一、 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)概述
1.火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成
火在人類生活中是不可缺少的，但火災(zāi)也給人類帶來了巨大的災(zāi)難。特別是自本世紀(jì)80年代開始，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，一方面要減少引起火災(zāi)的因素；另一方面要在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，及時(shí)報(bào)警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，確保人身安全，最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失。
火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由探測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元、聯(lián)動(dòng)單元和火災(zāi)報(bào)警控制器組成。報(bào)警控制器通過現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、輸入模塊等采集現(xiàn)場(chǎng)的火警信號(hào)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)報(bào)警控制器根據(jù)需要通過控制模塊自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警（火災(zāi)顯示盤等）和現(xiàn)場(chǎng)滅火（噴淋泵、消防泵等）。
傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般為多線制，每個(gè)報(bào)警單元都需要一根探測(cè)線，工程布線非常復(fù)雜，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)今智能建筑及時(shí)、準(zhǔn)確的滅火和簡(jiǎn)便的施工要求，在最近十多年內(nèi)，出現(xiàn)了兩總線制分布式智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。在兩種線上既有電源信號(hào)，也有數(shù)據(jù)信號(hào)。這種總線方式已完全替代了多線制總線。
2.火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器種類
1）感溫式火災(zāi)探測(cè)器
發(fā)生火災(zāi)時(shí)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。感溫式火災(zāi)探測(cè)器是對(duì)警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線路周圍溫度變化時(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器。它把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到報(bào)警目的。根據(jù)監(jiān)測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的感溫式火災(zāi)探測(cè)器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。
2）感煙式火災(zāi)探測(cè)器
火災(zāi)的起火過程一般都伴有煙、熱、光三種燃燒產(chǎn)物。在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，感煙式火災(zāi)探測(cè)器能對(duì)可見的或不可見的煙霧粒子響應(yīng)。它把探測(cè)部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。感煙式火災(zāi)探測(cè)器有離子感煙式、光電感煙式、激光感煙式等幾種感煙方式。
火災(zāi)的起火過程一般都伴有煙、熱、光三種燃燒產(chǎn)物。在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，感煙式火災(zāi)探測(cè)器能對(duì)可見的或不可見的煙霧粒子響應(yīng)。它把探測(cè)部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。感煙式火災(zāi)探測(cè)器有離子感煙式、光電感煙式、激光感煙式等幾種感煙方式[1-2，4]。離子感煙式探測(cè)器對(duì)黑煙反應(yīng)比較靈敏，但由于含有放射性物質(zhì)，這幾年應(yīng)用很少。光電感煙探測(cè)器是利用起火時(shí)產(chǎn)生的煙霧能夠改變光的傳播特性這一基本性質(zhì)而研制的。根據(jù)煙粒子對(duì)光線的吸收和散射作用。光電感煙探測(cè)器又分為遮光型和散光型兩種。
3）感光式火災(zāi)探測(cè)器
