《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》是合肥科大立安安全技術股份有限公司於2014年4月30日申請的專利，該專利申請號：2013107221231，專利公布號：CN103761528A，專利公布日：2013年12月20日，發明人是：劉炳海、程陽、任士俊、鄧甜甜、李守紅、方斌。
《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》屬於火災探測技術領域，具體是涉及一種基於紫外光電管的火焰識別方法。首先通過紫外管驅動電路獲取紫外光電管的回響脈衝間隔，並計算樣本數據的幾種特徵值，這些特徵值的分類標準為實地大量試驗數據而訓練所得的，將這些特徵值輸入到最終的判據準則中進而實現火焰的識別。同時設定了三級靈敏度，不同的靈敏度級別對應著不同的最遠探測距離和探測能量。具有回響速度快、探測距離遠、靈敏度可調節等特性。可廣泛套用於各種紫外火焰探測裝置中，因此使用範圍廣。幾種特徵值反映了火焰的特性，均值反映紫外能量的強弱、極差反映了紫外能量的離散情況，變異係數反映了在排除距離因素下的紫外能量的離散度，峰度反映了紫外能量的波動情況。
2021年8月16日，《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種基於紫外光電管的火焰識別方法
- 公布號：CN103761528A
- 公布日：2013年12月20日
- 申請號：2013107221231
- 申請日：2014年4月30日
- 申請人：合肥科大立安安全技術股份有限公司
- 地址：安徽省合肥市高新區天湖路13號
- 發明人：劉炳海、程陽、任士俊、鄧甜甜、李守紅、方斌
- Int.Cl.：G06K9/62(2006.01)I、G06K9/62
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年4月，市場上套用較為廣泛的火災探測器是溫感探測和煙感探測，這類傳統的接觸式探測器無法滿足某些特殊的場合探測需求。例如高大空間場所、較多粉塵污染的倉庫等。點型火焰探測器是一種相應火災發出的電磁輻射的火災探測器，主要有紅外火焰探測器和紫外火焰探測器兩種。紅外火焰探測器適用場所同紫外火焰探測器，但是其感應有效距離較短，並且抗干擾能力較弱。
發明內容
專利目的
《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》提供了一種基於紫外光電管的火焰識別方法，首先通過一種紫外管驅動電路獲取紫外光電管的回響脈衝間隔，並計算樣本數據的幾種特徵值，這些特徵值的分類標準為實地大量試驗數據而訓練所得的，將這些特徵值輸入到最終的判據準則中進而實現火焰的識別。
技術方案
1.一種基於紫外光電管的火焰識別方法，其特徵是步驟如下：1）、紫外光電管回響脈衝間隔的獲取2）、特徵值的計算
①、特徵值1計算公式：
②、特徵值2計算公式：
③、特徵值3計算公式：
④、特徵值4計算公式：
K為數據的峰度，無量綱；3）、通過脈衝間隔的均值將紫外能量劃分為強、中、弱三個等級，然後再結合不同紫外能量等級的其他特徵值，對其進行火焰識別；強紫外能量：近距離火焰或近距離的紫外燈，其脈衝回響間隔較短，數據分布的離散程度要大於穩定的紫外燈能量，結合特徵值4將紫外燈干擾進行排除；中等紫外能量：對於遠距離的強穩定紫外干擾，很難再通過特徵值2、特徵值4這些相對度量值來進行識別，而引入特徵值3作為判別依據；弱紫外能量：遠距離的火焰不僅脈衝回響間隔增大，相應的數據特徵值3也大大增加了，為剔除陽光干擾，對脈衝間隔設定上限；4）、靈敏度的設定不同的靈敏度級別對應著不同的探測距離，可根據現場環境進行選擇使用，對於放置於水平地面的15厘米×15厘米，高為5厘米的油盆中的正庚烷燃燒的火焰，一級靈敏度的最遠探測距離為40米，二級靈敏度的最遠探測距離為35米，三級靈敏度的最遠探測距離為30米。
