CN106581895B - 一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置，其包括传感器阵列，电平检测器阵列，光噪声监测器阵列，控制装置，执行机构和灭火器；所述传感器阵列由多个光传感器围绕被监测点排列组成，每个光传感器连接相应的电平检测器，电平检测器的输入端接收光传感器传送的电信号，电平检测器的输出端连接光噪声监测器的输入端，光噪声监测器的输出端连接控制装置，所述控制装置通过执行机构启动灭火器。本发明检测精准，反应迅速，系统效率高，满足ISO26262最高的安全等级ASIL‑D的要求。

Description

一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置

技术领域

本发明涉及一种灭火装置，具体是一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置，属于消防技术领域。

背景技术

目前，火灾往往给人们的私人财产和生命健康以及社会公共财产带来极大的损失，火灾的发生通常都是由小火变大火，而在这个过程中却是没有被及时察觉发现造成的，所以对一些场所进行必要的监控，防患于未然，至关重要。

在现有的灭火装置中，公告号为CN204319598U的实用新型公开了一种热气溶胶自动灭火装置，该装置可实时检测各部件运行情况，如果出现故障可及时发现并排除，消除安全隐患。但是该装置仍存在控制检测装置非常简单，热敏线，走线复杂；烟雾检测，温度检测，反应慢；手动，自动感应，根本无法满足车规的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置。

本发明采取的技术方案是：一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置，包括传感器阵列，电平检测器阵列，光噪声监测器阵列，控制装置，执行机构和灭火器；所述传感器阵列由多个光传感器围绕被监测点排列组成，每个光传感器连接相应的电平检测器，电平检测器的输入端接收光传感器传送的电信号，电平检测器的输出端连接光噪声监测器的输入端，光噪声监测器的输出端连接控制装置，所述控制装置通过执行机构启动灭火器。

进一步的，所述电平检测器包括由放大器U1，电阻R1，电容C1，二极管D1，二极管D2组成的具有非线性增益的高增益放大器，所述放大器U1的同相输入端连接参考电压Vref，放大器U1的反相输入端通过电阻R1，电容C1连接光传感器的输出端，在放大器U1的反相输入端和放大器U1的输出端之间并联二极管D1和二极管D2，所述二极管D1、二极管D2相互并联，并且二极管D1的阴极连接二极管D2的阳极，二极管D1的阳极连接二极管D2的阴极，所述放大器U1的反相输入端依次连接二极管D3和电阻R2，二极管D3的阳极连接放大器U1的反相输入端，二极管D3的阴极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端作为输出端连接光噪声监测器的输入端，同时电阻R2的另一端还分别连接电容C2和电流源I1。

进一步的，所述光噪声监测器包括放大电路，提取光噪声电路和比较电路。所述放大电路由放大器U2、电阻R3和电阻R4组成，所述放大器U2的同相输入端连接电平检测器的输出端，放大器U2的反相输入端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接参考电压Vref，同时在放大器U2的反相输入端和输出端之间并联有电阻R4；所述提取光噪声电路由放大器U3、二极管D4、电阻R5和电容C3组成的，所述放大器U3的同相输入端连接放大器U2的输出端，放大器U3的输出端连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接放大器U3的反相输出端，同时二极管D4的阳极还与相互并联的电阻R5、电容C3相连接；所述比较电路包括放大器U4，放大器U4的反相输入端连接二极管D4的阳极，放大器U4的同相输入端与放大器U3的同相输入端之间设有电压源V1，放大器U4的输出端输出信号至控制装置。

进一步的，所述的灭火检测装置还包括温度传感器和烟雾传感器。

本发明的有益效果为：本装置具有满足ISO26262功能安全要求；灭火装置开路及短路检测；抑制灭火装置故障引发的误动作；多参数监测；全系统自检；全周期监测；智能分析判断的特点。

本装置的光传感器可根据实际需要选择，可使用滤镜，以适应不同火焰的光谱。光传感器都将光信号转换成电信号，然后送给相应的电平检测器和光噪声监测器。通过电平检测器放大检测，以及光噪声监测器的区分识别，来对检测点的状况进行判断。

综上，本火检测装置检测精准，反应迅速，系统效率高，满足ISO26262最高的安全等级ASIL-D的要求。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是传感器阵列示意图。

图3是电平检测器电路图。

图4是光噪声监测器电路图。

图5是控制装置参考电压原理示意图。

图6是控制装置振荡时钟监控原理示意图。

图7是控制装置电源监控原理示意图。

图8是控制装置看门狗控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置，其包括传感器阵列，电平检测器阵列，光噪声监测器阵列，控制装置，执行机构和灭火器；所述传感器阵列由多个光传感器围绕被监测点排列组成，每个光传感器连接相应的电平检测器，电平检测器的输入端接收光传感器传送的电信号，电平检测器的输出端连接光噪声监测器的输入端，光噪声监测器的输出端连接控制装置，所述控制装置通过执行机构启动灭火器。

