基于多种传感器的火灾报警系统设计

基于多种传感器的火灾报警系统设计

【引言】

在家庭住宅、宾馆酒楼、影剧院、歌舞文化娱乐场所、大型商场超市、批发市场、办公室等室内的火灾中，化纤地毯、塑料装饰品、壁纸、地板革、地面胶合材料、油漆家具等现代化可燃材料燃烧时，常常伴有有毒有害气体和浓烟灰尘，对人体会造成严重的生命威胁，从近期国内外发生的火灾事故来看，大多是中毒窒息、互相踩挤造成了重大伤亡。

不同的物质燃烧时所产生的有毒有害气体不同，有害气体造成环境污染及危害程度也不一样。火灾时，当人们看到有红、绿、蓝、黑、褐色浓烟充满室内时，就说明是有毒烟气，而且还能闻到酸、苦、辣、大蒜等刺激气味。

常见的毒害气体有一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氧化氢等。这些气体伴随着人的呼吸进入人体内脏，轻者引起流泪、咳嗽、头晕、呼吸困难；重者昏迷不醒，甚至中毒死亡。

针对火的烟雾，温度，热辐射的特性。我的火警监测系统设计采用烟敏，热敏，光敏三种传感器集成于一体的火灾报警系统全方位监测火情，给人员带来最准确的信息和最可靠的安全保障。

【摘 要】

烟雾探测器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的 烟感检测器，内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各

种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器

【关键词】

火灾自动报警、传感器

【器件说明】

报警探测所用到的传感器分别为烟敏传感器，红外线传感器和温度传感器。作为系统的自动开关，安置的位置与环境不同。

烟敏传感器 ，用MOS场效应管实现。在MOSFET的栅极上附上一层聚合物薄膜，当在 P型衬底与栅电极之间加上直流脉冲时，注入的正电荷渐渐扩展到聚合物薄膜上，同时在沟道上渐渐感应出负电荷。当这种扩展达到一定程度时，源与漏之间被导通。在发生火灾时，由于温度升高、烟雾或燃烧时产生的气体触及器件都会使电荷扩展速度提高，所以这种MOSFET可用于火灾报警。

如图，正常时QM-N5

阻值为20兆欧，当有明火引起冒烟时，组织迅速下降

热释电红外传感器(简称PIR)是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。

菲涅尔透镜

热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

被动式热释电红外探头的优缺点

优点： 本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。

抗干扰性能：

1、防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。

2、抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。

3、抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

温感传感器采用热电式

【安装说明】

烟敏传感器主要设置在走廊 卧室 大厅的上方天花板的位置，适用于安装在少烟、禁烟场所

避免安装在高风速、高湿度的地方，否则会影响灵敏度。

为了保持传感器良好工作状态，每隔6个月需要清洁及测试传感器。方法：先把电源关掉，用软毛刷轻扫灰尘便可，再把电源启动并进行测试。

不正确使用将导致传感器损坏或影响传感器性能。

热释电红外传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件：

1、热释电红外传感器应离地面2.0-2.2米。

2、热释电红外传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。

3、热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。

4、热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方

【动作电路说明】

１ 自动报警

自动报警系统一般由火灾探探测测器、区域报警器和集中报警器组成。及时、准确是大家关注的焦点。误报是常见的问题，为防误报，我们可以在同一场所选择不同类型的探测器，，这样可以较准确的在计算机上显示出准确火灾位置。规范中对探测器的位置设置有明确的规定，我们在设计中应该考虑探测器在不同场所的设置。民用建筑中应重点考虑公共场所的探测器设置，工业建筑中探测器设置要考虑层高、火灾危险性、爆炸场所、电缆夹层等因素。

目前建筑物的空间大、房间高度过高现象越来越普遍，线型红外光束探测器的使用越来越多。对爆炸场所中探测器的设置该在可燃物附近设置防爆型可燃气体探测器，在整个区域设置防爆型点式感烟或感温探测器、防爆型手动报警按钮。。

高层民用建筑中每层宜设火灾显示器，地下车库的探测器布置应考虑梁的影响。报警总线中应设短路保护器。

２ 联动控制

消防泵、喷洒泵启动，防烟和排烟风机启动、切除非消防电源、电梯迫降、防火卷帘的下降逻辑编制，任何确认火灾信号均应联动上述消防设施动作。确认火灾信号：最可靠的确认是人工确认（如手动报警按钮信号、开启风阀的信号、消火栓启泵按钮信号、湿式报警阀前的压力开关等）；在系统设计上，自动确认一般用两组探测器或两种不同类别的火灾探测器同时报警后的\"与\"门信号作为\"确认火灾\"的方法， 确认火灾后，切除非消防电源和电梯迫降；火灾报警后应停止空调送风，关闭电动防火阀，启动有关部位的防烟和排烟风机、排烟阀等，并接收反馈信号。

２．１ 消防控制室手动直接起动

为确保重要设备启动，在消防控制室必须设置硬拉线与重要设备控制柜直接连接，通过继电器直接启动水泵，这样无论设备现场控制柜手自动转换开关置于何种状态，在消防控制室均可直接启动重要设备。在大型建筑群中采用分散和集中相结合的原则，在各个建筑物的值班室可以直接起动设备，消防控制中心可以显示报警部位、显示设备状态，要想做到手动直接起动设备必须要布置很多的户外线路，可根据工程实际情况来确定这个问题的解决办法，尽量做到手动直接起动。

２．２ 现场模块的应用

现场监视模块、输入模块的名称不同，但功能基本相同，主要接收现场装置的报警信

号，例如消火栓按钮、水流指示器、湿式报警阀压力开关、防火阀等，另外还可以接收线性探测器、气体探测器的报警信号。

现场控制模块、输出模块的名称不同，功能基本相同，控制现场设备并接收其反馈信号，例如声光报警器、电动防火卷帘、送风口、排烟阀、非消防电源切断等。现场模块接配电箱时应考虑强弱电的隔离措施。

【报警控制设备的选用】

报警设备的选用应考虑先进性、合理性、经济性。根据建筑物的规模、报警回路的多少可以选定报警设备的规格，选择规格操作点数要适当大一点，以备小量增容时用，主机、探测器宜选用智能型，大空间场所选用普通探测器或线性红外探测器以降低造价。

联动设备虽然属非标设备，每个项目均不相同，但设备商为大家提供了标准的配件，例如气体灭火控制盘、电话总机、广播功放等等。具体设计时选用配件，根据配件的多少确定柜体的数量，每个柜体中应考虑电源、端子板的位置。

气体灭火系统多为单独的系统，设计中气体灭火控制器的位置一般在防护区外面。假设整个大楼有一套报警控制系统，此时消防控制室应考虑一些设备来监视控制气体灭火防护区的报警点、控制点。

计算机控制显示装置的功能较多，界面较为直观，软件编程十分灵活。报警点在平面图上显示十分清楚，而且提出相关的控制请求，降低了值班人员的误操作率。

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