火灾探测器的误报现象与改进.doc

火灾探测器的误报现象与改进方法随着经济的发展、大量楼宇的建成与使用，用于保障人身和财产安全的火灾自动报警系统显得越来越必要。如今火灾自动报警系统已被各大中小单位广泛应用，但仍存在一些问题，如系统误报、漏报频繁，误喷现象也比较常见，本文从火灾探测器的工作原理入手，分析火灾探测器的部分及主要干扰来源，并对此提出一些改进的方法。一、火灾探测器的工作原理火灾探测器是建筑物火灾自动报警系统的重要组成部分，也叫探头或敏感头。它的任务是探测火灾的发生，向报警系统发送火灾信号，向人们报警。探测器是怎样探测到火灾呢？火灾发生时，必然会产生烟雾、火焰或高温，探测器对这些都很敏感，会由于与他们的接触而改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程，向消防中控室发出火灾信号，并显示火灾发生的地点、部位。根据这种情况我们将火灾探测器分为三类：感烟、感温、光辐射。1、感烟探测器一种是离子感烟探测器，一旦有烟雾窜进外电离室，干扰了带电粒子的正常运行，使电流、电压有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，探测器就会对此产生感应，发出报警信号；另一种是光电感应探测器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常由发光元件发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就会显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化转换成电流的变化，通过放大电路发出报警信号；还有一种是管道抽吸式感烟探测器，通过烟雾的反射或散射作用产生光感电流，主要用在船舶上。这种探测器采用半导体元件，体积小、价格低、耐震强、寿命长，很有发展前景。2、感温探测器一种是运用金属热胀冷缩的特性：在正常情况下，探测器的电路处于断开状态，当环境温度升到一定值时，金属的膨胀、延伸使电路接通，发出信号；另一种是利用易熔金属的特性，在探测器电路中固定一块低溶点合金，当温度上升到它的熔点时，金属熔化，借助弹簧的作用力，使触头接触，电路接通，发出报警信号。还有一种是温差型，当升温的速度超过特定值时，便会感应报警。3、光辐射探测器一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，会产生闪烁的红外光辐射，探测器中的硫化铅红外光敏元件会对此感应，并产生电信号，经放大后报警；另一种是紫外光辐射探测器，它是利用有机化合物燃烧时产生的紫外光，使紫外光敏感管的电极激发出离子，通过继电器等，接通电路报警二、火灾探测系统的技术现状与发展1、技术现状改革开放以来，伴随着经济建设和消防事业的迅速发展，我国消防产业进入蓬勃发展时期。中国消防电子产业是中国消防产业的一部分，又是技术含金量较高的一部分，并且还是发展最快的一部分，国际上一般性通用型的各消防报警设备都能生产。面对高新技术的发展机遇和国内市场国际化的竞争挑战，消防产品向更可靠、智能化、网络化的早期火灾探测报警技术发展。传统火灾自动报警系统与现代火灾自动报警系统之间的第一个区别主要在于探测器本身性能。由开关量探测器改为模拟量传感器上一个质的飞跃，将烟浓度、上升速率或其他感受参数以模拟值传给控制器，使系统确定火灾的数据处理能力和智能化程度大为增加，减少了误报警的概率。区别之二在于信号处理方法做了彻底改进，即把探测器中模拟信号不断送到控制器评估或判断，控制器用适当算法辨别虚假或真实火警，判断其发展程度和探测受污染的状态。这一较高质量的信号处理技术，意味着系统具有较高“智能”。增加系统可靠性是现代火灾探测报警技术的发展方向。智能式火灾探测报警系统按其智能的分配可分为三种系统一是探测智能，二是监控智能，三是探测智能和控制智能兼有。后者是智能化程度更高的系统，其可靠性更高，但缺点是成本高。