[科普中国]-自动火灾探测器

现代建筑中要求具备火灾报警以至自动消防系统的越来越多。自动感烟探测器是一种室内安装的探测器，可以探测可见和不可见的烟雾，对火灾进行早期预报。在火灾发生初期，当进入离子感烟探头中采样室的烟浓度超过由参考室决定的门限值时，离子感烟探头底座上的指示灯将点亮，同时送出报警电压信号。1

火灾探测器是火灾报瞥系统的关键部件, 了解它的原理、性能, 从而合理选择使用至关重要。目前,火灾探测器根据性能大致分为三类, 即感烟探测器; 感温探测器; 火焰探测器。

感烟探侧器又可分为离子感烟、光电感烟及红外感烟探测器。

离子感烟探测器

该探测器内有一个离子腔, 腔内设有一低放射量离子放射源( 一般采用同位素镅241)。 在正常情况下, 离子流过离子腔而形成一微弱电流。 当空气中出现烟雾时, 烟雾的作用使离子腔电流减少, 减少到一定程度, 触发报替电路, 发出火警信号。

该探测器灵敏度高且一般可调, 工作可靠, 寿命长, 应用最为广泛。 国外如欧美、日本等国, 国内许多厂家均有生产。

光电感烟探测器

该探测器设有黑色内室, 室内装有红外发光元件, 发射红外光束。 室内同时装有红外敏感元件, 与红外光束成钝角, 正常情况下, 红外光束不能抵达敏感元件。 当有火灾发生, 烟雾进入暗室, 红外光束遇到烟的颗粒发生散射而作用于光敏元件, 使之产生一微弱电流, 经处理, 触发报警电路。

该探测器价格低, 对环境无污染, 是一种很有前途的传感器。 但在可靠性、抗干扰能力方面比前者要稍逊一筹。

红外感烟探测器

该探测器一般配对使用, 一端为发射器, 发射红外光束, 另一端为接收器, 接收红外光束。 当有火灾发生, 烟雾使红外光强下降, 烟雾达到一定浓度, 光强下降到一定程度,接收器触发阀值电路而报替。

该探测器监测范围大, 例如锦洲消防仪器厂生产的JT Y —HS型红外光束探测器, 其监视距离200 m , 左右各7m, 监视面积达2800m2 , 非常适合大型仓库、地道等场所, 显得十分经济, 但用户安装不便。

感温探测器可分为定温式和差温式。

定温式探测器

该探测器采用临界热敏电阻作为敏感元件, 这种敏感元件在常温下阻值极高, 达1MΩ以上。 随环温升高, 阻值略有下降, 当达到设定温度时, 阻值会迅速下降至几十欧, 使信号电流发生阶跃性变化, 触发阑值电路, 达到报警目的。 此外还有缆式线型定温火灾探测器。

差定温式探测器

该探测器一般有电子式和机电式。

电子式差定温探测器采用两个N T C 热敏电阻, 其中取样电阻Rm, 置于监测区域的空气中, 参考电阻Rr密封在探测器内, 当环境温度缓慢上升时, Rm和R均有响应,探测器表现为定温特性。 当有火情发生, 环境温度急剧上升时, Rm阻值迅速下降, 而R阻值缓慢变化, 此时, 探测器表现为差温特性, 达到预定值时, 探测器给出报警信号。

机电式差定温探测器是利用热传递和气体受热膨胀的原理而研制出的一种探测器, 火灾发生时该探测器将燃烧产生的环境温升速率转换成电信号送出。

感温探测器可靠性高, 无污染, 价格低廉。 但适宜选用的场所少, 如与离子感烟探测器配合使用效果更佳。

该探测器核心部件是紫外火焰敏感元件, 简称紫外管。 紫外管对火焰中波长185—24 5n m 的紫外辐射特别敏感;对阳光以及普通人工照明光源不敏感。当火灾发生时, 特别是由易燃物品( 如汽油、酒精、煤油、火药等) 明火等引起的火灾发生时, 紫外管放电导通, 探测器迅速给出报替信号。

可以说紫外火焰探测器在许多方面有其它探测器无法比拟的优点, 比如, 它对明火反应的灵敏度极高, 有很强的抗干扰能力, 安装使用十分方便, 无放射源等等。唯一不足监测距离较短, 价格相对偏高。2

火灾探测系统包括一个由微处理器控制的探测器，而该探测器中至少有三个传感器。一个宽带红外传感器用作主要探测器，一个近红外传感器和一个可见光传感器则用于探测来自非火源的虚警能量。数字信号处理部分用于分析敏感到的数据和鉴别虚警信号。

