一種在線式火災煙氣探測裝置的制作方法

專利名稱：一種在線式火災煙氣探測裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于消防設備技術領域，具體涉及ー種用于火災監控的在線式煙氣探測裝置。
背景技術：
火災煙氣探測裝置主要應用在建筑物的一些關鍵部位，如電梯前室、樓梯、走道、進出口通道等疏散逃生區域。因為火災中的被困人員容易在此聚集，或等候救援，或尋找逃生機會。目前，人們通過大量火災案例了解到煙氣是火場的第一殺手，火災中多數傷亡者并非直接燒死，而是受火災煙氣致死。火災煙氣極大地妨礙了人們在火災中的逃生和疏散， 已經成為最主要的致死原因。人們在與火災的長期斗爭中，總結出火災煙氣具有三大特性毒害性、減光性和恐怖性。其中毒害性主要表現為缺氧、有毒氣體、高溫及塵埃四個方面。火場上大多數可燃物質含有碳，當供給的空氣充足時，碳燃燒并生成ニ氧化碳，但當空氣不足時，便形成危險的ー氧化碳。近年來，隨著高分子合成材料在建筑、裝修及家具等行業中的廣泛應用，火災中煙霧的毒性日趨嚴重，所形成的主要有害氣體包括一氧化碳、ニ氧化碳、氰化氫、硫化氫、氯化氫等。一旦毒氣濃度含量超過了人們生理正常所允許的最低濃度，就會引起中毒死亡。在煙氣擴散中，ー些毒性氣體往往比煙霧和溫度更快地蔓延。例如，煙氣中高濃度的CO和CO2能夠在建筑物中狹長通道內沿著水平方向快速傳播，反而在較遠處，CO和CO2濃度值高出火源處一倍多，這是火災中很多遇難者死于遠離火源位置的原因。研究表明，CO和HCN是中毒最快、毒性最強的氣體，在大量的火災死難者血液中，發現了 CO和HCN。下表列出火災煙氣主要有害成分及疏散條件許可濃度。火災煙氣主要有害成分及疏散條件許可濃度
遞氣碰成分ΓII規疏遍件濃■
減光It能見藍<3~5錄
SfSttM 度60^5
_ O 氧氣>2W>14%
CO,ニWt 5000 ppm10%
CO—氧化鐵SO pp*X 00 ppm
性 KUelitS10 ρρβ200 ρρ·
HiS硫化量10 ppm1000 ppa
HCL黴S ρρ ΛWOO ppm
實時采集火災現場中熱、煙、毒方面的信息，對于掌握火災蔓延趨勢、正確指揮疏散逃生、有的放矢地開展搶險救援活動具有重要的意義。近年來，研究火災煙氣信息的實時監測技術成為一大熱點。在現有技術中，煙霧探測器是最為常見的火災探測器。但其信號単一，僅能反映煙霧濃度大小，缺乏煙氣中的其它重要成分，信號量程設置以早期報警為目的，不能滿足持續監測所需寬泛量程的要求。因此，單靠煙霧探測器不能全面掌握煙氣的危害程度。同時火災蔓延后，與其相連的分布式火災報警通訊管線易被燒毀，引起系統癱瘓，如果在疏散救援階段繼續依賴火災報警系統的信息，其可靠性難以保證。在現有技術中，煙氣分析儀器，包括煙氣參數測試儀、煙氣組份分析儀、便攜式煙氣分析儀等在燃燒系統分析、大氣環保監測等エ業、民用及科學研究領域被廣泛使用。這類儀器以專業儀器為主，測試參數齊全、精度高、普遍采用紅外線式、光譜光學式等先進分析手段，價格普遍較高，一臺儀器售價在幾萬至幾十萬之間。另ー類便攜式分析儀器雖然價格有所下降，但大多采用電化學型、催化燃燒型傳感器，這類傳感器容易老化、壽命較短、需要定期標定和維護保養。此外，在公共安全領域應用的ー些氣體報警設備，多以半導體器件和低濃度報警為主，量程窄，線性度差。如普通的一氧化碳探測器、報警值僅為150ppm，無法滿足火災煙氣探測的要求。研制火災煙氣探測裝置必須滿足以下幾個條件。一是煙氣成分問題，所采集的煙氣成分應能較準確反映煙氣的危害程度；ニ是探測量程問題，所選定的傳感器量程應能覆蓋火災條件下的危險濃度值的范圍；三是產品壽命問題，必須克服一些氣體傳感器性能優 良但壽命較短的問題；四是可靠性問題，面對火災引起的坍塌要有較強的生存能力。五是外觀結構問題，應能方便現場安裝，同時與公共建筑的裝飾保持協調。六是價格問題，只有達到民用領域能夠接受的程度，才能有良好的應用前景。到目前為止，市場上還未見到滿足上述要求的產品，研究開發ー種實用、新型的火災煙氣探測裝置非常必要。

