點型火焰探測器的選型和應(yīng)用研究

摘要：點型火焰探測器通過感光原理對火災(zāi)火源進行探測，能夠?qū)鹧婀庾V中紅外與紫外光譜做出及時響應(yīng)。根據(jù)工作原理不同火焰探測性性能、型號也有很大差異。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，本文針對點型火焰探測器性能、選型、應(yīng)用等進行分析，以提高儀器的適配性和運行效率。

關(guān)鍵詞：點型火焰探測器；紫外火焰探測器；紅外火焰探測器

當前，工業(yè)生產(chǎn)中會涉及大量可燃、易爆、危害性較高的化工原料，因此在生產(chǎn)當中需要對火災(zāi)保持高度警惕，并配備完善、高效的火災(zāi)探測裝置，實現(xiàn)對明火隱患的實時監(jiān)測。應(yīng)用點型火焰探測器具有遠距離、響應(yīng)快等特點，是工業(yè)企業(yè)普遍采用的火災(zāi)探測裝置，尤其對于碳氫化合物燃燒所從成的火焰更為敏感，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、點型火焰探測器特性

火焰探測器能夠利用傳感器作用識別火焰當中的電磁輻射，對其中的紅外和紅外波就行識別，從而實現(xiàn)對火災(zāi)信息的探測和判斷。從探測器特征進行分化，可以將其分為擴散和預(yù)混合兩類。擴散性火焰能夠在燃燒前將氧化物、燃料等進行分離，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)控多為擴散型，這種火焰的主要特點表現(xiàn)為輻射能量始終在若干能量值中波動，具有典型的閃爍效應(yīng)，其頻度會受外界風速影響，基本保持0.5-15Hz之間。根據(jù)這一特點設(shè)計的火災(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，只有在實驗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、對比閾值數(shù)據(jù)、多信號數(shù)值對比、結(jié)合光譜數(shù)據(jù)進行對比。

二、點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)部兩個封裝電極。紫外輻射波段長、能效高，擊中陰極之后，會有電子對外釋放，并在兩級電壓驅(qū)動下鄉(xiāng)陽極高速移動。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度，進而導(dǎo)致雪崩放電，以此形成大電流信號，進入大電路中。但是該信號僅為脈沖電流，放大電路所輸出的信號也是脈沖型，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行快速準確的識別。同時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)計中，需要對上述干擾因素進行排除。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紅外傳感器，對不同頻率的輻射源進行探測，并將數(shù)據(jù)進行綜合分析，針對信號數(shù)據(jù)進行對比，以排除目標之外的干擾源。現(xiàn)階段，單一波段傳感器已經(jīng)實現(xiàn)了對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)報警精準度，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)。為減少紫外信號干擾，在探測器的電路邏輯中引入窗口技術(shù)。通過對超強閾值信號的記錄消除短時間內(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烴類氣體燃燒時的火焰光譜進行分析，其中會有溫度較高的CO2氣體，在4.3μm附近形成峰值輻射，探測器對這一峰值非常敏感，能夠?qū)ζ渥龀鲰憫?yīng)。將其周圍的（3.8μm-4.1μm）輻射值作為對照參考目標。通過上述雙波段信息分析完成探測器信號處理，以區(qū)分干擾源和火焰信號。一是判斷其閃爍性，二是針對單波段信號閾值強度進行分析，三是探測器之間的信號強度對比。如果探測距離較大，就會出現(xiàn)輻射衰減，傳感器在火焰強度與內(nèi)部噪聲之間的判斷能力會減弱，有可能對火焰信號檢測失靈，這就需要增加電路邏輯分析，以保證識別精準度。

（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，分別判斷輻射源以及背景輻射，并對其進行監(jiān)測。所有紅外輻射波都能夠在三個波段內(nèi)形成各自唯一光譜，通過對輻射強度值進行分析，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)學關(guān)系并不會受到影響，利用數(shù)字計算對輻射信號作分析，可以實現(xiàn)火焰衰減信號的靈敏檢索，從而使探測距離有所增加，靈敏度更強，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分析技術(shù)的完善，火焰探測器性能較之以往已有很大進步。從單多段到多波段火焰探測器，其探測能力、靈敏度、精準性不斷提高，為消防設(shè)計、火災(zāi)防范、安全保障提供了更可靠的技術(shù)支持，同時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。