1、火災探測技術火災探測技術及方法電子信息工程專業學生 XXX指導老師 XXX摘要：火的發現推動了人類文明的進步，但同時也給人類和社會帶來了極大的危害。闡述了感煙、感溫、感火焰等幾種常規火災探測器的工作原理，并介紹 了目前較為先進的光聲火災探測技術和 TDLAS 火災探測技術。關鍵詞：火災探測感煙探測器感溫探測器光聲技術、前言火的出現和應用對于人類文明的發展和社會進步起到了巨大的推動作用，可以不夸張 地說，沒有火的應用就沒有人類社會的物質文明和精神文明，也就沒有人類今天的繁榮和 成就。在眾多災種中，火災造成的直接損失約為地震的5倍，僅次于干旱和洪澇，而火災發 生的頻率則居于各種災種之首。20世紀是

2、人類有史以來變化最大的一百年，在這一百年內 火災的規模和造成的損失也不斷擴大。資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除有效預防可以大大降低引起火災的概率，不過當火災發生后如果在早期就能夠檢測并 撲滅則也可以減少火災帶來的危害和損失。火災探測與報警技術始于19世紀中期，1847年 美國的Channing和Farmer首先研制了火災報警發送裝置，同年德國的Siemens和Halske公司 將電報裝置用于傳送火災報警信號，現代火災自動探測與報警技術開始逐漸發展起來。二、火災探測技術火災是一種復雜的物理和化學反應過程，其間會伴隨著出現燃燒氣體、煙霧、溫度、 火焰等特征，火災探測技術正是

3、借肋這些特征來作為火災識別的參數，盡早地自動探測到資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除2火災并發出警報，最大程度地挽救人民生命和財產。目前對于火災過程中產生的煙霧、溫 度以及火焰的測量都分別有成熟的產品，如感溫探測器、感煙探測器、火焰探測器等。隨 著社會的進步和科技的發展，人們開始不斷地致力于新的火災探測技術的研究，火災探測 技術開始逐漸走向成熟。1、感煙探測器感煙探測器是一種響應由燃燒或熱解而產生的固體或液體微粒的火災探測器。除易 燃、易爆物質起火非常迅速以外，固態物質的火災一般都要經過早期、陰燃、起火等階 段，感溫探測器主要用來探測陰燃階段的煙霧。在此階段由于熱解作用加強

4、，產生大量可 見和不可見粒徑為0.01-0.Im的氣溶膠，空氣的對流作用漸漸明顯，有利于煙霧氣溶膠的傳 播。目前感煙探測技術得到了廣泛的發展與應用，據統計我國每年建筑中新安裝的火災探 測器數量有500-600萬只，其中約80%為感煙探測器。(1)離子感煙探測器在離子感煙探測器中，作為d源的241 Am電離室內的空氣產生電離，使電離室在電子 電資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除3路中呈現電阻特性。當發生火災時煙霧進入電離室內，改變了空氣電離的離子數量，即 改變了電離電流，也就相當于阻值發生了變化。根據電阻變化大小就可以識

5、別煙霧量的大 小，并做出是否發生火災的判斷，這就是離子感煙探測器探測火災的基本原理。在實際的離子感煙探測器中，一般具有兩個串聯起來的單極型電離室 個作為檢測 電離室，結構上做成煙霧容易進入的形式；另一個作為補償電離室，在結構上采取煙霧粒 子難進入，但空氣又能緩慢進入的形式。當有火災發生時煙霧粒子進入檢測電離室，煙霧粒子的質量比離子重得多，被電離的 部分正離子和負離子被吸附到煙霧粒子上去。因此離子在電場中運動速度比原來降低，而 且在運動過程中正離子和負離子相互復合的概率增加，這樣使得到達電極的粒子就更少To另一方面由于煙霧粒子的作用，&射線被阻擋，電離能力降低了很多，電離室內產生的 正負

6、離子數就少，這些微觀的變化反映在宏觀上就是由于煙霧粒子進入檢測電離室后，電 離電流減少，相當于檢測電離室的空氣等效電阻增加，因而引起施加在兩個電離室兩端分 壓比的變化。這種變化導致電子線路的輸出電壓發生變化，變化量的大小就反映了煙霧濃 度的高低，從而實現了將煙霧信號變成電信號的功能。離子感煙探測器由檢測電離室、補償電離室、信號放大回路、開關轉換電路、火災模 擬檢查回路、故障自動檢測回路以及確認燈回路等構成C(2)光電感煙探測器火災中會產生一定數量的煙霧，這些煙霧顆粒和光相互作用時會發生兩種不同的過 程。一方面粒子可以再輻射已經接收到的能量，再輻射可以在所有方向上進行，但通常不 同方向上其強度不

