便攜式感煙火災(zāi)探測器響應(yīng)閾值檢測裝置的研究

王琦 徐繼承 徐迅 彭煜

摘 要：該便攜式感煙火災(zāi)探測器響應(yīng)閾值檢測裝置，包括煙箱舉升器、煙箱總成和數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)，當(dāng)感煙火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號時(shí)煙氣濃度的已知減光系數(shù)值與所述感煙火災(zāi)探測器的響應(yīng)閾值大于0.05dBm-1時(shí)，判定所述感煙火災(zāi)探測器失效。該裝置適合一般基層校驗(yàn)單位使用的便攜式感煙火災(zāi)探測器響應(yīng)閾值檢測裝置，其無需裝卸使用中的感煙火災(zāi)探測器，即可對該感煙火災(zāi)探測器進(jìn)行在用校驗(yàn)響應(yīng)閾值，不僅解決了響應(yīng)閾值使用中的校驗(yàn)的問題，有利于保證消防安全，還打破了公共場所安全強(qiáng)檢項(xiàng)目檢不了的局面。

關(guān)鍵詞：感煙火災(zāi)探測器；響應(yīng)閾值；檢測裝置

0 引言

感煙探測器是利用發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙霧對光線產(chǎn)生吸收或遮擋的原理而制成的一種探測器。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧進(jìn)入探測器的檢測室，由于煙粒子的作用，使探測器上發(fā)光元件發(fā)射的光產(chǎn)生散射，這種散射被探測器上的受光元件接受，產(chǎn)生光敏電流，從而實(shí)現(xiàn)了將煙信號轉(zhuǎn)化成電信號，探測器根據(jù)電信號的大小即可判斷出煙濃度繼而發(fā)出報(bào)警信號。一般情況下，感煙探測器的性能參數(shù)在出廠前要逐個(gè)進(jìn)行檢驗(yàn)和測試，檢測設(shè)備一般采用由國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督中心統(tǒng)一生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)煙箱。但安裝在建筑物中的感煙探測器使用一段時(shí)間后可能會失準(zhǔn)，需要定期檢測，而目前的標(biāo)準(zhǔn)煙箱只適用于對感煙探測器安裝前的校驗(yàn)，無法對使用中的感煙探測器進(jìn)行現(xiàn)場檢測（即在線檢測）。常規(guī)的方法是將使用中的感煙探測器拆卸后再拿到消防部門利用標(biāo)準(zhǔn)煙箱進(jìn)行檢測，而這樣的檢測方法因?yàn)椴皇窃诰€檢測，所以不能對感煙探測器進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)，往往出現(xiàn)拆卸后的感煙探測器檢驗(yàn)合格，但再安裝后使用中仍然失靈的現(xiàn)象。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)煙箱體積結(jié)構(gòu)龐大，操作流程復(fù)雜繁瑣，而且檢測成本很高，一般基層校驗(yàn)單位難以開展此項(xiàng)工作。

1 原理

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，我們研發(fā)出一種感煙火災(zāi)探測器響應(yīng)閾值檢測裝置。該裝置體積小、重量輕，攜帶方便，而且能夠?qū)φ谑褂弥械母袩熁馂?zāi)探測器進(jìn)行在線檢測。

