火災(zāi)自動報警系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從低級到高級的發(fā)展過程。尤其在近二十年中,火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在技術(shù)上取得了長足的發(fā)展,其產(chǎn)品已相當(dāng)成熟和實用。這些火災(zāi)報警產(chǎn)品的使用有效地預(yù)防和減小了火災(zāi)造成的損失。許多國家制定了相關(guān)法律來保證建筑物正確地安裝火災(zāi)自動報警產(chǎn)品。而火災(zāi)報警探測器也正在從開關(guān)量模式、模擬量模式發(fā)展到現(xiàn)在的本地分布式智能化探測器,同時,探測器也從單個探測源獨當(dāng)一面發(fā)展到先進的二復(fù)合、三復(fù)合源。
內(nèi)置CPU火災(zāi)探測器
6種火災(zāi)探測器各顯其能
火災(zāi)探測就是監(jiān)視火情可能引起的煙霧、溫度上升、火焰等物理現(xiàn)象,達到一定條件后發(fā)出報警信號。針對不同的監(jiān)視對象、火情階段和不同的場合,常用的火災(zāi)探測器有以下6種:離子感煙探測器、差定溫探測器、光電感煙探測器、紅外對射探測器、線纜式感溫探測器和火焰探測器。
離子感煙探測器
這種探測器于50年代開始使用。其原理是:煙霧粒子進入離子室內(nèi)會產(chǎn)生電離,導(dǎo)致離子室電流變化,從而可以監(jiān)視煙霧。這種探測器能監(jiān)視多種煙霧并且有較高的靈敏度。離子探測器是很成熟的技術(shù),獲得了廣泛的應(yīng)用。但離子探測器中有放射源,會造成環(huán)境污染,所以,一些歐洲國家已開始限制使用離子探測器。不過,還是有一些公司(如德國ESSER公司)努力研發(fā)出輻射量低的離子探測器,但另一些廠家則干脆放棄離子感煙探測器的生產(chǎn)。
感溫探測器
這種探測器應(yīng)用也比較早。早期的感溫探測器利用雙金屬片來實現(xiàn)。雙金屬片是用兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片壓制而成。溫度上升時,雙金屬片會產(chǎn)生彎曲,到一定程度時將接點接通而報警,F(xiàn)在這種探測器已很少,取而代之的是使用熱敏電阻或pn結(jié)作為探測源的電子式感溫探測器。電子式探測器采用電子線路,不僅可以實現(xiàn)定溫報警,而且可以實現(xiàn)溫升太快時的差溫報警。感溫探測器主要用于發(fā)生火災(zāi)不產(chǎn)生煙霧的場合,如某些化工產(chǎn)品倉庫,以及感煙探測器無法正常工作的場合,如廚房等場所。
分布智能化探測器
光電感煙探測器
光電感煙探測器主要有兩種,一種是散射型,另一種是減光型。這類探測器都有一個紅外發(fā)光二極管和紅外接收二極管。散射型光電感煙探測器中接收管平時收不到發(fā)射管發(fā)出的紅外光,探測器中進入煙霧,煙霧粒子散射紅外光,接收管就會有信號輸出。由于白煙對光的散射能力大于黑煙,因而散射型光電感煙探測器檢測白煙的靈敏度較高,而對黑煙的靈敏度較差。減光型探測器的接收管平時能接收到發(fā)射管發(fā)出的紅外光,當(dāng)有煙霧進入探測器后,煙霧粒子遮蔽部分紅外光,使接收管收到的光強減弱,從而探測出煙霧的濃度。
與散射型光電感煙探測器不同的是,減光型探測器對白煙和黑煙都有較高的靈敏度,但由于散射型光電感煙探測器的技術(shù)實現(xiàn)上相對較為容易,所以首先進入批量化應(yīng)用。近幾年來,有少數(shù)幾家制造商開始推出減光型探測器,德國ESSER公司最新推出的廣譜型光電感煙探測器綜合了散射型和減光型探測器的優(yōu)點,已經(jīng)完全可以取代離子感煙探測器。
紅外對射探測器
紅外對射探測器本質(zhì)上屬于減光型探測器,應(yīng)用于倉庫、場館等比較大的空間。發(fā)射器與接收器之間一般有幾十米的距離。接收器平時一直可以接收到發(fā)射器發(fā)出的紅外光。當(dāng)火情造成的煙霧彌漫到發(fā)射器和接收器之間,接收器接收到的紅外光就會減弱,當(dāng)煙霧濃度到一定程度后,紅外對射探測器就會報警。
線纜式感溫探測器
線纜式感溫探測器一般應(yīng)用于電纜溝道等比較狹長區(qū)域的報警。當(dāng)線纜上某段溫度上升到一定程度,該段就會永久或暫時粘接,這時線纜式感溫探測器就會報警。線纜式感溫探測器根據(jù)線纜種類可分為一次性報警線纜(報警后永久粘接,不可重復(fù)使用)和可恢復(fù)性線纜(當(dāng)溫度高到報警溫度時,線纜暫時粘接,溫度降低后線纜又恢復(fù)常態(tài))。根據(jù)探測器控制部分的不同,又可分為模擬型和開關(guān)型,模擬型可給出報警位置,開關(guān)型只給出簡單報警信號。
