一种火灾探测器、火灾探测方法和自动灭火系统
技术领域
本发明实施例涉及火灾探测技术领域，尤其涉及一种火灾探测器、火灾探测方法和自动灭火系统。
背景技术
近年来，火灾探测器技术陆续发展出了各种新产品，为了即使进行火灾预警和消防，一般会在现场安装自动灭火装置，以防止发生火灾。
目前市场上使用的传统灭火器以喷淋式为主，主要通过烟雾传感器、温度传感器进行预警，并控制水喷淋达到灭火的目的，这种灭火的方式为非定向灭火，在避免火灾的同时，容易造成现场水灾。而且，由于通过温度、烟雾等进行火灾探测，导致火灾已经形成，灭火滞后。
发明内容
本发明提供一种火灾探测器、火灾探测方法和自动灭火系统，以确定火焰具体位置，实现对火灾的及时防患。
第一方面，本发明实施例提供了一种火灾探测器，包括：
至少三组光传感器，用于探测目标区域中的火焰产生的光信号，并转换形成光强信号；
数据处理模块，分别与所述至少三组光传感器电连接，所述数据处理模块用于根据各个所述光传感器提供的光强信号，以及各个所述光传感器的位置，计算和确定所述目标区域中火焰的光强和/或位置。
可选地，所述火灾探测器包括多个探测面，每一所述探测面上设置有至少三组所述光传感器，同一探测面上的所述至少三组光传感器用于探测同一目标区域中的火焰产生的光信号；
数据处理模块，分别与各探测面上的所述至少三组光传感器电连接，所述数据处理模块用于根据各探测面上的各个所述光传感器提供的光强信号，以及各个所述光传感器的位置，计算和确定各探测面对应的所述目标区域中火焰的光强和/或位置。
可选地，每组所述光传感器包括紫外光传感器和红外光传感器，所述紫外光传感器用于探测目标区域中的火焰产生的紫外光信号，并转换形成紫外光强信号；所述红外光传感器用于探测目标区域中的火焰产生的红外光信号，并转换形成红外光信号；
数据处理模块分别与每组光传感器中的所述紫外光传感器和所述红外光传感器电连接，所述数据处理模块用于根据各组中的所述紫外光传感器提供的紫外光强信号，以及各组中的所述紫外光传感器的位置，计算和确定所述目标区域中火焰的第一位置和/或在紫外波段的光强；
所述数据处理模块还用于根据各组中所述红外光传感器提供的红外光强信号，以及各组中所述红外光传感器的位置，计算和确定所述目标区域中火焰的第二位置和/或在红外波段的光强；
所述数据处理模块还用于对所述第一位置和所述第二位置求平均，以确定所述目标区域中火焰的目标位置，和/或，根据在紫外波段的光强和在红外波段的光强，确定所述目标区域中火焰的光强曲线。
可选地，每组光传感器包括一个紫外光传感器以及两个或三个红外光传感器，所述两个或三个红外光传感器的中心检测波长不同。
可选地，所述火灾探测器包括第一组光传感器、第二组光传感器和第三组光传感器，所述第一组光传感器、所述第二组光传感器和所述第三组光传感器呈等间距直线排布或者呈三角排布；
或者，所述火灾探测器包括第一组光传感器、第二组光传感器、第三组光传感器和第四组光传感器，所述第一组光传感器、所述第二组光传感器、所述第三组光传感器和所述第四组光传感器呈菱形四角排布。
第二方面，本发明实施例还提供了一种火灾探测方法，采用如第一方面任一项所述的火灾探测器，所述火灾探测方法包括：
接收至少三组光传感器提供的光强信号，所述光强信号由所述光传感器探测目标区域中的火焰产生的光信号转换形成；
确定各个所述光传感器的位置；
计算和确定所述目标区域中火焰的光强和/或位置。
可选地，计算和确定所述目标区域中火焰的光强和/或位置之前，还包括：
检测各个所述光传感器提供的光强信号的波段和闪烁频率，以确定所述光强信号为火焰的光强信号。
可选地，每组所述光传感器包括紫外光传感器和红外光传感器，数据处理模块分别与每组光传感器中的所述紫外光传感器和所述红外光传感器电连接；
接收至少三组光传感器提供的光强信号，包括：
接收各组中的所述紫外光传感器提供的紫外光强信号和各组中所述红外光传感器提供的红外光强信号；
确定各个所述光传感器的位置，包括：
确定各组中的所述紫外光传感器的位置和各组中所述红外光传感器的位置；
计算和确定所述目标区域中火焰的光强和/或位置，包括：
计算和确定所述目标区域中火焰的第一位置和/或在紫外波段的光强；
计算和确定所述目标区域中火焰的第二位置和/或在红外波段的光强；
对所述第一位置和所述第二位置求平均，以确定所述目标区域中火焰的目标位置，和/或，根据在紫外波段的光强和在红外波段的光强，确定所述目标区域中火焰的光强曲线。
