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1、智能楼宇安全防范系统智能楼宇安全防范系统电子与信息工程学院李杨第第1章章 火灾自动报警控制系统火灾自动报警控制系统第一节第一节 概概 述述1.11.1火灾的形成原因火灾的形成原因（一）火灾发生的三个条件 1.可燃物 2.氧气或氧化剂 3.可供燃烧的热源（引火源）（二）火灾的起因 人为的造成火灾 吸烟引起的火灾 用火不当（包括蓄意纵火）电器事故造成火灾 电器线路及设备产生发热、发火等故障 静电火花引起火灾可燃气体发生爆炸造成火灾 甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、硫化氢、煤气、汽油、苯及甲苯 等可燃气体发生预混燃烧。4.可燃固体燃烧火灾 可燃固体在高温或明火作用下发生明火燃烧（表面燃烧）可燃固体低温自燃（
2、蒸发燃烧）易燃易爆化学物品因存放保管不当，产生分解，氧化 而导致自然或爆炸，形成火灾（分解燃烧）可燃液体燃烧造成火灾 闪燃爆炸（突沸）6.建筑物遭受雷击。2.2 2.2 火灾产生及形成过程火灾产生及形成过程（一）火灾的产生 物质燃烧是一种物质能量转化的化学和物理过程，随这个转化过程，伴随着产生燃烧气体、烟雾、热(温度)和光(火焰)等现象。1.1.燃烧气体燃烧气体 物质燃烧的开始阶段，首先释放出来的是燃烧气体，一般包括：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、碳氢化合物(CyHy)、水蒸汽(H20)及烃类、氰化物类、盐酸蒸气或其他特殊材料产生的分子化合物。悬浮在空气中的较大的分子团、
3、灰烬和未燃烧的物质颗粒等不可见的悬浮物，通称为气溶胶粒子，其粒径在0.0010.05m。2.2.烟雾烟雾 由于燃烧和热解作用，所产生的人肉眼可见和不可见的液体或固体微小颗粒，称为烟粒子或烟雾气溶胶粒子，其中主要包括：焦油粒子、高沸点物质的凝缩液滴、炭黑固体粒子等，其粒径在0.0110m。不管是燃烧气体还是烟雾，它们都有很大的流动性，能潜入建筑物的任何空间。不管是燃烧气体还是烟雾，它们都有很大的流动性，能潜入建筑物的任何空间。这些气体和烟雾有毒性，因而对人的生命有特别大的危险。据统计，在火灾中这些气体和烟雾有毒性，因而对人的生命有特别大的危险。据统计，在火灾中约有约有70%70%的死亡是由于燃烧
4、气体或烟雾造成的。的死亡是由于燃烧气体或烟雾造成的。3.热(温度)在物质燃烧过程中，由于物质内能的转化，必然有热量的释放，使环境温度升高。但在燃烧速度非常缓慢的情况下，这种热（温）度不容易鉴别出来。4.光(火焰)火焰是物质着火时产生的灼热发光的气体部分，火焰的光辐射除了可见光部分外，还有大量的红外辐射和紫外辐射。我们就是依据这些物理现象对火灾发生进行早期探测。（二）按燃烧过程分（4个阶段）早期阶段阴燃阶段火焰放热阶段衰减阶段温度温度烟浓度烟浓度时间时间ba火焰燃烧火焰燃烧引燃引燃汽化汽化预热预热全燃阶段全燃阶段熄灭熄灭火焰扩散火焰扩散火焰阶段火焰阶段阴燃阴燃初起初起潜伏潜伏曲线曲线a a表示烟
5、雾气胶浓度与时间的关系表示烟雾气胶浓度与时间的关系曲线曲线b b表示热气流温度与时间的关系表示热气流温度与时间的关系 对于普通可燃物质燃烧的表现形式，首先是产生燃烧气体，对于普通可燃物质燃烧的表现形式，首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产然后是烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产生火焰，并散发出大量的热量，使环境温度升高。起火过程曲线生火焰，并散发出大量的热量，使环境温度升高。起火过程曲线如图所示。如图所示。从图中可知，火情发展在多数情况下，总是头两个阶段（初从图中可知，火情发展在多数情况下，总是头两个阶段（初起和阴燃）所占时间较长，这是燃
6、烧的开始阶段。若要把火灾损起和阴燃）所占时间较长，这是燃烧的开始阶段。若要把火灾损失控制在最低限度，保证人身不遭受伤亡，火灾探测应该从开始失控制在最低限度，保证人身不遭受伤亡，火灾探测应该从开始阶段进行为宜。因为此阶段尽管产生大量的气溶胶（燃烧气体）阶段进行为宜。因为此阶段尽管产生大量的气溶胶（燃烧气体）和烟雾，充满了建筑物内的空间，但环境温度并不高，尚未达到和烟雾，充满了建筑物内的空间，但环境温度并不高，尚未达到蔓延发展的程度。蔓延发展的程度。从从b b曲线可知，火灾从开始阶段到全部燃烧，要经过一段时曲线可知，火灾从开始阶段到全部燃烧，要经过一段时间。对于这种燃烧速度缓慢的初期火灾，用感烟探
