[科普中国]-紧急警报器

紧急报警器是由两个555定时器组成的双音紧急报警器， 其中IC1的5脚为控制端，片内接比较器的反相输入端，电位为2/3VCC。 一般555组成自激多谐振荡器时，将5脚通过一个小电容(0.01μF～0.1μ)接地，以防止外界干扰对阀值电压的影响，当需要把它变成可控多谐振荡器时，可以在电路的5脚外加一个控制电压，这个电压将改变芯片内比较电平，从而改变振荡频率，当控制电压升高(降低)时，振荡频率降低(升高)，这就是控制电压对振荡信号频率的调制。利用这种调制方法，可组成双音报警器。

概念紧急警报器是由555定时器电路等组成，是一种中规模集成定时器，应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件，就可以构成各种不同用途的脉冲电路，如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。由555定时器做成的紧急报警器，可应用于紧急或突出情况的警报，以最快最有效的方式发出警报声，从而让周围人群可以最快察觉危险。1

紧急报警器功能实现的设计方法紧急报警器功能实现的设计技术要求为了实现紧急报警器的功能，在设计紧急报警器之前，我们有必要了解清楚紧急报警器设计的技术要求。

（1）原始特性要求

紧急报警器作为一种重要的报警设备，其原始特性方面需要达到以下的技术标准。一是紧急报警器起动电路系数大小的确定，是基于匹配电机的最大力矩。为折算力矩系数的0.85—1倍，基本单位为min2/m，或者s2/m；二是区间内紧急报警器最大力矩系数，取值至多等同于折算力矩系数；三是区间内紧急报警器最小力矩系数，取值至少等同于折算力矩系数的0.6倍：四是标定工况紧急报警器力矩系数。在0.8x10-6min2/m或者2.88x10s2/m以上；五是标定工况的传动比，根据匹配紧急报警器电机标定功率有关。当功率小于40kw。传动比为0.94；当功率在40— 55kw之间，传动比为0.96；当功率在75—132kw之间，传动比为0.965；当功率大于132kw，传动比为0.97。

（2）可靠性指标要求

在满足紧急报警器原始性功能要求的基础上，还要综合考虑到紧急报警器应用环境的条件，譬如用于工业生产的紧急报警器，可能会因为过热或者过压而发出报警信号，需要将无故障工作时间保持在2000h 以上，在组配件出现损坏，并且没有办法进行修理时，则需要更换紧急报警器，但这些组配件的使用寿命，至少为10000h。

紧急报警器设计方法的优化建议在了解紧急报警器设计技术要求的基础上，在紧急报警器设计时。需要掌握设计相关的所有技术参数，并对相关的设计方法予以优化，以保证紧急报警器预期功能的实现。按照紧急报警器设计的技术参数，在设计的过程中，需要借助合理的设计方法。通紧急报警器敏感度的弹性控制，提高紧急报警器的灵活水平，同时可减少设计的缺陷。

(1)优化方法。根据以上的技术参数，设置目标函数，而其中必须兼顾相关的限制条件。紧急报警器的目标函数属于二次函数，借助非线性规 划的方法，将紧急报警器设计时可能出现的各种约束优化问题，在修正矩阵后，转化成为无约束优化问胚，使得紧急报警器的可靠性和适应能力得以增强。在此，针对紧急报警器弯曲约束边界收敛效率比较低的问题，需要借助搜索监控技术，以及通过自动调整步长的计算方法，增强整体收敛性和提高差分计算梯度的精度，使得紧急报警器在优化设计后，可靠性和适应性得以同步提高。

(2)优化设计模型。将紧急报警器的功能实现作为设计目标，其中根据重度、截面直径、间距等，调整出最轻的质量。另外，报警敏感度条件、刚度条件、静强度条件、结构条件，均为模型优化设计时的主要约束条件，报警敏感度条件根据报警需求而定；扭转变形根据扭转角、材料剪切弹性模数、极惯性矩、许用扭转角计算得出；静强度要求是根据计算截面承受最大弯矩、计算截面承受最大弯矩、屈服极限、静强度安全系数等计算得出；结构条件根据直径极值、承间距极值确定。

(3)优化设计结果。通过以上的优化设计，紧急报警器实现了理想的软起动，并有效克服了负载变化对紧急报警器特性稳定的影响，使得紧急报警器控制系统要求的精度和传动效率得以提高。有利于紧急报警器的装配和维修。

研究结论综上所述，为了满足紧急报警器的功能要求，在设计紧急报警器之前，我们有必要了解清楚紧急报警器设计的技术要求，而在紧急报警器设计时，需要掌握设计相关的所有技术参数，并对相关的设计方法予以优化。文章通过研究，基本明确了紧急报警器设计优化的方法，但随着紧急报警器实用性功能的提出，我们还需要结合实际的条件，对以上设计方法予以不断完善。2

