消防自動報警感溫探頭

楊桂華

河北省豐寧滿族自治縣，河北承德 068350

人類社會自進入工業化和電氣化時代以來，物質生活水平得到了飛速的發展，電氣化和自動化也得到了廣泛的普及，一方面這極大的豐富了我們的日常生活，也提高了生產生活效率，但同時也帶來了巨大的消防隱患。當今社會，受到人口增長和城鎮化加速趨勢的影響，城市規模不斷擴大，城市內的摩天高樓也是鱗次櫛比，城市綜合體等巨型建筑的出現，超大型單體工業建筑的生產運行，以及高人口密度的居民生活區等，這些都給消防工作帶來了極大的難度。正是緣于這樣的消防壓力，消防自動報警裝置成為當前消防前期工作的重點，在消防區域內，布置數量眾多的自動報警裝置，對明火、煙霧、不明氣體、溫度異常等等情況進行不間斷監測，通過檢測控制系統，能夠及時將報警信號傳輸到消防部門，并及時進行消防搶救。在這整個自動報警系統中，最重要也最為核心的部件就是自動報警感應裝置，本文將以溫度感應裝置為分析對象，細述感溫探頭的工作原理和典型感溫探頭的應用現狀。

1 消防自動報警系統概述

消防自動報警系統主要包括了消防火警觸發元件、火災報警裝置和控制中心等，通過感應裝置可以將火災現場的煙霧、熱能、光輻射等環境變量，通過感溫裝置、感煙裝置和感光裝置等轉換為電信號，在消防控制傳輸線路的輔助下觸發消防報警設備，并且通過智能定位系統標定火場方位、火災發生時間、起火原因等等重要火場信息。通常來說一旦消防自動報警系統觸發，也會引起自動噴淋裝置、消防栓裝置和排煙空調裝置和防火卷簾裝置的聯動。

2 消防自動報警感溫探頭的工作原理

2.1 火災溫度探測器類型

異常溫度探測是火災自動報警系統中常用的火場監測手段，根據感溫裝置的出發模式可以分為三類：定溫式火災探測器、差溫式火災探測器和差定溫式火災探測器。定溫式火災探測器的工作原理是預先設置好室內溫度閾值，一旦室內溫度超過預設值，就會觸發消防自動報警系統，通常來說，定溫式火災探測器的分布方式主要有線性布置和點陣列布置兩種；差溫式火災探測器是通過檢測在特定時間周期內室內溫度的增量和增加速率是否超過預設值，以此作為警報觸發條件，通常來說此類火災探測器會在消防區域內進行陣列排布，避免錯漏局部火災；差定溫式火災探測器則兼具上述兩種火災溫度探測器的特定，對于大面積火災和局部火災都有較好的判斷效果，是最常用的火災溫度探測器形式。

2.2 自動報警感溫探頭工作原理

消防自動報警系統中采用的感溫探頭的核心部件是溫度傳感器，歷經數十年的發展，當前的溫度傳感器主要有接觸型溫度傳感器和非接觸性溫度傳感器兩大類。當被測對象具有較好的導熱性，并且能夠在較短時間內達到熱對流和熱平衡時，接觸式溫度傳感器能夠發揮極大的作用，這時的溫度測量精度較高，并且可以無延時的測量被測物體的溫度變化趨勢，但是它的弱勢是對于運動對象和比熱容較小的對象效果不佳，在強腐蝕性的工作環境下，也會影響溫度測量精度，非接觸式溫度傳感器主要是檢測被測對象的輻射量變化，對于運動物體和溫度場的測量精度較高，適用于大空間檢測。

從工作原理來看，溫度傳感器主要有熱電偶型、金屬測溫電阻型、半導體熱敏電阻型等，用兩種金屬芯線搭成回路，在芯線連接點出現溫度變化時，就會在電路中出現溫度電勢差，即塞貝克效應，由此制成的溫度傳感器就是熱電偶，在消防自動報警的感溫探頭中，常常會采用鎧裝熱電偶，在芯線外層包裹者氧化鋁和氧化鎂等金屬物質，可以起到絕緣和氣密作用。金屬測溫電阻則是利用了金屬導熱性，但是金屬絲很難承受較大的振動和沖擊，要避免在震動幅度大的區域使用，通過在外層包裹高溫強化玻璃和高溫陶瓷，能夠承受600攝氏度以上的高溫。熱敏電阻主要采用BaTO3作為設計材料，當溫度超過特定數值時，BaTO3的電阻將會發生相應的變化，由此可以進行溫度測定。

3 消防自動報警感溫探頭應用分析

消防自動報警系統中，感溫探頭的核心部件是溫度傳感器，在實際的感溫探頭運用過程中，根據感溫探頭的使用環境、感溫探測方式、安裝特點和感溫精度要求等常常將其分為集成式感溫探頭系統和分布式感溫探頭系統，下面將詳細介紹兩種感溫探頭的在消防自動報警系統中的應用現狀。

