一种新型的激光烟雾浓度检测系统研究峰1刘光远1龙正吉1蒋小平2*刘1西南大学电子信息工程学院,重庆4007152西南大学物理科学与技术学院,重庆摘要研制了一种新型的激光烟雾浓度检测系统，可实现烟雾浓度的实时定量检测。通过侧向散射式光学设计和以数字信号处理器为核心的信号处理电路设计，得到了激光通过烟雾后透射光强和散射光强之间的线性关系。根据此线性关系将散射光强转换为透射光强，进而计算烟雾浓度，降低了运算复杂度，同时解决了低浓度烟雾的检测问题。最后将本系统与现有产品相比较，结果表明，该检测系统结构简单、稳定性和实时性好，具有良好的经济效益。关键词激光;烟雾检测;光电探测器;遮光率;数字信号处理器中图分类号TN249;O436.2文献标志码Adoi:10.3788/LOP51.121203ANovelSmokeDetectionSystemUsingLaserLiuFeng1LiuGuangyuan1LongZhengji1JiangXiaoping21CollegeofElectronicandInformationEngineering,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China2SchoolofPhysicalScienceandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400715,ChinaAbstractAnovelsmokedetectionsystemusinglaserisdevelopedtomeasurethesmokeconcentrationinreal-timeandquantitatively.Alinearrelationbetweentransmittedlightandscatteringlightoflaserthroughthesmokeisestablishedbasedonthedesignoflateralscatteringopticalstructureandthecircuitofdigitalsignalprocessorasacore.Accordingtothislinearrelationship,thetransmittedlightisconvertedtothescatteringlight,andthentheconcentrationofsmokeiscalculated.Inthisway,thecomputationalcomplexityisreduced,andtheproblemofmeasuringlowconcentrationsmokeissolved.Finally,comparedwithexistingproduct,theresultshowsthatthisproposedsystemissimpleinstructure,stable,real-timeandhasgoodeconomicbenefits.Keywordslaser;smokedetection;photoelectricsensor;obscuration;digitalsignalprocessorOCIScodes120.4630;220.4830;250.0040;290.58201引言烟雾探测器是早期火灾监测、预警的重要设备。目前，常见的烟雾探测器有离子感烟型探测器、光电感烟型探测器、激光感烟型探测器等[1]。其中，离子感烟型探测器生产制造成本低，但对阴燃烟雾的检测灵敏度偏低，而且其电离室中采用了放射性元素，在生产、运输和使用过程中有污染环境的危险；光电感烟型探测器受环境变化影响较小，但这种烟雾检测方法采用的是普通的红外发射光源，对火灾产生的黑烟不易响应，无法达到早期报警的目的；激光感烟型探测器，对环境没有污染，对阴燃烟雾的检测灵敏度较高，在早期火灾的检测报警中应用广泛，但生产制造成本较高[2]。国内外不少学者已从多方面对激光感烟型探测器进行了研究，研究方法主要分为光散射法和光透射法两类。Nichols[3]，Loepfe等[4]，疏学明[5]利用激光散射特性设计了烟雾分析检测系统，使烟雾检测的灵敏度大大提高，但是系统结构和数据运算均比较复杂；冯继青等[6]，邱健[7]利用激光透射特性检测烟雾浓度，简化了系统结构，但是透射光对低浓度烟雾的检测灵敏度较低。为了提高收稿日期:2014-05-20;收到修改稿日期:2013-07-08;网络出版日期:2014-11-12作者简介:刘峰(1988—)，男，硕士研究生，主要从事信号与信息处理方面的研究。E-mail:shouhou@swu.edu.cn导师简介:刘光远(1961—)，男，博士，教授，主要从事信号与信息处理方面的研究。E-mail:liugy@swu.edu.cn*通信联系人。E-mail:jungxp@163.com121203-151,121203(2014)激光与光电子学进展www.opticsjournal.net并预警，也可应用于空气中其他烟尘的监测。2激光烟雾检测原理激光束照射烟雾时，会发生吸收和散射，从而使光强在原来的传播方向上发生改变，并出现光强在其他方向上的重新分布。光信号经光电检测器转换为电信号，通过检测电信号的变化即可得出烟雾浓度的变化情况。目前，国内外普遍采用光学方法替代原来的质量浓度法对烟雾浓度进行标定[8-9]，设为参数R，表示光通过1m厚度的烟雾后被遮蔽的程度，计量单位为%/m，数学定义式为R=æ1-Poö×100%(1)ç÷èPiø式中P...