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火災(zāi)探測器的種類和基本原理 — 煙霧探測篇

 zqg_ld 2018-05-21

為什么極早期的火災(zāi)探測十分關(guān)鍵？

火災(zāi)的產(chǎn)生

 
我們生活的環(huán)境中充滿著大量的可燃物質(zhì)，空氣中的氧氣含量通常也足夠滿足燃燒條件。但是還有另外一個形成火災(zāi)的條件就是：點火能量必須可以驅(qū)使氧化的過程開始。

點火能量源可以是多種多樣的，如放電(如閃電)、電氣短路、飛濺的火花、熱氣層(電燈、加熱裝置等)、直接形成明火或是聚光等。

火災(zāi)的演變

　　除了爆炸型火災(zāi)的演變過程以外，常規(guī)火災(zāi)的快速或緩慢的變化取決于是否有易燃的材料。

由于燃料和氧氣在火災(zāi)發(fā)生的初期被充分地利用，帶來的火勢擴張取決于可利用的能量，尤其是明火的火災(zāi)會釋放出巨大的能量導(dǎo)致火災(zāi)在此階段迅速蔓延。
火災(zāi)的蔓延
絕大多數(shù)情況下，
火災(zāi)的蔓延將經(jīng)過以下的階段及事件
初期：初始的火災(zāi)可以被幾升的水就可熄滅；屬于略微可見的煙霧階段，但空氣中會產(chǎn)生不可見的氣霧狀顆粒。
煙霧郁積階段：在此階段內(nèi)，火災(zāi)可以由滅火器或是類似滅火藥劑的物質(zhì)熄滅；會產(chǎn)生可見的煙霧，會有部分濃度密集的煙產(chǎn)生，通常是完全燃燒，在此階段會產(chǎn)生相當(dāng)多的一氧化碳。
明火階段：面臨開放型的火災(zāi)時必須要請求消防隊的支援了，由于有足夠的能量聚集，燃燒過程相當(dāng)充分，從而產(chǎn)生大量的二氧化碳。
閃燃階段：處于開放火災(zāi)、明火和全面火災(zāi)的過渡階段，這是極具爆炸可能性的火勢傳播階段，此時在前一階段的活動中產(chǎn)生氣體和煙霧顆粒將隨著燃燒的火滲透滿整個區(qū)域。
全面火災(zāi)階段：在此階段，火災(zāi)已達到覆蓋整幢建筑的程度，大部分情況下，此階段的火災(zāi)將無法挽救，消防隊僅能盡全力保護鄰近的建筑免遭牽連。


由此可以看出，火災(zāi)探測必須盡可能早地起作用，因此火災(zāi)干預(yù)可以在火災(zāi)閃燃階段前開始。所以極早期的探測便是最大程度降低破壞和贏得寶貴的火災(zāi)干預(yù)時間的關(guān)鍵。

火災(zāi)煙霧探測器的種類和基本原理
一
離子型煙霧探測器
此類探測器會產(chǎn)生由不帶電的粒子經(jīng)電離后形成帶電的粒子(離子)，故稱之為離子型煙霧探測器。
●  電極之間的空氣受直流電壓調(diào)制，借助輻射源產(chǎn)生傳到而形成離子，并產(chǎn)生電流
●  煙霧粒子附著離子后，電流信號減弱，且此信號變化與煙霧粒子量成比例
●  離子探測器適用于開放性火災(zāi)的探測
在兩塊電極板之間的空氣受直流電壓的調(diào)制而被電離，如借助于一個微小的放射性輻射源產(chǎn)生傳導(dǎo)作用。由于被電離化，在采樣探測腔內(nèi)會產(chǎn)生微弱的電流信號。而當(dāng)煙霧粒子進入到此探測腔時，這些離子會附著了煙霧粒子后減弱了電流，減弱值與測量范圍內(nèi)的煙霧粒子數(shù)量成一定的比例。
來自于離子探測器的信號成比例于探測腔內(nèi)的煙霧粒子數(shù)量。因此離子煙霧探測器尤其適用于開放型火災(zāi)的探測，如產(chǎn)生大量的細微的初期不可見煙霧粒子的火災(zāi)。但不適用于僅產(chǎn)生少量的大型煙霧粒子的陰燃型的火災(zāi)。

二
光電型煙霧探測器
顧名思義，光電感煙探測器通過煙霧的光散射原理來測量。
●  內(nèi)部構(gòu)造(探測腔)設(shè)置了光學(xué)傳感器(發(fā)射光源和光電接收器)
●  煙霧進入探測腔會阻擋光的發(fā)射而產(chǎn)生散射
●  光電接收器會接收到由于光的散射而產(chǎn)生變化的信號，繼而產(chǎn)生電流信號的改變
探測器內(nèi)部構(gòu)造，尤其是光的發(fā)射源和接收器的位置會直接影響探測的反應(yīng)。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)(探測腔)來看，光電接收器被設(shè)計安裝的位置可以不會直接接收來自發(fā)射光源的紅外線，在沒有煙霧的時候，光線被射入一迷宮結(jié)構(gòu)并被完全吸收；如果有任何煙霧粒子進入紅外光線發(fā)射的光束區(qū)域，光線就會被散射，繼而光電接收器接收的光信號發(fā)生改變。信號的強度由煙霧濃度和煙霧粒子的光學(xué)特性來決定。
大量的白煙粒子的散射能力非常高，油煙粒子和黑煙散射光非常細微，這就是為何光電感煙探測器相當(dāng)于可以捕捉到可見的白煙粒子，并且尤其適合探測那種火災(zāi)中的白煙帶有明顯的煙霧光譜標(biāo)記的火災(zāi)。前向散射探測器更適用于探測陰燃的白煙火災(zāi)，而具有后向散射的探測器傾向于適合探測產(chǎn)生黑色煙霧粒子的火災(zāi)。