3.1 集成式感溫探頭

集成式感溫探頭利用PN結的溫度特性，具備極高的線性度和極快的溫度響應速度，在感溫探頭內部嵌入驅動電路、控制處理電路和邏輯控制電路，最終集成成為具備感溫處理能力的IC處理芯片，尺寸小，能夠適應不同的消防自動報警系統的使用需求。集成式感溫探頭是當前最為常見的感溫探頭產品，這不僅僅是因為集成式感溫探頭性能穩定，其價格也是巨大的競爭優勢，但是集成式感溫探頭的缺點表現在感溫范圍有限，而且容易受到電磁輻射的干擾。

集成式溫度探頭主要是采用硅半導體集成工藝制造而成，以溫度傳感器為核心的感溫芯片鑲嵌在探頭金屬塊中，可將溫度變化量轉換為模擬電信號輸出量，信號輸出主要是采用帶隙基準電路為D/A轉換器提供基準電壓，以此模擬溫度變化所帶來的電壓偏置量，基準源發生器對于制造工藝、電壓負載波動幅度和電源抑制比要求較高。

3.2 分布式感溫探頭

易燃易爆場所的消防自動報警系統中常常采用高精度的感溫探頭系統，分布式光纖感溫探頭是其中最具代表性的產品。準分布式光纖感溫探頭主要是用光纖把預先設置在各個離散點的溫度傳感器(可以是光纖溫度傳感器)聯結在一起，光纖起導光和連接器的作用，關鍵的問題是解決多路復用，其特點體現在僅通過尋址特定傳感器即可獲得各離散點的溫度信息，但要求對待測場具備先驗知識，以便確定所設置的各個點式溫度傳感器所放位置，并且光電檢測部分比較復雜，目前準分布式光纖溫度傳感器所能聯的傳感器點數最多為 30個。本征型分布式光纖感溫探頭中，光纖集光傳輸和光傳感于一體，這種傳感器能獲得光纖上任一點隨時間及空間變化的溫度信息，且探測距離長，而獲得單位信息的成本可大大降低，這也正是分布式光纖溫度傳感器最引人注目的原因。

分布式光纖感溫探頭的選用主要考慮四個方面的因素：溫度分辨率、空間分辨率、測量范圍和測量時間。由于感溫探頭大多是將溫度信號進行模數轉換，因此對于數字信號中的電流信號信噪比的要求較高，溫度分辨率就是指信噪比為1時的溫度變化增量；空間分辨率表征測量系統區分傳感光纖上相隔最近的兩點拉曼(Raman)散射信號的能力，空間分辨率主要由系統探測光脈沖寬度、光纖色散、光電轉換器件的響應時間、放大電路的頻帶寬度和 A/D 轉換速度等因素決定。測量時間是指整個系統在給定的測量精度下，以一定的空間分辨率對整個傳感光纖所處待測溫度場完成一次測量所需要的最少時間，包括背向拉曼散射信號的獲取時間，提高信號的信噪比所需的信號平均時間和其它數據處理時間。精度有效的溫度可測上下限就是測量范圍，分布式光纖感溫探頭的可測范圍常常也會受到環境因素的影響。

3.3 智能感溫探頭技術分析

通過集成感溫傳感器和微處理器技術，可以實現智能感溫探頭的功能設計，通常來說智能感溫探頭能夠對感溫精度進行自動校準和自動補償，這適用于溫度環境變化范圍極大的工廠、室外環境、易燃易爆場所、倉庫等環境的消防自動報警系統；同時它能夠實現溫度數據自動采集、邏輯判斷和數據分析處理，具備極強的自適應處理功能，對于非常規的消防現象如粉塵過量、瓦斯泄漏、電弧漏電等導致火災的前兆也能有較好的處理效果；與此同時智能感溫探頭還具有雙向通信和信號傳輸功能，消防控制中心可以實時的對感溫探頭進行標定、調整和開閉處理，通過嵌入特定算法還能實現智能化決策和決策學習過程，具備極強二次開發和模塊化應用潛力，是當前最為高效、可靠性最強的感溫探頭系統。

4 結論

火災自動報警裝置是消防控制的重要技術手段，也是當前消防管控工作中著重運用的消防設備?；馂淖詣訄缶饕轻槍馂默F場的特征現象進行監測分析，包括對煙霧濃度、室內溫度、氣體成分和輻射強度等，通過設置警報觸發閾值實現自動報警功能。本文以溫度監測為分析對象，從技術原理和應用方式的角度出發分析了自動報警感溫探頭的工作原理和典型感溫探頭的使用現狀，為感溫探頭的進一步發展提供新的思路。

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