如何改进点型光电感烟火灾探测器的灵敏度.docx

孙爽(公安部沈阳消防科学研究所, 辽宁 沈阳 110031)摘 要: 根据数字模拟阴燃火、明火散射光强度的角度依存性和实际验证, 证明通过设计合理的散射角度, 改进点型光 电感烟火灾探测器 ( 以下简称光电感烟探测器) 的灵敏度, 可以 实现对各种火灾的均一探测。关键词: 光电感烟探测器; 散射光强度; 散射角; 粒径中图分类号: tu 89文献标识码: b文章编号: 1009- 0029 (2002) 05- 0065- 03引言1光电感烟探测器一般对烟粒径比较大的阴燃火探测能力较高, 对烟粒径比较小的明火探测能力较低; 相 反, 离子感烟探测器对明火探测能力较高, 对阴燃火探测能力较低。有效地复合离子感烟及光电感烟探测器, 可以实现对各种烟的有效探测报警。 但从降低探测器 的成本角度来看, 这种光电离子复合探测器实用性较 低。 理想的光电感烟探测器是在不增加光电感烟探测 器成本的同时, 通过改进探测器的迷宫结构, 设计合理的散射角, 实现对明火、阴燃火的有效探测。 根据燃烧理论, 当烟浓度达到一定程度时, 明火烟的散射光强度小于阴燃火烟的散射光强度, 两者间的 强度差随散射角度的变化而变化。 选择合适的散射角 度, 使光电感烟探测器可能减小对阴燃火及明火的灵敏度差, 实现对各种不同燃烧材料火灾的早期探测。图 1 散射光强度的角度依存性 ( 模拟值)2. 2试验根据数字模拟的结果, 试验研究光电感烟探测器 灵敏度的角度依存性。表 1 计算条件试作 7 只光电感烟探测器, 除发射、接收光电二极管的角度分别为 30、40、50、60、90、105、120之外,其余机械、电路部分完全相同。 使用标准烟箱, 烟源分 别利用液体石蜡、气溶胶、滤纸、线香、棉绳和煤油, 测 试光电感烟探测器的动作浓度值。 试验烟的发生方法 见表 2。 根据试验结果, 气溶胶、滤纸和线香成相同趋 势, 因此, 将滤纸、棉绳、煤油烟的试验结果进行整理比较。表 2 烟源和发烟方法2 散射角和粒子选择性2. 1 数字模拟图 1 是对明火烟及阴燃火烟散射光强度的角度依 存性进行解析的数字模拟结果。计算条件如表 1 所示。利用滤纸烟代表阴燃火烟, 利用煤油烟代表明火烟。由图 1 可以发现: 在照射方向前方, 散射角角度越 小, 散射光强度越大, 随着角度的增大, 散射光强度变 小; 达到最小值之后, 随着角度的增加, 光强将再次变大。 煤油烟的最小值在 90附近, 滤纸烟的最小值在120附近。在照射方向前方, 散射角角度越小, 两者之 间的光强差越大; 而随着散射角度的增大, 越接近照射 方向的相反方向, 两者之间的光强差越小。2. 3试验结果图 2 表示滤纸、棉绳、煤油烟的散射光强和散射光 角度依存性的相对值。 将图 2 滤纸和煤油的数据与图1 数据模拟的结果相比较, 可以发现虽然滤纸烟和煤油消防科学与技术 2002 年 9 月第 5 期65烟 源发烟方法气溶胶en 54 p a r t7滤 纸日本消防产品检定业务规程线 香敷岛香棉 绳u l 268煤 油u l 268燃烧材料滤 纸煤 油燃烧方法日本消防检定业务规程u l 268粒径分布使用散射光式粒径分析器 ( 0. 1 m 1. 0 m )浓 度1. 0 % /m光 源白炽灯烟之间的散射光强差略微大, 但是图 1 和图 2 呈相同的趋势和倾向。 棉绳烟的散射光强位于滤纸和煤油烟 的中间。 在散射角 300 120的范围内煤油烟和棉绳烟的数据完全不一致; 在 100以上的范围, 棉绳烟和滤纸烟的数据几乎一致。从以上的试验结果来看, 光电感烟探测器的散射角度应该大于 100。 但是增大散射角度, 虽然改善了 粒子选择性, 同时大幅度减少了散射光量的绝对值。实际比较测量散射角为 40和 100条件下滤纸烟的散射光量, 二者之间有 5 倍之差。另外, 将散射角设定在 90 以上时, 接收光电二极管将直接面对光源照射的迷宫 壁面, 不易区分判断探测器的污染状态, 将导致探测器的不稳定。因此, 以确保探测器电子回路稳定所必须的 信号量为前提, 将散射角度设定为 70, 试作了试验样 品。3. 2验证试验验证试验选用一只新型光电感烟探测器 ( 散射角 为 70)、一只传统的光电感烟探测器 (散射角为 40) ,进行以下对比试验:( 1) 在标准烟箱内测量对滤纸、棉绳、煤油标准烟 的响应阈值, 比较灵敏度;(2) 按照 en 54 p a r t 9 的规定, 进行 5 种试验火燃 烧试验, 比较响应特性。