，水密性好，可靠性高，在使用过程中实测最大水深80 m以上，对清浑水界面含沙量灵敏度
6 参考文献
[1] 陈富安，王庆中，沈安文.光电式清浑水界面探测器研制[J].泥沙研究，2006（3）：47-48.
[2] 王庆中，陈富安，王秀清，等.清浑水界面探测器在水库异重流测验中的应用[J].人民黄河，2006，28（2）：23，68.
光电探测器篇9
关键词：火灾自动报警 消防联动控制系统 电气设计
现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。为此，除对建筑物平面布置、建筑和装修材料的选用、机电设备的选型与配置有许多限制条件外，还需要设置现代化的消防设施。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对自动消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、***书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。电气工程设计、安装和使用是否正确不仅直接影响到建筑的消防安全而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥作用。因此，自动报警及消防联动的设计及设备选型显得尤为重要。
一、系统的组成
火灾自动报警与消防联动控制系统是建筑物防火综合监控系统，由火灾报警系统和消防联动控制系统组成。在实际工程应用中，系统的组成是多种多样的，设备量的多少、设备种类都会有很大的不同。但是，决定系统特征的是火灾自动报警和消防联动控制这两个系统的实现方式。
（一）火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统一般由探测器、信号线路和自动报警装置三部分组成。
1、火灾探测器和手动报警按钮
火灾探测器是整个报警系统的检测元件。它的工作稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标直接影响着整个消防系统的运行。
1）探测器的种类
火灾探测器的种类很多，大致有如下几种：
（1）离子感烟探测器。
（2）光电感烟探测器。
（3）感温探测器（包括定温式和差温式）。
（4）气体式探测器。
（5）红外线式探测器。
（6）紫外线式探测器。
2）常用的火灾探测器基本原理
（1）感烟火灾探测器
火灾发展过程大致可以分为初期阶段、发展阶段和衰减熄灭阶段。感烟火灾探测器的功能在于：在初燃生烟阶段，能自动发出火灾报警信号，以期将火扑灭在未成灾害之前。根据结构不同，感烟探测器可分为离子感烟探测器和光电感烟探测器。
①离子感烟探测器
离子式感烟探测器是由两个内含Am241放射源的串联室、场效应管及开关电路组成的。内电离室即补偿室，是密封的，烟不易进入；外电离室即检测室，是开孔的，烟能够顺利进入。在串联两个电离室的两端直接接入24V直流电源。当火灾发生时，烟雾进入检测电离室，Am241产生的α射线被阻挡，使其电离能力降低，因而电离电流减少，检测电离室空气的等效阻抗增加，而补偿电离室因无烟进入，电离室的阻抗保持不变，因此，引起施加在两个电离室两端分压比的变化，在检测电离室两端的电压增加量达到一定值时，开关电路动作、发出报警信号。
②光电感烟探测器
光电式感烟探测器由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。按照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。
a、一般光电式感烟探测器根据其结构特点可分为遮光型和散射型两种。
遮光型光电感烟探测器由一个光源（灯泡或发光二极管）和一个光电元件对应装在小暗室内构成。在无烟情况下，光源发出的光通过透镜聚成光束，照射到光电元件上，并将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出报警。当火灾发生有烟雾进入探测器，使光的传播特性改变，光强明显减弱，电路正常状态被破坏，则发出报警信号。
