[發明專利]一種基于快速傅里葉變換的火災識別算法

在審

• 申請號: 201910853965.8
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110969075A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 王奔;成震
• 申請（專利權）人: 西安中核核儀器有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14
• 代理公司: 西安匯智創想知識產權代理有限公司 61247
• 代理人: 巫琴珠

本發明公開了一種基于快速傅里葉變換的火災識別算法，該算法根據火災發生時，火焰放射光的光譜分布情況與太陽光及其他外部照射光源的光譜分布不同，結合目前紅外熱釋電傳感器的信號采集原理，通過快速傅里葉變換對各個波段的光譜進行頻域特征和時域的紅外輻射能量的深度分析，可極大的提高火焰識別率和火災探測的精度，從而減少漏報和誤報現象。該火焰識別算法快速傅里葉變換對火焰進行頻域特征的數據分析，對特定頻率的頻域數據值進行累加分析計算，獲得信號中不同正弦波信號的頻率、振幅和相位，不僅可以提高正常環境下火焰識別的準確率，而且在對部分有固定紅外輻射的場合有更大的準確率，彌補了當前僅從火焰時域能量分析火焰的空白。

技術領域

本發明涉及火焰識別探測技術領域，尤其涉及一種基于快速傅里葉變換的火災識別算法。

背景技術

目前國內的基于單片機的火災識別算法大多采用閥值分析、相關性分析、決策樹算法、模糊算法等。該類算法通過在火災發生時，對火焰在空間中產生的紅外輻射能量進行時域下的數據分析，該分析方法簡單便捷，容易實現。但是在某些具有固定紅外能量輻射，（如大型變壓器等具有紅外輻射能量的場合），如果只在時域中探測紅外輻射能量來進行數據分析，容易在對一些具有高溫度高熱量的場合發生誤判斷。因此，缺少一種基于頻域的火災識別算法，通過對離散的連續性數據進行頻域和時域紅外輻射能量相結合的數據分析，從而彌補因紅外能量輻射過高而在非火災發生的場所，產生誤判斷，進而提高火焰識別率。

發明內容

為了解決背景技術中存在的技術問題，本使用新型提出了一種基于快速傅里葉變換的火災識別算法，通過對離散的連續性數據進行頻域和時域紅外輻射能量相結合的數據分析，通過對火焰頻域特征的分析不但可以提高正常環境下火焰識別的準確率，而且在對部分有固定紅外輻射的場合有更大的提高。

本發明是這樣實現的，一種基于快速傅里葉變換的火災識別算法，該設計利用的理論原理為任何連續測量的時序或信號，都可以表示為不同頻率的正弦波信號的無限疊加；而根據該原理演變的傅立葉變換算法利用直接測量到的原始信號，以累加方式來計算該信號中不同正弦波信號的頻率、振幅和相位；火焰發生時肯定會伴隨著不同的閃爍頻率，而國內應用較多的火焰識別傳感器為紅外熱釋電傳感器，該傳感器本身不發任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉；紅外熱釋電傳感器識別方式是基于變化的能量產生電荷信號，進而轉化為電壓信號；因此，對于變化的能量不僅可以從時域下分析能量的強弱，也應該從頻域來分析變化的頻率。

其主要步驟包括如下：

S1:設定傳感器采集火焰閃爍頻率和紅外輻射，獲取火焰閃爍和紅外輻射的模擬量信號；

S2:采集的火焰模擬量信號通過放大增益電路處理，獲得火焰時域連續數據值x(n)，將數據x(n)傳輸至單片機；

S3:對單片機接收的數據x(n)進行FFT算法處理，所述FFT算法為通過快速傅里葉變換展開信號的頻域特征算法，按離散傅里葉變換公式：展開，展開后的X(k)代表了在0～N-1頻率范圍的火焰頻域值,其中X(0)為直流分量，X(k)值的大小反映火焰的能量大小，x(n)為實時監測的火焰時域連續數據值；

S4:將按照FFT算法處理計算后的火焰頻域值數據X(k)傳輸至計算機。

進一步地，所述FFT算法為通過快速傅里葉變換展開信號的頻域特征算法，按離散傅里葉變換公式：展開，所述通過快速傅里葉變換在火焰頻域識別分析時，采用的是每秒256個火焰數據進行分析，該應用中選用每秒鐘256個數據量的快速傅里葉展開方式；通過對火焰頻域特征的分析不僅可以提高正常環境下火焰識別的準確率，特別是在對部分有固定紅外輻射的場合有更大的提高。

進一步地，所述采集火焰數據的傳感器為紅外熱釋電傳感器。

進一步地，所述單片機為基于ARM內核的單片機。

進一步地，所述放大增益電路用于實現測量采集的火焰模擬量信號放大。