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摘要：通过对各种火灾探测器的介绍和分析,阐述了当今各种火灾探测器的研究现状,并在此基础上结合我们的研究成果,提出了火灾探测器的极早期探测、多传感器复合和小型化、智能化的发展趋势。
关键词：多功能；分体；电气火灾
近年来，线型感温火灾探测器产品在石化、冶金、电厂、轨道交通、城市综合管廊、核电厂等工业场所和特殊领域消防工程中的应用日益增多。线型感温火灾探测器包括缆式线型感温火灾探测器、分布式线型光纤感温火灾探测器等。在目前的工程应用中，主要存在以下不足：一是缆式线型感温火灾探测器受结构及探测机理的制约，１只探测器的保护范围有限；二是由于应用场所大多为强电磁干扰场所，缆式线型感温火灾探测器易受电磁干扰，虽然分布式线型光纤感温火灾探测器不受电磁干扰影响，但分布式线型光纤感温火灾探测器灵敏度低，对小尺寸火焰不响应，不适合应用于初期火灾为小规模火灾的场所；三是为了保证线型感温火灾探测器的探测有效性，实现火灾的早期探测报警，工程安装均采用接触式正弦波敷设的安装方式，不利于工程维护及检修。上述不足限制了探测器的应用场所。
2火灾探测技术
2.1火灾探测原理
火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程,它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的干扰,火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式(能量流)的形式向外释放能量。接触式形式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。各种探测器对应的火灾物理参量及探测器如图1所示.
图1火灾物理参量与对应传感器
随着传感技术和信号处理手段的不断完善,火灾探测技术也随之有了突飞猛进的发展,并已从单一的物理量探测逐步转变为多元复合智能探测模式,为火灾监测提供了可靠的保证。
2.2火灾探测算法
将火灾发生的物理特征通过传感单元转化为电信号以后的一个问题就是判断是否报警,这就需要靠火灾探测算法来实现。根据对火灾物理参数探测方式的不同,可将探测算法分为接触式火灾探测算法和非接触式火灾探测算法两类。其中接触式火灾探测算法主要应用于火灾探测传感器中的感温、感烟和气体传感器等。早期都是使用阈值法,就是在传感器中设定一个阈值,如果检测到的参数高于这个设定值,探测器就会发出报警信号。环境变化的影响会影响探测器的探测性能,固定的阈值探测算法显然是不合理的,例如在气温高的时期和气温低的时期,对于温度传感器的报警温度应该有所不同,探测器长期暴露于空气中,也会影响其判断的灵敏度,基于这些因素产生了浮动式的判断阈值算法。使用这种探测算法的探测器通过跟踪环境影响的变化对阈值进行自动调整,从而保证更高的正确报警率。
3.实体火灾试验验证
3.1电缆桥架火灾模拟试验
电缆桥架火灾模拟试验，如图2所示。加热装置采用加热带，在每根动力电缆表面沿电缆方向敷设加热带。高灵敏线型感温火灾探测器产品敏感部件吊装在电缆桥架上（电缆桥架长度为２５ｍ），架空高度２５ｃｍ；其他缆式产品采用接触式正弦波敷设在电缆桥架上，光纤产品沿每根动力电缆进行接触式敷设。对加热带通电进行加热，模拟动力电缆异常发热情况，加热带升温速率为８～１０℃／ｍｉｎ。
试验结果：高灵敏线型感温火灾探测器产品在５５～６５ｓ报警，其他缆式产品在１４０～１６０ｓ报警，光纤产品在１８０～２００ｓ报警。试验结果表明，高灵敏线型感温火灾探测器产品在非接触式直线架空安装条件下比接触式安装的其他缆式和光纤产品的火灾响应时间快很多。
3.2离子感烟探测器
当有火灾发生时,烟雾粒子进入检测电离室后,被电离的部分正离子和负离子吸附到烟雾离子上去。因此离子在电场中运动速度比原来降低,而且在运动过程中正离子和负离子互相中和的几率增加,使得能够到达电极的有效离子数更少;另外由于烟雾粒子的作用,α射线被阻挡,电离能力降低了很多,电离室内产生的正负离子数就少,从而使得电离电流减少。
图2电离室示意图
离子感烟火灾探测器按电离室可分为双极性和单极性两种。整个电离室全部被α射线所照射,电离室内的空气都被电离,我们把这种电离室称为双极性电离室。所谓单极性电离室,是指电离室局部被α射线所照射,使一部分形成电离区,而未被α射线所照射的部分则为非电离区。这样在同一个电离室内分为两个性质不同区域。实际使用的离子感烟探测器都采用两个单极性电离室串联的形式,一个作为检测电离室,另一个作为补偿电离室,这样可以减少环境温度、湿度、气压等自然条件变化对电离电流的影响,提高探测器的环境适应能力和稳定性。
3.3光电感烟探测器
光电感烟火灾探测器按其动作原理的不同,即烟雾粒子对光路遮挡和对光散射原理,可以分为减光型和散光型两种。减光式光电感烟火
灾探测器的检测室内装有发光元件及受光元件。在正常情况下,受光元件接受到发光元件发出的一定光量;而在火灾时,探测器的检测室内进入了大量烟雾,发光元件的发射光受到烟雾的遮挡,因而使受光元件接受的光线减少,光电流降低,探测器发出报警信号。
图3光截面线型光束感烟光路示意图
在光路设计中利用主动红外光源作为接收目标,结合红外面阵接收器,一个发光元件对多个受光元件,形成多光束红外光截面,对空间可实现任意曲面覆盖监控,使监控面积大大增加,测量烟雾通过红外光截面对光的散射、反射与吸收情况,提高了快速响应区域的面积,另外,对接收相邻光束形成的序列图像应用相关算法进行处理,可排除偶然误报因素。
4.火灾探测器的发展趋势
4.1多传感器复合探测
复合式火灾探测器是一种响应两种或两种以上火灾参数的火灾探测器。已经投入使用的有感温感烟火灾探测器、感光感烟火灾探测器、感光感温火灾探测器、差定温火灾探测器等,现在又有了进一步的发展,出现了探测三个参量或更多参量的探测器,如:一氧化碳、光电感烟和感温三复合火灾探测器等。今后随着科学研究的不断发展,各种技术手段日趋成熟,将会实现更多火灾参量的信息融合,在最大程度上及时准确的预报火情。复合探测器与单一参量的探测器相比具有误报率低、反应灵敏、使用场合广等诸多优点,因而也被应用到了火灾探测报警的众多场合。
4.2小型化、智能化
随着微处理器、集成电路技术、纳米技术和信息处理技术的发展与完善,火灾探测器由传统开关量式变为模拟量式,体积更加小巧,轻便,信号处理方式也日趋智能化,由原来简单的直观法跨入了趋势算法、斜率算法、持续时间算法、模糊逻辑和神经网络智能算法等一些较为复杂的系统算法,使火灾探测准确性和可靠性有了质的飞跃。神经网络探测算法以其较强的学习能力、环境适应性、容错能力和并行处理能力等优点已经逐渐成为目前被使用研究的最为广泛的一种智能算法。
结论
多功能分体型电气火灾探测器既能避免单一型电气火灾探测器由于误报警、误动作造成的不必要的损失，又能解决整体型电气火灾探测器由于整体度高而带来的维修不便等弊端。
参考文献:
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论文作者:梁泽健
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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