自動(dòng)火災(zāi)探測器發(fā)展歷史和趨勢

自動(dòng)火災(zāi)探測器興起和發(fā)展

到目前為止，火災(zāi)探測報(bào)警技術(shù)已發(fā)展成為一門多學(xué)科、多專業(yè)的綜合應(yīng)用科學(xué)。在建筑、工業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，它已成為人類同火災(zāi)作斗爭的重要手段。在預(yù)防火災(zāi)、保護(hù)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮了巨大的作用?，F(xiàn)代火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已全面向集成化、智能化、多功能化及總線傳輸化的方向發(fā)展。火災(zāi)探測技術(shù)也開始從單元探測向多元復(fù)合探測過渡，一種新型的多功能、高可靠性的多元復(fù)合探測技術(shù)正在蓬勃興起，并已取得了較大進(jìn)展。

由于單元探測技術(shù)所采用的單一參數(shù)火災(zāi)探測器(包括閾值觸發(fā)式和模擬量式)對火災(zāi)特征信號(hào)響應(yīng)靈敏度的不均勻性，導(dǎo)致它對實(shí)際火災(zāi)的探測能力受到了限制。如感溫探測器對陰燃火不敏感，響應(yīng)速度慢，不適于探測早期火情，雨且也不能區(qū)分是火災(zāi)的熱還是空謂或烹飪蒸氣的熱；離子感煙探測器對有焰火較靈敏；但對陰燃火報(bào)警遲緩，容易產(chǎn)生不報(bào)警；光電感煙探測器不僅可探測一般火情，還對陰燃火有極好的探測效果，只對燃燒產(chǎn)生的不可見煙(粒徑小于0.44μm)或出現(xiàn)明火的黑煙容易不報(bào)警。但是，兩者都不能區(qū)分是火災(zāi)的煙，還是烹飪蒸氣或香煙的煙霧等。

正因?yàn)槿绱?，盡管科研人員為改進(jìn)和提高火災(zāi)探測技術(shù)水平進(jìn)行了艱辛的努力，使火災(zāi)探測器在靈敏度、可靠性和使用性能方面做過許多技術(shù)改進(jìn)，并取得了可喜的成績。例如在消除電磁干擾、防蟲措施、電子元件可靠性、防止電流泄漏的涂層技術(shù)及無噪聲光電感煙探測室等。但是至今仍然沒有一種單一參數(shù)火災(zāi)探測器能有效地探測各類火情，人們要根據(jù)不同的使用場所以及該場所可能會(huì)發(fā)生的火災(zāi)類型來合理地選擇火災(zāi)探測器的種類。如果選擇不當(dāng)，就易造成誤報(bào)或漏報(bào)。加之現(xiàn)實(shí)中的火災(zāi)多種多樣，又具有較大的偶然性和不穩(wěn)定性，使早期階段的火災(zāi)現(xiàn)象和虛假火災(zāi)現(xiàn)象常?；祀s在一起，很難及時(shí)做出準(zhǔn)確的判斷。因此火警誤報(bào)時(shí)有發(fā)生?？梢哉f，由于誤報(bào)警造成的一系列麻煩現(xiàn)已成為一個(gè)不容忽視的社會(huì)問題，引起了各界人士的重視。

鑒此，單元火災(zāi)探測技術(shù)已無法滿足現(xiàn)實(shí)火災(zāi)報(bào)警的需要。一種嶄新的多元復(fù)合探測技術(shù)悄然興起。它決不是原有單一參數(shù)火災(zāi)探測器的簡單組合，而是實(shí)施多元同步探測，并及時(shí)進(jìn)行綜合智能信號(hào)處理，使二種或三種以上不同類型探測器的功能協(xié)調(diào)地復(fù)合在一個(gè)探測器中。因此，它既是一種多維的傳感器，又是一種智能型裝置。根據(jù)其同時(shí)測得的不同類型的火災(zāi)模擬量參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行綜合智能算法，以判斷是否存在火災(zāi)危險(xiǎn)。這樣不但大幅度提高了可靠辨別真實(shí)與虛假火災(zāi)的能力，還對不同類型的火災(zāi)都具有較高的靈敏度。