該檢測裝置包括煙箱舉升器和煙箱總成，煙箱舉升器位于所述煙箱總成的底部，包括舉升架、推桿，并且隨著推桿的伸長或縮短，舉升架將上升或下降；其中推桿選電動推桿。

煙箱總成質(zhì)量不超過10kg，體積不超過50cm×50cm×50cm，包括標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙器、溫控標(biāo)準(zhǔn)煙氣輸送單元、在線檢測煙箱單元和煙氣吹掃單元四個(gè)功能單元，其中，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙器能均衡產(chǎn)生發(fā)煙量，煙氣中的煙粒子的粒徑分布在0.5um～1.0um，形成標(biāo)準(zhǔn)煙氣；恒溫標(biāo)準(zhǔn)煙氣輸送單元用于將煙氣按設(shè)定溫度恒溫處理或按設(shè)定升溫速率輸送到所述在線檢測煙箱內(nèi)；在線檢測煙箱單元用于向感煙火災(zāi)探測器內(nèi)送入經(jīng)檢測出減光系數(shù)值的已標(biāo)定煙氣，接收感煙火災(zāi)探測器聲光報(bào)警信號，供檢測人員分析下達(dá)檢測結(jié)論，當(dāng)感煙火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號時(shí)煙氣濃度的已知減光系數(shù)值與感煙火災(zāi)探測器的響應(yīng)閾值大于0.05dBm-1時(shí)，判定感煙火災(zāi)探測器失效；煙氣吹掃單元用于置換上一檢測過程中殘留的煙氣，為下一檢測過程做準(zhǔn)備；煙箱的頂部有開口，開口大小恰好能容置感煙探測器；煙箱的頂部優(yōu)選設(shè)置密封圈，其作用是使煙室密閉，防止檢測過程中煙氣從煙箱總成頂部泄漏。

在線檢測煙箱單元包括拾音攝像機(jī)、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、850nm光度計(jì)測量探頭；拾音攝像機(jī)、風(fēng)速傳感器和溫度傳感器分別用來檢測煙室內(nèi)的聲光信號、風(fēng)速信號和溫度信號；850nm光度計(jì)測量探頭用于探測煙室內(nèi)的煙氣濃度。該檢測裝置包括數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)，以用來與煙箱舉升器和煙箱總成發(fā)生數(shù)據(jù)信息交互，可以通過人機(jī)界面系統(tǒng)對煙箱舉升器和煙箱總成進(jìn)行控制；數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)內(nèi)置有客戶端軟件；客戶端軟件能夠顯示并存儲煙箱總成內(nèi)煙室的音像、溫度、風(fēng)速、減光系數(shù)等數(shù)據(jù)；客戶端軟件還包含有煙箱舉升器控制窗口，打開客戶端操作視窗后，按住舉升器上升或下降按鈕，可以控制推桿伸長或縮短，舉升架隨之將上升或下降；客戶端軟件與煙箱總成和煙箱舉升器之間的數(shù)據(jù)信息交互是通過無線通信的方式進(jìn)行的，其中，無線通信優(yōu)選為WIFI、藍(lán)牙、RF中的一種或一種以上；數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)優(yōu)選所述數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)為裝在手機(jī)或筆記本電腦等移動設(shè)備上的上位機(jī)軟件及數(shù)據(jù)庫。

對于該檢測裝置，在線檢測煙箱中，感煙火災(zāi)探測器周圍的氣流為0.2±0.04m/s，氣流溫度應(yīng)為23±5℃，輸送到在線檢測煙箱的升煙速率為0.015dBm-1min-1≤Δm/Δt≤0.1dBm-1min-1。煙氣中的煙粒子的粒徑分布在0.5μm～1.0μm。 光學(xué)測量長度為0.114m（標(biāo)準(zhǔn)要求不大于1.1m），其不能接收到輸送煙氣的煙粒子散射的散射角大于3°的光線。光束波長在800nm～950nm的范圍內(nèi)，其有效輻射功率應(yīng)大于50%，波長低于800nm的范圍內(nèi)，其有效輻射功率應(yīng)小于10%，波長高于1050nm范圍內(nèi)，其有效輻射功率亦應(yīng)小于10%。

該裝置檢測誤差為：在0～2dB/m之間的煙濃度，測量誤差不應(yīng)大于（m×5%+0.02）dB/m。每次測量前，測量儀器的讀數(shù)須與潔凈空氣中的讀數(shù)（零點(diǎn)）相比較，測量偏差不大于0.02dB/m。