7、测方法最合适。间。对于这种燃烧速度缓慢的初期火灾，用感烟探测方法最合适。而且测量烟雾浓度比测量温度更灵敏。而且测量烟雾浓度比测量温度更灵敏。火灾探测时，准备安装探测器的房屋结构与高度也是应考虑火灾探测时，准备安装探测器的房屋结构与高度也是应考虑的重要因素。这是由于着火部位和探测器之间的距离发生变化时，的重要因素。这是由于着火部位和探测器之间的距离发生变化时，物质燃烧产生的烟、热和火焰，会影响到探测器的应用。物质燃烧产生的烟、热和火焰，会影响到探测器的应用。12 火灾自动报警控制系统火灾自动报警控制系统以传感器技术、计算机技术、电子通信技术等为基础的火灾报警控制系统，是消防工程自动化的核心内容之
8、一。该系统既能对火灾发生进行早期探测和自动报警，又能根据火情及其位置及时输出联动灭火信号，启动相应的灭火设施，进行灭火。对于各类建筑设置安装火灾报警控制系统是必不可少的。根据建筑消防规范，将火灾自动报警装置和自动灭火装置按实际需要有机地组合起来，配以先进的通信、控制技术，便构成了建筑自动消防系统。火灾自动报警控制系统由探测、报警与控制三部分组成，它完成了对火灾预防与控制的功能。火灾探测部分主要由探测器组成，是火灾自动报警系统的检测元件，它将火灾发生初期所产生的烟、热、光转变成电信号，然后送入报警系统。报警控制有各种类型报警器组成，它主要将收到的报警电信号加以显示和传递，并对自动消防装置发出控制
9、信号。这两个部分可构成独立的火灾自动报警系统。根据来自火灾自动报警系统的火警数据，经过分析处理后，控制联动器输出，去控制灭火设备、防排烟设备、非消防电源和空调通风设备等。1火灾自动报警控制系统的基本原理火灾自动报警控制系统的基本原理火灾探测器通过对火灾现场发出燃烧气体、烟雾粒子、温升、火焰的探测，将探测到的火情信号转化为火警电信号。在现场的人员若发现火情后，也应立即按动手动报警按钮，发出火警信号。火灾报警控制器接收到火警电信号，经确认后，一方面发出预警火警声光报警信号，同时显示并记录火警地址和时间，告诉消防控制室(中心)的值班人员；另一方面将火警电信号 传送至各楼层(防火分区)所设置的火灾显示
10、盘，火灾显示盘经信号处理，发出预警火警声光报警信号，并显示火警发生的地址，通知楼层(防火分区)值班人员，立即察看火情并采取相应的扑灭措施。在消防控制室(中心)还可能通过火灾报警控制器的RS232通信接口，将火警信号在CRT微机彩显系统显示屏上更直观地显示出来。联动控制器则从火灾报警控制器读取火警数据，经预先编程设置好的控制逻辑(“或”、“与”、“片”、“总报”等控制逻辑)处理后，向相应的控制点发出联动控制信号，并发出提示声光信号，经过执行器去控制相应的外控消防设备，如：排烟阀、排烟风机等防烟排烟设备；防火阀、防火卷帘门等防火设备；警铃、警笛、声光报警器等警报设备；关闭空调、非消防电源，将电梯迫
11、 降，打开人员疏散指示灯等，启动消防泵、喷淋泵等消防灭火设备等。外控消防设备的启停状态应反馈给联动控制器主机并以光信号形式显示出来，使消防控制室(中心)值班人员了解外控设备的实际运行情况，消防内部电话，消防内部广播起到通信、联络和对人员疏散、防火灭火的调度指挥作用。2火灾自动报警控制系统的发展火灾自动报警控制系统的发展随着计算机技术和通信技术的不断发展，火灾自动报警和联动控制技术也相应得到飞速发展，智能探测器的推出，大大提高了系统的可靠性，降低了误报率，高性能、大容量的控制系统满足了现代建筑的需要。1)1)传统火灾自动报警系统传统火灾自动报警系统20世纪40年代，瑞士Cerberus公司研制出
12、世界上第一只离子感烟探测器，实现了火灾的早期报警，火灾自动报警技术才开始真正有意义的推广和发展。优点：不要很复杂的火灾信号探测装置便可完成一定的火情探测；能对火灾进行早期探测和报警；系统性能简单便于了解；成本费用低廉；系统可靠性令人满意；误报率可做到1次年。缺点：(1)传统开关量火灾探测器报警判断方式缺乏科学性。它仅仅依据探 测的某个火灾现象参数是否超过其自身设定值(阈值)，来确定是否报警，所以无法排除环境和其他的干扰因素。也就是说，以一个不变的灵敏度来面对不同使用场所、不同使用环境的变化，显然是不科学的。(2)传统火灾自动报警系统的功能少、性能差，不能满足发展的需要。比如，多制线报警系统费线