2.根據權利要求1所述的基於紫外光電管的火焰識別方法，其特徵在於：紫外光電管回響脈衝間隔的獲取是通過紫外管驅動電路採集的；紫外管驅動電路採用反激式拓撲結構的升壓電路，產生驅動紫外光電管所需高壓；當火焰紫外光輻射陰極板時，陰極的電子就開始流動；當流動的電子靠近陽極時在高壓作用下就開始加速，它們與光電管中充滿著的可離子化的氣體分子相碰撞；這種碰撞就會產生更多的電子，從而產生雪崩現象，大量的電子釋放會從陰極到陽極產生瞬時電流。該發明的基於紫外光電管的火焰識別方法，總體算法為：首先通過反應紫外能量強弱的均值特徵值將其進行分類，然後根據不同的分類結果選擇不同的判決方法，結合樣本的變異係數特徵值（離散度）、極差值（離散情況）或峰度對其進行最後的判別。
改善效果
《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》首先通過一種紫外管驅動電路獲取紫外光電管的回響脈衝間隔，並計算樣本數據的幾種特徵值，這些特徵值的分類標準為實地大量試驗數據而訓練所得的，將這些特徵值輸入到最終的判據準則中進而實現火焰的識別。同時在該方法中還設定了三級靈敏度，不同的靈敏度級別對應著不同的最遠探測距離和探測能量。具有回響速度快、探測距離遠、靈敏度可調節等特性。可廣泛套用於各種紫外火焰探測裝置中，因此使用範圍廣。該發明所提出樣本數據的幾種特徵值反映了火焰的特性，均值反映紫外能量的強弱、極差反映了紫外能量的離散情況，變異係數反映了在排除距離因素下的紫外能量的離散度，峰度反映了紫外能量的波動情況。同時，紫外光電管能夠對185-260納米區域內的輻射作出回響，主要是短紫外線。當從火焰來的輻射到達UV探測器的陰極板時，陰極的電子就開始流動。當流動的電子靠近陽極時就開始加速，它們與光電管中充滿著的可離子化的氣體分子相碰撞。這種碰撞就會產生更多的電子，從而產生雪崩現象。這樣大量的電子釋放會從陰極到陽極產生瞬時電流。
附圖說明
圖1是《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》的算法流程圖。
圖2是《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》的紫外管驅動電路原理圖。
技術領域
《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》屬於火災探測技術領域，主要涉及紫外探測原理和信息處理提取火焰特徵，進而判斷保護場景中是否存在火災火焰的紫外探測方法，具體是涉及一種基於紫外光電管的火焰識別方法。
權利要求
1.一種基於紫外光電管的火焰識別方法，其特徵是步驟如下：1）、紫外光電管回響脈衝間隔的獲取2）、特徵值的計算
①、特徵值1計算公式：
②、特徵值2計算公式：
③、特徵值3計算公式：
④、特徵值4計算公式：K為數據的峰度，無量綱；3）、通過脈衝間隔的均值將紫外能量劃分為強、中、弱三個等級，然後再結合不同紫外能量等級的其他特徵值，對其進行火焰識別；強紫外能量：近距離火焰或近距離的紫外燈，其脈衝回響間隔較短，數據分布的離散程度要大於穩定的紫外燈能量，結合特徵值4將紫外燈干擾進行排除；中等紫外能量：對於遠距離的強穩定紫外干擾，很難再通過特徵值2、特徵值4這些相對度量值來進行識別，而引入特徵值3作為判別依據；弱紫外能量：遠距離的火焰不僅脈衝回響間隔增大，相應的數據特徵值3也大大增加了，為剔除陽光干擾，對脈衝間隔設定上限；4）、靈敏度的設定不同的靈敏度級別對應著不同的探測距離，可根據現場環境進行選擇使用，對於放置於水平地面的15厘米×15厘米，高為5厘米的油盆中的正庚烷燃燒的火焰，一級靈敏度的最遠探測距離為40米，二級靈敏度的最遠探測距離為35米，三級靈敏度的最遠探測距離為30米。
2.根據權利要求1所述的基於紫外光電管的火焰識別方法，其特徵在於：紫外光電管回響脈衝間隔的獲取是通過紫外管驅動電路採集的；紫外管驅動電路採用反激式拓撲結構的升壓電路，產生驅動紫外光電管所需高壓；當火焰紫外光輻射陰極板時，陰極的電子就開始流動；當流動的電子靠近陽極時在高壓作用下就開始加速，它們與光電管中充滿著的可離子化的氣體分子相碰撞；這種碰撞就會產生更多的電子，從而產生雪崩現象，大量的電子釋放會從陰極到陽極產生瞬時電流。
實施方式