2、发展前景人们对于火灾自动报警系统期望在于：首先要求系统早期发现火灾，其次是消除误报和降低系统的成本费。火灾智能报警系统最终可能发展机器人智能报警系统。现代火灾自动报警系统迅速发展另一方面是复合探测器和多种新型探测器不断涌现，探测性能越来越完善。在诸多新技术新产品中，一种将通常用的离子感烟改进为用传感器组合的复合探测器，由于空气中的含量变化早于烟雾和火焰的生成，因此，它响应速度更高，发展前景很好。另一种点型激光感烟探测器，其灵敏度高于目前光电感烟探测器倍，用它代替吸气式感烟报警系统提供甚早期火灾探测，而成本费用低得多，应用前景十分好。近年来红外光束感烟探测、缆式线型定温火灾探测器、可燃气体探测器等在消防工程中的应用日渐增多，并已有相应的产品标准和设计规范。该探测器的工作原理与光电感烟探测器类似，只是烟不必进入点型光电感烟探测器的采样室中。线型光束探测器在一个长达的路径上可代替若干个点型感烟探测器，具有保护面积大、安装位置较高、在相对湿度较高和强电场环境中反映速度快等优点，适宜保护较大的室内、外场所，尤其适宜保护难以使用点型探测器甚至根本不可能使用点型探测器的场所。智能防火系统作为楼宇自控系统的一部分，在智能建筑中既可与保安系统，其它建筑的智能防火系统联网通信，并向上级管理系统报警和传递信息，为城市消防调度指挥系统、城市防火管理系统与城市综合信息管理网络的联网运行提供火灾及楼宇消防系统状况的有效信息并与城市其他管理中心共享数据和信息。消防自动化系统纳入建筑设备自动化系统之中的广度与深度国内外差异很大。一般而言，国内智能建筑中消防自动化系统大多呈独立状态，自成体系，这种自成体系的消防系统与楼宇、保安等系统相互独立，互联性差，当发生全局事件时，不会形成其他系统配合联动和集中解决事件的功能。三、火灾探测器受干扰的原因及改进方法1、几种火灾探测器工作原理随着经济的发展、大量楼宇的建成与使用，用于保障人身和财产安全的火灾自动报警系统显得越来越必要。但火灾自动报警系统设置后，往往会发觉系统有些不尽如人意的地方。如：火灾探测器经常失效或损坏，维护费用增大；探测器经常误报警，使得消防值班人员饱受困扰。排除了设备质量不过关等情况后，我们发现这些情况往往是由于探测设备受到干扰而造成的。下面将从火灾探测器的工作原理入手，逐步分析探测器的部分和主要干扰来源，并对此提出一些改进的方法。火灾探测器的一般工作原理如图1所示：传感元件检测火灾产生物或火灾发生时的特性值，变送电路将探测元件传来的原始信号转换为电流/电压信号，或是脉冲、开关量，送入火灾自动报警控制器中，控制器对接收到的信号加以计算分析，并判定是否有火灾正在发生，是则发出报警信号。有些系统为减轻火灾自动报警控制器的负担，在火灾探测器内安装了CPU，承担了控制器的数据分析任务。下面简单介绍两种探测器的工作原理：A光电式感烟探测器光电式感烟探测器有一个迷宫式烟雾探测室，里面设有一个光源和一个感光元件。由于是迷宫式设计，光源的光线一般不能照射到感光元件上，但是当有烟雾进入后，光线在烟雾中产生散射，从而有部分光线射到感光元件上，烟雾越浓，散射到感光元件上的光线就越多，感光元件再把光信号转换为电信号进行输出。B离子式感烟探测器离子式感烟探测器由一个放射源、外置的采样室和内置的离子参考样本室组成。当放射源照射空气中的物质时，一部分物质变成带正电的离子，另一部分物质变成带负电的离子。带正电的离子和带负电的离子在电场的作用下形成了一个电场。当烟雾进入采样室后与带电的离子结合，带电离子数量的减少使电场电压产生了变化，烟雾越多越浓电压变化就越大。2、主要的干扰源由火灾探测器的组成结构及其工作原理，我们很容易就可以判断出火灾探测器的哪些部分容易受到外界干扰，而这些外界干扰因素就是干扰源。我们认为火灾探测器最容易受到干扰的是以下几个部分：A传感元件传感元件是火灾探测器的“眼睛”，但它的“视力”有限。例如：当与烟雾某方面特性相似的物质(如：粉尘、水雾)被它“看见”后，就会认为是烟雾，从而产生误报警。