13、费工，电源功耗大，缺乏故障自诊断 自排除能力，不能自动探测系统重要组件的真实状态；不能自动补偿探测器灵敏度的漂移；当线路短路或开路时，系统不能采用隔离器切断有故障的部分等。2)2)现代火灾自动报警系统现代火灾自动报警系统 随着火灾自动探测报警技术的不断发展，从简单的机电式发展到用微处理机技术的智能化系统，而且智能化系统也由初级向高级发展。现代火灾自动报警系统有以下几种主要形式，即“可寻址开关量报警系统”、“模拟量探测报警系统”和“多功能火灾智能报警系统”等。(1)(1)可寻址开关量报警系统可寻址开关量报警系统 可寻址开关量报警系统是智能型火灾报警系统的一种。它的每一个探测器有单独的地址码，并且
14、采用总线制线路，在控制器上能读出每个探测器的输出状态。目前的可寻址系统在一条回路上可连接1256个探测器，能在几秒内查询一次所有探测器的状态。特点：能比传统火灾自动报警系统更准确地确定火情部位，增强了火灾探测或判断火灾发生的能力，比传统的多线制系统省线省工。在系统总线上，可联接报警探头、手动报警按钮、水流指示器及其他输出中继器等。增设可现场编程的键盘，完善了系统自检和复位功能，火警发生地址和时间的记忆与显示功能，系统故障显示功能，总线短路时隔离功能，探测点开路时隔离功能等。总之，这类系统在控制技术上有了较大的改进，缺点是对探测器的工作状况几乎没有改变，对火警的判断和发送仍由探测器决定。(2)(
15、2)模拟量探测报警系统模拟量探测报警系统 模拟量探测报警系统不仅可以查询每个探测器的地址，而且可以报告传感器的输出量值，并逐一进行监视和分级报警，明显地改进了系统性能。模拟量探测报警系统是一种较先进的火灾报警系统，通常包括可寻址模拟量火灾探测器、系统软件和算法。特点:在探测信号处理方法上做了彻底改进，即把探测器中的模拟信号不断地送到控制器去评估或判断，控制器用适当的算法辨别虚假或真实火灾及其发展程度，或探测器受污染的状态。可以把模拟量探测器看做一个传感器，通过一个串联通信装置，不仅能提供装置的位置信号，同时还将火灾敏感现象参数(如烟浓度、温度等)以模拟值(一个真实的模拟信号或者等效的数字编码信
16、号)传送给控制器，由控制器完成对火警情况的判断。报警决定有分级报警、响应阈值自动浮动和多火灾参数复合等多种方式。采用模拟量探测(报警)技术可降低误报率，提高系统的可靠性。(3)(3)智能火灾报警系统智能火灾报警系统 智能火灾报警系统是现代火灾自动报警系统中较高级的报警系统，探测、控制装置多由微处理器组成。系统采用集散控制技术，将集中的控制技术分解为分散的控制子系统。各种控制子系统完成其设定的工作，主站进行数据交换和协调工作。特点：a.系统规模大，目前有的火灾报警控制装置的最大地址数(回路数)达到上万个。b.探测对象多样化，除了火灾报警功能外，还可有防盗报警、燃气泄漏报警功能等。c.功能模块化，
17、系统设置采用不同的功能模块，对制造、设计、维修有很大方便，便于系统功能设置与扩展。d.系统集散化，一旦某一部分发生故障，不会对其他部分造成影响，并且联网功能强，应用网络技术，不但火灾自动报警控制装置可以相互连接，而且可以和建筑物自动控制系统联网，增强了综合防灾能力。e.功能智能化，系统装置中采用模拟火灾探测器，具有灵敏度高和蓄积时间设定功能，探测器内置有微处理器，那就具有信号处理能力，形成分布式智能系统，可减少误报的可能性。在智能火灾报警系统中采用人工智能、火灾数据库、知识发现技术、模糊逻辑理论、人工神经网络等技术。12 火灾探测器火灾探测器是火灾自动报警和自动灭火系统最基本和最关键的部件之一
18、，它犹如系统的“感觉器官”，能不断地监视和探测被保护区域火灾的早期信号，是整个火灾报警控制系统警惕火情的“眼睛”。1.1.根据警戒范围不同根据警戒范围不同 1)1)点型火灾探测器点型火灾探测器 警戒范围为空间某一点周围，即对探测器所在位置周围的火灾产生的物理和化学参量变化作出响应的探测器。2)2)线型火灾探测器线型火灾探测器 警戒范围为空间某一连线周围，即对空间某一连线周围附近的火灾产生的物理和化学参量变化作出响应的探测器。如红外光束探测器用来探测发射设备与接收器之间的火情。3)3)区域型火灾探测器区域型火灾探测器 近年来研究推出的吸气式感烟探测系统是利用吸气扇通过空气取样管道和取样孔从保护区