2 實(shí)施過程

圖1為便攜式感煙火災(zāi)探測器響應(yīng)閾值檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。在該裝置的底部設(shè)有支架，支架的右邊安裝長支腿1，左邊安裝短支腿3，支架用以支撐控制柜9，舉升架總成12以及煙箱總成15?？刂乒?內(nèi)設(shè)有主板10、驅(qū)動板11、手持式觸摸控制屏8。優(yōu)選的，感煙火災(zāi)探測器響應(yīng)閾值檢測裝置包括數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)，以用來與煙箱舉升器和煙箱總成發(fā)生數(shù)據(jù)信息交互，可以通過所述人機(jī)界面系統(tǒng)對煙箱舉升器和煙箱總成進(jìn)行控制；數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)內(nèi)置有客戶端軟件；客戶端軟件能夠顯示并存儲煙箱總成內(nèi)煙室的音像、溫度、風(fēng)速、減光系數(shù)等數(shù)據(jù)；客戶端軟件還包含有煙箱舉升器控制窗口，打開客戶端操作視窗后，按住舉升器上升或下降按鈕，可以控制推桿伸長或縮短，舉升架隨之將上升或下降；客戶端軟件與煙箱總成和煙箱舉升器之間的數(shù)據(jù)信息交互是通過無線通信的方式進(jìn)行的，其中，所述無線通信優(yōu)選為紫蜂、WIFI、藍(lán)牙、RF中的一種或一種以上；所述數(shù)據(jù)輸入輸出人機(jī)界面系統(tǒng)優(yōu)選為手機(jī)，IPAD等移動設(shè)備。其中主板10、驅(qū)動板11通過主板驅(qū)動板通訊線2連接，驅(qū)動板11第一個(gè)端口連接到由開關(guān)電源5控制的電源插座4，第二個(gè)端口由驅(qū)動板至航空插座電纜7連接到電纜用航空插座6。控制電纜用航空插座6設(shè)置在電源插座4上端，同時(shí)在該控制電纜用航空插座6也連接與煙箱總成15連通的控制電纜13。其中舉升架總成12上部設(shè)有電動直線推桿14，用以調(diào)節(jié)舉升架的高度。

煙箱總成質(zhì)量約為10kg，體積約為50cm×50cm×50cm，煙箱總成內(nèi)的煙氣發(fā)生標(biāo)定檢測系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙器、溫控標(biāo)準(zhǔn)煙氣輸送單元、在線檢測煙箱單元和煙氣吹掃單元組成。其中標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙器能均衡產(chǎn)生發(fā)煙量，形成規(guī)程規(guī)定升煙速率的標(biāo)準(zhǔn)煙氣，即輸送到在線檢測煙箱的升煙速率為0.015 dBm-1min-1≤Δm/Δt≤dBm-1min-1，煙氣中的煙粒子的粒徑應(yīng)分布在0.5um～1.0um之間，一次加入發(fā)煙丸能穩(wěn)定工作15min以上，該煙氣在粒徑分布、粒徑大小、粒徑結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性等方面應(yīng)有再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，并可通過監(jiān)視減光系數(shù)值m與檢測時(shí)間的比值滿足GB 4715-2005《點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測器》中圖G.3的實(shí)線范圍內(nèi)來保證試驗(yàn)煙的穩(wěn)定，其減光系數(shù)值的最大值為2dBm-1；恒溫標(biāo)準(zhǔn)煙氣輸送單元用于將煙氣按設(shè)定溫度恒溫處理或按設(shè)定升溫速率輸送到所述在線檢測煙箱內(nèi)，即在線檢測煙箱中感煙火災(zāi)探測器周圍的氣流為0.2±0.04m/s，氣流溫度應(yīng)為23±5℃；在線檢測煙箱單元用于將在用的感煙火災(zāi)探測器裝載其箱體內(nèi)，按檢測規(guī)程要求向感煙火災(zāi)探測器內(nèi)送入經(jīng)檢測出減光系數(shù)值的已標(biāo)定煙氣，接收感煙火災(zāi)探測器聲光報(bào)警信號，并將數(shù)據(jù)傳送至手持式觸摸控制屏，供檢測人員分析下達(dá)檢測結(jié)論，當(dāng)感煙火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號時(shí)煙氣濃度的已知減光系數(shù)值與感煙火災(zāi)探測器的響應(yīng)閾值大于0.05dBm-1時(shí)，判定感煙火災(zāi)探測器失效；煙氣吹掃單元用于置換上一檢測過程中殘留的煙氣，為下一檢測過程做準(zhǔn)備。

該裝置具體操作步驟：

（1） 先開啟客戶端操作視窗；

（2）首次工作前校對儀器讀數(shù)（零點(diǎn)），將測量儀器的讀數(shù)與潔凈空氣中的讀數(shù)（零點(diǎn)）相比較，測量偏差不應(yīng)大于0.02dB/m；