可选地，所述火灾探测器包括第一组光传感器、第二组光传感器和第三组光传感器，所述第一组光传感器、所述第二组光传感器和所述第三组光传感器呈直线排布，且所述第三组光传感器位于所述第一组光传感器和所述第二组光传感器连线的中心；
计算和确定所述目标区域中火焰的光强和/或位置，包括：
根据所述第一组光传感器、所述第二组光传感器和所述第三组光传感器提供的光强信号SA、SB、SC，所述第一组光传感器和所述第二组光传感器之间的距离，光传感器光强信号测量公式R＝K*P/(X2)，以及三角形中线定理
第三方面，本发明实施例还提供了一种自动灭火系统，包括如第一方面任一项所述的火灾探测器。
可选地，所述自动灭火系统还包括联动灭火装置，所述联动灭火装置与所述火灾探测器中的数据处理模块电连接；
所述数据处理模块用于根据各个光传感器提供的光强信号，以及各个所述光传感器的位置，计算和确定目标区域中火焰与各所述光传感器的相对位置，所述相对位置包括相对距离和倾斜角度；
所述联动灭火装置用于根据所述目标区域中火焰与各所述光传感器的相对位置，调节至对应灭火角度进行灭火。
本发明实施例提供的火灾探测器、火灾探测方法和自动灭火系统，通过设置至少三组光传感器和数据处理模块，利用至少三组光传感器探测目标区域中的火焰产生的光信号，并转换形成光强信号，由数据处理模块再根据各个光传感器的位置，利用光传感器检测的光强信号和距离的关系以及几何关系，可以计算和确定目标区域中火焰的光强和/或位置。本发明实施例解决了现有的火灾探测器仅能进行预警的问题，不仅可以实现对目标区域火焰的光强的计算，从而更加准确地判定和预警火灾，提高火焰预警的准确性，还能够确定火焰的具体位置，有助于进行针对性灭火，及时消灭火灾隐患。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种火灾探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种火灾探测方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的另一种火灾探测器的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种火灾探测方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的多种光传感器的排布方式示意图；
图6是本发明实施例提供的又一种火灾探测器的结构示意图；
图7是图5中a)图所示火焰探测几何示意图；
图8是本发明实施例提供的一种自动灭火系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种火灾探测器的结构示意图，参考图1，该火灾探测器包括至少三组光传感器10，用于探测目标区域100中的火焰产生的光信号，并转换形成光强信号；数据处理模块20，分别与至少三组光传感器10电连接，数据处理模块20用于根据各个光传感器提供的光强信号，以及各个光传感器10的位置，计算和确定目标区域100中火焰的光强和/或位置。
其中，光传感器10所形成的光强信号与接收到的火焰的光信号呈正比，而火焰的光信号在传播过程中产生衰减，因此，光传感器10的光强信号和光传感器与火焰的距离满足关系式R＝K*P/(X2)，其中，K是光传感器的常数，P是目标区域中火焰的光强，X是火焰与光传感器之间的距离。显然，根据光传感器10测得的光强信号，可以获得各个光传感器10与目标区域中火焰的距离为含有未知数火焰光强P的函数。而在已知至少三组光传感器10的相对位置的情况下，各个光传感器10与目标区域100中的火焰的距离满足一定的几何关系，换言之，当火焰位置变化时，各个光传感器10与目标区域中火焰的距离将按照固定规律同步变化，并且，该固定规律可以由至少三组光传感器10的几何位置关系获得。基于此，根据至少三组光传感器10的几何位置关系，便可计算获得火焰的光强P，也可获得各个光传感器10与目标区域中火焰的距离，由与目标区域中火焰的距离，便可确定火焰的位置。需要说明的是，光强可以用于检测和判定火焰的大小和强度，以用于准确地进行火灾报警；而火焰的位置可用于进行针对性地灭火操作，因此，本领域技术人员可以根据实际需求，设置数据处理模块输出火焰光强或火焰位置。