19、域提取空气样品，空气样品通过一个高灵敏度的精确探测器对其进行分析，对保护区域的火灾产生的物理和化学参量变化作出响应。2.2.根据对不同火灾参量的响应及不同的响应方法根据对不同火灾参量的响应及不同的响应方法 1)感烟式火灾探测器 感烟式火灾探测器是对警戒范围中火灾烟雾浓度参量作出响应的探测器。感烟式火灾探测器主要用于探测火灾过程的早期和阴燃阶段的烟雾，所以是实现早期报警的主要手段。而根据感烟式火灾探测器不同的警戒范围，感烟式火灾探测器又分为几种类型，如表11所示。2)感温式火灾探测器 感温式火灾探测器是对警戒范围中火灾热量(温度)，即环境气流的异常高温或(和)升温速率作出响应的探测器。特点：结构
20、简单，电路少，与感烟探测器相比可靠性高、误报率低，且可以做成密封结构，防潮防水防腐蚀性好，可在恶劣环境(风速大、多灰尘、湿等)中使用。但是感温式火灾探测器灵敏度较低，报警时间迟。它的类型如表12所示。3)3)感光式火灾探测器感光式火灾探测器 感光式火灾探测器是对警戒范围中火灾火焰光谱中的紫外或红外辐射作出响应的探测器，通常又称火焰探测器，且都是点型火灾探测器。工程中主要用的有两种，如表13所示；，由于光辐射的传播速度快(3108ms)，另一方面火焰探测器的传感器件接收光辐射的响应时间极短(在ms数量级)，所以火焰探测器响应速度极快，这类探测器对快速发生的火灾(特别是可燃液体火灾)或爆炸引起的火
21、灾能及时响应，适用于突然起火而又无烟雾的易爆易 燃场所。4)4)可燃气体火灾探测器可燃气体火灾探测器 可燃气体火灾探测器是对火灾早期阶段，由于预热和汽化作用所产生的燃烧气体作出,响应的探测器和对可燃气体进行泄漏监测的探测器。燃烧气体中一般包括的成分有一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、碳氢化合物(CyHy)、水蒸汽(H20)等。还可能有烃类、氰化物类、盐酸蒸气或其他特殊燃烧材料产生的分子化合物等。这些气体比烟雾粒子产生得早，在感烟火灾探测器尚未发出报警信号前已达到相当大的浓度。因此，利用气敏元(器)件实现对燃烧气体的探测在早期报警的效果应比感烟火灾探测器好。常用的探测器如表14
22、所示。5)5)复合型火灾探测器复合型火灾探测器 同时具有两种或两种以上探测传感功能的火灾探测器为复合式火灾探测器。(1)差定温探测器 把差温和定温两种功能组合起来的差定温探测器既能对某个异常高温值作出响应，又能对异常升温速率作出响应。(2)离子光电感烟复合式探测器 把离子感烟和光电感烟两种功能组合起来的离子光电感烟复合式探测器，它既能探测开放性燃烧的小颗粒烟雾，又能探测闷燃火产生的大颗粒浓烟、黑烟。(3)感烟感温复合式火灾探测器 把感烟和感温两种探测传感功能组合在一起的感烟感温复合式火灾探测器，可达到在探测早期火情的前提下，对后期火情也给予监视。(4)感烟感光复合式探测器 把感烟和感光两种探测
23、传感功能组合在一起的感烟感光复合式火灾探测器，既可达到探测早期火情的目的又能对快速发生的火灾(特别是可燃液体火灾)或爆炸引起的火灾能及时响应。(5)感温感光复合式探测器 把感温和感光两种探测传感功能组合在一起的感温感光复合式火灾探测器，可运用在无烟雾、多灰尘、潮湿、突然起火易爆易燃场所。6)6)视频火灾探测器视频火灾探测器 视频火灾探测是利用摄像机对警戒范围中烟、热量、火焰进行实时监视。摄像机监控范围大，灵敏度高，实时图像清晰，便于存储、查询。视频火灾探测误报率低、可在恶劣环境(风速大、多灰尘、潮湿等)中使用。1 12 22 2 感烟火灾探测器感烟火灾探测器 感烟火灾探测器就是用于探测火灾初期
24、的烟雾，并自动向火灾报警控制器发出报警信号的一种火灾探测器。1)1)点型离子式感烟探测器点型离子式感烟探测器 点型离子式感烟火灾探测器是利用内装有放射源的电离室作为传感器件，双源双室结构，再配上相应的电子电路所构成的探测器。可对火灾早期阶段和阴燃阶段所产生的烟雾(包括气溶胶粒子)作出有效的响应。根据探测器内电离室的结构形式，又可分为双源和单源感烟式探测器。（1 1）电离室）电离室 感烟电离室是离子感烟探测器的核心传感器件，其工作原理如图所示。电离室两极间的空气分子受放射源Am241不断放出的射线照射，高速运动的粒子撞击空气分子，从而使两极间空气分子电离为正离子和负离子，这样就使电极之间原来不导
25、电的空气具有了导电性。此时在电场的作用下，正、负离子的有规则运动，使电离室呈现典型的伏安特性，形成离子电流。电离室可以分为单极性和双极性两种。电离室局部被射线覆盖，使电离室一部分为电离区，另一部分为非电离区，从而形成单极性电离室。由图可见，烟雾进入电离室后，单极性电离室要比双极性电离室的离子电流变化大，相应的感烟灵敏度也要高。因此，单极性电离室结构的离子感烟探测器更常用。离子感烟探测器感烟原理：当烟雾粒子进入电离室后，被电离部分的正离子与负离子被吸附到烟雾粒子上，使正、负离子相互中和的概率增加；同时离子附作在体积比自身体积大许多倍的烟雾粒子上，会使离子运动速度急剧减慢，最后导致的结果就是离子电
