一种基于多信息融合判断的电气火灾报警装置及控制方法

摘要

本发明公开了一种基于多信息融合判断的电气火灾报警装置及控制方法，包括探测器、单片机和显示模块，所述探测器至少包括绝缘电阻探测器、剩余电流探测器、热解粒子探测器和温度探测器中的任意两种，所述探测器与所述单片机电连接，所述单片机能够将不同类型的探测器采集到的数据根据预设数学模型进行数据融合，以得到一个或多个火警预警参数，并将所述火警预警参数分别与对应预设值进行比较，若存在任一火警预警参数超出其对应预设值，则所述单片机输出报警信号至所述显示模块。本发明提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置及控制方法通过多种信息融合进行综合判断，电气火灾报警预警准确率高。

说明书

技术领域

本发明涉及电气火灾探测技术领域，尤其涉及一种基于多信息融合判断的电气火灾报警装置及控制方法。

背景技术

现有电气火灾监控设备，仅是对剩余电流、故障电弧、温度、热解粒子等信息进行独立探测，没有对这些信息进行归类多项融合及分析。也即是说，现有的电气火灾监控设备无法做到对配电电路的具体回路进行全面有效的探测分析判断，因此现有的电气火灾监控设备探测电气火灾的准确性和效率不高。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于多信息融合判断的电气火灾报警装置及控制方法，具体技术方案如下：

一方面，提供了一种基于多信息融合判断的电气火灾报警装置，包括探测器、单片机和显示模块，所述探测器至少包括用于检测配电系统回路中绝缘电阻情况的绝缘电阻探测器、用于检测配电系统回路中剩余电流情况的剩余电流探测器、用于检测配电系统回路中热解粒子情况的热解粒子探测器和用于检测配电系统回路中温度情况的温度探测器中的任意两种，

所述探测器与所述单片机电连接，所述单片机能够将不同类型的探测器采集到的数据根据预设数学模型进行数据融合，以得到一个或多个火警预警参数，并将所述火警预警参数分别与对应预设值进行比较，若存在任一火警预警参数超出其对应预设值，则所述单片机输出报警信号至所述显示模块。

进一步地，若所述探测器包括绝缘电阻探测器和剩余电流探测器，则所述绝缘电阻探测器和所述剩余电流探测器接入配电系统中同一供电回路中。

进一步地，若所述探测器包括热解粒子探测器和温度探测器，则所述热解粒子探测器和所述温度探测器设置在配电系统中同一配电柜中。

进一步地，还包括存储模块，所述存储模块与所述单片机电连接，所述存储模块用于存储历史火灾信号信息。

进一步地，还包括上位机，所述上位机与所述单片机通信连接，所述上位机能够对所述单片机使用的所述预设数学模型和预设值进行设置，并能够接收来自所述单片机的报警信号。

另一方面，提供了一种基于多信息融合判断的电气火灾报警控制方法，包括以下步骤：

S1、利用多种探测器至少采集配电系统中的绝缘电阻、剩余电流、热解粒子和温度的数据信息中的两种；

S2、将不同探测器采集到的数据信息输出至单片机，所述单片机根据预设数学模型进行融合处理，以得到当前时刻的一个或者多个火警预警参数；

S3、将得到的火警预警参数与相应预设值进行比较，若存在一个火警预警参数在设定时间内一直超出相应预设值，则所述单片机向显示模块发出警报信息，反之则继续监测后续输入的火警预警参数。

进一步地，在步骤S2中，将不同时刻得到的一个或多个火警预警参数作为融合信号输出至显示模块，以得到所述火警预警参数随时间变化的相应曲线，并在显示模块显示出来。

进一步地，所述预设数学模型根据不同的数据信息种类而相应调整。

进一步地，在步骤S3中，所述火警预警参数会实时更新，若当前同时存在两个火警预警参数超出相应预设值，则所述单片机随即向显示模块发出警报信息。

进一步地，在步骤S3中，若所述显示模块接收到警报信息，则其启动声光报警。

本发明具有下列优点：

a.依据多种信息进行综合判断，电气火灾报警更加准确；

b.集成性高，安装便捷；

c.能够实时记录监控当前状态，并且能够显示其走向趋势，便于预测判断。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置整体电路框架示意图；

