建筑火灾探测器的发展

汪舟生

【摘 要】：科技的进步及人们生活水平的不断提高，其安全意识也逐渐增强，文章主要就建筑火灾探测器性能进行分析论证。

【关键词】火灾探测器；发展

中图分类号：X928.7文献标识码：A 文章编号：

火灾探测器是在人类长期和火灾的斗争中产生和发展起来的，在火灾自动报警系统中起探测火灾和报告着火部位的作用。

火灾探测器性能比较

由于建筑结构和功能的多元化，为了准确、及时地探测火灾并进行报警，选择火灾探测器时必须充分考虑火灾探测器的性能、建筑空间形状、火灾特点和可能发生的危险。下面就一些常用火灾探测器的性能和适用场合作一比较。

感温探测器

感温探测器一般分为定温式、差温式和差定温式三种类型。它们共同的工作原理是:物质在燃烧过程中，释放出大量的热，使环境温度升高，探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转化为电信号，传输给火灾报警控制器，根据感温探测器采集的温度信号，判定它是否超过某一阐值，发出火灾报警信号。单一的感温探测器由于灵敏度低，探测速度慢，尤其对阴燃不响应，误报率高。

感烟探测器

感烟探测器分为离子感烟探测器和光电感烟探测器，其原理和性能有所区别。

（1）离子感烟探测器

离子感烟探测器是利用烟气进入电离室后，烟粒子吸附在离子上，使室内的电离状态发生变化，离子电流减小的原理而制成的。烟的浓度越大，离子电流减小越明显。通过电子线路处理，探测器一方面发出声光报警信号，同时把信号传送给报警控制器。

离子感烟探测器能在物质阴燃发生气溶胶（即小颗粒的烟雾）就能发出报警信号，但它对阴燃响应较慢，其中用到放射性元素镅，有害人体健康，对工厂来说，必须有专门的地方来处理这种辐射性材料。在日本几乎不用离子感烟探测器，其生产数量不到感烟探测器的1%（也就是说，99%的感烟探测器都是光散射型的）。

（2）光电感烟探测器

光电感烟火灾探测器分为减光式和散射式。减光式光电感应探测器工作原理是当发生火灾时，探测器检测室内发光元件的发射光受到烟雾遮挡，因而使受光元件接收的光量减少，光电流下降，探测器发出报警信号。目前减光式光电感应探测器应用较少。散光式光感烟探测器工作原理则是在火灾发生时，烟雾进入探测器的检测室，由于烟粒子的作用，使发光元件发出的光产生漫反射，漫反射光被受光元件所接收，使受光元件的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转换成电信号的功能，探测器发出报警信号。散光式光感烟探测器目前应用较广泛。

光电感应探测器是通过探测粒径较大的烟雾粒子来探测火灾，它对粒径小于0.4um的不可见烟不响应。

气体探测器

气体探测器适用于散发可燃气体和可燃蒸汽的场所。由于火灾烟气是火灾中对人构成威胁最大的因素，而CO是火灾烟气的主要产物。在商场这类人员密集的场所宜布置CO探测器，防止在发生火灾情况下，人们在发现浓烟时已吸入过量CO中毒而无力逃生。但由于CO易与还原性气体发生化学反应，因而在有还原性气体的场所可能发生误报警。

红外火焰探测器和紫外火焰探测器

火灾发生时火焰的辐射能中有30%--40%以电磁辐射的形式消耗，这些磁辐射包括紫外线（UV）、可见光、红外线，它们包含着丰富的火灾信息用于火灾探测。但能够辐射出红外线的不仅仅是火灾的火焰，一些高温物体的表面，如炉子、烘箱、卤素白炽灯、太阳等都能辐射出与“火焰”红外线频带相吻合的红外线。因而这些并非火灾的红外源就十分容易使单波段红外火焰探测器产生误报警。同时，火灾中辐射出的紫外线也是火灾的重要特征，目前研究的紫外火焰探测器是利用火灾火焰的紫外线辐射到光电倍增管的阴极上吸收紫外线而引发光电效应，从而探测火灾信号的。当被监视场所有明火(火焰)燃烧时，由于火焰中有大量的紫外辐射，当紫外火焰探测器中的紫外光敏管接收到波长为0.185-0.245pm的紫外辐射时，就会有由光电效应产生的信号送给报警控制器，发出火灾报警信号，从而实现了火灾的光电转换，完成了紫外火焰探测的功能。

现有部分火灾探测器缺陷解决途径

综上所述，任何一种火灾探测器，都只是针对火灾中同时出现的多种物理量中的一种进行探测，则不可避免地受到环境中某些相似因素的影响，从而导致误报警。解决误报警问题己成为提高火灾探测准确性的关键所在。但这个关键的突破不在技术本身，而在基础和应用研究方面。为了减少和降低误报警，有以下几条比较有效的途径。

①避免和减少环境因素对误报警的影响。该方法着眼于报警因素，通过改进探测器结构设计和规定使用条件入手来降低误报警。

②考察参量变化与实际火灾过程的比较。该方法着眼于识别方式，通过模拟方式监测某单一物理参量的变化历程，并与实验所得火灾过程相应物理参量变化曲线相比较，由此判断火灾是否发生。其依据是：某物理参量在火灾过程中发生的变化与因环境因素而发生的变化大不一样。这种方法需要大量的火灾实验数据为基础。