發明內容
本發明的目的在于提供一種結構簡單、采集參數多、探測效果好、使用壽命長、價格經濟合理的在線式火災煙氣探測裝置。主要用于建筑物發生火災情況下煙氣濃度監測、蔓延趨勢監測，為疏散和搶險救援活動提供持續有效的火場信息。本發明所提供的在線式火災煙氣探測裝置，主要由煙溫復合探測器I、CO探測器2、第一氣體探測器3、第二氣體探測器4、微機單元5、第一有線通訊模塊6、第二有線通訊模塊7、無線通訊模塊8、電源管理単元9、信號處理盒10、備用電池組11和安裝底座12組成。所述煙溫復合探測器1、C0探測器2、第一氣體探測器3、第二氣體探測器4分別與第一有線通訊模塊6連接，第一有線通訊模塊6、第二有線通訊模塊7、無線通訊模塊8、電源管理単元9分別與微機単元5連接；第二有線通訊模塊7、無線通訊模塊8同時與外部通訊傳輸網絡連接，電源管理単元9同時與外部電源連接；備用電池組11同電源管理単元9連接。所述的安裝底座12分為上、下兩層，上、下兩層連接為一體；所述煙溫復合探測器
I、CO探測器2、第一氣體探測器3和第二氣體探測器4集成安裝在底座12的上層；所述第一有線通訊模塊6、第二有線通訊模塊7、無線通訊模塊8、電源管理単元9、備用電池組11和微機單元5設置于信號處理盒10內，信號處理盒10和接線端子設置于底座的下層；如圖I所示。本發明中，煙溫復合探測器I，CO探測器2，第一氣體探測器3和第二氣體探測器4獨立完成傳感信號的采樣、調理和溫度線性補償。微機單元5通過第一有線通訊模塊6與前述各個探測器連接通信，讀取采樣數據等探測信息。探測信息進入微機単元5內，微機單元5進行分析處理，綜合判斷煙氣的危險等級。第二有線通訊模塊7通過外部通訊傳輸網絡與監控中心有線連接，將煙氣數據同步發往監控中心，供指揮人員決策參考。無線通訊模塊8通過外部通訊傳輸網絡與監控中心無線通訊，與有線通訊模塊一起實現通訊故障的冗余。備用電池組11作為后備電源與電源管理単元9連接，電源管理単元9對外部輸入電源進行監控，當出現掉電、欠壓等故障吋，自動切換至備用電池組供電，電源管理単元9平時對電池進行充電和欠壓監測。本發明中，針對火災中煙氣伴隨多種成分同時出現，對人體危害作用體現為綜合 效應的特點。微機單元5采用多參量數據融合算法，包括趨勢分析、模擬邏輯推理、神經網絡判斷等。綜合給出四個預警級別安全、輕度危險、中度危險、嚴重危險。其中安全級別對應長期允許濃度，輕度危險級別對應發出預警信息、中度危險級別對應火災疏散條件許可濃度，嚴重危險級別對應半數致死濃度。達到危險等級時立即發出報警。本發明中，所述的煙溫復合探測器I包括煙霧傳感器和溫度傳感器。所述煙霧傳感器采用后向散射光電探測原理，探測量程0 60%/m ;所述溫度傳感器采用熱敏電阻、鉬電阻或集成溫度傳感器中的任ー種，探測量程0-100で。煙溫復合探測器使用壽命大于10年。本發明中，所述的CO(—氧化碳)探測器2采用電化學探測原理，探測量程0-10000ppm,探測器使用壽命大于5年。本發明中，所述的第一氣體探測器(3)、第二氣體探測器(4)采用紅外型或半導體型氣體敏感元件，探測氣體種類包括CO2 (ニ氧化碳)、02 (氧氣)、ch4 (甲烷)、HCN(氰胺酸)、H2S (硫化氫)、HCL (氯化氫)中的ー種。探測量程CO2: O 5%V0L ；02 0 30%V0L ；CH4 0 5%V0L ；HCN :0 500ppm、H2S :0 2000ppm、HCL :0 5000ppm ;探測器使用壽命大于5年。第一氣體探測器(3)、第二氣體探測器(4)針對所探測場所的煙氣特征采用2種不同氣體進行組合，探測煙氣中主要毒性成分。