26、流减小。显然，烟雾浓度大小可以以离子电流的变化量大小进行表示，从而实现对火灾过程中烟雾浓度这个参数的探测。EAm241 射线射线 主感知主感知区区 域域电离区域电离区域P1 P2 单极性电离室结构单极性电离室结构双极性双极性单极性单极性离子电流离子电流Ih 外加电压外加电压U饱和电流饱和电流IsABABIhIh电离室结构和电特性示意图电离室结构和电特性示意图（2 2）双源式感烟探测原理双源式感烟探测原理 这是一种双源双电离室结构的感烟探测器，即每一电离室都有一块放射源，其原理如图所示。一室为检测用开室结构电离室M；另一室为补偿用闭室结构电离室R。这两个室反向串联在一起，检测室工作在其特性的灵敏
27、区，补偿室工作在其特性的饱和区，即流过补偿室的离子电流不随其两端电压的变化而变化。无烟时，探测器工作在A点。有烟时，由于检测室M中，离子减少且离子运动速度减慢，相当于其内阻变大。又因双室串联，回路电流不变，故检测室两端电压增高，探测器工作点移至B点。A点和B点间的电压增量U，即反映了烟雾浓度的大小。补偿电离室补偿电离室检测电离室检测电离室开关电路开关电路V1V2回路电压回路电压V024V DC电路原理电路原理电离电流电离电流I无烟时曲线无烟时曲线进烟后曲线进烟后曲线补偿电离室补偿电离室检测电离室检测电离室VI1I1 V1 电压电压0V0工作特性曲线工作特性曲线V1V2V2 双源式感烟探测器的电
28、路原理和工作特性双源式感烟探测器的电路原理和工作特性MRAB（3）单源式感烟探测原理单源式感烟探测原理 单源式感烟探测器原理如图所示。其检测电离室和补偿电离室由电极板Pl、P2和Pm等构成，共用一个放射源。其检测室和补偿室都工作在非饱和灵敏区，极板Pm上电位的变化量大小反映了烟雾浓度的大小。单源式感烟探测器的检测室和补偿室在结构上都是开室，两者受环境温度、湿度、气压等因素的影响相同，因而提高了对环境的适应性。离子感烟探测器按对烟雾浓度检测信号的处理方式的不同，可分为阈值报警式感烟探测器，编码型类比感烟探测器以及分布智能式感烟探测器。比较放比较放大电路大电路传输传输电路电路P P1 1P P2
29、2P Pm m单源式离子感烟探测器原理示意图单源式离子感烟探测器原理示意图单源双室离子式感烟探测器有以下几个优点。由于两个电离室同处在一个相通的空间，只要两者的比例设计合理，就既能保证在火灾发生时烟雾顺利进入检测室迅速报警，又能保证在环境变化时两室同时变化而避免参数的不一致。它的工作稳定性好，环境适应能力强。不仅对环境因素(温度、湿度、气压和气流)的缓慢变化有较好的适应性，对变化快的适应性则更好，提高了抗湿、抗温性能。增强了抗灰尘、抗污染的能力。当灰尘轻微地沉积在放射源的有效发射面上，导致放射源发射的。粒子的能量强度明显变化时，会引起工作电流变化，补偿室和检测室的电流均会变化，从而检测室的分压
30、变化不明显。一般双源双室离子感烟探测器是通过调整电阻的方式实现灵敏度调节的，而单源双室离子感烟探测器则是通过改变放射源的位置来改变电离室的空间电荷分布，即源电极和中间电极的距离连续可调，这就可以比较方便地改变检测室的静态分压，实现灵敏度调节。这种灵敏度调节连续而且简单，有利于探测器响应阈值的一致性。单源双室只需一个更弱的。放射源，比双源双室的电离室放射源强度减少一半，而且也克服了双源双室两个放射源难以匹配的缺点。这些探测器也存在致命的缺点，即灵敏度固定，安装后不易改变，因为在不同场合，不同环境就不能选择惟一一个最佳的火灾灵 敏度，在某些场合这个灵敏度是最佳的，在另一保护区这个灵 敏度可能显得太
31、高，会产生误报，使人们对产品失去信心，而 在另一保护区内这个灵敏度可能显得又太低，会出现漏报或不 报，使火灾蔓延，失去早期探测报警的作用。该探测器是通过与报警阈值电压的比较来确定是否给控制器送去报警信号的，这一比较电路由于受环境影响，例如温度、湿度，或探测器比较电路电子电路自身漂移的影响，影响报警信号的稳定性和可靠性，而出现误报现象，该电路缺乏自诊断能力和自排除能力，它不具备自动判断探测器本身的工作是否正常的能力，不能判断和消除由于环境变化引起电路状态变化。上述探测器称为开关量的探测器，即控制探测的参数超过其自身设定值就报警的探测器。（4 4）模拟量感烟探测器）模拟量感烟探测器 模拟量感烟探测