本发明实施例提供的火灾探测器，通过设置至少三组光传感器和数据处理模块，利用至少三组光传感器探测目标区域中的火焰产生的光信号，并转换形成光强信号，由数据处理模块再根据各个光传感器的位置，利用光传感器检测的光强信号和距离的关系以及几何关系，可以计算和确定目标区域中火焰的光强和/或位置。本发明实施例解决了现有的火灾探测器仅能进行预警的问题，不仅可以实现对目标区域火焰的光强的计算，从而更加准确地判定和预警火灾，提高火焰预警的准确性，还能够确定火焰的具体位置，有助于进行针对性灭火，及时消灭火灾隐患。
基于以上的火灾探测器，本发明实施例还提供了一种火灾探测方法。图2是本发明实施例提供的一种火灾探测方法的流程图，参考图2，该火灾探测方法可由数据处理模块执行，其中包括：
S110、接收至少三组光传感器提供的光强信号，光强信号由光传感器探测目标区域中的火焰产生的光信号转换形成；
S120、确定各个光传感器的位置；
S130、计算和确定目标区域中火焰的光强和/或位置。
需要说明的是，为了避免目标区域中其他杂光对火灾探测的影响，本发明实施例提供的火灾探测器和火灾探测方法中，需要预先确定光信号为目标区域中火焰的光信号。具体地，在步骤S130、计算和确定目标区域中火焰的光强和/或位置之前，还包括：
S131、检测各个光传感器提供的光强信号的波段和闪烁频率，以确定光强信号为火焰的光强信号。
一般地，光传感器会接收目标区域中的各种光信号，而火焰的光信号相比于其他光信号，具有特殊的波段以及会形成闪烁的特点，基于此，根据光传感器测得的光强信号的波段以及闪烁频率，即可确定光传感器所检测到的光信号来自火焰，其他光线的干扰，继而即可计算火焰的光强和位置等信息。
具体地，为了精确测量火焰的位置，可以采用不同波段的光传感器进行火焰光信号的测量。图3是本发明实施例提供的另一种火灾探测器的结构示意图，参考图3，该火灾探测器中，每组光传感器10包括紫外光传感器101和红外光传感器102，紫外光传感器101用于探测目标区域中的火焰产生的紫外光信号，并转换形成紫外光强信号；红外光传感器102用于探测目标区域中的火焰产生的红外光信号，并转换形成红外光信号；
数据处理模块20分别与每组光传感器10中的紫外光传感器101和红外光传感器102电连接，数据处理模块20用于根据各组中的紫外光传感器101提供的紫外光强信号，以及各组中的紫外光传感器101的位置，计算和确定目标区域100中火焰的第一位置和/或在紫外波段的光强；
数据处理模块20还用于根据各组中红外光传感器102提供的红外光强信号，以及各组中红外光传感器102的位置，计算和确定目标区域中火焰的第二位置和/或在红外波段的光强；
数据处理模块还用于对第一位置和第二位置求平均，以确定目标区域中火焰的目标位置，和/或，根据在紫外波段的光强和在红外波段的光强，确定目标区域中火焰的光强曲线。
其中，如图3所示的火灾探测器中，每组光传感器10由一个紫外光传感器101和两个红外光传感器102组成，而且，两个红外光传感器102实质存在区别，其中心检测波长不同。三组中的三个紫外光传感器101检测紫外光波段的光强信号，数据处理模块20可以同时根据三个紫外光传感器101的位置，单独确定目标区域中火焰的强度和位置。而三组中的相同波段的三个红外光传感器102可以检测红外波段的光强信号，数据处理模块20可再根据这三个红外光传感器102的位置，单独确定目标区域中火焰的强度和位置。当然，可以理解的是，由紫外光传感器获得的火焰的强度为火焰在紫外波段的光强，由红外光传感器获得的火焰的强度为火焰在红外波段的光强。进而，数据处理模块20可以利用已经计算获得的不同波段的光强，绘制火焰的光强与波长的关系曲线。基于此，本领域技术人员也可选择设置不限于紫外和红外的多个波段的光传感器，从而用于绘制火焰的全波长光强曲线，此处不做限制。同时，由于数据处理模块20可以进行计算获得多个火焰的位置，通过求平均的方式，可以将火焰的位置进行精确定位。
如图3所示的火灾探测器中，除设置包括一个紫外光传感器和两个红外光传感器外，还可增加红外波段的光传感器以提供充分的火焰判定依据，例如可增加红外光传感器为三个，以三个波段的红外光信号以及一个波段的紫外光信号来确定目标区域中的光信号来自火焰。