散射光电式感烟探测器的发光二极管和光电元件设置的位置不是对应的。光电元件设置在多孔的小暗室里。无烟雾时，光不能射到光电元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，有烟雾进入探测器，光通过烟雾粒子的反射或散射到达光电元件上，则光信号转换成电信号，经放大电路放大后，驱动自动报警装置发出报警信号。
b、激光式感烟探测器。由激光发射机（包括脉冲电源和激光发生器）和激光接收器（包括光电接收器、脉冲放大及报警）组成。它利用激光方向性强、亮度高及单色性和相干性好的特点。在无烟情况下，脉冲激光束射到光电接收器上，转换成电信号，报警器不发出报警。一旦激光束在发射过程中有烟雾遮挡而减弱到一定程度，使光电接收器信号显著减弱，探测器发出报警信号。在种类繁多的激光光源中，半导体激光器由于具有所需激发电压低、效率高、脉冲功率大、器件体积小、耐震、寿命长和价格低廉等优点而受到重视。
c、紫外光和红外光感烟探测器。它们具有灵敏度高、性能稳定、可靠、探测方位准确等优点，因而得到普遍重视，并成为目前火灾探测器的重要设备和发展方向。
光电式感烟探测器发展很快，种类不断增多，就其功能而言，它能实现早期火灾报警，除应用于大型建筑物内部外，还特别适用于电气火灾危险性较大的场所，如计算机房、仪器仪表室和电缆沟、隧道等处。
（2）感温火灾探测器
感温探测器按结构原理不同有双金属片型、膜盒型、热敏电子元件型等三种。
①双金属片型是应用两种不同膨胀系数的金属片作为敏感元件的，一般制成差温和定温两种形式，定温式是当环境温度上升达到设定温度时，定温部件立即动作，发出报警信号；差温式是当环境温度急剧上升，其温升速率（℃/min）达到或超过探测器规定的动作温升速率时，差温部件立即动作，发出报警信号。
②膜盒型探测器由波纹板组成一个气室，室内空气只能通过气塞螺钉的小孔与大气相通。一般情况下（指环境温升速率不大于1℃/min），气室受热，室内膨胀的气体可以通过气塞螺钉小孔泄漏到大气中去。当发生火灾时，温升速率急剧增加，气室内的气压增大，波纹板向上鼓起，推动弹性接触片，接通电接点，发出报警信号。
③电子感温探测器由两个阻值和温度特性相同的热敏电阻和电子开关线路组成，两个热敏电阻中一个可直接感受环境温度的变化，而另一个则封闭在一定热容量的小球内。当外界温度变化缓慢时，两个热敏电阻的阻值随温度变化基本相接近，开关电路不动作。火灾发生时，环境温度剧烈上升，两个热敏电阻阻值变化不一样，原来的稳定状态破坏，开关电路打开，发出报警信号。
3）火灾探测器的选择
（1）根据火灾的特点选择探测器
①火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量热，很小或没有火焰辐射，应选用感烟探测器。
②火灾发展迅速，产生大量的热、烟和火焰辐射，可选用感烟探测器、感温探测器、火焰探测器或其组合。
③火灾发展迅速、有强烈的火焰辐射和少量烟和热、应选用火焰探测器。
④火灾形成特点不可预料，可进行模拟试验，根据试验结果选择探测器。
（2）根据安装场所环境特征选择探测器
①相对湿度长期大于95%，气流速度大于5m/s，有大量粉尘、水雾滞留，可能产生腐蚀性气体，在正常情况下有烟滞留，产生醇类、醚类、酮类等有机物质的场所，不宜选用离子感烟探测器。
②可能产生阴燃或者发生火灾不及早报警将造成重大损失的场所，不宜选用感温探测器；温度在0℃以下的场所，不宜选用定温探测器；正常情况下温度变化大的场所，不宜选用差温探测器。
③有下列情形的场所，不宜选用火焰探测器：
a、可能发生无焰火灾；
b、在火焰出现前有浓烟扩散；
c、探测器的镜头易被污染；
d、探测器的‘视线’易被遮挡；
e、探测器易被阳光或其他光源直接或间接照射；
f、在正常情况下，有明火作业以及X射线、弧光等影响。
高层民用建筑及其有关部位火灾探测器类型的选择参照下表。
项目
设 置 场 所
火灾探测器的类型
差温式
差定温式
定温式
感烟式
I级
II级
III级
I级
II级
III级
I级
II级
III级
I级
II级
III级
1
剧场、电影院，礼堂，会场，百货公司，商场，旅馆，饭店，集体宿舍，公寓，住宅，医院，***书馆，博物馆
×
2
厨房，锅炉房，开水间，消毒室等
×
×