32、器能把烟雾进入测量电离区引起的电离电流的变化，送到探测器自身设置的微处理器中进行判断和处理，探测器本身具有智能化(类比)功能，它能自动跟踪环境条件变化，根据变化调整阈值电压大小，确定探测器的老化程度，自动检测干扰信息，环境条件变化或灰尘累计超过了允许工作的极限，而发出故障信号，驱动故障指示电路。这些智能功能使探测器具有最大的可靠性和最佳的反应灵敏度，最高的功能稳定性使系统能可靠、稳定地工作。通常模拟量感烟探测器具有下述功能。阈值补偿功能 正常工作时，探测器运行在故障阈值和阈值补偿之间，当发生火灾时，探测器输出参数超过报警信号值，发出报警信号。随着探测器使用时间的增加，探测器内积累了灰尘，使探测
33、器输出参数上移，靠近阈值电压补偿上限，为保证探测器灵敏度不变，预报警值和报警值相应上升，报警输出达到阈值补偿的最大值时，探测器发出故障信号，控制器显示更换或清洗该探测器信号。延时功能 为了防止由于昆虫和人吸烟引起的误报，模拟量探测器通常通过延时确认的方式来确认和判断误报。灵敏度的自动调节 能对不同环境、不同场合的探测器设置不同的灵敏度。模拟量的探测器能通过控制器对多个探测器进行阈值调控和火灾报警延时的调控来达到有效的、及时的报警。离子感烟探测器具有灵敏度高、稳定性好、误报率低、寿命长、价格低的特点，是火灾初期预警的理想装置，因而得到广泛应用，在建筑工程中的应用约占感烟探测器的90左右。2)2)
34、光电感烟火灾探测器光电感烟火灾探测器 光电感应探测器是利用火灾时产生的烟雾可以改变光的传播特性，并通过光电效应而制成的一种火灾探测器，根据烟雾粒子能对光电产生吸收、散射的作用，光电探测器可分为遮光型和散射型两种，其结构主要由检测室、电路、固定支架和外壳等组成。（1 1）遮光型感烟探测原理）遮光型感烟探测原理 遮光型感烟火灾探测器由光束发射器、光束接收器和暗室组成，光束发射器由光源和透镜组成。目前通常用红外发光二极管作为光源，它具有可靠性高、功耗低、寿命长的特点，光源受脉冲发生器产生的电流调制，用球面式凸透镜将光源发出的光线变成平行光束 遮光型感烟探测器具体又可分为点型和线型两种类型。点型遮光感
35、烟探测器点型遮光感烟探测器：这种探测器原理如图所示。其中的烟室为特殊结构的暗室，外部光线进不去，但烟雾粒子可以进入烟室。烟室内有一个发光元件及一个受光元件。发光元件发出的光直射在受光元件上，产生一个固定的光敏电流。当烟雾粒子进入烟室后，光被烟雾粒子遮挡，到达受光元件的光通量减弱，相应的光敏电流减小，当光敏电流减小到某个设定值时，该感烟探测器发出报警信号。.脉冲信号脉冲信号输出控制输出控制放大电路放大电路开关元件开关元件光学透镜光学透镜暗箱暗箱光敏二极管光敏二极管发光二极管发光二极管电源电源.遮光型光电感烟探测器遮光型光电感烟探测器 线型遮光感烟探测器：线型遮光感烟探测器：线型遮光感烟探测器在原
36、理上与点型探测器相似，但在结构上有区别。点型探测器中发光及受光元件同在一暗室内，整个探测器为一体化结构。而线型遮光探测器中的发光元件和受光元件是分为两个部分安装的，两者相距一段距离。其原理如图所示。光束通过路径上无烟时，受光元件产生一固定光敏电流，无报警输出。而当光束通过路径上有烟时，则光束被烟雾粒子遮挡而减弱，相应的受光元件产生的光敏电流下降，当下降到一定程度则探测器发出报警信号。在此，发射光束可以是图所示的激光束，也可以是红外光束。脉脉 冲冲电电 源源激激 光光发生器发生器激光发生器激光发生器光光 电电接受器接受器脉冲放大脉冲放大及及 报报 警警激光接受器激光接受器线型感烟探测器特点：线型
37、感烟探测器特点：线型感烟探测器具有监视范围广、保护面积大、使用环境条件要求不高等特点，通常适用于初始火灾有烟雾形成的大空间、大范围的防范，如大仓库、电缆沟、易燃货垛的防范。红外光感烟探测器技术成熟，性能稳定，灵敏度高，目前使用的线型感烟探测器通常为红外感烟探测器。半导体激光感烟探测器，由于半导体激光器激发电压低、脉冲功率大、效率高、体积小、寿命长、方向性强、亮度高、单色性和相干性能好，尽管它问世不久，但在各领域得到了广泛重视和应用（1）散射型感烟探测原理 散射型感烟探测原理如图所示。其中的烟室也为一特殊结构的暗室，进烟不进光。烟室内有一个发光元件，同时有一受光元件，但散射型感烟探测器不同的是，