參閱圖2 ，《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》採用反激式（ F1yback ）拓撲結構的升壓電路，產生驅動紫外光電管所需高壓（276V），該反激電路為自激勵方式，圖2中C56、C57為儲能電容，上電之初兩端無壓差，即電容上端為低電平，低電平通過非門U4A後反向為高電平，該高電平加在三極體Q2基極，從而導致三極體Q2導通，Q2導通後其發射極為高電平，經過電阻R43、R57分壓後使Q3基極高電平，從而Q3導通。同時，上電後電容C56、C57通過電阻R41、D12充電，電容充滿後其上端變為高電平，高電平通過非門U4A後反向為低電平，則三極體Q2截止，Q2截止則Q3基極低電平，從而Q3截止。電容在充滿電後會逐步放電，其上端又變回低電平，經過非門U4A、三極體Q2後又使Q3導通，如此循環往復，Q3以一定的頻率開關，產生脈衝信號形成激勵源。該低壓脈衝激勵源作用於變壓器原邊，便在變壓器副邊產生高壓脈衝，高壓脈衝通過電容C52耦合到二極體D11陽極，再經過高壓電容C54、R45、C55濾波，形成高壓直流電壓，約270V，通過電阻R48作用於紫外光電管。當火焰紫外光輻射陰極板時，陰極的電子就開始流動。當流動的電子靠近陽極時在高壓作用下就開始加速，它們與光電管中充滿著的可離子化的氣體分子相碰撞。這種碰撞就會產生更多的電子，從而產生雪崩現象。這樣大量的電子釋放會從陰極到陽極產生瞬時電流。
特徵值1計算公式 其中，μ單位為毫秒，為數據均值，表示脈衝平均間隔；xi ：為紫外脈衝時長，為實測值，單位為毫秒，N為紫外脈衝時長數據長度。這裡，數據的平均值為回響脈衝的平均間隔，反映了紫外能量的強弱程度。對於近距離的火焰或紫外燈，其脈衝間隔均值較小，隨著距離的增大，脈衝間隔也逐漸增長。
特徵值2計算公式其中，CV為數據的變異係數，用標準差除以均值得到的一個相對量來反映數據集的變異情況或者離散程度，變異係數的優勢就在於作為一個無量綱量，可以比較度量單位不同的數據集之間的離散程度的差異，這裡表現為消除探測距離的影響，畢竟在實際測量時，是無法得知干擾源或火源的放置距離。σ為紫外脈衝時長數據標準差，μ為數據均值。
特徵值3計算公式P表示數據的極差，無量綱量；極差計算比較簡單，能從一定程度上反映數據集的離散情況，但因為最大值和最小值都取的是極端，而沒有考慮中間其他數據項，因此往往會受異常點的影響不能真實反映數據的離散情況。
特徵值4計算公式：K為數據的峰度，無量綱。峰度衡量實數隨機變數機率分布的峰態，峰度高就意味著方差增大是由低頻度的大於或小於平均值的極端差值引起的。
如圖1所示，首先通過溢出標記（flag）將大部分的陽光干擾、自激干擾進行排除。而該溢出門限值為在試驗數據中所訓練得到的經驗值。根據仿真訓練結果可知，由於近距離的紫外燈能量較為平穩，其變異係數與火焰和遠距離的紫外燈具有明顯的分類性，因此首先判斷該項特徵值，將一些穩定的強紫外能量干擾進行排除。在判決方法中，首先通過脈衝間隔的均值將紫外能量劃分為強、中、弱三個等級，然後再結合不同紫外能量等級的其他特徵值，對其進行火焰識別。強紫外能量：近距離火焰或近距離的紫外燈，其脈衝回響間隔較短，但數據分布的離散程度要大於穩定的紫外燈能量，因此可結合特徵值4這一特徵值將紫外燈干擾進行排除。中等紫外能量：對於遠距離的強穩定紫外干擾，很難再通過特徵值2、特徵值4這些相對度量值來進行識別。因此這裡引入特徵值3作為判別依據。弱紫外能量：遠距離的火焰不僅脈衝回響間隔增大，相應的數據特徵值3也大大增加了。為剔除陽光干擾，對脈衝間隔設定上限。為適應各種場合的套用，提升系統的報警性能，為該算法設定了三級靈敏度。不同的靈敏度級別對應著不同的探測距離，可根據現場環境進行選擇使用。對於放置於水平地面的15厘米×15厘米，高為5厘米的油盆中的正庚烷燃燒的火焰。一級靈敏度的最遠探測距離為40米，二級靈敏度的最遠探測距離為35米，三級靈敏度的最遠探測距離為30米。
榮譽表彰
2021年8月16日，《一種基於紫外光電管的火焰識別方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