图2是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置探测器输入电路示意图；

图3是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置单片机内部电路示意图；

图4是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置显示模块电路示意图；

图5是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置电路接地示意图；

图6是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置中热解粒子随温度变化示意图；

图7是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置存储模块电路示意图；

图8是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置通信模块电路示意图；

图9是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置电源模块电路示意图；

图10是本发明实施例提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警控制方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于多信息融合判断的电气火灾报警装置，参见图1，包括探测器、单片机和显示模块，所述探测器至少包括用于检测配电系统回路中绝缘电阻情况的绝缘电阻探测器、用于检测配电系统回路中剩余电流情况的剩余电流探测器、用于检测配电系统回路中热解粒子情况的热解粒子探测器和用于检测配电系统回路中温度情况的温度探测器中的任意两种，

所述探测器均与所述单片机电连接，具体地，参见图2，热解粒子探测器输出的模拟信号经过运算放大器输出到插座IN1，经过发光二极管以后输出到光耦合器，经过光电隔离后输出到模数转换器U10，转换为数字信号，并通过端口OUT1输出到插座M1，并连接到单片机的输入端，其他三种探测器对应的三路信号也是同样的方法，最终输出到单片机。

参见图3和图4，所述单片机能够将不同类型的探测器采集到的数据根据预设数学模型进行数据融合，以得到一个或多个火警预警参数，并将所述火警预警参数分别与对应预设值进行比较，若存在任一火警预警参数超出其对应预设值，则所述单片机输出报警信号至所述显示模块。

需要注意的是所述单片机能够对不同类型的探测器采集到的数据进行两种、三种甚至四种类型的数据融合，还可以同时进行多组的数据融合，其中所述预设数学模型会根据不同的数据信息种类而相应调整，例如同时对绝缘电阻和剩余电流、热解粒子和温度分别进行数据融合输出，在这种情况下，单片机把温度信息转换成数字信号，并将所述温度数字信号输出至所述单片机的处理器中，同时在同一配电柜内部的热解粒子探测器把热解粒子信息输出至单片机，与所述的温度信号进行融合运算，如果计算的结果趋向起火点，则单片机驱动报警电路发出预警信号并存储这一信息，在同一回路的剩余电流信息和绝缘电阻信息通过融合计算，得到计算的结果趋向于绝缘电阻达到规定的最小值，同时剩余电流增大到临界报警值，此时单片机驱动报警回路发出预警信号并存储这一信息。

在本发明的一个实施例中，若所述探测器包括绝缘电阻探测器和剩余电流探测器，则所述绝缘电阻探测器和所述剩余电流探测器接入配电系统中同一供电回路中，所述绝缘电阻探测器检测配电系统的回路中是否存在绝缘电阻下降的情况，并把配电回路绝缘电阻下降的信号输出至所述单片机，所述剩余电流探测器检测配电系统回路中是否存在剩余电流，并将所述剩余电流信号输出至所述单片机。所述剩余电流探测器和绝缘电阻探测器采集的数据输出信号至所述单片机，所述单片机利用预设数学模型对采集到的剩余电流数值与绝缘电阻数值进行融合，得到火警预警参数，由单片机确定是由于绝缘电阻下降造成的剩余电流增大，若符合报警条件时，则单片机控制所述显示模块发出报警信息；若绝缘电阻和剩余电流信号无显著增大时，则控制所述显示模块不会发出报警信息。

具体地，所述单片机对同一电路中绝缘电阻和剩余电流之间具有的相关性进行判断，如果确实由于绝缘电阻造成了剩余电流的增大，则单片机判断后会发出报警，并把报警数据输出至存储模块，所述单片机用于将所述融合数据与上一次相同地址的融合数据进行比较并把比较结果输出至显示模块；所述单片机通过比较器判断所述融合信号数据是否达到能够发生火灾的程度，得到判断结果后，在所述判断结果符合预设火灾条件时，控制所述显示模块发出报警信息。