探测器可以制成一种多级报警系统，并由微处理器有选择地进行触发。本系统对预烧数据可进行光谱记录和分析。探测器可以装在带有塑料窗口透镜的密封的、可以拆卸的塑料外壳内。

到目前为止，火灾探测报警技术已发展成为一门多学科、多专业的综合应用科学。在建筑、工业、国防和科学技术等各个领域内得到了广泛应用，它已成为人类同火灾作斗争的重要手段。在预防火灾、保护国家经济建设和人民生命财产安全方面发挥了巨大的作用。现代火灾报警系统已全面向集成化、智能化、多功能化及总线传输化的方向发展。火灾探测技术也开始从单元探测向多元复合探测过渡，一种新型的多功能、高可靠性的多元复合探测技术正在蓬勃兴起，并已取得了较大进展。

由于单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器(包括阈值触发式和模拟量式)对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制。如感温探测器对阴燃火不敏感，响应速度慢，不适于探测早期火情，雨且也不能区分是火灾的热还是空谓或烹饪蒸气的热；离子感烟探测器对有焰火较灵敏；但对阴燃火报警迟缓，容易产生不报警；光电感烟探测器不仅可探测一般火情，还对阴燃火有极好的探测效果，只对燃烧产生的不可见烟(粒径小于0.44μm)或出现明火的黑烟容易不报警。但是，两者都不能区分是火灾的烟，还是烹饪蒸气或香烟的烟雾等。

正因为如此，尽管科研人员为改进和提高火灾探测技术水平进行了艰辛的努力，使火灾探测器在灵敏度、可靠性和使用性能方面做过许多技术改进，并取得了可喜的成绩。例如在消除电磁干扰、防虫措施、电子元件可靠性、防止电流泄漏的涂层技术及无噪声光电感烟探测室等。但是至今仍然没有一种单一参数火灾探测器能有效地探测各类火情，人们要根据不同的使用场所以及该场所可能会发生的火灾类型来合理地选择火灾探测器的种类。如果选择不当，就易造成误报或漏报。加之现实中的火灾多种多样，又具有较大的偶然性和不稳定性，使早期阶段的火灾现象和虚假火灾现象常常混杂在一起，很难及时做出准确的判断。因此火警误报时有发生。可以说，由于误报警造成的一系列麻烦现已成为一个不容忽视的社会问题，引起了各界人士的重视。

鉴此，单元火灾探测技术已无法满足现实火灾报警的需要。一种崭新的多元复合探测技术悄然兴起。它决不是原有单一参数火灾探测器的简单组合，而是实施多元同步探测，并及时进行综合智能信号处理，使二种或三种以上不同类型探测器的功能协调地复合在一个探测器中。因此，它既是一种多维的传感器，又是一种智能型装置。根据其同时测得的不同类型的火灾模拟量参数，并将其转换成数字信号，然后进行综合智能算法，以判断是否存在火灾危险。这样不但大幅度提高了可靠辨别真实与虚假火灾的能力，还对不同类型的火灾都具有较高的灵敏度。

未来火灾探测研究的发展将受以下的问题的推动。

提高探测系统性能，在现有工艺的基础上，准确区分火灾与非火灾的环境变化：

采用新型探测技术和探测器扩展现有系统的能力；

特殊危险环境下(如电信大楼、计算机网络中心、载人航天器)的火灾探测技术，环境总是处于无规律变化中的火灾探测技术。

在火灾探测的基础研究上，将持续发展的方向有：如何预知现有探测扑救系统在非理想的实际状况下的性能、如何区分与火灾现象具有相同(相似)产物的背景源、加热和燃烧状况下材料行为、如何探测低浓度的热解或燃烧产物(光、热、烟气)等。

在探测的应用技术方面，以下几个方面将进一步发展：

(1)其他领域的新技术引发火灾探测技术新途径；

(2)多元复合探测和多判据探测，其中尤以气体复合探测器为代表：

(3)激光技术在火灾探测中的应用。激光图像粒径分群将是一种有效的火灾/非火灾识别方法，激光前向/后向散射的应用将极大改善光点激光感烟探测的性能。

(4)模糊逻辑、神经网络算法和其它小波变换的信号处理方法在探测算法中的引入；

(5)火灾探测技术与自动化、现代通讯技术、智能大厦技术的进一步结合，火灾探测系统更趋自动化、开放性和模块化。

火灾探测，作为一个与国民经济、入民生命财产安全息息相关的新兴技术，已经进入了一个科学化、系统化的发展轨道，有着广阔的发展前景和应用市场，必将在今后一段时期内蓬勃发展，并在生产和生活中扮演越来越重要的角色。3