物質(zhì)燃燒時(shí)，在產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時(shí)，也產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。感光式火災(zāi)探測(cè)器又稱火焰探測(cè)器，它是用于響應(yīng)火災(zāi)的光特性。即擴(kuò)散火焰燃燒的光照強(qiáng)度和火焰的閃爍頻率的一種火災(zāi)探測(cè)器。根據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測(cè)器有兩種：一種是對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外探測(cè)器，另一種是對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外探測(cè)器。
4）可燃?xì)怏w探測(cè)器
可燃?xì)怏w探測(cè)器是對(duì)單一或多種可燃?xì)怏w濃度響應(yīng)的探測(cè)器。可燃?xì)怏w探測(cè)器有催化型和半導(dǎo)體型兩種類型。
5）復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器
復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器是對(duì)兩種或兩種以上火災(zāi)參數(shù)響應(yīng)的探測(cè)器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式。
二、新型探測(cè)技術(shù)
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，火災(zāi)探測(cè)技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。出現(xiàn)了下列新的探測(cè)方式。
1.圖像探測(cè)方式
圖像攝像方式火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要由圖像采集系統(tǒng)以及分析軟件組成。采集系統(tǒng)與普通的圖像處理系統(tǒng)相似，也就是攝像頭經(jīng)采集卡輸入計(jì)算機(jī)中監(jiān)視圖像，由計(jì)算機(jī)完成圖像的預(yù)處理，存儲(chǔ)、特征提取、結(jié)果判定和控制輸出。當(dāng)然，其中的一部分也可通過特定硬件實(shí)現(xiàn)。但其探測(cè)部分一般采用彩色攝像頭和紅外攝像頭組成，這是因?yàn)槊骰鸹馂?zāi)的紅外特征較為突出，易于同環(huán)境變化區(qū)別開來。軟件系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場(chǎng)的圖像信號(hào)周期地由攝像頭輸入微型計(jì)算機(jī)，這部分是通用的技術(shù)，產(chǎn)品比較成熟，但編制軟件時(shí)，要建立在對(duì)火災(zāi)圖像特征的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)所應(yīng)用的場(chǎng)所特點(diǎn)及環(huán)境情況確定火災(zāi)的特征參數(shù)，比如火災(zāi)發(fā)生時(shí)，圖像色彩及灰度變化，圖像中特定物體或現(xiàn)象邊緣變化、紅外圖像變化等，這就要求軟件編制過程中，應(yīng)用數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別的理論，對(duì)圖像進(jìn)行處理并判定是否有火災(zāi)發(fā)生，系統(tǒng)還應(yīng)有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)功能，比如對(duì)一個(gè)特定環(huán)境、起火原因的有針對(duì)性的調(diào)整特征量，調(diào)整判據(jù)；對(duì)于變化的環(huán)境的自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，比如監(jiān)視區(qū)域內(nèi)環(huán)境光電變化活動(dòng)物體的判定等。
圖像攝像方式火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)還要解決陰燃火報(bào)警問題和抗干擾問題，對(duì)于明火其圖像特征較為突出，但陰燃火圖像只是圖像灰度有所變化，較難準(zhǔn)確早期報(bào)警。
圖像攝像方式火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是當(dāng)今科技發(fā)展的前沿，有廣闊的發(fā)展前景，其智能化要求較高，較為適用于公共場(chǎng)所，比如賓館大廳、走廊、商場(chǎng)、影劇院等較大空間，現(xiàn)有階段適用于發(fā)生火災(zāi)時(shí)易于產(chǎn)生明火的場(chǎng)所。
圖像攝像方式火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)將隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，在解決陰燃火報(bào)警、降低造價(jià)，提高可靠性問題方面有突破情況下，將得到廣泛應(yīng)用，提升火災(zāi)探測(cè)報(bào)警智能化。
2.高靈敏度吸氣式感煙探測(cè)器