另外一方面，由于传感元件一般是暴露在外界，比较容易受外界的粉尘、潮气影响而导致灵敏度降低。B探测电路探测电路是包括传感元件在内的一组电路，主要的功能是把传感元件传送过来的“信息”转换为我们所需要的电压或电流信号。当受到外界电磁干扰时，它就会产生误报警或者是不报警，甚至会损坏设备。C通讯电路和通讯线路通讯电路和通讯线路负责把探测到的“信息”传送到火灾报警控制器，但在这个过程中很可能会因受到干扰而产生误报警。例如：探测电路传送过来的信息经过A/D转换变为数字信号，然后再经过通讯电路和通讯线路送到火灾报警控制器，但可能因受到干扰而把“0”信号变为“1”信号或是把低电平变为高电平，从而使火灾报警控制器接收到假信息并产生误报警。3、干扰火灾探测器正常工作的干扰因素，我们认为主要有以下几种：A粉尘自然环境的破坏、工厂的乱排乱放等都造成了空气中的粉尘含量越来越高，而粉尘对火灾探测器(特别是感烟火灾探测器)来说是“头号杀手”。过多的粉尘停留在采样室中会造成光线的大量散射，使感光元件接收太多的光线导致探测器误报警。B潮气潮气，特别是南方的梅雨天气下，湿度通常大于95，这会对探测器的电子板件及探测元件造成很大的影响。首先，会造成电子板件受潮短路而损坏，其次，当潮气进入探测器的探测室时，会对探测元件造成干扰。特别是对感烟探测器，当潮气进入探测室后，大量散射探测器光源发出的光线，从而导致探测器误报警。C电磁场日光灯的镇流器、高压电机、通讯发射台等设备都会发出电磁干扰，当探测器安装在这些设备附近时，或多或少都会受电磁场干扰。D高速气流当火灾探测器安装在有高速气流的位置时，如通风空调的送风口附近、风室、风道等，高速气流会将烟雾吹离探测器使探测器报警缓慢。4、改进方法在大多数情况下，干扰源是无法排除的，因此，只能从减少干扰影响的角度进行考虑。A合理安装、规范布线据不完全统计，70的火灾侦测器误报警是由于不合理安装所造成的。因此，正确选定火灾侦测器类型、以及按照有关的技术说明和规范正确安装与布线是减少干扰影响的关键。例如在相对湿度长期大于95RH，有大量粉尘、平常情况下有烟和蒸汽滞留，厨房、锅炉间、发电机房、茶炉间、汽车库等场所不宜设置感温火灾探测器等。在实际的应用中，我们也不难发现一些错误的例子，如：把感烟探测器安装在电热水器上方或是安装在风道、风室内。这些情况所造成的误报率是很高的，因此根据实际地点的情况正确选择火灾探测器是十分重要的。再有就是安装位置的确定。例如：探测器至墙壁梁边的水平距离不应小于0.5m；探测器周围0.5m内不应有遮挡物等等。如果探测器安装在具有送风和回风管路的房间时，探测器应该安装在流向回风口的气流流经的路径上。进行放烟测试将有助于确定探测器的正确安装位置，需要特别注意烟雾的流向及途经的路径（如图4）。当探测器必须安装在送风口附近时，就必须保持一定的距离。这些条文不但确保探测器能有效、迅速地探测到火灾的发生，而且也是避免干扰的有效途径。一、离子感烟探测器和光电感烟探测器的工作原理和分类 离子感烟探测器和光电感烟探测器是目前工程中应用最广泛的两种火灾探测器。离子感烟探测器是利用放射性同位素（目前普遍采用的是241Am）衰变过程中放出的射线使电离室内的空气产生电离，使电离室在电子电路中呈现电阻特性。当烟雾进入电离室后，改变了空气电离的离子数，即改变了电离电流，也就相当于电离室的阻值发生了变化。根据电阻变化的大小识别烟雾量的大小，并作出是否发生火灾的判断。离子感烟探测器的工作原理如图所示。根据离子感烟探测器放射源的个数可分为双源双室型和单源双室型，如图示： 图离子感烟探测器方框原理图 图单源双室离子感烟探测器结构图 光电感烟探测器是利用火灾烟雾对光产生吸收和散射作用来探测火灾的一种装置。通过测量由于烟雾对光的吸收而产生的衰减作用来确定烟雾，从而探测火灾的探测器称为减光型光电感烟探测器。根据发光元件和受光元件安装位置的不同，减光型光电感烟探测器又可分为点型和线型两种（红外光束感烟探测器即为线型），其工作原理如图3示；如果在光路以外的地方，通过测量烟雾对光的散射作用而产生的光能量来确定烟雾从而探测火灾的探测器，称为散射型光电感烟探测器。