[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

本發明公開了一種非接觸式火災監測系統及方法，系統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。系統硬件體積小，系統平臺易于部署，設備成本較低；對光線等物理條件沒有特殊要求或者依賴，通用性好。

技術領域

本發明屬于火災監控技術領域，特別是涉及一種非接觸式火災監測系統及方法。

背景技術

現有的接觸式測溫無法實現對火災的遠程防控，而基于圖像的火災監控方法無法在暗光環境以及攝像頭被遮擋情況下工作，容易給人們帶來安全隱患和財產損失。另外，對于現有的聲速測溫間接傳播測量法，其裝置過于復雜，設備工作條件要求比較高，系統綜合成本高昂，測溫的空間范圍嚴重受限且信號收發系統性能表現一般。因此，現有方法難以對信道模型與火情的對應關系、以及信號遇到火焰會發生的變化等問題給出明確的綜合解決方案。

隨著消防領域科學技術和安防系統智能化的發展，低成本高魯棒性的智能化無人火災監測技術是消防領域的重要研究目標之一，用于實現火災信息的防控與傳遞。非接觸式火焰監測技術使消防人員無需任何物理接觸即可實時地、遠程地對火災進行防控和火勢大小判別。如今，作為自然、便捷、有效的消防防控技術的重要組成部分，非接觸式火焰監測應用已滲透到消防領域的方方面面，給消防人員帶來更便捷、更安全的防控體驗，讓人們的生活變得更加安全。目前常用的非接觸式監測技術有聲速測溫間接傳播測量法和全息干涉法。

全息干涉法存在以下缺點：

如果不把高溫燃燒時的火焰亮度考慮在內的話，將會導致部分原始色彩失真，最終影響測溫結果，也就是說該方法對火焰的光線有較高的要求和較強的依賴性，對測溫時的工作環境要求較高，難以在實際生活中用于火災監測，而且價格高，很多情況下難以實現設備通用。

聲速測溫間接傳播測量法存在以下缺點：

系統裝置復雜，硬件成本高；除收發設備外，需要額外配置稀有氣體和薄壁管等配套硬件設備。

系統設備對測試條件要求高：要求實驗設備耐高溫、耐腐蝕且部分元件需要特別增添保護措施。比如，當溫度高于900攝氏度時，薄壁管需要使用陶瓷材質而非金屬材質，即使使用高熔點金屬材質薄壁管也無法使用，因為其材質一般較脆且信號會隨溫度升高而嚴重衰減。

測量空間范圍受限：測溫空間大小受限于薄壁管的體積，只能得到較小空間范圍的溫度值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對火焰光亮無要求且通用性好、造價低的非接觸式火災監測系統及方法。

本發明提供的這種非接觸式火災監測系統，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。

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。

所述信號收發子系統是基于樹莓派系統實現的。