对应于如图3所示的火灾探测器，本发明实施例提供了另一种火灾探测方法。图4是本发明实施例提供的又一种火灾探测方法的流程图，参考图3和图4，首先，该火灾探测器中，每组光传感器10包括紫外光传感器101和红外光传感器102，数据处理模块20分别与每组光传感器10中的紫外光传感器101和红外光传感器102电连接。该火灾探测方法由数据处理模块执行，具体包括：
S210、接收各组中的紫外光传感器提供的紫外光强信号和各组中红外光传感器提供的红外光强信号；
S220、确定各组中的紫外光传感器的位置和各组中红外光传感器的位置；
S230、计算和确定目标区域中火焰的第一位置和/或在紫外波段的光强；
S240、计算和确定目标区域中火焰的第二位置和/或在红外波段的光强；
S250、对第一位置和第二位置求平均，以确定目标区域中火焰的目标位置，和/或，根据在紫外波段的光强和在红外波段的光强，确定目标区域中火焰的光强曲线。
对于加油站、森林、草场等不同的应用场景，本发明实施例提供的火灾探测器的尺寸以及其中光传感器的排布方式可以进行合理调整，以保证对目标区域火焰情况的准确探测。图5是本发明实施例提供的多种光传感器的排布方式示意图，参考图5，具体地，火灾探测器可包括第一组光传感器11、第二组光传感器12和第三组光传感器13，如图5的a)所示，第一组光传感器11、第二组光传感器12和第三组光传感器13可设置呈等间距直线排布；或者，如图5的b)图所示，第一组光传感器11、第二组光传感器12和第三组光传感器13可设置呈三角排布；或者，参考图5的c)图，火灾探测器包括第一组光传感器11、第二组光传感器12、第三组光传感器13和第四组光传感器14，第一组光传感器11、第二组光传感器12、第三组光传感器13和第四组光传感器14呈菱形四角排布。
以飞机场、农场或草场等场景为例，一般可通过飞机进行火灾探测。在此场景下，本发明实施例提供的火灾探测器可设置包括三组光传感器，三组光传感器可分别安装在机腹以及两个机翼末端的三个位置，形成等间距直线排布。而对于加油站的应用场景，本发明实施例提供的火灾探测器同样可设置包括三组光传感器，三组光传感器可分别安装于加油站顶棚的呈三角排布的三个位置。此外，本发明实施例提供的火灾探测器可制造为可移动式火灾探测器，在火灾现场用于进行火焰走势的探测。该可移动式火灾探测器可设置包括呈等间距直线排布或三角排布的三组光传感器。
进一步地，考虑到森林等应用场景下，目标区域一般为360度全景，因此，可设置火灾探测器包括多个探测面。图6是本发明实施例提供的又一种火灾探测器的结构示意图，参考图6，火灾探测器包括多个探测面200，每一探测面200上设置有至少三组光传感器10，同一探测面上的至少三组光传感器10用于探测同一目标区域100中的火焰产生的光信号；数据处理模块(图中未示出)，分别与各探测面200上的至少三组光传感器10电连接，数据处理模块用于根据各探测面200上的各个光传感器提供的光强信号，以及各个光传感器的位置，计算和确定各探测面200对应的目标区域100中火焰的光强和/或位置。
需要说明的是，由于设置有多个探测面200，故而整个火灾探测器包括更多光传感器，为了分辨同一探测面200上光传感器的光强信号，实现对同一目标区域中火焰的光强、位置的测算，可对光传感器进行标号或分组，计算过程中，同一探测面200上的光传感器的光强信号用于计算同一目标区域中火焰的光强和位置，以避免产生混乱。示例性地，图6所示的火焰探测器中包括三个探测面200，分别用于对应探测三个目标区域100中的火灾隐患。火焰探测器中探测面200的数量取决于每个探测面200中光传感器的探测角度，如图所示，每一探测面200满足探测角度在120°的视角宽度的前提下，三个探测面200即可满足水平向360°的火灾探测。当然，为了精确探测火灾隐患，本领域技术人员可考虑设置更多的探测面200，通过缩小目标区域的幅度角来实现精准探测。
下面以图5中a)图所示的火灾探测器为例，对包含三组光传感器的火灾探测器的计算推导过程进行介绍。图7是图5的a)图所示火焰探测几何示意图，参考图7，首先，火灾探测器包括第一组光传感器11、第二组光传感器12和第三组光传感器13，第一组光传感器11、第二组光传感器12和第三组光传感器13呈直线排布，且第三组光传感器13位于第一组光传感器11和第二组光传感器12连线的中心；数据处理模块在执行计算和确定目标区域中火焰的光强和/或位置的步骤时，具体可包括：
