無論什么樣的設(shè)計(jì)，安全是永遠(yuǎn)的“剛需”。對于建筑工程來說，防火是必須考慮的要素。在一般的民用和商用建筑中，煙霧報警是最常用的手段。但在一些特殊的工業(yè)場所，如工業(yè)廠房、倉庫、隧道等，空間尺度大而又要求更快的火災(zāi)報警響應(yīng)速度，這就需要更為敏銳的感光式火焰探測器了。該類型火焰探測器的原理是：通過專門的傳感器，探測火災(zāi)初期火焰中含有特殊波長的紫外線和紅外線，盡可能在火災(zāi)“萌芽期”就觸發(fā)報警，為工程安全保駕護(hù)航。

感光式火焰探測器主要分為紫外和紅外兩大類，它們各有特點(diǎn)。傳統(tǒng)上，紫外火焰探測響應(yīng)速度快，但作用的距離比紅外略近，由于對紫外光敏感，不適用于室外探測；紅外作用距離長，但響應(yīng)速度慢，可用于室內(nèi)和室外。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，這樣的分界也逐漸模糊起來，比如今天我們拆解的這款由世健國際貿(mào)易（上海）有限公司設(shè)計(jì)的紅外火焰探測參考方案，就集快速、長距、高靈敏度等性能于一身，讓人刮目相看。

圖1：世健紅外火焰探測參考方案框圖

該方案中，火焰信號經(jīng)過薄膜熱釋電紅外傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過運(yùn)放帶通濾波，再由MCU 片內(nèi)ADC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

決定紅外火焰探測系統(tǒng)性能的首要因素，就是其中的紅外傳感器。該方案采用了Pyreos公司的薄膜熱釋電紅外火焰?zhèn)鞲衅鳎撓盗袀鞲衅骺梢蕴峁?2mS的響應(yīng)速度，典型值高達(dá)100°的探測視野，以及在8-10Hz的火焰閃爍中出色的信噪比。該傳感器中還內(nèi)置了CMOS運(yùn)放，進(jìn)一步增強(qiáng)了探測的穩(wěn)定性和可靠性。負(fù)責(zé)該方案的世健公司技術(shù)支持部高級經(jīng)理Xavier Xiong介紹，采用此傳感器客戶結(jié)合自己的特征算法探測的距離可達(dá)到65米，遠(yuǎn)超出國標(biāo)規(guī)定靈敏度的一級25米和二級19米的要求。

與國內(nèi)目前主流的電壓式紅外火焰探測傳感器不同，Pyreos公司這個系列的傳感器采用電流模式，這也是其性能能夠突破“極限”的關(guān)鍵——一般電壓模式的紅外傳感器極限探測距離在60米內(nèi)，而且響應(yīng)速度在120mS以上。

世健的紅外火焰探測方案采用了三重紅外（IR3）的架構(gòu)，系統(tǒng)中的三個紅外探測器各司其職：PY0573進(jìn)行火焰探測，PY0574和PY0575則負(fù)責(zé)識別來自人體和陽光等外部紅外源的干擾，防止誤報。

圖2：Pyreos公司的薄膜熱釋電紅外傳感器具有12mS的響應(yīng)速度，可達(dá)65米的探測距離

當(dāng)然，要確保方案整體的性能、提升系統(tǒng)測量精度，只有傳感器是不夠的。世健在配套芯片的選擇上也下了一番功夫。從方案的BOM清單中我們可以看到，世健的工程師特意選擇了ADI 的超低噪聲運(yùn)放ADA4528-2、超低噪聲LDO ADM7160等噪聲性能優(yōu)異的外圍元器件，使得傳感器的特性最大限度地發(fā)揮了出來。

作為一個參考設(shè)計(jì)，這個方案的主控芯片選用了流行的ARM Cortex-M3架構(gòu)，這樣能方便開發(fā)者將自己的算法移植進(jìn)行移植，給開發(fā)者帶來更大的靈活度。同時，參考方案中支持豐富的接口，如RS232、RS485，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場景的需求。

通過配套的軟件，開發(fā)者可以觀測到方案中不同傳感器通道的測試和分析數(shù)據(jù)，它既可以做Pyreos公司的薄膜熱釋電紅外傳感器為評估板，也可以直接作為實(shí)際產(chǎn)品的參考設(shè)計(jì)。這其中世健工程師的匠心和誠意可見一斑。

圖3：通過參考方案配套的軟件，直觀呈現(xiàn)測試和分析數(shù)據(jù)