點(diǎn)型火焰探測器的選型和應(yīng)用研究

摘要：點(diǎn)型火焰探測器通過感光原理對(duì)火災(zāi)火源進(jìn)行探測，能夠?qū)鹧婀庾V中紅外與紫外光譜做出及時(shí)響應(yīng)。根據(jù)工作原理不同火焰探測性性能、型號(hào)也有很大差異。不同類型的探測器敏感度、探測范圍不同，應(yīng)用場合也有所不同。因此，本文針對(duì)點(diǎn)型火焰探測器性能、選型、應(yīng)用等進(jìn)行分析，以提高儀器的適配性和運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)型火焰探測器；紫外火焰探測器；紅外火焰探測器

當(dāng)前，工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)涉及大量可燃、易爆、危害性較高的化工原料，因此在生產(chǎn)當(dāng)中需要對(duì)火災(zāi)保持高度警惕，并配備完善、高效的火災(zāi)探測裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)明火隱患的實(shí)時(shí)監(jiān)測。應(yīng)用點(diǎn)型火焰探測器具有遠(yuǎn)距離、響應(yīng)快等特點(diǎn)，是工業(yè)企業(yè)普遍采用的火災(zāi)探測裝置，尤其對(duì)于碳?xì)浠衔锶紵鶑某傻幕鹧娓鼮槊舾?，因此在化工生產(chǎn)車間、庫房、石油勘探、煉油廠等更為適用。

一、點(diǎn)型火焰探測器特性

火焰探測器能夠利用傳感器作用識(shí)別火焰當(dāng)中的電磁輻射，對(duì)其中的紅外和紅外波就行識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)信息的探測和判斷。從探測器特征進(jìn)行分化，可以將其分為擴(kuò)散和預(yù)混合兩類。擴(kuò)散性火焰能夠在燃燒前將氧化物、燃料等進(jìn)行分離，這一燃燒過程多不充分，因此火焰顏色為黃色，而且有大量煙霧灰塵形成。生活中的火災(zāi)監(jiān)控多為擴(kuò)散型，這種火焰的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為輻射能量始終在若干能量值中波動(dòng)，具有典型的閃爍效應(yīng)，其頻度會(huì)受外界風(fēng)速影響，基本保持0.5-15Hz之間。根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)的火災(zāi)探測器能夠根據(jù)其閃爍頻度判斷火焰屬性以及內(nèi)部是否有輻射源。與混合型則體現(xiàn)為氧化物燃料能夠在燃燒之間充分混合，只有在實(shí)驗(yàn)中才能獲得燃速均衡的混合型火焰。

一般情況下，火焰探測器內(nèi)部的光學(xué)傳感器能夠根據(jù)其波段感應(yīng)，判斷特定波段內(nèi)是否存在電磁輻射。傳感器信號(hào)經(jīng)過記錄分析，能夠做出最后判斷，主要應(yīng)用方法有：分析閃爍頻率、對(duì)比閾值數(shù)據(jù)、多信號(hào)數(shù)值對(duì)比、結(jié)合光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

二、點(diǎn)火型火焰探測器選型與應(yīng)用

（一）單波段紫外火焰探測器

紫外火焰探測器運(yùn)行原理基本相同，傳感器為蓋革-彌勒管，其中包含氣囊內(nèi)部兩個(gè)封裝電極。紫外輻射波段長、能效高，擊中陰極之后，會(huì)有電子對(duì)外釋放，并在兩級(jí)電壓驅(qū)動(dòng)下鄉(xiāng)陽極高速移動(dòng)。這一過程中囊內(nèi)氣體和電子產(chǎn)生碰撞，以釋放更多電子加速碰撞強(qiáng)度，進(jìn)而導(dǎo)致雪崩放電，以此形成大電流信號(hào)，進(jìn)入大電路中。但是該信號(hào)僅為脈沖電流，放大電路所輸出的信號(hào)也是脈沖型，其頻率與接收輻射頻率有直接關(guān)系。