3. 3试验结果( 1) 将两只探测器对滤纸烟的灵敏度设定为 5 % / m , 它们对于棉绳烟和煤油烟的响应阈值如图 4 所示。 新型探测器对于棉绳烟和煤油烟的灵敏度接近于滤纸 烟的灵敏度, 实现了改善灵敏度的目标。图 2 散射光强度的角度依存性 ( 试验值)根据图 2 的试验结果, 按照粒子选择性的观点, 确 定其角度依存性, 见图 3。 以滤纸烟为基准, 比较各种 烟为获得相同的散射光强所必须的必要烟浓度的比 值。 例如, 散射角度为 40时, 煤油烟和棉绳烟的数值 分别为 8 和 3, 表示煤油烟只有为滤纸烟浓度的 8 倍、 棉绳烟为滤纸烟浓度的 3 倍时, 才能得到和滤纸烟相 同的散射光强。从图 3 可以看出, 散射角度较小时, 对各种烟的灵 敏度差值较大。而随着散射角度的变大, 无论是煤油烟 还是棉绳烟相对于滤纸的强度比接近整数, 这说明散 射角度越大, 即接收光电二极管的位置越接近照射方 向的后方, 相对各种烟的灵敏度将可能实现均一化。图 4新型探测器 ( ) 传统型探测器 ( ) 对标准烟的响应阈值图 3 粒子选择性的角度依存性3 产品开发及验证试验图 5新型探测器 ( ) 传统型探测器 ( ) 对试验火的响应特性3. 1开发的制约条件66消防科学与技术 2002 年 9 月第 5 期 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. (2) 新型、传统型两只探测器按照 en 54 p a r t 9 规定的 5 种试验火的灵敏度结果如图 5 所示。 灵敏度级 别按照报警的时间分为a 、b、c 三个级别。a 级的烟浓度值最低, b、c 级烟浓度值依次增高, n 表示在规定范围内未动作。而a 的灵敏度最高, n 的灵敏度最低。 在两只探测器灵敏度相同的条件下, 新型探测器对各种火灾的探测性能优于传统型探测器。( 上接第 61 页) 由于网络分布式测控系统具有上述突出的特点, 特别适用于多参数、大量测点且测点位置较 分散的快速实时数据采集, 尤其是在测点较多、测点位置较分散且需要远距离测试的实体建筑火灾试验中,将逐步取代过去经常使用的集中式测控系统, 而成为 实体建筑火灾试验的主要数据采集工具。参考文献:1刘文彦, 周学平, 刘 辉. 现代测试系统 m . 北京: 国防科技大学出版社, 1995.结论42张文良.谈谈测控系统 a .公安部四川消防科研所消防科技论光电感烟探测器通过设计合理的散射角, 可以减小对明火、阴燃火的灵敏度差, 实现对不同燃烧材料火 灾的均一探测, 提高光电感烟探测器的探测能力。文选集 ( 1998-1999) c , 2000.公安部四川消防科研所. 地下商业街火灾烟气流动特性试验研究报告r , 2000.公安部四川消防科研所. 高层建筑火灾试验塔计算机综合测试系 统研究报告r , 1994.北京希顿工业控制有限公司. h t 8c 智能采集控制模板使用说明 书r , 1997.刘军军, 兰 彬, 张文良, 梅秀娟, 张青岚, 万世银. 地下商业街火灾烟气成分试验研究j . 消防科学与技术, 2001 ( 1).张青岚, 兰 彬, 张文良, 梅秀娟, 刘军军, 万世银. 地下商业街火 灾烟气流速的试验研究j . 消防科学与技术, 2001 ( 1)刘军军, 兰 彬, 张 文 良, 梅 秀 娟, 张 青 岚, 万 世 银. 火 灾 烟 气 中34参考文献:5日本消防检定协会. 检定规程业务, 1995.u l 268: sm o k e de tec to r s fo r f ire p ro tec t ive signa ling sy stem s, u nde rw r ite r s labo ra to r ie s inc. , 1996.en 54 p a r t 7: sm o k e de tec to r s - po in t de tec to r s u sing sca t te red ligh t. t ran sm it ted ligh t o r io n iza t io n, 2000.en 54 p a r t 9: f ire sen sit iv ity te st, 1982.126738co 2 浓度分析在地下商业街防排烟研究中的应用 j .