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浅析红外传感器在大空间灭火中的应用 　　【摘 要】本文介绍了一种新型红外传感器Lie302的性能特点，并对其工作原理进行了分析，对该传感器的工作电路以及在大空间消防领域的具体应用作了阐述。 　　【关键词】红外热释电传感器 特征光谱 探测灵敏度 　　一、引言 　　红外探测技术在当今世界有着非常广泛的应用，如军事上的导弹制导、人造卫星的遥感遥测、温度探测、安防消防等等。红外探测的理论基础就是利用物体由于自身的温度所产生的红外辐射，研究不同波长红外线的性质。同时红外线又具有光的散射、折射等特性，再根据不同物质对红外光的透过率、吸收率的不同。研制出各种红外探测器，如用于气体分析的红外气体分析仪、用于探测人体红外的防盗探测器、热成像仪、测温仪、有哪些信誉好的足球投注网站跟踪系统等。 　　本文介绍的就是一种专门探测火焰的热释电红外传感器Lie302，它是德国InfraTec公司开发的产品，由于此类传感器有很多应用于军事方面，所以多为欧美国家研制，国内很少。当我们应用于火灾探测时，首先要对火焰的光谱进行分析，同时还要排除可能影响探测的因素，这样才能准确探测火灾。火焰发出的光从紫外到中红外都有，其波长因温度的差异而不同，温度受制于燃烧物质的种类和可用氧气量。特定波长与温度中的辐射能量，依据史提芬-波兹曼定律（Stefan-Boltzmann Law）出现感应的理想时机，是在辐射能量达最高峰时，亦即出现峰值（peak）的波长。该波长为4.4μm，同时由于太阳光无法释放4.4μm的红外线领域波长，排除了最大的干扰光源，我们把该波长称之为火焰特征光谱。热释电晶体的电流具有与晶体材料的温度变化率有关的特性，这也就决定了热释电传感器对运动物体或温度变化的物体反应，而火焰就具有抖动特性，它也成为火焰探测的关键之一。 　　我们在大空间消防领域中，利用Lie302传感器研制成功一种能够自动定位喷水灭火的高空水炮。它通过两级红外探测火焰，能够准确确定火点位置，然后自动喷水灭火。这种传感器能够有效滤除其它波长的光，只透过火焰特征光谱，保证探测火焰的准确性。InfraTec公司有很多种型号传感器具有探测火焰的特性，我们综合考虑性价比，感觉Lie302除在性能可满足探测需要之外，价格也较其它型号便宜，因此下面我们将详细介绍该传感器的性能特点。 　　二、Lie302传感器结构性能及特点 　　（一）原理概述： 　　该传感器的光敏层是由锂钽酸盐单一晶体化合物组成，是一种热电晶体。红 　　外光通过传感器的窗口（由特殊材料制成的红外光过滤器）后，在晶体上产生一个变化的温度Δt，从而产生电信号。这种极微弱的电流经传感器内部场效应管的阻抗变换后输出，获得一个较高的电压变化信号。 　　（二）性能特点： 　　探测灵敏度D*值和噪声密度是决定探测距离的重要指标，安防上常用的人体红外探测，其距离常在10多米，而探测火焰传感器往往要求距离最小超过20米，远的达到百米，一般要求D*值至少要大于108，才能满足要求。该传感器在灵敏度和噪声密度方面指标都很好。 　　窗口滤波器的透光指标是一个重要指标是，这也是区分不同类型热释电红外传感器的核心，该传感器采用的是窄带滤镜，只透过4.06～4.4μm的光，其它波长的光都被滤除掉，保证探测火焰的准确性。 　　测量技术最常考虑的干扰因素就是温度，对于热释电传感器更为突出；很小的温度变化就会在传感器内产生一个明显的低频信号，所以我们在设计时可以根据需要选用带温度补偿的传感器，可以保证探测稳定。 　　三、Lie302红外传感器在火灾探测上的应用 　　（一）电路设计： 　　我们设计的自动定位高空水炮是一种机电一体智能水炮，它内部具有多只红 　　外传感器用于火灾的探测及定位。由于设备安装高度可达25米，探测半径达到30米，所以红外探测有效距离达到40米。由于探测的信号非常微弱，要求对红外信号进行放大，放大倍数在数千倍到上万倍左右。火焰燃烧时会产生抖动现象，一般频率在4～20Hz，所以设计放大电路时要选用带通滤波放大电路，直流及较高频率信号得到有效抑制。本电路采用+5V供电，放大器要选用低噪声运放，经三级放大得到一个变化幅度较大的信号，再经比较器整形为脉冲信号。下图是经过试验后的电路。 　　（二）信号探测处理 　　采用增加2V的偏置电压同时对比较器分别设置2.4V和1.6V的上下阈值电压，得到的脉冲信号可以将传感器的正负电压变化都有效反应出来，同时消除放大器偏移电压和电流对变化信号的影响，在单片机的I/O口对脉冲计数时，也可以提高计数率。 　　（三）火灾探测方面的应用 　　我们将两只Lie302传感器应用在自动定位高空水炮上，分别用于水平、垂直两级火焰探测定位上，由设备内部的单片机对传感器的信号作判断处理。高空水炮是一种要求可靠性非常