基于雙波長的多參數(shù)火災(zāi)探測方法研究.pdf

1、火災(zāi)探測器是防火系統(tǒng)中的重要組成部分，伴隨半導(dǎo)體技術(shù)及光電子工藝近年來極速發(fā)展，光電式火災(zāi)煙霧探測器已經(jīng)成為市場主流產(chǎn)品。然而，光電式火災(zāi)煙霧探測器依然存在缺陷：探測器基于煙霧粒子散射光的強度判斷火情，但非火災(zāi)的干擾氣溶膠也具有光散射效應(yīng)而觸發(fā)火災(zāi)探測器誤報警。這種原理上的缺陷已經(jīng)成為制約傳統(tǒng)煙霧探測技術(shù)多年的難題和瓶頸。研究識別火災(zāi)煙霧和非火災(zāi)氣溶膠的特征及方法，以正確傳感火災(zāi)早期階段熱解和陰燃煙霧，已經(jīng)成為火災(zāi)探測技術(shù)發(fā)展的主要方向

2、。
　　本文首先分析了現(xiàn)有光電式煙霧火災(zāi)探測器的工作原理，說明了非火災(zāi)氣溶膠引起探測器誤報的原因，并介紹了現(xiàn)有的一些改進措施。為了設(shè)計一種低成本、防誤報的火災(zāi)探測器，本文從以下幾個方面展開了研究工作：
　　第一，Mie散射理論指出顆粒物的散射效率與其粒度相關(guān)。為了研究氣溶膠的粒度特征，本文搭建了氣溶膠綜合實驗平臺，測試了典型火災(zāi)煙霧（棉繩、櫸木、正庚烷、聚氨酯等）以及非火災(zāi)氣溶膠（灰塵、水蒸汽等）的粒度分布。測量結(jié)果表明：火

3、災(zāi)煙霧和非火災(zāi)氣溶膠由于生成方式不同，兩者的粒度分布具有明顯的差異。結(jié)合實驗結(jié)果以及相關(guān)文獻，大部分非火災(zāi)氣溶膠的粒徑分布明顯大于火災(zāi)煙霧的粒徑分布。因此本文提出了以粒度分布特征區(qū)分火災(zāi)煙霧和非火災(zāi)氣溶膠，為火災(zāi)煙霧探測器排除非火災(zāi)氣溶膠的干擾提供基礎(chǔ)判據(jù)。
　　第二，傳統(tǒng)的火災(zāi)探測器僅測量了氣溶膠的體積（質(zhì)量）濃度，而單一的體積濃度信息無法排除非火災(zāi)氣溶膠的干擾。根據(jù)Baron等人對顆粒物散射行為的宏觀描述，通過調(diào)節(jié)入射光波長與

4、氣溶膠粒徑之間的關(guān)系，散射光強度不僅可以表征氣溶膠的體積濃度，還可以表征氣溶膠的表面積濃度?；馂?zāi)煙霧和非火災(zāi)氣溶膠的體積濃度相同時，火災(zāi)煙霧的粒度分布相比非火災(zāi)氣溶膠更小，因而具有更大的表面積濃度?；谶@種大小粒子對體積和表面積貢獻的差異性，本文提出了雙波長多參數(shù)火災(zāi)探測方法，利用不同波長的入射光獲取樣本氣溶膠的體積濃度、表面積濃度以及Sauter平均粒徑，并以這三種特征參量為判據(jù)排除非火災(zāi)氣溶膠造成的誤報。本文基于Mie散射理論建立了

5、火災(zāi)探測器非近軸光學(xué)系統(tǒng)的光散射仿真模型，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化了雙波長多參數(shù)火災(zāi)探測器的光學(xué)結(jié)構(gòu)，提高多參數(shù)探測器測量體積濃度和表面積濃度的精度。我們研制了多參數(shù)探測器的原型樣機，并利用單分散DEHS氣溶膠、典型火災(zāi)煙霧和非火災(zāi)氣溶膠驗證了探測器的有效性。
　　第三，光電探測測器一直存在對黑煙響應(yīng)靈敏度偏低的缺點，導(dǎo)致多參數(shù)探測器測量黑煙的體積濃度和表面積濃度時偏差較大。為了及時、準(zhǔn)確地預(yù)警，提高探測器對黑煙的靈敏度，本文在雙波長多