7、同，這個過程叫做散射。另一方面輻射能可以轉變成其他形式的能，如 熱能、化學反應能等，這個過程叫吸收。光電感煙探測器就是利用火災煙霧對光產生的吸 收和散射作用來探測火災的一種裝置C資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除4(3)減光式光電火災探測器工作過程這種探測器的檢測室內裝有發光元件和受光元件。正常情況下，受光元件接受到發光 元件發出的一定光量；當有火災發生時，火災產物將進入光電火災探測器的檢測室，由于 發光元件發出的光受到火災煙霧顆粒的遮擋，受光元件接受的光量就會減少，從而使得光 電流降低，當降低到一定值時，探測器便發出

8、報警信號C散射光型光電火災探測器工作過程與減光式光電火災探測器一樣，散射光型光電火災探測器的檢測室內也裝有發光和受 光元件，在正常情況下受光元件接受不到發光元件發出的光，因此也就不會產生光電流。當有火災發生時， 火災煙霧便會進入探測器的檢測室， 由于煙粒子的作用， 使得發光元件 發出的光產生漫射，被受光元件所接受，使受光元件阻抗發生變化，從而產生光電流。若 結合一定的算法，探測器即可做出響應判斷是否有火災發生。2、感溫探測器感溫探測器是最早出現的火災探測器，從19世紀初人們就開始利用簡單的機械感溫原 理來探測火災，并在很長一段歷史時期一直處于主導地位，直到20世紀50年代離子感煙探 測器的出現

9、，才打破了感溫探測器的壟斷地位。感溫探測器主要利用感溫元件接受空氣的對流傳遞熱量，把環境溫度的變化轉化成其 他形式的物量，例如電壓、電流等來達到探測火災的目的。對于受限空間而言，一般發生 火災后都會在頂棚附近形成熱氣層，特別是許多液體物質火災，往往發生時沒有陰燃階段 而直接產生大量的熱，使得周圍環境溫度升高，此時感溫火災探測器中的熱敏元件將發生 物理變化，隨后將物理變化轉換成的電信號傳輸給火災報警控制器，經判別發出火災報警 信號。感溫火災探測器按照工作方式可分為定溫型、差溫型和差定溫型；按照探測器的外形 可分為點型和線型；按照感溫元件可分為機械型和電子型；按使用環境可分為陸用型、船 用型、防爆

10、型等；按動作后能否復位又可分為復位型和不可復位型。感溫探測器的使用一 般適合以下幾類場資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除5所：，有粉塵污染的場所；相對濕度經常大于95%的場所；可能發生 無煙火災的場所；汽車庫、吸煙室、鍋爐房、廚房、發電機房等正常情況下有煙和蒸汽 的場所；其它不易安裝感煙探測器的廳堂和公共場所。盡管目前感溫探測器在現代所有 火災探測器中的使用量只占有10護20%左右的比例，但針對一些特殊場所和一些特殊火災， 感溫探測器仍占據著一席之地。另外隨著現代電子科技的不斷發展，出現了一些新型的感 溫探測器，極大地

11、提高了感溫探測器的探測能力和適用范圍，進一步推動了感溫探測技術 的發展。資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除3、火焰探測器火焰探測器是繼使用多年的感溫、感煙探測器后較晚出現的一種火災探測器，它是利 用火災發出的電磁輻射來工作的。因為電磁輻射的傳播速度極快，因此這種探測器對快速 發生的火災（像易燃、可燃液體火災）能夠及時響應，是對這類火災早期報警的理想探測 器。雖然原則上講大部分光譜都可被用來探測火焰，但實際上探測器利用的譜帶卻只有紫 外區和幾個較窄的紅外區光譜。不像感煙探測器那樣探測范圍受到天花板的限制，火焰探 測器特別適用于倉庫、飛機庫這樣的大空間以及化工廠、煉油廠等戶外

12、場合，在這些危險 場合中，火災發生前一般都會有火焰出現。不過在戶外環境中太陽是最大的“火源”，其輻 射強度要比一般火災大很多個數量級，因此火焰探測器必須要對太陽輻射能加以鑒別。（1）紫外火焰探測器絕大部分燃燒火焰中都包含紫外輻射，紫外火探測器就是根據這一特性來探測火災發 生的。紫外火焰探測器由紫外火焰報警器和紫外火焰探測器即控制器和探測器兩部分組 成，完成火焰監測和報警的功能。當探測器接受到波長為185-245nm的紫外線時，探測器的 紫外光敏器件便立即響應，通過電子線路產生脈沖信號。紫外光越強，脈沖數就越多。這 些脈沖信號通過電纜輸送給控制器，當控制器接收到這些脈沖信號后，立即轉變成與之成

13、正比的直流電壓信號，并將此電壓與預先設置的閾值電壓相比較c如超過閾值電壓則測量 通道中的電子觸發電路便輸出一個信號，它一方面使報警器發出燈光和音響信號，另一方 面推動繼電器工作，繼電器的觸點可以外接音響或者滅火系統。（2）紅外火焰探測器幾乎所有的燃燒火焰中也都包含有紅外線輻射，紅外火焰探測器主要根據這一特性來 探測火災的發生，它一般是利用響應火焰產生的波長大于700nm的紅外輻射而進行工作的。 相對紫外火焰探測器而言，由于火焰紅外線輻射譜帶范圍比紫外輻射范圍寬，輻射強度比 紫外輻射強，因此可以利用火焰紅外輻射進行大多數的有焰探測，其應用范圍更廣、更普資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系