自動(dòng)火災(zāi)探測器發(fā)展趨勢

未來火災(zāi)探測研究的發(fā)展將受以下的問題的推動(dòng)。

1. 提高探測系統(tǒng)性能，在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確區(qū)分火災(zāi)與非火災(zāi)的環(huán)境變化：

2. 采用新型探測技術(shù)和探測器擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)的能力；

3. 特殊危險(xiǎn)環(huán)境下(如電信大樓、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心、載人航天器)的火災(zāi)探測技術(shù)，環(huán)境總是處于無規(guī)律變化中的火災(zāi)探測技術(shù)。

在火災(zāi)探測的基礎(chǔ)研究上，將持續(xù)發(fā)展的方向有：如何預(yù)知現(xiàn)有探測撲救系統(tǒng)在非理想的實(shí)際狀況下的性能、如何區(qū)分與火災(zāi)現(xiàn)象具有相同(相似)產(chǎn)物的背景源、加熱和燃燒狀況下材料行為、如何探測低濃度的熱解或燃燒產(chǎn)物(光、熱、煙氣)等。

在探測的應(yīng)用技術(shù)方面，以下幾個(gè)方面將進(jìn)一步發(fā)展：

(1)其他領(lǐng)域的新技術(shù)引發(fā)火災(zāi)探測技術(shù)新途徑；

(2)多元復(fù)合探測和多判據(jù)探測，其中尤以氣體復(fù)合探測器為代表：

(3)激光技術(shù)在火災(zāi)探測中的應(yīng)用。激光圖像粒徑分群將是一種有效的火災(zāi)/非火災(zāi)識(shí)別方法，激光前向/后向散射的應(yīng)用將極大改善光點(diǎn)激光感煙探測的性能。

(4)模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和其它小波變換的信號(hào)處理方法在探測算法中的引入；

(5)火災(zāi)探測技術(shù)與自動(dòng)化、現(xiàn)代通訊技術(shù)、智能大廈技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合，火災(zāi)探測系統(tǒng)更趨自動(dòng)化、開放性和模塊化。

火災(zāi)探測，作為一個(gè)與國民經(jīng)濟(jì)、入民生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)的新興技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)科學(xué)化、系統(tǒng)化的發(fā)展軌道，有著廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用市場，必將在今后一段時(shí)期內(nèi)蓬勃發(fā)展，并在生產(chǎn)和生活中扮演越來越重要的角色。

火災(zāi)探測系統(tǒng)包括一個(gè)由微處理器控制的探測器，而該探測器中至少有三個(gè)傳感器。一個(gè)寬帶紅外傳感器用作主要探測器，一個(gè)近紅外傳感器和一個(gè)可見光傳感器則用于探測來自非火源的虛警能量。數(shù)字信號(hào)處理部分用于分析敏感到的數(shù)據(jù)和鑒別虛警信號(hào)。

探測器可以制成一種多級(jí)報(bào)警系統(tǒng)，并由微處理器有選擇地進(jìn)行觸發(fā)。本系統(tǒng)對預(yù)燒數(shù)據(jù)可進(jìn)行光譜記錄和分析。探測器可以裝在帶有塑料窗口透鏡的密封的、可以拆卸的塑料外殼內(nèi)。

火災(zāi)探測器是火災(zāi)報(bào)瞥系統(tǒng)的關(guān)鍵部件, 了解它的原理、性能, 從而合理選擇使用至關(guān)重要。目前,火災(zāi)探測器根據(jù)性能大致分為三類, 即感煙探測器; 感溫探測器; 火焰探測器。

自動(dòng)火災(zāi)探測器感煙探測器

感煙探側(cè)器又可分為離子感煙、光電感煙及紅外感煙探測器。

離子感煙探測器

該探測器內(nèi)有一個(gè)離子腔, 腔內(nèi)設(shè)有一低放射量離子放射源( 一般采用同位素镅241)。 在正常情況下, 離子流過離子腔而形成一微弱電流。 當(dāng)空氣中出現(xiàn)煙霧時(shí), 煙霧的作用使離子腔電流減少, 減少到一定程度, 觸發(fā)報(bào)替電路, 發(fā)出火警信號(hào)。