火焰探測器
火焰探測器用于檢測物品燃燒后產(chǎn)生的火焰,常用的有紅外火焰探測器和紫外火焰探測器。
以上是比較常用的探測器,研究人員仍在研究開發(fā)一些新型探測器,如光纖感溫探測器、激光感煙探測器、高靈敏度吸氣式探測器等。
模擬量探測器成本較低
早期的探測器都是開關(guān)量方式,后來逐步發(fā)展為模擬量方式,現(xiàn)在已發(fā)展成為批量使用的本地智能化方式。探測器中的探測單元也由早期的單探測源發(fā)展成為先進的二復(fù)合、三復(fù)合探測源。
開關(guān)量方式的探測器出現(xiàn)最早。由于此類探測器技術(shù)實現(xiàn)較為簡單,成本低廉,以往的工程中使用量很大。但由于此類探測器報警門限在探測器中由硬件電路實現(xiàn),對環(huán)境變化引起的電參數(shù)漂移不能很好補償。環(huán)境條件變化較大時往往會導(dǎo)致誤報警或者靈敏度降低。所以開關(guān)量探測器可以說是最初級的探測器。
為了克服開關(guān)量探測器所存在的問題,一些制造商研制了模擬量探測器。這種探測器的報警門限不在探測器中,而在與探測器相連的控制器中,探測器與控制器保持通訊,不斷把自身采集到的模擬量發(fā)送給控制器,控制器處理采集到的數(shù)據(jù),發(fā)出報警信號。此類系統(tǒng)的控制器一般都有較強的計算能力,通過精心設(shè)計的算法可以有效補償開關(guān)量探測器的不足。這種方案實現(xiàn)相對容易且探測器成本較低,采用此種方案的制造商很多,尤其是日本制造商。
但現(xiàn)代的報警控制器一般都要管理多個回路,每個典型回路要連接多達127個甚至255個探測器,每個回路的長度達1km,這就導(dǎo)致線路必須以較高的速率進行通信(且往往混合著數(shù)字通信和模擬通訊)才可能有較好的報警響應(yīng)速度,可靠性無疑降低了。再有,現(xiàn)代報警回路普遍采用雙總線制,即探測器的供電和通信均在兩根線上實現(xiàn),繁忙的通信對線路的要求也相應(yīng)提高。
有鑒與此,一些制造商,主要是歐洲制造商,如德國ESSER公司和瑞士CERBERUS公司則采用了分布智能化的方案。分布智能化的探測器一般都內(nèi)置CPU。在CPU控制下探測器將探測源得到的物理量進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,然后進行數(shù)字信號處理。CPU內(nèi)的算法包括了對環(huán)境變化的補償、對誤報警的消除、對探測器性能的自診斷等功能,有的還包含了部分模糊智能功能,能夠區(qū)分是真正的火警導(dǎo)致的煙霧還是正常的吸煙煙霧。
智能化探測器的報警是由探測器自身判斷決定,它與控制器的通信只是簡單地報告結(jié)果。這種探測器與控制器以數(shù)字方式通信,由于傳輸數(shù)據(jù)少,通信速率可以比較低,對通信線路的要求也比較低,設(shè)計良好的分布智能化系統(tǒng)運行相當(dāng)穩(wěn)定、可靠。
分布智能化探測器早些時候成本較高,但隨著電子工業(yè)的發(fā)展,CPU和各種電子元件價格的不斷下降,當(dāng)前市場上的分布智能化探測器價格已越來越接近模擬量探測器。很多制造商都看到分布智能化是發(fā)展趨勢,紛紛投入人力物力開發(fā)自己的分布智能化探測器。
復(fù)合探測器對火警的誤報率趨近于零
探測器的另一發(fā)展趨勢就是復(fù)合化。眾所周知,每種探測器都有不同的適用場所,如離子感煙探測器能較好地檢測煙霧報警,但它對不產(chǎn)生煙霧的火情(比如酒精火)就不能報警;感溫探測器不能夠檢測煙霧,但它對酒精火等一類發(fā)熱較多的火情就能準(zhǔn)確報警;散射型光電感煙探測器對白色煙霧比較敏感,但對黑色煙霧檢測效果就不太好,等等。
要想使探測器在大多數(shù)情況下都可以有效使用,就必須將多種探測源復(fù)合使用。國際上幾個大的報警器制造商已經(jīng)生產(chǎn)了自己的復(fù)合型探測器,ESSER公司的三復(fù)合探測器761973就是其中一例。它屬于本地智能化的探測器,不僅能夠進行環(huán)境自適應(yīng),還可將離子感煙、光電感煙、差定溫三種探測源集成在一個探測器中,利用探測器內(nèi)置的CPU對三種探測源的數(shù)據(jù)進行綜合評估,最終得出是否報警的結(jié)論。這種三復(fù)合探測器對火警的誤報警率趨近于零。