38、发射光束不是直射在受光元件上，而是与受光元件错开。这样，无烟时受光元件上不受光，没有光敏电流产生。当有烟进入烟室时，光束受到烟雾粒子的反射及散射而达到受光元件，产生光敏电流，当该电流增大到一定程度时则感烟探测器发出报警信号。烟室烟室发光元件发光元件受光元件受光元件.散射型光电感烟探测器散射型光电感烟探测器3吸气式感烟探测器 吸气式感烟探测器是利用吸气扇通过空气取样管道和取样孔从保护区域提取空气样品，空气样品通过高灵敏度的精确感烟探测器对其进行分析，当烟雾值超过阈值时，发出报警信号。吸气式感烟探测器通常使用以下三种类型的技术。1)光散射技术 采样的空气持续流入一个装有高能光源的探测室，这一光源会
39、被样品中的任何烟雾颗粒散射，散射光由一个固态光接收器进行分析。散射光的量与烟浓度成正比。光散射系统对阴燃火和电线过载造成的烟雾颗粒很敏感，因此对于要求早期报警的地方非常有效。但这种探测器会受灰尘干扰，因此多数探测器会安装复杂的过滤网或电子除尘装置。此技术对空气采样均匀性和流速稳定要求低。2)云室技术 采样的空气持续地流入装有水蒸汽的探测室。任何很小的颗粒都会使用水蒸汽在其周围凝结形成 相同大小的水滴。这些水滴的数量由一个脉冲LED 均匀地测量。由于云室使用水，因此需要定期维护。云室探测器可抗灰尘。在比较场试验中，发现云室探测器对火焰燃烧产生的颗粒响应良好，但对阴燃火产生的颗粒响应效果不好，因此
40、对其在需要早期报警的应用场合应有所限制。3)颗粒计算技术 采样的空气持续地通过聚焦的激光光束，测量每一个颗粒的光散射。这就提供了相对于穿过激光光束的颗粒数量的输出颗粒计数，系统对阴燃火电线过载敏感，但需要空气主动地均匀通过，因为输出与流速成正比。颗粒计算系统可抗灰尘，但正对激光光束的纤维或灰尘可能会导致误报警。空气取样管道内径应为20-22mm，采用缓和拐弯，以使空 气流动尽量顺畅。为保证采样空气在规定时间到达探测器(从 管道端部到探测器限制传输时间120s)，采样管最大长度为100m。远离取样管的采样点，可用外径为10mm的软“毛细”管连接 到取样主管，“毛细”管距主管路距离最长为6m。吸气
41、式探测器吸气式系统采用人工智能(AI)技术，通过改变探测器的灵敏度来适应现场条件的改变，以保持一个已知的报警可能性。这种类型的系统还能自动补偿部件漂移或探测器污染，以便保持最佳性能。吸气式感烟探测器与安装在保护现场的空气取样管道、取样孔和“毛细”管组成了空气取样探测系统。探测系统灵敏度可分为如下三种。探测系统灵敏度可分为如下三种。正常灵敏度：与正常点型探测器的灵敏度相同(通常为 35obsm)；加强灵敏度：烟雾浓度达到0.82obsm时响应；高灵敏度：烟雾浓度低于0.8obsm时响应。应注意的是，探测系统的灵敏度并不是探测器的灵敏度，采样孔的数目对探测器的灵敏度具有稀释作用。也就是说，如果一个
42、探测器的灵敏度为0.05obsm，且这个系统连接一个有20个采样孔的管道网络，那么每个孔的平均系统灵敏度为1.0(0.05X20)。如果相同浓度的烟雾进入两个孔，平均灵敏度就会加倍。通常烟雾会从大多数采样孔进入，这样系统的灵敏度实际上会很高。每一个孔的灵敏度是探测器灵敏度和采样孔数量的函数。探测器灵敏度越高，管道网络能打的采样孔越多。补充：补充：遮蔽度%obs/m(或称减光率)遮蔽度%Obscuration/m常被用来表示烟雾浓度的大小，其指的是光线被烟雾阻挡而受影响的程度。举例来说，0.01%obs/m是指光束的前进因烟雾粒子的存在而减少为99.99%，因此总共被遮蔽（减少）了0.01%。光
43、线被遮蔽程度的大小还与距离有关，距离越近受遮蔽的比率越低、距离越远受遮蔽的比率越高。因此，遮蔽度是定义在1m的距离上，亦即其单位为%obs/m1 12 23 3 感温火灾探测器感温火灾探测器 根据探测器对火灾热(温度)参量的响应方式不同，感温式火灾探测器可分为以下几种。定温火灾探测器：在规定时间内，火灾热(温度)参量超过一个固定值时启动报警的探测器。差温火灾探测器：在规定时间内，火灾热(温度)参量的时间变化率超过某一数值时启动报警的探测器。差定温探测器：在一个壳体内兼有定温和差温功能的探测器。1点型感温火灾探测器 1)点型差温火灾探测器 差温火灾探测器是对警戒范围中某一点周围的温度上升速率超过
44、规定值时响应的火灾探测器。差温火灾探测器有好几种，下面以膜盒型差温探测器为例进行说明。膜盒型差温探测器是一种常见的差温火灾探测器。探测器是利用装有金属波纹膜片的膜盒作感热元件，再配上相应的后续电子电路所构成的探测器，可对火灾引起的异常升温速率作出有效响应。同时，在盒体内还配有易熔合金的定温装置，可对额定温度值作出响应，所以本探测器也可认为是膜盒易熔合金型差定温复合式火灾探测器。其结构简单、可靠、稳定性好，密封性好，可用于离子感烟火灾探测器不宜使用的场所。探头结构如下。探测器的感温探头部分由外壳和基座形成的气室、波纹膜片、电气可调触点和呼吸机构等组成。如图110所示。空气膜盒是温度敏感元件，其感
