点型光电广谱感烟火灾探测器的研制.docx

点型光电广谱感烟火灾探测器的研制翁立坚（公安 部沈阳消防研究所 ，辽 宁 沈 阳 ）摘 要：开发了红外光对 典 型 烟 雾 颗 粒 可 变 散 射角感烟实验装置 ，以 确 定 峰 值 波 长 为 （） 红 外 光 适 宜 和 最 佳 的 前 向 、后向散射感烟角 。 研制了一种实用新型光电 感烟火灾探测器 。 通 过 试 验 研 究 种试验火典型烟雾对此传 感器的响应规律 ，确立了甄别黑烟或 白烟的火灾探测报警算法 处 理 技 术 。 试 验 证 明探测器对于可燃物阴燃或明火产生的不 同 粒 径 、不 同 颜 色 、不同温度的广谱烟雾达到了良好的均衡灵 敏 响 应 性 能 。关键词：感烟火灾探测器 ；红 外 广 谱 ；均 衡 灵 敏 响 应可变散射角感烟实验装置（见图 所示）。 通过开展红外光对不同粒径、不同颜色、不同浓度的典型烟雾颗粒不同 散射角感烟特性及其量化规律的实验研究，确 立 了 峰 值 波长为（） 红外光适宜和最佳的前向散射感 烟角和后向散射感烟角的基础研究成果 （见 图 所 示）， 即：适宜的前向散射感烟角 为，最佳前 向散射 感 烟 角 为 ；适 宜 的 后 向 散 射 感 烟角 为 ，最佳后向散射感烟角 为。关于红外光最佳前后向散射感烟角的研究成果，优 化了光电感烟探 测 基 础 理 论，为后续成功开发高性能的 点型光电感烟传感器提供了可靠的设计 依 据 和 理 论 支 撑，为有效解决点型光电感烟火灾探测器均衡灵敏响应 白烟和黑烟问题起到了关键作用。中图分类号：，文献标志码：文章编号：（）点型光电感烟火灾探测器是国内外城市建筑中使用最为广泛的火灾 探 测 器，但该探测器普遍存在对典型烟 雾均衡灵敏响应 性 能 较 差，特别是在一些应用场所对于 火灾初期物质阴燃产生的常温黑色烟雾出现延误报警甚 至漏报事故等消防安全问题。 因 此，研 制 对 各 种 可 燃 物 明火或阴燃产生 的 不 同 粒 径、不同颜色的广谱烟雾具有 均衡灵敏响应性能且经济实用的光电感烟火灾探测器一 直是国内外火灾探测报警领域的研究热点。笔者针对目前点型光电感烟火灾探测器亟待解决的 现实问题，从确立红外光最佳前后向散射感烟角的基础 实验研究入手，将最佳前向散射和最佳后向散射两种光 电感烟传感器进行优化组合设计，以及对光电感烟探测 电路、均衡灵敏感烟火灾探测算法、样品性能检验等成套 技术研发路线，介绍一种对不同粒径、不 同 颜 色、不 同 温 度的广谱烟雾具有良好均衡灵敏响应性能的实用新型光 电感烟火灾探测器的研制方法。红外光最佳前后向散射感烟角的确立掌握 最 佳 前后向散射感烟角是设计开发新型 高 性 能光电感烟传感器的关键。 以往国内外对此研究并不少 见，但结论过于 宽 泛，精确度令人置疑；笔 者 开 发 的 点 型 光电广谱感烟 火 灾 探 测 器，鉴 于 成 本、货 源、转 产 周 期 等 方面的考虑，决 定选用国内货源充足、价 格 低 廉、峰 值 波 长为（）、圆 形 透 明 封装的红外光发 射接收配对管作为光电感烟器件，而公知的光电散射感 烟角结论对此又 缺 乏 针 对 性，如果盲目照搬将有较大的 风险。 因 此，决 定 先 行 开 展“红 外 光 最 佳 前后 向 散 射 感 烟角”的基础实验研究。