三
多重復(fù)合型火災(zāi)探測器
多重復(fù)合型火災(zāi)探測器配備了至少2個以上的傳感器，通過合適的方法其信號可以相互關(guān)聯(lián)。如此類型的探測器常常被稱之為具有更高精度的多判據(jù)探測器，其能夠更早期地可靠探測不同的火災(zāi)現(xiàn)象。
多重復(fù)合型火災(zāi)探測器的發(fā)展關(guān)鍵是最佳匹配傳感器法則的選擇以及最有特性傳感器的組合，因此，同時優(yōu)化了探測特性和假象免疫力。
在這里列舉的是多重復(fù)合型火災(zāi)探測器配備了2個光散射傳感器(前向散射以及后向散射)，和一個熱敏傳感器。其探測行為表現(xiàn)為以下特性：
●  對于陰燃火災(zāi)，通過前向散射傳感器探測白煙可以獲得極佳的探測效果
●  對于黑煙的火災(zāi)，通過后向散射傳感器探測黑色煙霧粒子達到良好的探測效果
●  對于不可見的煙霧火災(zāi)，通過熱敏傳感器的輔助探測提高了探測可靠性
●  基于各自獨立的傳感器信號的組合，對于一些假象具有高度的可靠性和免疫力，如水蒸氣、廢氣或是熱源
多重復(fù)合型火災(zāi)探測器的主要優(yōu)勢在于響應(yīng)速度(更早的火災(zāi)探測)以及相當(dāng)高的假象免疫力(杜絕誤報)。

四
線型光束感煙火災(zāi)探測器

線型光束感煙火災(zāi)探測器的工作原理為根據(jù)信號的衰減來進行判斷，如測量由于煙霧遮擋造成的光的衰減。

此類探測器又分為兩種，反射式和對射式。反射式在自身配備了信號發(fā)射器和接收器，在遠端使用一個反射器來反射光信號，這種設(shè)計的一個優(yōu)勢就是線路只需輻射到探測器本體即可，且維護非常容易。

在沒有反射器的線型探測方式中，發(fā)射器和接收器是分開的。這兩種線型探測方式使用的工作原理是一樣的。
發(fā)射器發(fā)送一聚集的紅外光束，當(dāng)沒有煙霧時，反射器會收到?jīng)]有強度減弱的光束。而如果有煙霧遮擋在發(fā)射器和接收器之間，紅外光就被部分地吸收及散射了，這就造成了其信號的直接改變，僅有部分的發(fā)射光可以達到接收器，在測量環(huán)節(jié)，信號的減弱反映了煙霧的平均密度。
線型煙霧探測器可以探測5-100米范圍，即便是微弱的煙霧濃度也會帶來信號有百分之幾的減弱?；诰€型煙霧探測器以光的吸收和散射來響應(yīng)，其適用于對白煙和黑煙及小到大型的懸浮粒子的探測，具有一致的響應(yīng)和動作，所以適用所有產(chǎn)生可見煙霧的早期火災(zāi)探測。

五
吸氣式感煙火災(zāi)探測器
吸氣式感煙火災(zāi)探測器也可稱為空氣采樣煙霧探測器或是吸入式煙霧探測器。原理是：監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的空氣樣本通過敷設(shè)在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的采樣管由一吸氣泵引入到探測腔來進行探測。
空氣采樣煙霧探測系統(tǒng)采用主動探測的方式，而不同于其他所有的煙霧探測方式均為被動探測方式。根據(jù)制造廠商產(chǎn)品設(shè)計和期望的靈敏度，探測腔裝配了煙霧探測器，這種煙霧探測器可以分為以下一些類別：
采用點型煙霧探測器
當(dāng)不需要極高靈敏度探測時，空氣采樣系統(tǒng)可以配備點型的煙霧探測器。這種探測器的內(nèi)部構(gòu)造與常規(guī)的點型煙霧探測器完全一樣，只是靈敏度設(shè)置了最高的級別。
采用云霧式探測器
在接近區(qū)域內(nèi)，通過水浴的方式產(chǎn)生高濕度空氣，當(dāng)煙霧粒子進入到此區(qū)域內(nèi)，煙霧粒子被濕化表現(xiàn)為凝結(jié)核體，繼而形成霧氣。發(fā)光照射霧氣獲得不同的霧氣濃度，霧氣濃度越高，煙霧濃度就越高。
采用激光煙霧探測器
傳感器包含高強度的激光源的發(fā)射器和接收器。在測量截面上的懸浮顆粒使得光線被偏離，使得接收器的信號改變。由此信號來判斷報警的與否。
采用氙氣
持續(xù)不斷的空氣被引入探測腔，并通過一氙氣燈在幾厘米的距離外照射，煙霧粒子的遮擋使得光束偏離而產(chǎn)生基于探測腔長度對應(yīng)的信號，由此信號來判斷報警的與否。這種吸氣式煙霧探測器需要定期校準(zhǔn)，維護成本較高。
采用LED光源
氙氣光源已經(jīng)退出舞臺，目前除了上述激光光源還有新代LED光源，常見使用的有藍光LED和紅光LED。LED壽命大大延長，特別是藍光LED可以探測更細微的煙霧顆粒。目前很多品牌使用LED光源，也已有成為主流趨勢。

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