45、热外罩与底座形成空气膜盒是温度敏感元件，其感热外罩与底座形成密闭气室，有一小孔与大气连通。当环境温度缓慢变化密闭气室，有一小孔与大气连通。当环境温度缓慢变化时，气室内外的空气可由小孔进出，使内外压力保持平时，气室内外的空气可由小孔进出，使内外压力保持平衡。如温度迅速升高，与室内空气受热膨胀来不及外泄，衡。如温度迅速升高，与室内空气受热膨胀来不及外泄，致使室内气压增高，波纹片鼓起与中心线柱相碰，电路致使室内气压增高，波纹片鼓起与中心线柱相碰，电路接通报警。接通报警。+-感热外罩感热外罩膜片膜片接点接点泄露孔泄露孔空气室空气室膜盒式差温探测器结构示意图膜盒式差温探测器结构示意图2)点型定温火灾探测
46、器 点型定温火灾探测器是一种对保护区中某一点周围温度达到或超过规定值响应的火灾探测器。当它探测到温度达到或超过其动作温度值时，探测器动作，向报警控制器发出报警信号，定温探测器的动作温度应按保护区的环境温度进行选择。点型定温火灾探测器利用密封温度继电器作感热元件，采取翻转式碟形双金属片热膨胀原理，再配上相应的后续电子电路，可对额定的动作温度值作出响应。其结构简单、性能稳定可靠，可用于离子感烟探测器及差温探测器不宜使用的场所。以碟形双金属片型定温火灾探测器为例，如图111所示。探测器的定温探头部分由超小型密封温度继电器和集热片、支架、基座、接线柱、接线片等组成，如图112所示。其中超小型密封温度继
47、电器采用翻转式碟形双金属片结构形式，其工作原理：碟形双金属片为敏感元件，凹面为双金属片主动层，即由热膨胀系数较大的材料构成，凸面为被动层，即由热膨胀系数较小的材料构成。当环境温度逐渐升高，热量经集热片传到双金属片。双金属片凹面主动层因膨胀系数大于凸面被动层膨胀系数而向四周伸展，使蝶形双金属片逐渐展平，当达到临界点(即定温值时)碟形双金属片突然翻转，凸形向上，通过顶杆推动动触点，造成电气触点闭合，再通过后续电子电路发出火灾报警电信号。当环境温度逐渐恢复至原来温度时，碟形双金属片的变化过程恰好与升温时相反，恢复到凹面向上，电气触点脱开，使探测器回复到正常监控状态。探头结构如下探头结构如下双金属片定
48、温探测器双金属片定温探测器结构示意图结构示意图+-接点接点双金属片双金属片 这种定温探测器由热膨胀系数不同的双金属片和固定触点组这种定温探测器由热膨胀系数不同的双金属片和固定触点组成。当环境温度升高时，双金属片受热膨胀向上弯曲，使触点闭成。当环境温度升高时，双金属片受热膨胀向上弯曲，使触点闭合，输出报警信号。当环境温度下降后，双金属片复位，探测器合，输出报警信号。当环境温度下降后，双金属片复位，探测器状态复原。状态复原。+-绝缘物绝缘物高膨胀金属高膨胀金属低膨胀金属低膨胀金属接点接点+-+-双金属定温探测器圆筒状结构示意图双金属定温探测器圆筒状结构示意图3)易熔金属定温火灾探测器 易熔金属定温
49、火灾探测器是一种在规定温度值时，能迅速熔化的易熔合金作为电节点热敏元件的定温火灾探测器。图113是易熔金属定温火灾探测器示意图。探测器下方吸热片的中心处和顶杆的端面用低熔点合金焊接，弹簧处于压紧状态，在顶杆上方有一对电接点，无火灾时，电接点处于断开状态，火灾发生后，当探测器周围温度升到动作温度值，低熔点合金迅速熔化，释放顶杆，顶杆借助弹簧弹力弹起，电接点闭合，探测器动作，发出报警信号。易熔金属丝是一种简单易行的感温探测元件，正常时其电路连通，当火灾发生时，火灾温 度使易熔金属丝熔断，从而使电路断开而发出报警信号。还有一种玻璃泡式感温元件与易熔金属丝的原理很相似，它是当火灾发生时，火灾温度使 玻
50、璃泡破裂从而使附着在玻璃泡上的导电体断开。这种机械型的定温探测器不需配置电路，牢固可靠，不易产生误动作，价格低廉。另一类定温探测器属于电子型，常用热敏电阻或半导体PN结为敏感元件，内置电路常用 运算放大器，热敏电阻的特点是电阻温度系数大，因而灵敏度高；测量电路简单；体积小、热惯性小；自身电阻大，对线路电阻可以忽略，适于远距离测量。缺点是稳定性较差和互换性差，但现在生产的有些热敏电阻的稳定性和互换性都已经有了很大提高，完全可以用做感温探测器的传感器。4)差定温火灾探测器 差定温探测器兼有差温和定温两种功能，图110中只要另用一个弹簧片，并用易熔合金将此弹簧片的一端焊在吸热外罩上，就使膜盒差温火灾