为此，笔者开发了红外光对典型烟雾颗粒 红外光前后向散射复合式光电感烟传感器的研制基于红外光最佳 前后向散射感烟角的基础研 究 成 果，此探测器感烟传 感 器 设 计（见 图 所 示）采 用 立 式 结 构，选用成熟廉价的峰值波长为（） 圆 形 透 明 封装的 发 收单波段红外光发射接收配对管 作为光电感烟器 件，将最佳前向散射感烟和最佳后向散 射感烟两种光电感烟传感器优化组合， 传感器后向感烟消防科学与技术年月第卷第期散射角即第一发光管 中心光轴 与接收管 中心光轴 的夹角 为，传感器前向散射感烟角即第 二发光管 中心光轴 与 接 收 管 中 心 光 轴 的 夹 角 为 ，并 兼 顾了其他性能优化设计，使 本传感器具有良好的进烟方位和有效的防虫、防风、防水 雾、防光干扰等优良性能，是一种对不同粒径、不同颜色、 不同温度的广谱烟雾具有灵敏响应性能的实用新型光电 感烟传感器。此传感器通过对光敏感烟元件的合理选用以及将最 佳前后向散射感烟传感器复合优化设计等关键技术研 究，使此探测器成本与目前国内生产的普通光 电 感 烟 火 灾探测器基本 持 平。 更 重 要 的 是，它 在本质上有效提升 了对粒径较小的黑色烟雾和粒径较大的白色或灰色烟雾 的广谱探测能力，为后续开发光电感烟火灾探 测 报 警 更 早期的、误报率更低的算法处理技术奠定了良 好 的 硬 件 基础。量监 督 检 验 中 心 按 和 等标准规定的试验方法进行了 项 委 托 检 验，列 出 其中 项试验结果。一致性试验数据一致性试验数据见表。一致性试验结论：（）此 探测器一致性试验响应阈值为 ，说明此探 测器从本质上摒弃了 “为了试验火黑烟 检测过关而过分提高探测器灵敏度”的不当做法；（）此探测器一致性试验 ： ， ：，说明此探测器响应阈值的一致性 良好。表探测器一致性试验报警响应阈值和判据均衡灵敏感烟火灾探测算法处理技术利用红外光前后 向 散射复合光电感烟传感器的优 良特性，开发相应的多传感器多判据火灾探测报警算法 处理技术，从而使本探测器达到理想的广谱均 衡 灵 敏 感 烟火灾探测性能，也是此研发项目必需解决的关键技术。 对此，笔者按照 点型感烟火灾探测 器规定的木材热解阴燃火（）、棉绳阴燃火（ ）、聚氨酯塑料火（）、正庚烷 火（ ） 种试验火典型烟雾 对此传感器响应规律的试验研究，确 立 了 以 下 能 够 甄 别 黑烟或白烟的火灾探测报警算法处理技术：（）当 （），则 判 断 为 黑 烟；（）且 、，则 判 断 为 火 警；（）当 （） ，则 判 断 为 白 烟；（）且 、，则判断为火警。其 中， 为 后 向 感 烟 位 上 升 值； 为前向感烟 位 上升值。此感烟火灾探测报警算法判断规则为：由算式（）和（）甄别黑烟或白烟；如果甄别为黑烟，则采用算式（）判 断火警；如果甄别为白烟，则采用算式（）判断火警。以上前后向散射 感 烟火灾探测报警算法对不同颜 色的烟雾（黑烟白烟）采取区别对待、分设不同报警门限 的方法。 当需要单独调整黑烟探测 灵 敏 度 时，不 影 响 已 设定的白烟探测灵敏度；反之，当需要单独调整白烟探测 灵敏度时，也不影响已设定的黑烟 探 测 灵 敏 度。 在 工 程 应用中，可针对保护场所可燃物发烟的颜色特 征 以 及 环 境差别等情况分别设置恰当的白烟和黑烟探 测 灵 敏 度， 从而既可确保火灾早期探测报警又有较低的误报率。