（3）將感煙火災(zāi)探測器裝入儀器檢測工位，手動點(diǎn)擊舉升器升降控制窗口，按住舉升器上升或下降按鈕，觀察顯示視頻，將儀器與受檢感煙火災(zāi)探測器對位；

（4）手動點(diǎn)擊發(fā)出開機(jī)命令后，主機(jī)工作程序啟動。

本發(fā)明的主機(jī)系統(tǒng)，包括以下步驟：

（1）開啟紅外線發(fā)射管DC1.5V供電直流固態(tài)繼電器對紅外線發(fā)射管供電；拾音攝像機(jī)、溫度、風(fēng)速傳感器、光電池減光系數(shù)電壓信號輸送開始工作。

（2）開啟AC220V風(fēng)機(jī)供電交流固態(tài)繼電器，將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至90%占空比工作，并按風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)回傳的數(shù)據(jù)判定并將風(fēng)速調(diào)節(jié)電機(jī)DC24V供電直流換向開關(guān)切換為加速或減速狀態(tài)，開啟風(fēng)速調(diào)節(jié)電機(jī)DC24V供電直流固態(tài)繼電器對風(fēng)速調(diào)節(jié)電機(jī)供電，至風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)回傳的數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定風(fēng)速值為止，關(guān)閉風(fēng)速調(diào)節(jié)電機(jī)DC24V供電直流固態(tài)繼電器對風(fēng)速調(diào)節(jié)電機(jī)停止供電，并將風(fēng)速控制轉(zhuǎn)至控制風(fēng)速調(diào)節(jié)電機(jī)DC24V供電直流固態(tài)繼電器占空比，實(shí)時(shí)按設(shè)定值監(jiān)測調(diào)整風(fēng)速。

（3）按設(shè)定溫度控制半導(dǎo)體制冷片工作，首先按檢測區(qū)溫度傳感器發(fā)回的溫度數(shù)據(jù)確定半導(dǎo)體制冷片工作狀態(tài)為制冷或制熱狀態(tài)，即指令半導(dǎo)體制冷片供電直流換向開關(guān)工作；再按測定半導(dǎo)體制冷片相鄰溫度傳感器發(fā)回的溫度數(shù)據(jù)確定半導(dǎo)體制冷片工作占空比，即按實(shí)時(shí)回饋的溫度信號分別控制半導(dǎo)體制冷片供電直流固態(tài)繼電器各自的工作間隔時(shí)間，保證各區(qū)域在設(shè)定的工作溫度和升降溫速率范圍內(nèi)；然后按風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口和檢測區(qū)溫度傳感器任一溫度傳感器發(fā)回的溫度數(shù)據(jù)確定半導(dǎo)體制冷片各自工作的占空比，以保證檢測區(qū)溫度在設(shè)定工作范圍內(nèi)。優(yōu)先地，半導(dǎo)體制冷片有4塊，也可增加塊數(shù)以保障溫度的均衡。

（4）當(dāng)檢測區(qū)風(fēng)速、溫度達(dá)到設(shè)定值要求時(shí)，開啟點(diǎn)火DC24V供電直流固態(tài)繼電器對發(fā)煙柱加熱氣化發(fā)煙，至受檢設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警信號時(shí)關(guān)閉點(diǎn)火DC24V供電直流固態(tài)繼電器，發(fā)煙柱停止氣化發(fā)煙。

（5）記錄拾音攝像機(jī)接收到受檢感煙火災(zāi)探測器第一次發(fā)出的聲光報(bào)警信號時(shí)的全部同步數(shù)據(jù)，包括時(shí)間、檢測區(qū)溫度、風(fēng)速、煙氣減光系數(shù)和受檢設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警視頻存儲至相應(yīng)的受檢設(shè)備信息庫中。當(dāng)感煙火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號時(shí)煙氣濃度的已知減光系數(shù)值與感煙火災(zāi)探測器的響應(yīng)閾值大于005dBm-1時(shí)，判定感煙火災(zāi)探測器失效。

（6）舉升器自動下降，開啟置換閥門，風(fēng)機(jī)吸入新鮮空氣并從檢測區(qū)受檢設(shè)備安裝口吹出經(jīng)不斷稀釋的煙氣，直至受檢設(shè)備停止發(fā)出聲光報(bào)警時(shí)關(guān)閉置換閥門，舉升器自動上升50mm復(fù)位，進(jìn)入第二次檢測過程。優(yōu)選地，舉升器下降位置為50mm。