根据接收散射光的角度大小，散射型光电感烟探测器又可分为前向散射与后向散射两种形式，工作原理如图4示。 图1-3减光式光电感烟探测器原理图 图1-4散射光式光电感烟探测器原理图 二、 离子感烟探测器和光电感烟探测器环境适用性分析 双源双室离子感烟探测器与单源双室离子感烟探测器的环境适用性分析 双源双室离子感烟探测器是将两个单极型电离室串联起来，一个作为检测电离室（也叫外电离室），结构上做成烟雾容易进入的型式，另一个作为补偿电离室（也叫内电离室），做成烟粒子很难进入而空气又能缓慢进入的结构型式。双源双室离子感烟探测器的两种不同的电离室结构形式，容易造成环境温度、湿度、气压等自然条件的变化对两个电离室分别产生不同的影响，从而降低了这种探测器的抗环境干扰能力； 单源双室离子感烟探测器，其工作原理同双源双室型，但结构完全不同，如图2示，图中A 与C之间构成补偿电离室，A与B之间构成检测电离室，它利用一块放射源形成两个电离室。这种探测器的优点是不仅省了一快放射源，还使放射源剂量减少，安全性提高。此外，单源双室离子感烟探测器的烟雾检测电离室和补偿电离室在结构上基本都是敞开的，因而提高了对使用环境中微小颗粒缓慢变化的适应能力，特别在潮湿地区要求的抗潮能力方面，单源式离子感烟探测器的自适应性能比双源式离子感烟探测器要好得。因而，单源双室离子感烟探测器的环境适用性明显优于双源双室型。目前生产的离子感烟探测器几乎毫无例外都采用单源双室型结构。 离子感烟探测器和点型光电感烟探测器的环境适用性分析 离子感烟探测器和点型光电感烟探测器都属于接触式探测器，只有浓度足够大的烟气进入探测器之中才能实现火灾探测的功能。由于受到探测器所用材料和内部构造等因素的限制，点型感烟探测器对使用场所的湿度、气流速度以及有无腐蚀性气体散发等都有要求，通常情况下，符合下列条件之一的场所不宜选择离子感烟探测器： （） 相对湿度经常大于；（）气流速度大于m/s；（）有大量粉尘、水雾滞留；（）可产生腐蚀性气体；（）正常情况下有烟滞留；（）可产生醇类、醚类、酮类等有机物。符合下列条件之一的场所不宜选择点型光电感烟探测器：（）可能产生黑烟；（）有大量粉尘、水雾滞留；（）可能产生蒸汽和油雾；（）正常情况下有烟滞留； 保护场所的空间大小和建筑高度对点型感烟探测器使用效果的影响 保护场所的空间大小和建筑高度也是影响点型感烟探测器使用的一个重要因素。对于内部空间大且高度较高的建筑物和建筑物的中庭，烟气在建筑物内流动的距离长，其温度和浓度都迅速降低，尤其是火灾初期产生的烟气，可能升不到屋顶就发生弥散。在普通建筑物中使用的顶棚安装的点型感烟探测器便无法探测到初期火灾的烟气。 此外，大空间建筑的外部环境也会对室内温度分布产生重要影响。特别是夏季，由于太阳辐射和外界热空气的作用，往往会使建筑物屋顶的温度大大升高，于是建筑物屋顶下方可形成一定厚度的热空气层，它足以阻止温度不太高的烟气上升到大空间的顶棚。通常称这种现象为“热障效应”，“热障效应”限制了烟气上升到顶棚附近，可见在高度较高的大空间屋顶安装点型感烟探测器将难以发挥作用。 4红外光束线型感烟探测器的环境适用性分析 红外光束线型感烟探测器与点型减光式光电感烟探测器的工作原理是一样的，只是烟不必进入点型光电探测器的采样室中，在保护空间任何地点上的烟都可能使红外光束衰减。红外光束线型感烟探测器在一个最长100m的线路上可代替若干只点型感烟探测器，因此，点型光电感烟探测器能使用的场所，红外光束线型感烟探测器都可以使用。但作为工程应用要考虑多方面因素，例如需要比较保护场所空间大小、建筑结构特点、装置成本、使用维修成本，环境的影响等各种情况。根据工程实践经验，红外光束线型感烟探测器较适宜安装在以下场所：（）无遮挡大空间的库房、展览馆、博物馆、纪念馆、档案馆、飞机库等；（2）建筑物的中庭；（3）古建筑、文物保护的厅堂馆所等；（4）发电厂、变配电站等；（5）隧道工程。