世健红外火焰探测参考方案

无论什么样的设计，安全是永远的“刚需”。对于建筑工程来说，防火是必须考虑的要素。在一般的民用和商用建筑中，烟雾报警是最常用的手段。但在一些特殊的工业场所，如工业厂房、仓库、隧道等，空间尺度大而又要求更快的火灾报警响应速度，这就需要更为敏锐的感光式火焰探测器了。该类型火焰探测器的原理是：通过专门的传感器，探测火灾初期火焰中含有特殊波长的紫外线和红外线，尽可能在火灾“萌芽期”就触发报警，为工程安全保驾护航。

感光式火焰探测器主要分为紫外和红外两大类，它们各有特点。传统上，紫外火焰探测响应速度快，但作用的距离比红外略近，由于对紫外光敏感，不适用于室外探测；红外作用距离长，但响应速度慢，可用于室内和室外。而随着技术的进步，这样的分界也逐渐模糊起来，比如今天我们拆解的这款由世健国际贸易（上海）有限公司设计的红外火焰探测参考方案，就集快速、长距、高灵敏度等性能于一身，让人刮目相看。
 

图1：世健红外火焰探测参考方案框图

该方案中，火焰信号经过薄膜热释电红外传感器转换成电压信号，经过运放带通滤波，再由MCU 片内ADC 进行数据采集。

决定红外火焰探测系统性能的首要因素，就是其中的红外传感器。该方案采用了Pyreos公司的薄膜热释电红外火焰传感器，该系列传感器可以提供12mS的响应速度，典型值高达100°的探测视野，以及在8-10Hz的火焰闪烁中出色的信噪比。该传感器中还内置了CMOS运放，进一步增强了探测的稳定性和可靠性。负责该方案的世健公司技术支持部高级经理Xavier Xiong介绍，采用此传感器客户结合自己的特征算法探测的距离可达到65米，远超出国标规定灵敏度的一级25米和二级19米的要求。

与国内目前主流的电压式红外火焰探测传感器不同，Pyreos公司这个系列的传感器采用电流模式，这也是其性能能够突破“极限”的关键——一般电压模式的红外传感器极限探测距离在60米内，而且响应速度在120mS以上。

世健的红外火焰探测方案采用了三重红外（IR3）的架构，系统中的三个红外探测器各司其职：PY0573进行火焰探测，PY0574和PY0575则负责识别来自人体和阳光等外部红外源的干扰，防止误报。
 

图2：Pyreos公司的薄膜热释电红外传感器具有12mS的响应速度，可达65米的探测距离

当然，要确保方案整体的性能、提升系统测量精度，只有传感器是不够的。世健在配套芯片的选择上也下了一番功夫。从方案的BOM清单中我们可以看到，世健的工程师特意选择了ADI 的超低噪声运放ADA4528-2、超低噪声LDO ADM7160等噪声性能优异的外围元器件，使得传感器的特性最大限度地发挥了出来。

作为一个参考设计，这个方案的主控芯片选用了流行的ARM Cortex-M3架构，这样能方便开发者将自己的算法移植进行移植，给开发者带来更大的灵活度。同时，参考方案中支持丰富的接口，如RS232、RS485，能够满足大多数应用场景的需求。

通过配套的软件，开发者可以观测到方案中不同传感器通道的测试和分析数据，它既可以做Pyreos公司的薄膜热释电红外传感器为评估板，也可以直接作为实际产品的参考设计。这其中世健工程师的匠心和诚意可见一斑。
 

图3：通过参考方案配套的软件，直观呈现测试和分析数据