×
×
×
×
×
×
×
3
进行干燥烘干的场所
×
×
×
×
×
×
×
×
×
4
有可能产生大量蒸汽的场所
×
×
×
×
×
×
×
×
×
5
发电机室，立体停车场，飞机库等
×
×
×
×
×
6
电视演播室，电影放映室
×
×
×
×
7
发生火灾时，温度变化缓慢的小间
×
×
×
8
楼梯及倾斜路
×
×
×
×
×
×
×
×
×
9
走道及通道
×
×
×
×
×
×
×
×
×
10
电缆竖井，管道井
×
×
×
×
×
×
×
×
×
11
电子计算机房，通讯机房
×
×
×
×
×
×
12
书库，地下仓库
×
×
13
吸烟室，小会议室
×
×
×
×
×
×
注：表示适于使用；表示根据安装场所等状况，限于能够有效地探测火灾发生的场所使用；×表示不适于使用。
（3）根据房间高度选择探测器
不同种类探测器的使用与房间高度的关系参照下表。
房间高度（m）
感烟探测器
感温探测器
火焰探测器
I级
II级
III级
12
不适合
不适合
不适合
不适合
适合
8
适合
不适合
不适合
不适合
适合
6
适合
适合
不适合
不适合
适合
4
适合
适合
适合
不适合
适合
h≤4
适合
适合
适合
适合
适合
探测器的灵敏度选择，应据探测器的性能及使用场所，正常情况下（无火警时）系统没有误报警为准进行选择。目前，国内高层建筑中，大部分使用光电感烟测器，只有在个别场所、厨房、发电机房、车库及有气体灭火装置的场所才用感温探测器。只用一种探测器，在联动的系统里易产生误动作，这将造成不必要的损失，无联动的系统里易误报。故应选用两种或两种以上种类探测器。他们是“与”的逻辑关系，当两种或两种以上探测器同时报警，联动装置才动作，这样才能确保不必要的损失
总之，探测器选择应根据实际环境情况选择合适的探测器，以达到及时、准确报警的目的。
4）手动报警按钮
报警区域内每个防火分区应至少设置一个手动火灾报警按钮，且从一个防火分区里的任何位置至最近一个手动火灾报警按钮的距离不应大于30m，并应设置在明显和便于操作的位置。手动报警按钮距地面1.5m。
2、自动报警装置
我国火灾自动报警装置的研究、生产和应用虽然起步较晚，但发展非常快，特别是最近几年，随着我国四化建设的迅速发展和消防工作的不断加强，火灾自动报警装置的生产和应用都有了较大的发展，生产厂家、产品种类和产量及应用单位都不断地增加。我国目前生产的火灾自动报警装置是包括报警显示、故障显示和发出控制指令的自动化成套装置。当接收到火灾探测器、手动报警按钮或其他触发器件发送来的火灾信号时，能发出声光报警信号，记录时间、自动打印火灾发生的时间、地点、并输出控制其他消防设备的指令信号，组成自动灭火系统。目前，生产、使用的自动报警装置，多采用多线制，分为区域报警控制器、集中报警控制器和智能型火灾报警控制器。
（1）区域报警控制器
区域报警器是一种由电子电路组成的自动报警和监视装置。它联结一个区域内的所有火灾探测器，准确、及时的进行火灾自动报警。因此，每台区域报警器和所管辖区域内的火灾探测器经正确连接后，就能构成完整、***的自动火灾报警装置。
区域报警器的基本原理如下：
①接收探测器或手动报警按钮发出的火灾信号，以声光的形式进行报警；
②电子钟可以记忆首次发生火灾的时间；
③可以带动若干对继电器触点给出适当外接功能；可
④以配置备用直流电源，当市电断电时，直流备用电便自动投入；
⑤具有自检功能，当区域报警器与探测器之间有接触不良或断线时，报警器发出开路或短路的故障声、光报警信号并自动显示故障部位；
⑥具有“火警优先”功能，各类报警信号至区域报警器，经信号选择电路处理后，进行火灾、短路、开路判断，报警器首先发出火灾报警信号，指示具体着火部位，发出火警音响，记忆火警信号、开路、短路故障信号；
⑦通过通讯接口电路将三类信号送至集中报警控制器。区域报警控制器将接收到的探测器火警信号进行“与”“或”逻辑组合，控制继电器动用联动外部设备，如排烟阀、送风阀、防火门等。
目前国内各厂家生产的区域报警器的容量即监控部位多少不同。不同型号的区域报警器需与不同型号的探测器相连接。以西安262厂生产的***-QB-2700/088A系列区域报警器为例，它有壁挂式、柜式两种，最大容量为256路，一路是一个部位号，一个探测器占一个部位号。