（二）單波段紅外火焰探測器

多數(shù)火焰都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射。燃燒物能夠釋放大量紅外波，因此紅外探測器能夠?qū)ζ溥M(jìn)行快速準(zhǔn)確的識(shí)別。同時(shí)一些家用電器如烤箱、暖爐等也能夠產(chǎn)生紅外輻射，并與火焰紅外光譜相重疊。因此在此類探測器設(shè)計(jì)中，需要對(duì)上述干擾因素進(jìn)行排除。早期此類儀器不能屏蔽太陽光，因此僅能在室內(nèi)使用。新型探測器裝置有多個(gè)紅外傳感器，對(duì)不同頻率的輻射源進(jìn)行探測，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，針對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以排除目標(biāo)之外的干擾源?，F(xiàn)階段，單一波段傳感器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽輻射的完全排除，性能更加穩(wěn)定。

（三）雙波段探測器

為了提高火災(zāi)報(bào)警精準(zhǔn)度，已有研究者著手開發(fā)雙波段探測器，豐富了火焰探測器功能類型。以紫外/紅外、紅外/紅外兩種較為多見。紫外/紅外探測器多數(shù)搭載窄波段紅外傳感器和高信噪比、抵御外部干擾能力較強(qiáng)的紫外傳感器構(gòu)成。紫外傳感器具有靈敏的火災(zāi)探測性能，對(duì)于雷電、太陽輻射、電弧火花等瞬間輻射形成快速響應(yīng)。為減少紫外信號(hào)干擾，在探測器的電路邏輯中引入窗口技術(shù)。通過對(duì)超強(qiáng)閾值信號(hào)的記錄消除短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的非火焰紫外大功率輻射。

紅外/紅外雙波段探測器能夠針對(duì)烴類氣體燃燒時(shí)的火焰光譜進(jìn)行分析，其中會(huì)有溫度較高的CO2氣體，在4.3μm附近形成峰值輻射，探測器對(duì)這一峰值非常敏感，能夠?qū)ζ渥龀鲰憫?yīng)。將其周圍的（3.8μm-4.1μm）輻射值作為對(duì)照參考目標(biāo)。通過上述雙波段信息分析完成探測器信號(hào)處理，以區(qū)分干擾源和火焰信號(hào)。一是判斷其閃爍性，二是針對(duì)單波段信號(hào)閾值強(qiáng)度進(jìn)行分析，三是探測器之間的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比。如果探測距離較大，就會(huì)出現(xiàn)輻射衰減，傳感器在火焰強(qiáng)度與內(nèi)部噪聲之間的判斷能力會(huì)減弱，有可能對(duì)火焰信號(hào)檢測失靈，這就需要增加電路邏輯分析，以保證識(shí)別精準(zhǔn)度。

（四）三波段紅外火焰探測器

三波段紅外火焰探測器性能更加完善，由三個(gè)窄波段紅外傳感器構(gòu)成，不同傳感去其覆蓋波段也有多不同。除具備普通紅外傳感器性能外，三波段探測器還能夠?qū)O2峰值輻射兩側(cè)選擇特定點(diǎn)，分別判斷輻射源以及背景輻射，并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測。所有紅外輻射波都能夠在三個(gè)波段內(nèi)形成各自唯一光譜，通過對(duì)輻射強(qiáng)度值進(jìn)行分析，及能夠判斷火焰和其他輻射源，從而有效消除了輻射衰減過程中信號(hào)混淆的難題。即使輻射由于空氣作用形成衰減，但是其數(shù)學(xué)關(guān)系并不會(huì)受到影響，利用數(shù)字計(jì)算對(duì)輻射信號(hào)作分析，可以實(shí)現(xiàn)火焰衰減信號(hào)的靈敏檢索，從而使探測距離有所增加，靈敏度更強(qiáng)，較之一般探測器性能高出四倍。

三、結(jié)語

隨著傳感器性能的不但提升和信號(hào)分析技術(shù)的完善，火焰探測器性能較之以往已有很大進(jìn)步。從單多段到多波段火焰探測器，其探測能力、靈敏度、精準(zhǔn)性不斷提高，為消防設(shè)計(jì)、火災(zāi)防范、安全保障提供了更可靠的技術(shù)支持，同時(shí)也有利于營造了更和諧、安定的生產(chǎn)生活環(huán)境。

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作者簡介：王富成（1986-），男，漢族，安徽明光人，本科，研究方向：消防電子。