在三相五线制的低压电路中，由于火线对地产生的漏电及N线与PE线的短接或反接等情况，也会产生漏电的现象，根据国际电工委员会IEC的界定，均属于剩余电流，如果三相五线制低压电路中的导线或电气设备产生了绝缘电路的绝缘性能下降，造成绝缘电阻降低，会使漏电增加，由此可以判断，剩余电流(主要是漏电电流)的增加主要由三相五线制低压电路中的绝缘电阻下降造成的。因此可以判定，三相五线制低压电路中的剩余电流增大与三相五线制电路中的绝缘电阻下降是有直接的关联的。参见图5，根据欧姆定律，U/R＝I，火线对地电压为220V基本固定不变，绝缘电阻R与漏电电流I成反比。所以检测剩余电流的大小也可以反映出绝缘电阻的大小，且二者成反比关系。

所述剩余电流探测器和所述绝缘电阻探测器共同完成对电路中的剩余电流大小的判断，因为电路中的绝缘电阻下降时，必然会导致剩余电流增大，所以二者信息可以互相印证，二者信息融合后，可以更加准确地判断电路中的剩余电流增大是由于电路中的绝缘电阻值下降造成的。

在本发明的一个实施例中，若所述探测器包括热解粒子探测器和温度探测器，则所述热解粒子探测器和所述温度探测器设置在配电系统中同一配电柜中。所述热解粒子探测器检测配电系统回路中是否存在热解粒子增加的情况，并将所述热解粒子探测器信号输出至所述单片机，所述温度探测器检测配电系统中配电柜内部导线或电器元件是否存在高温状态，并把配电回路温度升高的信号输出至所述单片机。所述热解粒子探测器和温度探测器采集的数据输出信号至所述单片机，所述单片机将采集到的热解粒子数值与温度数值按照预设数学模型融合后，得到火警预警参数，由单片机确定是由于温度升高造成的热解粒子增加，若发现超标，符合报警条件时，单片机控制所述显示模块发出报警信息；若温度和热解粒子信号无显著增大时，则控制所述显示模块不会发出报警信息。

具体地，所述单片机判断热解粒子和温度之间的相关性，如果确实由于温度升高造成了热解粒子的增大，则单片机判断后会发出报警，并把报警数据输出至所述存储模块；所述单片机将所述融合数据与上一次相同地址的融合数据进行比较并把比较结果输出至显示模块；所述单片机通过比较器判断所述融合信号数据是否达到所述火灾程度，得到判断结果，并在所述判断结果符合预设火灾条件时，控制所述显示模块发出报警信息。

在低压电路中，导线中通过电流为电气设备提供能量，当导线中的电流增大并超过了导线的承受能力的时候，导线会发热，持续的发热会使导线外面的绝缘层受热并产生热解粒子，这种热解粒子最初是无色无味的，但是随着时间的推移，热量会使导线绝缘层逐渐变软并增加热解粒子的数量，时间长了就会发生火灾。因此，导线外的绝缘层的温度使绝缘层产生的热解粒子就成为紧密相关的因素，参见图6，温度和热解粒子的相互关系，温度越高产生的热解粒子越多，因此探测导线的温度再加上探测热解粒子的数量就可以判断导线确实发生了过电流发热的现象。

所述热解粒子探测器和所述温度探测器共同完成对配电柜内部导线和电器元件的温度判断，因为当导线或电器元件的温度上升时，必然会发出热解粒子，所以探测热解粒子和探测温度可以知道配电柜中的导线或电器元件确实发生了温度升高的现象。

需要注意的是，所述单片机会将每一次的融合信号与前一次的融合信号进行比较，得到判断结果，并在所述判断结果符合预设火灾条件时，控制所述显示模块发出报警信息。

在本发明的一个实施例中，参见图7至图9，还包括存储模块、通信模块、上位机和电源模块，所述存储模块与所述单片机电连接，所述存储模块用于存储历史火灾信号信息以及预设火灾信号初始值，例如存储温度预设值、热解粒子预设值、剩余电流预设值、绝缘电阻预设值以及多次发生的报警值；所述单片机设有与上位机通信的通信接口，所述上位机通过通信模块与所述单片机通信连接，但两者之间并不局限于有线连接和无线连接，所述上位机能够对所述单片机使用的所述预设数学模型和预设值进行设置，并能够接收来自所述单片机的报警信号，并进行记录；所述电源模块与单片机、存储模块、显示模块等电连接，提供供电。