与技术, 2002 ( 1).消防科学4d iscuss ion on how to im prove the sen s it iv ity ofpo in t- type pho to- e lec tr ic sm oke de tec torsu n sh u an gthe app l ica t ion of n e t- d istr ibuted de tec t ionsystem to the f ire te stm e i x iu 2ju an , zha n g w en 2lian g , l a n b in ,( sh enyang130031, c h ina)a bstrac t: t h e p ap e r d iscu sse s th e sm o lde r ing f ire and th e ange l o f th e sca t te red ligh t in ten sity o f th e op en f lam e by num e r ica l sim u la t io n. t h e ve r if ica t io n show s th a t th e sen sit iv ity o f th e po in t2typ e p ho to 2e lec t r ic sm o k e de tec to r can be im p ro ved by de sign ing app rop r ia te sca t te r ing ange l so a s to rea lize th e evende tec t io n o f a ll k ind s o f f ire s.f irer e sea rchin st itu teo f m p s, sh enyangj u n 2ju n , zha n g q in g lan ,w a n sh i2y in(s ich uan f ire r e sea rch in st itu te o f m p s, d u jiangyan 611830, c h ina)l iua bstrac t:co ncep t o f ne t2t h e p ap e r d iscu sse s th e newd ist r ibu ted de tec t io n co n t ro l. b a sed o n th e study ca se, th ep ap e r ana lyze s th e app lica t io n o f th e sy stem to th e o n 2th e2spo t da ta co llec t io n in fu ll2sca le f ire te st o f th e unde rg ro und shopp ing cen te r a s w e ll a s th e sy stem st ruc tu re and op e ra t io n p r inc ip le. a t th e end, th e p ap e r list s th e m e r it s o f th e sy stem and it s app lica t io n p ro sp ec t s in th e f ire te st.key words: ne t2d ist r ibu ted; de tec t io n co n t ro l sy stem ; da taco llec t io n; unde rg ro und shopp ing cen te rkey words: p ho to 2e lec t r ic sm o k e de tec to r;in ten sity o f sca2t te red ligh t; sca t te r ing ange l; re spo n se th re sho ld作者简介: 孙爽 (1970- ) , 男, 辽宁开原人, 公安部沈阳消防科学研究所助理研究员, 学士, 主要从事消 防电子产品的研究, 辽宁省沈阳市皇姑区蒲河街 7 号,110031。作者简介: 梅秀娟 (1972- ) ,