[發明專利]一種基于雙波段的紅外火焰探測方法及系統

在審

• 申請號: 202011395525.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112542020A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 周揚;楊廣;潘洋;劉紅奎;楊警衛;喬維;徐海二;何東
• 申請（專利權）人: 合肥科大立安安全技術有限責任公司
• 主分類號: G08B17/12
• 分類號: G08B17/12;G01J5/10;G01J5/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 鄭浩

1.一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、根據不同熱釋電傳感器對火焰和非火焰信號識別的差異性，提取標準差、波峰波谷數、幅值超限數作為區分所述差異性的有效特征，從而區分出火焰和非火焰信號；

S2、采集多個不同波段的熱釋電傳感器在火焰情況以及干擾情況下的檢測數據，采用滑動窗平移法對數據進行分段，得到多組數據，計算每組數據中的標準差、波峰波谷數、幅值超限數；

S3、根據計算的特征構建一個隨機森林二分類器，輸出各個特征對于模型分類的重要程度并排序，同時計算兩兩特征之間的相關性；

S4、將分類貢獻程度小且和其他特征相似度高的特征當作冗余特征去除掉；保留火焰檢測波段附近的信號作為真實火焰信號，背景參考波段附近的信號作為干擾信號，當真實火焰信號強度大于干擾信號強度時系統才會報警，否則不會報警。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，其特征在于，所述的標準差的計算公式如下：

其中，ADC_i為收集的一段熱釋電傳感器中的第i個點的值；是該段熱釋電數據的平均值；n是數據的總的采樣點數。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，其特征在于，所述的波峰波谷判據如下：

波峰：ADC_k＝max(ADC_i)(abs(ADC_k)＞thres)i＝k-20，...，k，...，k+20

波谷：ADC_k＝min(ADC_j)(abs(ADC_k)＞thres)j＝k-20，...，k，...，k+20

其中，ADC_k為第k個點的值，max函數求一段數據中的最大值，abs為取絕對值操作，thres是人工設定的閾值。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，其特征在于，所述的幅值超限數的計算公式如下：

N＝count(ADC_i＞thres)i＝1，2，...，n

其中，count函數為統計該段ADC數據中超過設定閾值thres的次數，thres也是提前設定好的閾值。

5.根據權利要求1所述的一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，其特征在于，所述的滑動窗平移法對數據分段的方法具體為：以200Hz的采樣頻率采集2路ADC 20s的時長數據，以5s的數據量為固定的窗口長度，每次平移的步長為1s，則20s的采樣數據劃分的時間片段為：0～5s、1～6s、2～7s、…、15～20s共16組數據。

6.根據權利要求1所述的一種基于雙波段的紅外火焰探測方法，其特征在于，所述的隨機森林二分類器的構建方法如下：采集樣本集D，樣本集D經過特征X劃分后其純度會發生改變，若樣本集D在劃分后純度增加的越多，則認為該特征對于隨即森林模型分類做出的貢獻越大，即該特征的重要度越大；所述的樣本集D的純度采用基尼指數來表示如下：

其中，Gini(D)表示樣本D的基尼指數，p_k表示第k類樣本所占的比例，n表示正整數。

7.一種應用于權利要求1-6所述的基于雙波段的紅外火焰探測方法的探測系統，其特征在于，包括傳感器單元、信號放大單元、微處理器、信號采集單元、靈敏度調節單元、報警故障輸出單元、繼電器輸出單元、復位輸入單元、光耦、工作狀態指示單元；傳感器單元、信號放大單元、信號采集單元、微處理器依次連接，所述的傳感器單元采用兩路紅外熱釋電傳感器，采集兩路信號送入信號放大單元進行放大處理，再由信號采集單元采集后送入微處理器進行火焰檢測處理；靈敏度調節單元通過遙控的方式接收遙控信號送入微處理器；報警故障輸出單元通過繼電器輸出單元與微處理器連接，用于輸出報警和故障信號；所述的復位輸入單元通過光耦與微處理器連接，用于系統的復位；所述的工作狀態指示單元與微處理器連接，用于顯示系統的工作狀態。