③改单一物理参量监测为多参量复合监测，降低误报警。火灾发生时同时表现出许多物理现象，因此，对多参量同时进行监测，并以这些数据作为火灾判断的依据，从而会大幅度降低火灾误报警。实行多参量复合监测要依据所在建筑及火灾特点(或火灾数据)取舍物理量，既可降低火灾误报警，又能保证经济和技术上可行。

④寻找适当的信号处理算法，在提高灵敏度的同时又将误报率降到极限。信号处理算法可分为复合趋势算法，模糊逻辑算法和人工神经网络算法。部分新型探测技术简介随着现代科学技术的发展，火灾探测技术有了突飞猛进的发展。出现了下列几种新的探测方式。

图像探测方式

图像摄像方式火灾探测报警系统主要由图像采集系统以及分析软件组成。采集系统与普通的图像处理系统相似，也就是摄像头经采集卡输入计算机中监视图像，由计算机完成图像的预处理，存储、特征提取、结果判定和控制输出。目前研制出的图像火灾探测器有烟雾图像探测器、火焰图像探测器、激光图像感烟火灾探测器等。

高灵敏度吸气式感烟探测器

高灵敏度吸气式感烟探测器是主动式的探测器系统。内置的抽气装置在管网中形成了一个稳定的气流，通过所铺设的管路不断地从被保护区域抽取空气样品并送到探测器室进行检测。所采集到的空气样品经过过滤网来滤除空气样品中的灰尘或其他颗粒，以防止他们对测量结果产生干扰。在测量室内安装有一个静谧的激光发射装置及一个特殊反射镜，激光器发射出平行的激光光束，照射到空气样本上，如样本中有烟粒子存在，光束将产生前向散射，散射光线经凹面反光镜射入高灵敏度激光接收仪，所产生的电子信号经过处理计算，并根据测得散射光信号脉冲数，测量出空气样本中的烟粒子量。测得的信号，经“人工神经网络”微处理器处理后，与预先设定的报警闭值比较，如果达到警报级别则发出火警预报。其他杂乱光线透过中心光栏后由平面反光镜反射出测量室。

分布式光纤感温探测报警系统

分布式光纤感温探测报警系统利用激光光纤拉曼散射效应和光时域反射OTDR原理实现连续空间温度场的温度测量与位置确定。控制器向探测器注入高能窄激光脉冲，该激光脉冲在光线中传输时，除与传输介质相互作用，产生与激发光波长相同的瑞利散射光，还与介质分子发生非线性拉曼散射，产生与激发光波长不同的拉曼散射光。探测器不同位置上的背向散射回波，在不同时刻返回激光注入端。根据激光注入光线与背向拉曼光返回系统的时间差和光纤介质中光传输的速度的乘积之半等于散射区域注入端的光通道长度的关系，即OTDR原理，可以确定某时刻的拉曼光回波信号所对应的散射区位置。

光纤测温系统有如下性能特点：

探测器的本质安全特性

探测器的温度传感和信号传输均在一根光纤内以光信号形式实现，探测器不带电，具有本质安全特性，无需任何处理即可方便应用在诸如储油罐、储气罐、易燃易爆危险品仓库、化工生产车间等严格防爆场所;探测器信号不受电磁辐射、各种射线的干扰，可以安全稳定地应用在诸如雷达站、微波通讯站、变电所、电厂、核电站等严重电磁污染或放射性污染的场所和设备的安全保护。

②长距离、高密度、可定位多点温度探测报警。分布式光纤感温探测报警系统可在数公里长的探测器上进行高密度多点温度探测，并能精确确定探测点位置。

③有效的感温探测报警特性

分布式光纤感温探测报警系统是模拟量感温探测报警系统，具备模拟量系统过程可见的优点。系统能够对探测器所分布空间的温度场变化进行动态实时监测，指示位置和温度值。

信息融合技术

信息融合的概念并不是一个新的概念，人和动物都具有使用多个感知来改善他们的生存的能力。人类可以通过多种感知所获得的信息来准确地识别环境或物体的状况，并引导他们的下一步的动作，即使这些信息含有一定的不确定性、矛盾或错误的成分，他们也可以将各种传感器的信息综合起来，并使这些感觉信息相互补充、印证，完整地处理具有不同功能的多种传感器所获得的信息，实现由单个传感器所不能实现的识别功能，将这种方法应用于工 程实际中，就称为多传感器信息的融合。

结束语

火灾会给人们带来不可估量的损失，尤其是在人口密集的建筑物里，智能建筑火灾自动报警系统以智能的方式保护着人类的生命及财产安全，火灾探测器的选用做到经济合理，最大限度地发挥其功能，

这是我们研究的目的。

【参考文献】

[1] 姚绪良,赵斌华,赵一超《自动控制消防报警系统的设计应用

[2] 沈美明，温冬蝉.IBM-PC汇编语言程序设计.北京:清华大学出版社，1991.