高靈敏度吸氣式感煙探測(cè)器是主動(dòng)式的探測(cè)器系統(tǒng)。內(nèi)置的抽氣裝置在管網(wǎng)中形成了一個(gè)穩(wěn)定的氣流，通過所鋪設(shè)的管路不斷地從被保護(hù)區(qū)域抽取空氣樣品并送到探測(cè)器室進(jìn)行檢測(cè)。所采集到的空氣樣品經(jīng)過過濾網(wǎng)來濾除空氣樣品中的灰塵或其他顆粒，以防止他們對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾。在測(cè)量室內(nèi)安裝有一個(gè)靜謐的激光發(fā)射裝置及一個(gè)特殊反射鏡，激光器發(fā)射出平行的激光光束，照射到空氣樣本上，如樣本中有煙粒子存在，光束將產(chǎn)生前向散射，散射光線經(jīng)凹面反光鏡射入高靈敏度激光接收儀，所產(chǎn)生的電子信號(hào)經(jīng)過處理計(jì)算，并根據(jù)測(cè)得散射光信號(hào)脈沖數(shù)，測(cè)量出空氣樣本中的煙粒子量。測(cè)得的信號(hào)，經(jīng)“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”微處理器處理后，與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值比較，如果達(dá)到警報(bào)級(jí)別則發(fā)出火警預(yù)報(bào)。其他雜亂光線透過中心光欄后由平面反光鏡反射出測(cè)量室。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
1）靈敏度高，探測(cè)范圍寬
采用先進(jìn)的激光探測(cè)技術(shù)，靈敏度范圍在0.004%obs/m～20%obs/m連續(xù)可調(diào)，一般該產(chǎn)品比傳統(tǒng)煙霧探測(cè)器靈敏度高幾百倍到上千倍。
2）主動(dòng)連續(xù)采樣，應(yīng)用范圍廣闊
傳統(tǒng)煙感探頭為被動(dòng)型，安裝位置受到限制，必須安裝到吊頂下或煙霧易聚集之處，才能正常發(fā)揮作用。該系統(tǒng)采用了高效抽氣機(jī)，經(jīng)由采樣管網(wǎng)連續(xù)不斷地抽取空氣樣本進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
3）抗干擾能力強(qiáng)
傳統(tǒng)的感煙探測(cè)器是將現(xiàn)場(chǎng)的煙霧信號(hào)采集后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再傳至報(bào)警主機(jī)，采用這種方式的探測(cè)器容易受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾以及周圍電磁信號(hào)的干擾，容易漏報(bào)誤報(bào)。而該探測(cè)器是將空氣樣品直接傳輸至主機(jī)檢測(cè)，避免了外界環(huán)境的干擾和電磁信號(hào)的干擾。
4）具有灰塵自動(dòng)識(shí)別功能
利用激光識(shí)別技術(shù)，區(qū)分灰塵與煙霧顆粒，防止誤報(bào)。
5）報(bào)警部位不精確
當(dāng)一路采集管報(bào)警后，不能識(shí)別在空氣采集管的何處發(fā)生報(bào)警，只能知道采樣管通過的區(qū)域發(fā)生了報(bào)警。而傳統(tǒng)感煙探測(cè)器則每個(gè)探測(cè)器都有編碼，能識(shí)別發(fā)生火警的部位。
3.分布式光纖感溫探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)
分布式光纖感溫探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)利用激光光纖拉曼散射效應(yīng)和光時(shí)域反射OTDR原理實(shí)現(xiàn)連續(xù)空間溫度場(chǎng)的溫度測(cè)量與位置確定。控制器向探測(cè)器注入高能窄激光脈沖，該激光脈沖在光線中傳輸時(shí)，除與傳輸介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的瑞利散射光，還與介質(zhì)分子發(fā)生非線性拉曼散射，產(chǎn)生與激發(fā)光波長(zhǎng)不同的拉曼散射光。探測(cè)器不同位置上的背向散射回波，在不同時(shí)刻返回激光注入端。根據(jù)激光注入光線與背向拉曼光返回系統(tǒng)的時(shí)間差和光纖介質(zhì)中光傳輸?shù)乃俣鹊某朔e之半等于散射區(qū)域注入端的光通道長(zhǎng)度的關(guān)系，即OTDR原理，可以確定某時(shí)刻的拉曼光回波信號(hào)所對(duì)應(yīng)的散射區(qū)位置。
光纖測(cè)溫系統(tǒng)有如下性能特點(diǎn)：
1）探測(cè)器的本質(zhì)安全特性
探測(cè)器的溫度傳感和信號(hào)傳輸均在一根光纖內(nèi)以光信號(hào)形式實(shí)現(xiàn)，探測(cè)器不帶電，具有本質(zhì)安全特性，無(wú)需任何處理即可方便應(yīng)用在諸如儲(chǔ)油罐、儲(chǔ)氣罐、易燃易爆危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)、化工生產(chǎn)車間等嚴(yán)格防爆場(chǎng)所；探測(cè)器信號(hào)不受電磁輻射、各種射線的干擾，可以安全穩(wěn)定地應(yīng)用在諸如雷達(dá)站、微波通訊站、變電所、電廠、核電站等嚴(yán)重電磁污染或放射性污染的場(chǎng)所和設(shè)備的安全保護(hù)。
2）長(zhǎng)距離、高密度、可定位多點(diǎn)溫度探測(cè)報(bào)警。
分布式光纖感溫探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可在數(shù)公里長(zhǎng)的探測(cè)器上進(jìn)行高密度多點(diǎn)溫度探測(cè)，并能精確確定探測(cè)點(diǎn)位置。
3）有效的感溫探測(cè)報(bào)警特性