該探測器靈敏度高且一般可調(diào), 工作可靠, 壽命長, 應(yīng)用最為廣泛。 國外如歐美、日本等國, 國內(nèi)許多廠家均有生產(chǎn)。

光電感煙探測器

該探測器設(shè)有黑色內(nèi)室, 室內(nèi)裝有紅外發(fā)光元件, 發(fā)射紅外光束。 室內(nèi)同時(shí)裝有紅外敏感元件, 與紅外光束成鈍角, 正常情況下, 紅外光束不能抵達(dá)敏感元件。 當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生, 煙霧進(jìn)入暗室, 紅外光束遇到煙的顆粒發(fā)生散射而作用于光敏元件, 使之產(chǎn)生一微弱電流, 經(jīng)處理, 觸發(fā)報(bào)警電路。

該探測器價(jià)格低, 對環(huán)境無污染, 是一種很有前途的傳感器。 但在可靠性、抗干擾能力方面比前者要稍遜一籌。

紅外感煙探測器

該探測器一般配對使用, 一端為發(fā)射器, 發(fā)射紅外光束, 另一端為接收器, 接收紅外光束。 當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生, 煙霧使紅外光強(qiáng)下降, 煙霧達(dá)到一定濃度, 光強(qiáng)下降到一定程度,接收器觸發(fā)閥值電路而報(bào)替。

該探測器監(jiān)測范圍大, 例如錦洲消防儀器廠生產(chǎn)的JT Y —HS型紅外光束探測器, 其監(jiān)視距離200 m , 左右各7m, 監(jiān)視面積達(dá)2800m² , 非常適合大型倉庫、地道等場所, 顯得十分經(jīng)濟(jì), 但用戶安裝不便。

自動(dòng)火災(zāi)探測器感溫探測器

感溫探測器可分為定溫式和差溫式。

定溫式探測器

該探測器采用臨界熱敏電阻作為敏感元件, 這種敏感元件在常溫下阻值極高, 達(dá)1MΩ以上。 隨環(huán)溫升高, 阻值略有下降, 當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí), 阻值會(huì)迅速下降至幾十歐, 使信號(hào)電流發(fā)生階躍性變化, 觸發(fā)闌值電路, 達(dá)到報(bào)警目的。 此外還有纜式線型定溫火災(zāi)探測器。

差定溫式探測器

該探測器一般有電子式和機(jī)電式。

電子式差定溫探測器采用兩個(gè)N T C 熱敏電阻, 其中取樣電阻R_m, 置于監(jiān)測區(qū)域的空氣中, 參考電阻R_r密封在探測器內(nèi), 當(dāng)環(huán)境溫度緩慢上升時(shí), R_m和R均有響應(yīng),探測器表現(xiàn)為定溫特性。 當(dāng)有火情發(fā)生, 環(huán)境溫度急劇上升時(shí), R_m阻值迅速下降, 而R阻值緩慢變化, 此時(shí), 探測器表現(xiàn)為差溫特性, 達(dá)到預(yù)定值時(shí), 探測器給出報(bào)警信號(hào)。

機(jī)電式差定溫探測器是利用熱傳遞和氣體受熱膨脹的原理而研制出的一種探測器, 火災(zāi)發(fā)生時(shí)該探測器將燃燒產(chǎn)生的環(huán)境溫升速率轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送出。

感溫探測器可靠性高, 無污染, 價(jià)格低廉。 但適宜選用的場所少, 如與離子感煙探測器配合使用效果更佳。

自動(dòng)火災(zāi)探測器火焰探測器

該探測器核心部件是紫外火焰敏感元件, 簡稱紫外管。 紫外管對火焰中波長185—24 5n m 的紫外輻射特別敏感;對陽光以及普通人工照明光源不敏感。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí), 特別是由易燃物品( 如汽油、酒精、煤油、火藥等) 明火等引起的火災(zāi)發(fā)生時(shí), 紫外管放電導(dǎo)通, 探測器迅速給出報(bào)替信號(hào)。