在工程设计中，选择区域报警控制器的容量应大于该区域的探测器数。如一建筑物以一层为一个区，共24个房间，每个房间一个探测器，共24个，则应选择30路区域报警控制器。若48个房间，则应选择50回路区域报警控制器。
（2）集中报警控制器
集中报警控制器的基本原理如下：
①把若干个区域报警器连接起来，组成一个系统，集中管理；
②可以巡回检测相连接的各区域报警器有无火灾信号或故障信号，并能及时指示火灾区部位和故障区域，同时发出声、光报警信号；
③其他功能、原理同区域报警控制器。
在系统中如只有探测器和集中报警器是不能工作的。因为集中报警器的巡检功能、火灾报警功能、自检功能等都是与区域报警器构成系统后才具备的。所以，只有区域报警器与集中报警器配合使用，才能构成自动火灾报警系统。
集中报警系统适用于大型、复杂工程。集中报警器最大容量可接40台区域报警器。
（3）智能型火灾报警控制器
智能型火灾报警控制器的基本原理如下：
①采用模拟量探测器，能对外界非火灾因素，诸如温度、湿度和灰尘等影响实施自动补偿，从而在各种不同使用条件下为解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；
②报警控制器采用全总线计算机通信技术，实现总线报警和总线联动控制，减少了控制输出与执行机构之间的长距离管线；
③采用大容量的控制矩阵和交叉查寻程序软件包，以软件编程代替硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性。
262厂生产的NA1000系列火灾报警控制器就属此类形式。
（4）自动报警装置的选择
火灾自动报警系统中，所选用的火灾报警装置应具有以下基本功能：
①能为火灾探测器供电；
②能接收来自火灾探测器或手动报警按钮的报警信号；
③能检测并发出系统本身的故障信号；
④能检查火灾报警器的报警功能；
⑤具有电源转换功能。
火灾报警控制器的选择，一般考虑下列因素：
①火灾探测器、火灾报警器宜选用同一厂家的配套产品；
②报警系统所需回路数量；
③是否需要自动消防联动控制功能；
④安装位置和安装方式等。
（二）消防联动控制系统的组成
消防联动控制范围很广，据实际工程的大小、等级高低的不同各异。联动控制设备有消火栓、水灭火、气体灭火、防火门、防火卷帘、排风机、空调设施、防火阀、排烟阀、电梯、诱导灯、事故灯、警铃、切断工作电源等。
二、系统选择
火灾自动报警系统的保护对象是建筑物或建筑物的一部分。不同的建筑物，其使用性质、重要程度、火灾危险性、建筑结构形式、耐火等级、分布状况、环境条件以及管理形式等各不相同。在设计中应仔细研究这些情况，根据不同的情况选择不同的火灾自动报警系统。
（一）系统确定
火灾自动报警系统是触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其他辅助功能的装置组成的火灾报警系统，是人们为了早期发现通报火灾、并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾而设置在建筑中或其他场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。
报警系统的确定一般是整个系统中报警部位总点数，包括探测器数量、手动报警按钮数量及消火栓、自动门、自动阀、行程开关等总数量来确定。也就是说与建筑物大小、等级、使用功能有关。火灾自动报警系统的组成形式多种多样，特别是近年来，科研、设计单位与制造厂家联合开发了一些新型的火灾自动报警系统，如智能型、全总线型等，但在工程应用中，采用最广泛的是如下三种基本形式：区域报警系统、集中报警系统、控制中心报警系统。
1、区域报警系统
该系统一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应超过3台，区域报警控制器宜设于有人值班的房间、场所。
系统的组成见下***。
2、集中报警系统
报警区域较多、区域报警控制器超过3台时，采用集中报警系统。集中报警系统至少有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器集中报警控制器应设置有人值班的专用房间或消防班室内。