分布式光纖感溫探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是模擬量感溫探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，具備模擬量系統(tǒng)過程可見的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)能夠?qū)μ綔y(cè)器所分布空間的溫度場(chǎng)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，指示位置和溫度值。
4）可復(fù)位特性和靈活的工程應(yīng)用
探測(cè)器具有火災(zāi)報(bào)警后可復(fù)位的特性。當(dāng)探測(cè)器所布現(xiàn)場(chǎng)溫度回落時(shí)，如果探測(cè)器沒有嚴(yán)重?zé)龘p，探測(cè)器無(wú)需處理，可重復(fù)使用。
三、新型探測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)探測(cè)技術(shù)的關(guān)系
傳統(tǒng)探測(cè)器和新型探測(cè)器間是相互補(bǔ)充的，都有一定的適用范圍。新型探測(cè)器雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于造價(jià)高、定位困難等問題，限制了大量使用。例如大空間的場(chǎng)所不能使用普通點(diǎn)型感煙探測(cè)器，可以使用紅外光束探測(cè)器代替；在對(duì)電磁輻射要求高的場(chǎng)所，例如電磁輻射實(shí)驗(yàn)室，不再適合使用普通需要接電線的傳統(tǒng)探測(cè)器，那可以使用光纖感溫或者空氣管采樣方式。一般很多消防工程是多種探測(cè)器共同組成的，而且不是同一廠家生產(chǎn)的，因此，與探測(cè)器相連的控制器，往往能提供接口，和其他廠家的控制器聯(lián)接，組成一個(gè)完備的消防系統(tǒng)。四、未來火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)
火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在傳感技術(shù)上有了很大的發(fā)展，傳感技術(shù)于其它電子技術(shù)相結(jié)合，使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。
1.城市火災(zāi)報(bào)警聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
火災(zāi)探測(cè)技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了城市火災(zāi)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。在城市規(guī)模不斷發(fā)展的今天，世界上很多國(guó)家的大城市都對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)施采取網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)管理，通過多媒體管理微機(jī)，利用公共通訊網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄓ嵕W(wǎng)進(jìn)行信號(hào)傳輸，及時(shí)了解各防火單位火災(zāi)自
2.無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)
目前絕大部分火災(zāi)探測(cè)器與控制器之間都采用有線方式連接，控制通過電纜提供電源以及傳輸信號(hào)。這種方式有不少局限性，例如在一些改造項(xiàng)目中，建筑裝修已經(jīng)完成，或者正在營(yíng)業(yè)，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的布線，無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠解決這些問題。
現(xiàn)有的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般采取通訊中繼節(jié)點(diǎn)有線，探測(cè)器通訊無(wú)線的方式，這種方式是有線和無(wú)線的結(jié)合。一般探測(cè)器主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)到中繼節(jié)點(diǎn)，而中繼節(jié)點(diǎn)無(wú)法對(duì)探測(cè)器控制。
四、結(jié)論
現(xiàn)代火災(zāi)探測(cè)技術(shù)出現(xiàn)圖像、激光、光纖等新技術(shù)，這些新技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有一定的局限性，與傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)之間是相互補(bǔ)充的關(guān)系，目前是兩者并存的局面。
在火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的通訊技術(shù)，產(chǎn)生了城市火災(zāi)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)以及無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，這些技術(shù)在今后會(huì)有很大的發(fā)展。
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