如图2所示，光传感器阵列由多个光传感器组成，每一路信号可配备独立的电平检测器和光噪声监测器。如果需要减小电路规，可以由MCU控制传感器复用电平检测器和光噪声监测器。MCU控制光传感器阵列中每个光传感器轮番接入电平检测器和光噪声监测器，形成分时复用。

光传感器可根据实际需要选择，例如，可见光，红外光，紫外光，等等。可使用滤镜，以适应不同火焰的光谱。多个光传器围绕被检测点排列，形成阵列。每个光传感器都将光信号转换成电信号，然后送给相应的电平检测器。

如图3所示，电平检测器包含由U1，R1，C1，D1，D2组成的具有非线性增益的高增益放大器，以适用于宽动态范围的火焰电平。放大器输出端通过二极管D3和限流电阻R2向电容器C2充电，从而以直流表示交流输入信号的电平。信号由A点输入，B点输出检测到的电平。输出信号有着较短的上升时间（由电容C2和电阻R2设定）和由电流源I1和电容器C2设置的较长的衰减时间。Vref是参考电压。

如图4所示，光噪声监测器的目的是为了区分火焰（由突发的信号电平组成）和光噪声（相对恒定的信号电平）。光噪声监测的原理是，监测电平检测器送来的信号，若信号电平在一定时间内相对恒定，则判断其为光噪声，例如，阳光，灯光，等等；若信号电平频繁跳动，则表示检测到火焰。U2，R3和R4组成放大电路；U3，D4，R5和C3提取光噪声；U4对火焰和光噪声进行比较；Vref是参考电压。

本发明的控制装置采用车规安全气囊等结构，MCU芯片及车规安全气囊等级的控制执行芯片，构成系统，整个控制器满足ISO26262最高的安全等级ASIL-D的要求。主要特点是：

（1）两个相互独立的参考电压。

如图5，两个独立的带隙基准源提供两个独立的参考电压。两个基准电压互为参考，彼此监测。一旦两个参考电压产生差异，系统就会报警提示。这一方案有效地检测了参考电压的工作状态，及时发现可能存在的隐患。

（2）振荡荡时钟监控。

如图6，类似于参考电压，为提高可靠性，两个独立的振荡器互相监测，如果时钟存在差异，系统就会报警提示。

（3）电源监控。

如图7，有专门的电路监控电源的工作状态。电源电压经分压网络分压后，再由比较器与参考电压进行比较。实时监控电源电压，一旦电源电压偏离预设值，系统立刻报警提示。

（4）内部及外部37条通道的模拟电压信号检测。

专用的检测电路，同时检测装置内部及外部模拟电压信号。提供多达37条通道。应用过程中，可以选择外部关键的检测点接入检测通道。任一通道的信号出现异常，系统立即报警提示。多通道检测，最大可能地复盖了决定设备正常工作的模拟电压。保证系统工作在高的安全等级

（5）双看门狗控制。

如图8，控制器内置两个独立的看门狗电路，根据故障程度依次动作。如果第一级看门狗动作后未能清除故障，那么第二级看门狗会超时并启动，以对系统进行重置。这一设计既保证了可靠性，又缩短了看门狗的动作周期，提高了系统的效率。

（6）芯片内部安全引擎。

芯片内部的安全引擎保证了敏感数据的安全，以及数据的完整性。它是固件升级，通信等功能的安全基础。芯片内部的安全引擎有效地提高了系统的安全等级，它让装置有能力与应用环境共同构成安全可靠的智能化系统。

（7）芯片内部模拟及数字自我诊断。

芯片内部为模拟及数字电路分别设置了独立的诊断电路。诊断电路独立于系统主电路之外，它有自己的模块电路，不与系统的主电路共用。从而保证了诊断电路在主电路出现故障时仍能正常运行，进行有效地诊断。诊断电路分别对模拟电路以及数字电路进行独立诊断。