系统的组成见下***。
3、控制中心报警系统
工程建筑规模大、保护对象重要、设有消防控制设备和专用消防控制室时，采用控制中心报警系统。
系统的组成见下***。
以上各系统布线方式与探测器、报警器种类有关。采用二线制（即区域报警器到每一个探头为二线）。区域报警器单独使用为N+1式，到集中报警器为N+N/8+1+3+1式，设计、施工比较方便，而且降低造价。
除以上系统外，国内各厂家又相继推出总线制报警器。不同厂家总线制系统各异，但共同点都是总线制、地址编码形式。
（1）二总线制集中报警系统。区域报警器到探测器的线路传输只需二条总线，每一部位的控制器都有自己的编号，即一个部位一个编址单元。如***-QB-50-2700/076型为例，它采用了先进的单片机技术，CPU主机将不断地向各编址单元发码。当编址单元接收到主机发来的信号后，加以判断：如果编址单元的码与主机的发码相同，该编址单元响应。主机接收到编址单元返回的地址及状态、信号，进行判断处理：如果编址单元正常，主机将继续向下巡检；经判断如果是故障信号，将发出故障区域声、光报警信号。发生火灾时，经主机确认后，火警信号被记忆，同时发出火灾区域声、光报警信号。
在实际工程应用中，如果用一台区域报警器控制一层楼，在二总线上可接50个编址单元；控制二层，每层二总线上可接35个编址单元；控制三层，每层二总线上可接25个编址单元。076型区域报警器的扩展型最多可设置200个编址单元。
（2）三总线制集中报警系统。该报警器是由单片机8031为中央控制单元，计算机管理的三线制报警器。三总线制系统通过三总线与被控的各区域报警器相联。三总线制在工程应用中有两种形式：楼层复示器——集中报警器系统、区域报警器——集中报警器系统。
①楼层复示器——集中报警器系统
楼层复示器可以对编址探测器发码、收码，显示本层的报警部位，具有断线故障自动报警功能。该系统适用于每层不超过32个报警部位，楼层无值班点，首层设有消防总值班室的建筑。
②区域报警器——集中报警器系统
由区域报警器和标准集中报警器组成的两级管理总线制火灾报警系统，适用于每层报警部位多少不一，并设有楼层服务台的中型宾馆等建筑物。
采用总线制报警系统布线简单，设计、施工方便，与其他报警系统相比多一些接口元件。
（二）消防联动控制系统
消防联动控制系统有无联动、现场联动、集中联动等几种形式。
在实际工程中，报警系统与消防联动系统的配合有以下几种形式：
1、区域——集中报警、横向联动控制系统。
此系统每层有一个复合区域报警控制器，他具有火灾自动报警功能，能接收一些设备的报警信号，如手动报警按钮、水流指示器、防火阀等，联动控制一些消防设备，如防火门、卷帘门、排烟阀等，并向集中报警器发送报警信号及联动设备动作的回授信号。此系统主要适用于高级宾馆建筑，每层或每区有服务人员值班，全楼有一个消防控制中心，有专门消防人员值班。
2、区域——集中报警、纵向联动控制系统。
此系统主要适用于高层“火柴盒”式宾馆建筑。这类建筑物标准层多，报警区域划分比较规则，每层有服务人员值班，整个建筑物设置一个消防控制中心。
3、大区域报警、纵向联动控制系统。
此系统主要适用于没有标准层的办公大楼，如情报中心、***书馆、档案馆等。这类建筑物的每层没有服务人员值班，不宜设区域报警器，而在消防中心设置大区域报警器，有专门消防人员值班。
4、区域——集中报警、分散控制系统。
此系统在联动设备的现场安装有“控制盒”，以实现设备的就地控制，而设备动作的回授信号送到消防中心。消防中心的值班人员也可以手动操作联动设备。此系统主要适用于中、小型高层建筑及房间面积大的场所。
此外，还有自动报警和消防控制于一体的灭火装置系统，如FJ-2714自动灭火装置。此系统主要适用于计算机房、发电机房、贵重物品仓库、档案库、书库等场所的火灾自动报警及自动灭火。气体灭火、药剂灭火具有能力强、效率高、对金属腐蚀性小、不导电、长期存储不变质、不污损灭火对象等优点，但造价高。
光电探测器篇10
