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综述火灾自动报警系统应用的现状及发展方向

日期:2019-03-11 资料来源:中消云
  一、 火灾报警系统概述

  1.火灾报警系统构成

  火在人类生活中是不可缺少的,但火灾也给人类带来了巨大的灾难。特别是自本世纪80年代开始,随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛,由此引起的火灾也越来越多,在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失,一方面要减少引起火灾的因素;另一方面要在发生火灾时,及时报警,并采取有效措施控制火情的发展,将火灾消灭在萌芽状态,确保人身安全,最大限度地减少社会财富的损失。

  火灾报警系统一般由探测器、现场报警单元、联动单元和火灾报警控制器组成。报警控制器通过现场的探测器、手动报警按钮、输入模块等采集现场的火警信号,发出报警信号,同时报警控制器根据需要通过控制模块自动或手动发出控制信号,进行现场报警(火灾显示盘等)和现场灭火(喷淋泵、消防泵等)。

  传统的火灾报警系统一般为多线制,每个报警单元都需要一根探测线,工程布线非常复杂,已经远远不能满足现今智能建筑及时、准确的灭火和简便的施工要求,在最近十多年内,出现了两总线制分布式智能化火灾报警系统。在两种线上既有电源信号,也有数据信号。这种总线方式已完全替代了多线制总线。

  2.火灾报警探测器种类

  1)感温式火灾探测器

  发生火灾时物质的燃烧产生大量的热量,使周围温度发生变化。感温式火灾探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它把温度的变化转换为电信号以达到报警目的。根据监测温度参数的不同,一般用于工业和民用建筑中的感温式火灾探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。

  2)感烟式火灾探测器

  火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。在火灾初期,由于温度较低,物质多处于阴燃阶段,所以产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一,感烟式火灾探测器能对可见的或不可见的烟雾粒子响应。它把探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号以实现报警。感烟式火灾探测器有离子感烟式、光电感烟式、激光感烟式等几种感烟方式。

  火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。在火灾初期,由于温度较低,物质多处于阴燃阶段,所以产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一,感烟式火灾探测器能对可见的或不可见的烟雾粒子响应。它把探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号以实现报警。感烟式火灾探测器有离子感烟式、光电感烟式、激光感烟式等几种感烟方式[1-2,4]。离子感烟式探测器对黑烟反应比较灵敏,但由于含有放射性物质,这几年应用很少。光电感烟探测器是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。

  3)感光式火灾探测器

  物质燃烧时,在产生烟雾和放出热量的同时,也产生可见或不可见的光辐射。感光式火灾探测器又称火焰探测器,它是用于响应火灾的光特性。即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。根据火焰的光特性,目前使用的火焰探测器有两种:一种是对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器,另一种是对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。

  4)可燃气体探测器

  可燃气体探测器是对单一或多种可燃气体浓度响应的探测器。可燃气体探测器有催化型和半导体型两种类型。

  5)复合式火灾探测器

  复合式火灾探测器是对两种或两种以上火灾参数响应的探测器,它有感烟感温式、感烟感光式,感温感光式等几种型式。


  二、新型探测技术

  随着现代科学技术的发展,火灾探测技术有了突飞猛进的发展。出现了下列新的探测方式。

  1.图像探测方式

  图像摄像方式火灾探测报警系统主要由图像采集系统以及分析软件组成。采集系统与普通的图像处理系统相似,也就是摄像头经采集卡输入计算机中监视图像,由计算机完成图像的预处理,存储、特征提取、结果判定和控制输出。当然,其中的一部分也可通过特定硬件实现。但其探测部分一般采用彩色摄像头和红外摄像头组成,这是因为明火火灾的红外特征较为突出,易于同环境变化区别开来。软件系统是整个系统的核心,现场的图像信号周期地由摄像头输入微型计算机,这部分是通用的技术,产品比较成熟,但编制软件时,要建立在对火灾图像特征的研究基础上,根据所应用的场所特点及环境情况确定火灾的特征参数,比如火灾发生时,图像色彩及灰度变化,图像中特定物体或现象边缘变化、红外图像变化等,这就要求软件编制过程中,应用数字图像处理、模式识别的理论,对图像进行处理并判定是否有火灾发生,系统还应有自学习、自适应功能,比如对一个特定环境、起火原因的有针对性的调整特征量,调整判据;对于变化的环境的自适应调整参数,比如监视区域内环境光电变化活动物体的判定等。

  图像摄像方式火灾探测报警系统还要解决阴燃火报警问题和抗干扰问题,对于明火其图像特征较为突出,但阴燃火图像只是图像灰度有所变化,较难准确早期报警。

  图像摄像方式火灾探测报警系统是当今科技发展的前沿,有广阔的发展前景,其智能化要求较高,较为适用于公共场所,比如宾馆大厅、走廊、商场、影剧院等较大空间,现有阶段适用于发生火灾时易于产生明火的场所。

  图像摄像方式火灾探测报警系统将随计算机技术的发展而发展,在解决阴燃火报警、降低造价,提高可靠性问题方面有突破情况下,将得到广泛应用,提升火灾探测报警智能化。

  2.高灵敏度吸气式感烟探测器

  高灵敏度吸气式感烟探测器是主动式的探测器系统。内置的抽气装置在管网中形成了一个稳定的气流,通过所铺设的管路不断地从被保护区域抽取空气样品并送到探测器室进行检测。所采集到的空气样品经过过滤网来滤除空气样品中的灰尘或其他颗粒,以防止他们对测量结果产生干扰。在测量室内安装有一个静谧的激光发射装置及一个特殊反射镜,激光器发射出平行的激光光束,照射到空气样本上,如样本中有烟粒子存在,光束将产生前向散射,散射光线经凹面反光镜射入高灵敏度激光接收仪,所产生的电子信号经过处理计算,并根据测得散射光信号脉冲数,测量出空气样本中的烟粒子量。测得的信号,经“人工神经网络”微处理器处理后,与预先设定的报警阈值比较,如果达到警报级别则发出火警预报。其他杂乱光线透过中心光栏后由平面反光镜反射出测量室。系统的主要特点:

  1)灵敏度高,探测范围宽


  采用先进的激光探测技术,灵敏度范围在0.004%obs/m~20%obs/m连续可调,一般该产品比传统烟雾探测器灵敏度高几百倍到上千倍。

  2)主动连续采样,应用范围广阔

  传统烟感探头为被动型,安装位置受到限制,必须安装到吊顶下或烟雾易聚集之处,才能正常发挥作用。该系统采用了高效抽气机,经由采样管网连续不断地抽取空气样本进行监测。

  3)抗干扰能力强

  传统的感烟探测器是将现场的烟雾信号采集后转换为电信号再传至报警主机,采用这种方式的探测器容易受到现场环境的干扰以及周围电磁信号的干扰,容易漏报误报。而该探测器是将空气样品直接传输至主机检测,避免了外界环境的干扰和电磁信号的干扰。

  4)具有灰尘自动识别功能

  利用激光识别技术,区分灰尘与烟雾颗粒,防止误报。

  5)报警部位不精确

  当一路采集管报警后,不能识别在空气采集管的何处发生报警,只能知道采样管通过的区域发生了报警。而传统感烟探测器则每个探测器都有编码,能识别发生火警的部位。

  3.分布式光纤感温探测报警系统

  分布式光纤感温探测报警系统利用激光光纤拉曼散射效应和光时域反射OTDR原理实现连续空间温度场的温度测量与位置确定。控制器向探测器注入高能窄激光脉冲,该激光脉冲在光线中传输时,除与传输介质相互作用,产生与激发光波长相同的瑞利散射光,还与介质分子发生非线性拉曼散射,产生与激发光波长不同的拉曼散射光。探测器不同位置上的背向散射回波,在不同时刻返回激光注入端。根据激光注入光线与背向拉曼光返回系统的时间差和光纤介质中光传输的速度的乘积之半等于散射区域注入端的光通道长度的关系,即OTDR原理,可以确定某时刻的拉曼光回波信号所对应的散射区位置。

  光纤测温系统有如下性能特点:

  1)探测器的本质安全特性

  探测器的温度传感和信号传输均在一根光纤内以光信号形式实现,探测器不带电,具有本质安全特性,无需任何处理即可方便应用在诸如储油罐、储气罐、易燃易爆危险品仓库、化工生产车间等严格防爆场所;探测器信号不受电磁辐射、各种射线的干扰,可以安全稳定地应用在诸如雷达站、微波通讯站、变电所、电厂、核电站等严重电磁污染或放射性污染的场所和设备的安全保护。

  2)长距离、高密度、可定位多点温度探测报警。

  分布式光纤感温探测报警系统可在数公里长的探测器上进行高密度多点温度探测,并能精确确定探测点位置。

  3)有效的感温探测报警特性

  分布式光纤感温探测报警系统是模拟量感温探测报警系统,具备模拟量系统过程可见的优点。系统能够对探测器所分布空间的温度场变化进行动态实时监测,指示位置和温度值。

  4)可复位特性和灵活的工程应用

  探测器具有火灾报警后可复位的特性。当探测器所布现场温度回落时,如果探测器没有严重烧损,探测器无需处理,可重复使用。


  三、新型探测技术与传统探测技术的关系

  传统探测器和新型探测器间是相互补充的,都有一定的适用范围。新型探测器虽然有诸多优点,但由于造价高、定位困难等问题,限制了大量使用。例如大空间的场所不能使用普通点型感烟探测器,可以使用红外光束探测器代替;在对电磁辐射要求高的场所,例如电磁辐射实验室,不再适合使用普通需要接电线的传统探测器,那可以使用光纤感温或者空气管采样方式。一般很多消防工程是多种探测器共同组成的,而且不是同一厂家生产的,因此,与探测器相连的控制器,往往能提供接口,和其他厂家的控制器联接,组成一个完备的消防系统。四、未来火灾报警系统发展趋势

  火灾报警系统在传感技术上有了很大的发展,传感技术于其它电子技术相结合,使火灾报警系统得到了很大的发展。

  1.城市火灾报警联网监控系统

  火灾探测技术与现代通讯技术的结合,促进了城市火灾联网监控系统的发展。在城市规模不断发展的今天,世界上很多国家的大城市都对火灾自动报警设施采取网络联网管理,通过多媒体管理微机,利用公共通讯网或专用通讯网进行信号传输,及时了解各防火单位火灾自

  2.无线火灾报警系统

  目前绝大部分火灾探测器与控制器之间都采用有线方式连接,控制通过电缆提供电源以及传输信号。这种方式有不少局限性,例如在一些改造项目中,建筑装修已经完成,或者正在营业,无法进行大规模的布线,无线火灾报警系统能够解决这些问题。

  现有的无线火灾报警系统一般采取通讯中继节点有线,探测器通讯无线的方式,这种方式是有线和无线的结合。一般探测器主动发送数据到中继节点,而中继节点无法对探测器控制。

  四、结论

  现代火灾探测技术出现图像、激光、光纤等新技术,这些新技术有许多优点,但同时也有一定的局限性,与传统火灾报警系统之间是相互补充的关系,目前是两者并存的局面。

  在火灾探测技术的基础上,结合现代先进的通讯技术,产生了城市火灾联网监控系统以及无线火灾报警系统,这些技术在今后会有很大的发展。