聋人安全紧急警报器的设计与开发研究研究背景现有技术条件下，聋人安全少一道屏障。假如在夜深人静的时候，聋生宿舍发生火灾，将是一个非常可怕的场面。因为绝大多数学校无法迅速使熟睡的聋生警醒，没有恰当的工具，大家将束手无策。现有的聋人叫醒装置，结构比较复杂，例如发明名称为：震动叫醒器（CN92201247.4）和聋人叫醒装置（CN93207702.8）的专利，虽然都具有惊醒作用，但这两种叫醒装置都采用电路控制装置，遇到紧急情况停电后难以发挥作用，同时还存在安全隐患。

适当的残疾人用品用具不仅能够在实践上方便残疾人的学习、工作、生活，还能够使残疾人从“不能”变成“能”。在理论上，可以从注重“残疾”的消极观点转向注重“潜能”的积极观点，从而改变对残疾人的认识。研究将介绍一种新技术，使聋人（睡眠状态下）安全紧急警醒的难题迎刃而解。填补了一项残疾人用品用具的国际空白，使聋人在紧急安全方面也处于平等地位。

设计原理（1）振动觉原理

通常情况下，主要是通过视觉补偿听觉缺陷。实际上，视觉的许多特征与听觉并不匹配。听觉可感知的信息是360°全方位的，视觉的感知范围小于180°。尤其是在睡眠状态下，视觉信息几乎是完全无效的。

振动觉是360°全方位的，在这一点上，振动觉与听觉是平行的感觉，通过振动觉补偿听觉缺陷有了一定的优势。本装置通过振动觉全方位补偿听觉缺陷是一个新的尝试。由于振动觉是一种近距离感觉，主要靠接触感知，振动觉感受性很低。因此，振动觉信息的传递比较困难、复杂。本警报器以床为振动觉传播媒介，能够确保振动信息有效传达到聋人，使睡眠中的聋人警醒。

（2）乘法原理

本警报器使每个聋人被警醒的概率达到90%以上，独立的看这个理论有效率的标准并不高。但是，它的实际有效率是非常高的。一个人未被警醒的概率是A=0.10，每个人未被警醒是独立事件，符合概率的乘法原理条件。 按4个人一间宿舍计算，4人全都未被警醒的概率是：P=AAAA=0.0001

每个宿舍只要有1人被警醒，摇晃一下其他人的床，整个宿舍就可迅速安全逃生。因此，4人宿舍被警醒的概率是99.99%。如果是6人宿舍，被有效警醒的概率高达 99.9999%。在有人缺勤宿舍减少到3个人时，该宿舍被警醒的概率仍高达是99.9%，安全系数还是相当高的。当某些宿舍减员到1-2人时，宿值室要给予特别关注，本安全紧急警醒装置的有效率降低到 99.9%以下，处于不可靠状态。

基本结构（1）警报器主体机构

本实用新型包括控制绳、击打锤、立式套筒，套筒顶部设有滑轮和吊绳，控制绳与滑轮滚动相接，控制绳和吊绳间通过控制杆相接，控制杆上设有挂钩，控制杆上的挂钩为斜钩，击打锤上设有吊环，挂钩和吊环活连接，套筒底部设有固定座 ，其下部设有孔。本装置的挂钩为特制的曲线段钩，而非传统的圆弧钩，有利于击打锤脱落。 挂钩处于控制杆的非中心位置，有利于减少控制导索的拉力。

（2）控制盘结构

控制盘由底板、轴承、插销构成。主控导索缠绕在轴承上，平时由插销锁住轴承，主控导索处于紧张状态。紧急情况下，拔出插销，轴承自由转动，在重锤的重力作用下，主控导索从轴承退出，处于松弛状态。每个宿舍楼安装2个控制盘，一个在宿值室，一个在室外（同其他消防器材一样管理）。只要一个控制盘发挥作用，就可以击发整个单位的警报器。

本实用新型提供了一种结构简单、安全方便的聋人安全紧急警报装置。它的效果是：本实用新型的套筒固定在床板上，平时控制绳处于紧张状态，它通过控制杆将击打锤吊起，当发生紧急情况时，松开控制盘插销，分控导索、主控导索处于松弛状态，在重锤的重力作用下，控制杆一端下沉，控制杆绕非活动端按顺时针方向旋转，当挂钩（曲线段钩）开口略低于水平位置时，吊环和挂钩分离，重锤自动脱落，以自由落体方式击打床板，引起床板震动，达到报警作用。本警报器结构简单，便于操作，使用安全。

（3）控制传导结构

主控导索到楼层（每排平房宿舍），控制一个宿舍群，一个控制盘可以控制多个主控导索。分控导索与主控导索由拉环连接，每一个分控导索控制一个宿舍。拉环连接可以避免分控导索产生拉力平衡，确保控制传导到每个宿舍、每个床位，击发每个振动器。3

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学