激光超声的震动位移是在纳米级别，所以要检测到微弱的激光超声需要外差干涉系统有较高的灵敏度。为了提高测量精度对光路进行了改进，采用双光路外差干涉仪增强系统抗环境干扰能力，使用3聚焦透镜增强干涉仪的聚光能力，提高进入干涉仪的光通量，从而提高精度；在光电探测器前加滤光片，滤除杂散光，提高系统信噪比。通过高频超声实验验证，该系统的位移分辨率能达到0.1nm。
关键词：
纳米位移；外差干涉；激光超声；聚焦
对于激光超声位移的检测，目前多用光学方法检测［1］。最常用的方法是外差干涉法，它最显著的特点是利用载波技术，将被测物理量的信息转换成调频或者调相信号，具有抗干扰能力强、测量速度快、信噪比高、易于实现高分辨率测量等特点，得到了很大的发展，用于微小振动的测量有独特的优势。随着超精密检测技术的发展，对激光外差干涉仪的测量精度提出了更高的要求［2］。实验研究表明外差系统的实用性主要受其稳定性和环境噪声的影响。探测系统的通光量对探测灵敏度影响也非常大。此外，频移装置的频率漂移将引起干涉信号的不稳定，杂散光会导致光路噪声大，降低系统的信噪比，影响干涉效率［3］。本文旨在对传统外差干涉微振动测量光路进行改进，提高系统的测量精度。
1激光外差干涉系统微位移检测原理
外差干涉光路系统如***1所示，激光器发出激光进入声光调制器产生移频，频差为80MHz。从声光调制器出来的1级光和0级光经过PBS（PolarizationBeamSplitter）偏振分光棱镜后又分为两束光，经BS1和R1干涉后进入光电探测器作为参考信号，另一路经M1、M2、BS2、R2干涉后进入光电探测器做为探测光［4］。M1和M2是三角棱镜，R1和R2是反射镜。
2影响系统测量精度的因素及改进方法
（1）外差干涉系统对表面位移非常敏感所以很适合测量只有几十纳米的超声位移，但同时对外界环境的干扰也十分敏感，外部环境震动会对干涉信号产生相位误差，用电信号做参考信号进行解调会影响测量精度，基于上述原因采用双光路［7］干涉可以减弱环境干扰带来的误差。（2）外差探测系统中，两束光在光电探测器的光敏面上发生干涉，对干涉信噪比影响最大的是相位匹配［8］，当被测目标处于近场，信号光束和本振光束都不能近似的看作平面波。近场高斯波函数以及外差探测理论得系统外差效率。Us和Ul是两束光的复振幅，是它们的相位差，A是光电探测器的光敏面，积分在光敏面上。由以上公式可得外差效率会随着探测器光敏面的面积逐渐增大最后稳定在一个值。在探测光路中加入聚焦透镜，缩小从铝板反射回来的光斑，可以增大干涉效率。（3）被测铝板在抛光的情况下也会产生散射光斑，只有当光束聚焦在物体表面上成为一个衍射受限点，仅探测一个光斑时，才能得到最好的探测条件［10-11］。利用聚焦透镜能收集大光斑来获得高灵敏度，聚焦后的光束有更高的转化效率，能收集到更多的超声信号。还能增大进入干涉仪的通光量，使光电探测器光敏面接受的信号更强更集中，两束光能更好的准直干涉［12］。这个改进使得灵敏度显著增强。（4）在光电探测器前加滤光片，只能通过632.8nm的激光，有效滤除杂散光，提高系统信噪比。（5）为了避免声光调制器0级光和1级光的混叠，采用专用的不加外部信号的声光移频器驱动源，提供更稳定的驱动信号。
3实验结果与分析
光路调试到最佳状态时两路光的干涉信号分别达到552mv和736mv，如***2所示。结果用MATLAB基于反正切运算的相位生成载波解调方法解调出位移信号。为了检验干涉系统的效果首先用压电陶瓷模拟微震动进行实验仿真如***3~***4。模拟震动的频率为5kHz，100mV，实验表明解调后的探测主频为5kHz，噪声频率与主频相差很大，很大程度上降低了噪声干扰。***5用脉冲激光器作激励源，激励被测样品（铝板）产生超声信号。激励激光器的波长1064nm，激光脉冲能量150mJ，脉冲宽度为8ns。***6为改进前的探测信号。改进前后超声探测的对比***5~***6所示用MATLABb解调出位移信号，从***中可以看出有3处时间间隔基本相同的明显回波，是由于超声波遇到样品内部缺陷后反射回来作用于探测点，由于多普勒效应产生频移，通过程序解调得到位移信号。超声信号的频率是2.5MHz，改进光路以前探测结果噪声信号幅度在0.2V左右，信噪比为7.5，新型双光路探测结果中噪声幅度小于0.04V，信噪比125，干扰震荡时间比以前小很多。实验结果表明新型双光路外差干涉检测系统的信噪比提高了16.7倍。
4总结