（7）重復(fù)第（4）至（6）步驟，記錄第二和第三次受檢設(shè)備發(fā)出的聲光報(bào)警信號時(shí)的全部同步數(shù)據(jù)，包括時(shí)間、檢測區(qū)溫度、風(fēng)速、煙氣減光系數(shù)和受檢設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警視頻存儲至相應(yīng)的受檢設(shè)備信息庫中。

（8）手動點(diǎn)擊舉升器升降控制窗口，按住舉升器下降按鈕，將儀器與受檢設(shè)備分離并下降至儀器安全移動高度，開始下一受檢設(shè)備檢測或關(guān)機(jī)。

該檢測裝置還包括對裝置誤差檢測：在0～2dB/m之間的煙濃度，測量誤差不大于（m×5%+002）dB/m。每次測量前，測量儀器的讀數(shù)須與潔凈空氣中的讀數(shù)（零點(diǎn)）相比較，測量偏差不應(yīng)大于0.02dB/m。

煙箱舉升器由舉升架總成、電動直線推桿、煙箱上止點(diǎn)位置傳感器和控制系統(tǒng)組成。打開客戶端操作視窗后，按住舉升器上升或下降按鈕，電動直線推桿伸長或縮短，舉升架將上升或下降，當(dāng)儀器上止點(diǎn)位置傳感器輸入上止點(diǎn)位置信號時(shí)控制系統(tǒng)鎖定上升按鈕，使舉升架不能繼續(xù)上升。

該裝置共有標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙器、溫控標(biāo)準(zhǔn)煙氣輸送單元、在線檢測煙箱單元和煙氣吹掃單元四個(gè)功能單元組成。其中，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙器能均衡產(chǎn)生發(fā)煙量，煙氣中的煙粒子的粒徑分布在0.5um～1.0um，形成規(guī)程規(guī)定升煙速率的標(biāo)準(zhǔn)煙氣；恒溫標(biāo)準(zhǔn)煙氣輸送單元用于將煙氣按設(shè)定溫度恒溫處理或按設(shè)定升溫速率輸送到在線檢測煙箱內(nèi)；在線檢測煙箱單元用于將在用的感煙火災(zāi)探測器裝載其箱體內(nèi)，按檢測規(guī)程要求向感煙火災(zāi)探測器內(nèi)送入經(jīng)檢測出減光系數(shù)值的已標(biāo)定煙氣，接收感煙火災(zāi)探測器聲光報(bào)警信號，并將數(shù)據(jù)傳送至手持式觸摸控制屏，供檢測人員分析下達(dá)檢測結(jié)論，當(dāng)所述感煙火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號時(shí)煙氣濃度的已知減光系數(shù)值與所述感煙火災(zāi)探測器的響應(yīng)閾值大于005dBm-1時(shí)，判定所述感煙火災(zāi)探測器失效；煙氣吹掃單元用于置換上一檢測過程中殘留的煙氣，為下一檢測過程做準(zhǔn)備。

煙氣吹掃單元由安裝在煙箱座中的控制系統(tǒng)、安裝在風(fēng)機(jī)室吸入端上輸入新鮮空氣的置換閥門、由測煙室和風(fēng)機(jī)室內(nèi)腔形成的煙氣通道組成，其中煙氣通道是由構(gòu)成的煙箱總成內(nèi)風(fēng)道的風(fēng)機(jī)總成、發(fā)煙筒座、測煙室、測煙室回風(fēng)均布器、測煙室密封圈、測煙室進(jìn)風(fēng)均布器、電動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥總成、受檢感煙火災(zāi)探測器組成。

3 裝置使用效果

該檢測裝置的研發(fā)，可以達(dá)到以下效果：無需裝卸使用中的感煙火災(zāi)探測器，即可對該感煙火災(zāi)探測器進(jìn)行在用校驗(yàn)響應(yīng)閾值，解決了響應(yīng)閾值的使用中校驗(yàn)的問題，有利于保證消防安全；此外，該檢測裝置重量輕，體積小，攜帶方便，并能夠通過客戶端軟件進(jìn)行操控，檢測過程方便、快速。

參考文獻(xiàn)

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