[發明專利]一種非接觸式火災監測系統及方法

在審

• 申請號: 202210422052.2
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114783140A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王硯文;王征;田蜜;劉敏;徐振軒;趙言濤;湯博
• 申請（專利權）人: 湖南大學;威勝集團有限公司
• 主分類號: G08B17/12
• 分類號: G08B17/12;G01S15/88
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 黃敏華

1.一種非接觸式火災監測系統，其特征在于，包括信號收發子系統、信道估計子系統和火災監測子系統；

信號收發子系統包括超聲波發送器和超聲波接收器，超聲波發送器發送超聲波信號，超聲波接收器接收超聲波信號；

信道估計子系統用于描述火焰對超聲波信號傳播速度造成的影響，并用信道沖激響應(Channel Impulse Response，CIR)進行速度差異表征；

火災監測子系統包括可視化模塊、判別模塊和報警模塊，可視化模塊用于根據信道沖激響應生成可視化的熱圖，判別模塊用于判別是否出現火災，報警模塊用于遠程實時報警。

2.如權利要求1所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述超聲波發送器為揚聲器，其工作頻率高于18KHz；所述超聲波接收器為麥克風，超聲波接收器對接收到的超聲波信號用相同的載波頻率進行解調，得到基帶信號。

3.如權利要求1所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述信號收發子系統是基于樹莓派系統實現的。

4.如權利要求1所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述信道估計子系統包括信道估計模塊和CIR提取模塊；

信道估計模塊根據接收到的信號幀與發送的已知信號幀之間的速度差異進行信道估計；

CIR提取模塊用于提取有效反射信號，有效信號為穿透火焰后得到的反射超聲波信號。

5.如權利要求4所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述CIR提取模塊采用差分法來提取所述有效反射信號，將接收到的相鄰兩時刻訓練序列幀的CIR相減，消除由周圍靜態物體引起的反射信號影響。

6.如權利要求1所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述可視化模塊為MATLAB或Python，可視化模塊在二維坐標中將不同時刻不同位置的CIR的幅值大小用不同顏色來表示，繪制出熱圖實現可視化。

7.如權利要求1所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述判別模塊為二分法分類器；其對所述可視化模塊成像結果的特征進行二分法分類，用以判斷是否出現火災。

8.如權利要求1所述的一種非接觸式火災監測系統，其特征在于：所述報警模塊為計算機內置揚聲器，基于所述二分法分類器的分類結果，若結果為出現火情，則報警模塊發出蜂鳴聲。

9.一種非接觸式火災監測方法，其特征在于，本方法包括如下步驟：

S.1、設計信號幀；

S.2、將設計好的信號幀轉化為音頻；

S.3、將音頻作為超聲波信號發送和接收；

S.4、將接收到的超聲波信號進行解調得到基帶信號；

S.5、測量基帶信號的信道，估計信道改變；

S.6、對信道改變進行可視化表征；

S.7、根據可視化表征判斷是否出現火災。

10.如權利要求9所述的一種非接觸式火災監測方法，其特征在于：所述S.5中采用信道沖激響應(Channel Impulse Response，CIR)進行信道改變估計；S.6中對CIR可視化，用熱圖來表征溫度對超聲波傳輸速度的影響；S.7中基于黏滯吸收現象和相鄰時刻差分后的CIR變化綜合判斷是否出現火災。