火灾灵敏度试验火灾灵敏度试验结果见表。表探测器火灾灵敏度试验报警响应阈值和判据火灾灵敏度试验结论：此探测器对于木材、棉绳 种试验火产生的白色烟雾以及聚氨酯塑料试验火产生的灰 色烟雾其灵敏度均在 规定的合格判据下 限值 以内，对 于正庚烷试验 火产生的黑色烟雾其灵 敏度在 规 定 的 合 格 判 据 下 限 值 附 近，说明此探测器对 种试验火产生的不同粒径、不同颜 色的典型烟雾达到了均衡灵敏响应性能。十氢化萘火灵敏度试验十氢化萘火灵敏度试验见表。此项试验按照 标 准 规 定 的 试 验 方法。主要性能指标检测情况笔者研制的 只探测器样品送国家消防电子产品质，编 号木材热解阴燃 火响应阈值棉绳阴燃火 响应阈值聚氨酯塑料火 响应阈值正庚烷火 响应阈值合格判据编号响应阈值合格判据：（）（）十氢化萘火灵敏度试验结论：（）此探测器对十氢化萘试验火产生的低 温 黑 色 烟 雾其灵敏度在 标准规定的合格判 据 以内，该项性能指标优于目前国际同类领先产品。（）此探测器无为提高光电感烟火灾探测 灵 敏 度 而 附加的感温元件，属于本质光电广谱感烟火灾探测器。前向散射感烟和最佳后向散射感烟两种光电感烟传感器优化组合，并且建立了相应的能够甄别黑烟或白 烟 的 火 灾探测报警算法处理技术，研制成功了一种对不同粒径、 不同颜色、不同温度的广谱烟雾具有均衡灵敏响 应 性 能 的实用新型光电感烟火灾探测器，从 本 质 上 有 效 解 决 了 该类探测器对于火灾初期物质阴燃产生的低温升黑色烟 雾灵敏响应的关键技术。 对于提高我国建筑火灾征兆识 别和火灾早期探 测 技 术 水 平，促进国内消防产品 的 更 新 换代和技术升级，提升城市火灾防控能力，构筑社会消防 安全“防火墙”是十分必要的。表探测器对十氢化萘火灵敏度试验报警响应阈值和判据参考文献：，点型感烟火灾探测器，：孙爽点 型光电感烟火灾 探测器的灵敏度 消防科学与技术，（）：疏学明，袁宏永，赵建华，等光电探测器及其在火灾探测中的应用 消防科学与技术：，（）： 此探测器对 种典型烟雾均衡灵敏响应性能总结此探测器对 种 典 型 烟雾均衡灵敏响应性能总结，见表 所示。表 探测器对 种典型烟雾响应性能的检测数据 （，） ： ， （） ， ， ， ：； 从表 可 看 出，此探测器对于石蜡气溶胶、木 材 阴燃、棉绳阴燃产生的常温白色烟雾，聚氨酯明火产生的高 温灰色烟雾，以及十氢化萘明火产生的低温黑色 烟 雾 等 种 典型烟雾的响应 阈 值 均 在 和 等标准规定的合格判据下限值 以内，对于正庚烷明火产生的高温黑色烟雾的响应阈值在 规定的合格判据下限值 附近；此外，此探 测器对于以上 种典型烟雾的响应阈值范 围 比 较 接 近， 表现出较好的 均 衡 响 应 性 能。 由 此 可 见，此 探 测 器 对 于 可燃物阴燃或明火产生的不同粒径、不同颜色、不同温度 的广谱烟雾达到了良好的均衡灵敏响应性能。作者简介：翁立坚（），男，公安 部 沈 阳 消 防研究所报警研究室副研究员，主要从事火灾探测报警 技术研究和产品开发工程应用工作，辽宁省沈阳市皇 姑区文大路号，。收稿日期：结束语通过开发红外光对典型烟雾 颗 粒 可 变 散 射 角感烟实验装置，开展红外光对典型烟雾不同散 射 角 感 烟特性 及其量化规律的实验研究，确 立