根据第一组光传感器、第二组光传感器和第三组光传感器提供的光强信号SA、SB、SC，第一组光传感器和第二组光传感器之间的距离，光传感器光强信号测量公式R＝K*P/(X2)，以及三角形中线定理
其中，参考图7，令任何一组光传感器采集到目标区域中火焰的光强信号为R，且该组光传感器与目标区域中火焰的距离为X，则光强信号R和距离X满足关系式：
R＝K*P/(X2)(式1)；
其中，K是光传感器的常数，P是目标区域中火焰的光强，光传感器采集到的光强信号R与火焰处的光强P呈正比，与距离X的平方呈反比。由此，在已知三组光传感器测得的光强信号SA、SB、SC的基础上，可知推导获得三组光传感器与火焰的距离A、B、C满足如下关系式：
而对于直线排布的三组光传感器，在已知第一组传感器11和第二组传感器12的距离为D的情况下，可以根据中线定理，获知A、B、C、D满足如下关系式：
将式2、式3、式4带入式5中，即可计算获知P的值，也即目标区域中火焰的光强。具体如下：
再将式6分别带入式2、式3、式4中，可推导获得A、B、C，即可知三组光传感器分别与目标区域火焰的距离A、B、C，因此可以用于定位火焰的位置。
上述光传感器光强测量公式中，K值仅取决于选定的光传感器本身，而K的具体值可根据预先实验获得。下面对K值的计算过程进行简单示例，具体地，在选定光传感器后，利用光传感器对特定火焰进行光强测试，其中特定火焰具有特定的光强，即火焰处的光强P已知，通过光传感器获得光强信号R，同时测量光传感器和火焰的距离X，即可根据光强信号测试公式R＝K*P/(X2)，计算获得K值。此处，火焰光强P可以进行标准设定，例如一个标准火焰的光强为P0，经此计算获得K值后，再通过K值计算获得目标区域中火焰的光强P实质为相对标准火焰的光强，利用火焰的光强进行火焰强度的判定实质是根据火焰相对标准火焰的光强实现的判定。
需要说明的是，火灾探测器在应用过程中，需要合理设置灵敏度，对于不同的应用场景中，火灾探测器的灵敏度应符合应用场景的实际需要。火灾探测器的灵敏度不仅用于准确地判定火灾隐患，还用于避免火灾的误判。火灾探测器的灵敏度调节实质是在进行火灾判定的过程中设定合理的安全阈值，在火焰的光强大于安全阈值时，则判定为火灾隐患，从而进行火灾预警或灭火处理；而当火焰的光强小于安全阈值时，则不认为是火灾隐患。显然，以加油站等存在杂散光的较为复杂的环境中，火灾探测器需要避免对例如车灯等杂散光的误判，因而可将安全阈值调高，使火灾探测器的灵敏度相对调低。而对于森林等环境简单的场景中，可将安全阈值调低，使火灾探测器的灵敏度相对调高，尽可能避免火灾的发生。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种自动灭火系统。图8是本发明实施例提供的一种自动灭火系统的结构示意图，参考图8，其中包括如上任一实施例提供的火灾探测器1。利用上述实施例提供的火灾探测器1，可以精确地确定目标区域的火焰，实现火灾的预警和告警，还能够计算获得火灾的精确位置，以进行自动的灭火操作。
继续参考图8，进一步地，该自动灭火系统中还可设置联动灭火装置2，联动灭火装置2与火灾探测器1中的数据处理模块20电连接；数据处理模块20用于根据各个光传感器10提供的光强信号，以及各个光传感器的位置，计算和确定目标区域中火焰与各光传感器的相对位置，相对位置包括相对距离和倾斜角度；联动灭火装置2用于根据目标区域中火焰与各光传感器的相对位置，调节至对应灭火角度进行灭火。
联动灭火装置2可以是水炮等灭火装置，水炮的瞄准定位需要依据数据处理模块20的计算结果。具体地，下面继续以三组光传感器结构的火灾探测器为例，对该自动灭火系统的控制过程进行介绍。继续以图7所示的火灾探测器为例，由前述计算推导过程可知，在已知第一组光传感器11和第二组光传感器12的距离D，已知三组光传感器采集获得的光强SA、SB、SC的前提下，可计算获得第一组光传感器11、第二组光传感器12和第三组光传感器13分别与目标区域火焰的距离A、B、C，而根据三角形余弦定理A2＝D2+B2-2*D*B*COS(α)，其中，可以计算获得AA和AB两个角度值。基于各组光传感器的位置，即可通过距离值A、B、C和角度值AA、AB确定火焰的定位，并驱动联动灭火装置调节瞄准角度，实现精准灭火操作。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