需要说明的是，所述报警装置中的探测器和单片机可以为多个，进行在配电系统的不同区域安装，但可以共用一个上位机进行控制和记录分析，以实现对多个物体或一个物体多个角度的火灾风险监测。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于多信息融合判断的电气火灾报警控制方法，参见图10，包括以下步骤：

S1、利用多种探测器至少采集配电系统中的绝缘电阻、剩余电流、热解粒子和温度的数据信息中的两种；

S2、将不同探测器采集到的数据信息输出至单片机，所述单片机根据预设数学模型进行融合处理，以得到当前时刻的一个或者多个火警预警参数；

S3、将得到的火警预警参数与相应预设值进行比较，若存在一个火警预警参数在设定时间内一直超出相应预设值，则所述单片机向显示模块发出警报信息，反之则继续监测后续输入的火警预警参数。

在步骤S2中，将不同时刻得到的一个或多个火警预警参数作为融合信号输出至显示模块，以得到所述火警预警参数随时间变化的相应曲线，并在显示模块显示出来。

其中，所述单片机运算后的数据均存入存储模块，以便每一次新的绝缘电阻数据和剩余电流数据以及热解粒子数据和温度数据等融合后的数据与原有的历史数据进行比较。

具体地，所述单片机对剩余电流信号绝缘电阻信号进行融合计算，并与历史数据进行对照比较，可以描绘出变化曲线，并将变化曲线输出至所述显示模块，例如，单片机对热解粒子信号与温度信号进行融合计算，并与历史数据进行对照比较，并将变化曲线输出至所述显示模块，如果以上两种融合后的曲线均趋向报警，单片机向显示模块发出报警信息；如果以上有一种融合后的信号趋向报警，单片机向显示模块发出报警信息，同时报警信息经过通信模块传递到上位机。

在步骤S3中，所述火警预警参数会实时更新，若当前同时存在两个火警预警参数超出相应预设值，则所述单片机随即向显示模块发出警报信息。若所述显示模块接收到警报信息，则所述显示模块向其内置数据库中对应联系负责人发出消息，并启动声光报警。

在本发明的一个实施例中，由于变化曲线在实际应用中的变化比较复杂，但是各种数值的的变化和融合是通过数学公式进行的，下面以一个简单的热解粒子和电流的融合为例进行说明。如果热解粒子数的报警值为50，温度报警值为80℃为例，在实际测量时，测得的热解粒子数为40，工作电流值为70℃，可以计算得到：热解粒子的系数为：40/50＝0.8，温度的系数为70/80＝0.875，经过均方根计算，(0.8

如果热解粒子数的报警值为50，工作电流报警值为80A为例，当实测热解粒子数为35，工作电流为40A时，得到的计算结果如下：热解粒子系数:35/50＝0.7,电流系数为40A/80A＝0.5，经过均方根计算，(0.7

由于绝缘电阻值和剩余电流值为反比关系，所以应采取对其中一个参数的数值采用倒数，然后再进行上述计算，得出的结果应该是相同的。当有一种融合的结果为报警状态时，整个装置即发出报警，而无需两种融合结果均为报警时再报警。

本发明提供的基于多信息融合判断的电气火灾报警装置及控制方法通过探测同一回路剩余电流、绝缘电阻的双重数据，可以准确判断本回路中存在的故障剩余电流的大小，判断出线路中的绝缘损坏的程度，同时根据在某一个配电柜中的热解粒子数量的多少和这个配电柜中温度的升高情况，可以判断在这个配电箱中的电气设备和导线的发热的程度。通过以上多项信息融合后的判断，就可以在火灾初期还没有成为无法扑救的大火时进行早期预警，有效防止电气火灾的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。