可以說紫外火焰探測器在許多方面有其它探測器無法比擬的優(yōu)點(diǎn), 比如, 它對明火反應(yīng)的靈敏度極高, 有很強(qiáng)的抗干擾能力, 安裝使用十分方便, 無放射源等等。唯一不足監(jiān)測距離較短, 價(jià)格相對偏高。

現(xiàn)代建筑中要求具備火災(zāi)報(bào)警以至自動(dòng)消防系統(tǒng)的越來越多。自動(dòng)感煙探測器是一種室內(nèi)安裝的探測器，可以探測可見和不可見的煙霧，對火災(zāi)進(jìn)行早期預(yù)報(bào)。在火災(zāi)發(fā)生初期，當(dāng)進(jìn)入離子感煙探頭中采樣室的煙濃度超過由參考室決定的門限值時(shí)，離子感煙探頭底座上的指示燈將點(diǎn)亮，同時(shí)送出報(bào)警電壓信號(hào)。

線形感煙火災(zāi)探測器即是對警戒范圍中某一線路周圍的煙參數(shù)予以響應(yīng)的火災(zāi)探測器。它的特點(diǎn)是監(jiān)視范圍廣，保護(hù)面積大，使用環(huán)境要求低等。它又可分為激光線型和紅外線型兩種類型。從成本、功耗和實(shí)用角度考慮，廣泛使用紅外線型火災(zāi)探測器。

紅外線型火災(zāi)探測器的結(jié)構(gòu)原理：

紅外線型火災(zāi)探測器又稱線型紅外光束火災(zāi)感煙探測器，是基于煙粒子吸收或散射紅外光使紅外光束強(qiáng)度發(fā)生變化的原理而工作的。它的工作原理與遮光型光電感煙探測器類似，只是煙不必進(jìn)入點(diǎn)型光電感煙探測器的采樣室中，在保護(hù)空間任何地點(diǎn)上的煙都可能使紅外光束衰減。光束發(fā)射器和接收器分別為兩個(gè)獨(dú)立的部分，不再有光敏室，作為測量區(qū)的光路暴露在被保護(hù)的空間，并加長許多倍。在測量區(qū)內(nèi)無煙時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的紅外光束被接收器接收到，這時(shí)的系統(tǒng)調(diào)整在正常監(jiān)視狀態(tài)。如果有煙霧擴(kuò)散到測量區(qū)，對紅外光束起到吸收和散射作用，使到達(dá)接收器的光信號(hào)減弱，當(dāng)信號(hào)衰減至一定程度時(shí)，接收器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。線型紅外光束感煙探測器具有保護(hù)面積大、安裝位置較高等優(yōu)點(diǎn)，適宜于較大空間的保護(hù)。線型紅外光束感煙探測器有對射式和反射式兩種類型，其光路圖和工作原理如右圖1和2所示。

感煙火災(zāi)探測器

感煙火災(zāi)探測器是一種響應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體或液體微粒的火災(zāi)探測器，是使用量最大的一種火災(zāi)探測器。因?yàn)樗芴綔y物質(zhì)燃燒初期所產(chǎn)生的氣溶膠或煙霧粒子濃度，因此，有的國家稱感煙火災(zāi)探測器為“早期發(fā)現(xiàn)”探測器。

常見的感煙火災(zāi)探測器有離子型、光電型等幾種。

離子感煙探測器由內(nèi)外兩個(gè)電離室為主構(gòu)成。外電離室（即檢測室）有孔與外界相通，煙霧可以從該孔進(jìn)入傳感器內(nèi)；內(nèi)電離室（即補(bǔ)償室）是密封的，煙霧不會(huì)進(jìn)入。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧粒子竄進(jìn)外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)行，使電流、電壓有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，探測器就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

光電感煙探測器內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元件，平常由發(fā)光元件發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就會(huì)顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，通過放大電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。吸氣式

吸氣式感煙探測器一改傳統(tǒng)感煙探測器等待煙霧飄散到探測器被動(dòng)進(jìn)行探測的方式，而是采用新的理念，即主動(dòng)對空氣進(jìn)行采樣探測，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的空氣樣品被吸氣式感煙探測器內(nèi)部的吸氣泵吸入采樣管道，送到探測器進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)煙霧顆粒，即發(fā)出報(bào)警。