14、改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除6資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除8遍。紅外火焰探測器具有對火焰反應速度快、可靠性高的特點，適用于對生產、存儲高度 易燃物質、危險性很大的場所提供保護，并可以組成聯動控制滅火系統。但紅外輻射背景 干擾因素多，因此紅外火焰探測器必須有效屏蔽太陽光等背景輻射的影響。（3）圖像火焰探測器圖像火焰探測系統利用火災火焰可見光輻射特性、火災的紅外視頻信號以及可見波段 視頻信號，同時結合火焰的色譜特性、相對穩定性、紋理特性以及蔓延增長特性，采用趨 勢算法等其他智能算

15、法，將火災探測與圖像監控有機結合起來，從而實現高大空間火災探 測與監控。相對于傳統的火焰探測器， 圖像感焰探測器擴大了探測器的感焰面積， 給探測 器提供了更多的火災信息，從而提高了火災探測的可靠性和靈敏性。4、燃燒音探測除了借助以上幾種參數，還可以利用燃燒過程中產生的聲音作為參數來探測火災。燃 燒時火源周圍要產生出各種頻率成份的聲音，從我們可以聽得到的“辟啪”聲到我們聽不到 的具有低頻域和超聲頻域的聲音。經過對可聽域、低頻域和超聲頻域頻率成份的分析，發 現低頻率的聲音與其它頻域的聲音不同，它是由于空氣熱膨脹和熱對流而產生的，其聲音 強度隨著燃燒的擴大而增加，其產生不受燃燒種類、周圍溫度、濕度等

16、環境影響。而可聽 頻域由于受外界干擾大，難以起到探測效果，超聲頻域由于燃燒物種類的不同，有的高頻 成份多，有的幾乎沒有，所以也不適用于火災探測。從迄今的實驗結果已經確認捕捉低頻 域成份的方法比較有效，并開發了通過捕捉燃燒時產生的低頻域音頻強度而探測火災的裝 置。在燃燒音火災探測技術中，室內振動對探測器會產生一定的干擾。同時在火災燃燒過 程中會產生空氣對流，產生與燃燒音頻類似的信號，這也會對探測器造成一定的影響。因 此在實際應用過程中必須要考慮如何區分干擾信號和燃燒音信號。資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除95、氣體探測

17、前面提到的探測器本質上以火災的煙霧濃度、溫度等物理參數作為測量判據，但這些 參數在非火災條件下也有可能存在。例如水蒸汽和灰塵具有類似煙霧的特性；電爐等發熱 器件所產生的溫度與火災產生的溫度一樣，太陽光對紅外火焰探測器會產生干擾等等；另 外某些感煙火災探測器對酒精火沒有響應，感溫火災探測器不易發現陰燃火等等，這就使 得常規探測器會產生誤報或者漏報現象。對于絕大部分火災來說，在燃燒初期都會產生CO、co這些火災標識性氣體，且產生最 早，因此利用氣體探測火災是最適合的方法。由于正常情況下CO在空氣中的含量非常低， 當探測器檢測到它超過某一設定值時就可作為火災報警的一個判據。而且跟火災煙氣中的 煙霧顆

18、粒不同，火災過程中所產生的氣體僅需要很少的熱量驅動就可以快速上升，一些氣 體由于比空氣輕，甚至不需要熱量的驅動就能非常容易地擴散上升，這對早期火災探測起 到了十分重要的作用，因此針對火災特征氣體的火災探測技術是一種具有十分廣闊前景的 手段。目前能夠檢測氣體的傳感器種類有很多，各有其特點，但是其選擇性、靈敏度、長時 間工作能力等在火災探測方面的使用都不能令人滿意。 隨著現代激光技術以及光學、 聲學 器件的發展，出現了光聲技術和可調諧二極管激光吸收光譜技術（TDLAS）,由于它們的高 靈敏度和高選擇性，研究人員已將其引入到了火災探測領域。三、結束語以上簡要介紹了分別以煙霧、溫度、火焰、燃燒音以及氣

19、體為參數的火災探測器，由 于單判據火災探測器經常對一些類似于火災的虛假現象產生誤報警，因此出現了將兩種或 兩種以上探測傳感功能結合在一起的復合探測技術，例如煙溫復合、離子光電感煙復合、co/感煙復合等等，這在很大程度上能夠解決這種誤報警問題。隨著科技的進步以及研究人 員對火災機理的進一步認資料內容僅供您學習參考.如有不當之處.請聯系改正或者刪除資料內容僅供您學習參考.如有不當之處話聯系改正或者刪除10識，必將有更先進的火災探測技術出現，同時火災自動報警控制 系統的智能程度、智能方式也將不斷得到提高和完善。參考文獻1吳龍標，袁宏永火災探測與控制工程山合肥:中國科技大學出版社,1999.2吳龍標，方俊，謝啟源.火災探測與信息處理Ml.北京:化學工業出版社,2006.3王殊