（8）控制器整体的实时自我诊断报警。

因为芯片内部的诊断电路独立于主电路之外，所以具备对控制器实时诊断及报警的能力。

（9）失效报警输出。

一旦诊断电路检测到控制器失效，立刻向外部输出报警信号。外部设备可以根据报警信号作出反应，调整整个系统的工作状态，以保证全安。

（10）失效重置系统输出。

得益于独立诊断电路的设计。在控制器失效时，系统输出可以被重置。有效地防止了控制器在失效时输出状态不确定。从而避免了因控制器失效而导致的难以预料的系统故障及后果。

（11）反应速度可调，可小于10ms。

对于具体的应用，所要求的反应速度可能会不同。控制器具备配置反应速度的能力，可以根据不同的应用调整不同的反应速度。反应速度最小可调至10ms以下。

本发明的火焰检测算法为：MCU接收光噪声监测器输出的信号，并利用MCU内置的模数转换器将其转换为数字信号。电平检测器和光噪声监测器已对火焰和光噪声进行了有效区分。为进一步提高可靠性和灵敏度，MCU采用专门的算法对信号进行分析。以满足车载应用的严苛要求。主要原理是，光传感器阵列围绕在被检测点周围。火起时，所有的光传感器都能检测到火光，而如果是周围环境的光噪声，例如阳光，灯光，等等，因其在传感器阵列之外，传感器接收到的光噪声会有明显的强弱差异。MCU对多路信号进行分析，以专用的算法对多路信号进行比较，进而判断各路信号间的差异是否附合光噪声的特征，即方向性，相较于火焰较为恒定，等等。与光噪声不同，火焰燃烧时会随机跳动，其光线会不断变化，因此传感器信号送来的各路信号也反映了这一特征。MCU对信号进行分析，若各路信号呈现充分的随机性，则可认定为火光。与之相反，光噪声即使波动，其随机性并不强，例如灯光，它的变化会反映交流电的频率，因此可以据此加以区分。这一算法有充分的实验数据作保证，即预先通过实验记录大量火焰数据，光噪声数据，以及火焰叠加光噪声状态下的数据。对这些数据作统计分析后，制成特征值，存储于MCU之中。MCU以此特征值为参考，对采集到的光信进行比较，从而保证判断的准确性。这一方法模拟人类学习，记忆，识别火焰的过程。

温度检测：在被检测点及其周围分布著温度传感器。温度数据送入MCU后，MCU根据温度传感器所处的位置，作相应的分析。主要原理是，火焰燃烧时，由著火点向外，温度逐渐低。不同位置的温度传感器传回的温度各不相同，MCU结合各温度传感器的位置和温度判断是否有火焰产生。

烟雾检测：在被检测点附近装有烟雾传感器，烟雾传感器检测到的信号送给MCU，作为火焰检测的另一依据。

本发明的执行机构是一套完善的，符合车规的驱动电路，推动灭火器动作，完成灭火。该执行机构可以采用当前现有的满足相应要求的驱动电路，其主要特点是：驱动能力可配置，适应不同规格的灭火器;输出短路及开路检测，有效防止误动作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种满足乘用车安全规范的高安全，快速反应灭火检测装置，其特征在于：包括传感器阵列，电平检测器阵列，光噪声监测器阵列，控制装置，执行机构和灭火器；所述传感器阵列由多个光传感器围绕被监测点排列组成，每个光传感器连接相应的电平检测器，电平检测器的输入端接收光传感器传送的电信号，电平检测器的输出端连接光噪声监测器的输入端，光噪声监测器的输出端连接控制装置，所述控制装置通过执行机构启动灭火器；

所述电平检测器包括由放大器U1，电阻R1，电容C1，二极管D1，二极管D2组成的具有非线性增益的高增益放大器，所述放大器U1的同相输入端连接参考电压Vref，放大器U1的反相输入端通过电阻R1，电容C1连接光传感器的输出端，在放大器U1的反相输入端和放大器U1的输出端之间并联二极管D1和二极管D2，所述二极管D1、二极管D2相互并联，并且二极管D1的阴极连接二极管D2的阳极，二极管D1的阳极连接二极管D2的阴极，所述放大器U1的反相输入端依次连接二极管D3和电阻R2，二极管D3的阳极连接放大器U1的反相输入端，二极管D3的阴极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端作为输出端连接光噪声监测器的输入端，同时电阻R2的另一端还分别连接电容C2和电流源I1；

所述光噪声监测器包括放大电路，提取光噪声电路和比较电路；所述放大电路由放大器U2、电阻R3和电阻R4组成，所述放大器U2的同相输入端连接电平检测器的输出端，放大器U2的反相输入端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接参考电压Vref，同时在放大器U2的反相输入端和输出端之间并联有电阻R4；所述提取光噪声电路由放大器U3、二极管D4、电阻R5和电容C3组成的，所述放大器U3的同相输入端连接放大器U2的输出端，放大器U3的输出端连接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极连接放大器U3的反相输出端，同时二极管D4的阳极还与相互并联的电阻R5、电容C3相连接；所述比较电路包括放大器U4，放大器U4的反相输入端连接二极管D4的阳极，放大器U4的同相输入端与放大器U3的同相输入端之间设有电压源V1，放大器U4的输出端输出信号至控制装置；

所述的灭火检测装置还包括温度传感器和烟雾传感器。