本發明中，所述的各種探測器均采用獨立的模塊化設計，內置傳感元件、微控制器和線性溫度補償算法以及通訊電路，探測裝置可以根據探測的實際需要，選用其中的幾種探測器進行組合配置。第一有線通訊模塊6實施與各探測器內的通訊電路連接，采用的通訊標準為TTL電平或RS485標準中的任ー種。第二有線通訊模塊7實施與外部通訊網絡的連接，采用的通訊標準為RS485或CAN標準中的任ー種。無線通訊模塊8采用Zigbee、藍牙、GPRS或WiFi中的任ー種。第一氣體探測器3、第二氣體探測器4采用標準圓柱結構和標準接插件，支持在安裝底座的直接熱插拔，方便不同種類氣體探測器組合更換。在信號處理盒內放置微機單元5、第一有線通訊模塊6、第二有線通訊模塊7、無線通訊模塊8、電源管理單元9、電池等部件。電源管理單9元包括電源隔離電路、電壓監控電路、電池充電電路、備電切換電路等。為了方便使用，本發明還配備有便攜式多功能火災探測器試驗器和氣體探測器檢測儀。這些儀器能在現場對煙溫復合探測器、氣體探測器進行加煙、加溫、加氣試驗，完成對探測器的性能測試、量程標定等工作，是煙氣探測裝置必不可少的使用維護工具。本發明與已有技術相比具有如下優點
I、本發明裝置是ー種在線式的煙氣探測儀，工作壽命長、能夠長期連續工作。本發明充分利用最新科技發展，選用先進器件。普通CO傳感元件目前仍以半導體、電化學、催化燃燒器件為主，本發明采用最新電化學器件，即有良好的線性度、又保證使用壽命大于5年。氣體類傳感器則首選近年來出現的微型紅外氣敏傳感元件、具有較小的體積和至少5年以上的使用壽命。煙霧和溫度探測器選用了火災探測報警領域的成熟技術，使用壽命大于10年。本發明的煙氣探測裝置整體壽命可達5年以上，具備較好的實用程度、可滿足民用領域的應用。2、本發明中，采用的探測參數具有良好的選擇性、能較好的反映不同建筑物火災煙氣的主要成分。煙霧、溫度和CO是煙氣中的基本成分。煙霧用減光系數％/m反映煙塵的遮光性，溫度則反映火場輻射熱；CO2、O2、CH4、HCN、H2S、HCL等氣體用濃度方式分別反映燃燒程度、毒性程度和空氣窒息程度。針對不同用途的建筑其燃燒毒性有所不同，比如，一般寫字樓裝飾物產生的毒性成分多，可選用HCN\ H2S探測器組件；一般民用建筑天然氣容易泄露、可選用CH4探測器。本發明所述的第一氣體探測器、第二氣體探測器為靈活選擇附加探 測參數提供了方便。3、本發明中，采用寬泛的探測量程、能夠很好反映火災條件下的煙氣危險等級、為制定針對性的火場搶險救援方案提供了數據基礎。ー些探測參數突破了常用量程范圍。例如，煙霧的減光系數與能見度建立關聯，突破了一般火災報警領域10%/m的報警上限，達到50%/m設定上限，能夠很好反映火災現場遮光性程度，CO濃度上限則達到lOOOOppm。4、本發明采用多種故障冗余方案，提高了火災環境下的生存能力。探測裝置內置電池，在主電源故障后，通過備用電源保證2小時的工作時間。無線通訊模塊與有線通訊并列構成通訊網絡，増加通訊冗余度。無線通訊模塊也可以直接替代有線方案，構成無線通訊網絡，確保探測裝置局部燒毀不致影響全局。5、本發明支持所有探測器現場熱插拔功能，支持第一氣體探測器、第二氣體探測器根據應用需要進行靈活配置。本發明還定制配套了便攜式試驗器，極大地方便了在現場進行定期測試、標定等維護工作。6、本發明選用的大部分器件價格低廉，整體成本不高。即滿足了煙氣濃度專業分析的較高要求，又使經濟成本較為合理，具備了大規模推廣應用的基礎。綜上所述，與現有技術相比，本發明的有益效果是將煙氣分析技術弓I入火災監控領域，通過優化配置探測參數和傳感元件、擴大探測量程、采用多種故障冗余技術，從而在煙氣探測領域產生ー種新的技術效果。克服了專業煙氣分析儀器技術復雜、價格高、應用面窄，難以在一般火災監控領域使用的缺陷，使在線式火災煙氣探測裝置首次達到實用化程度。裝置能有效反映火災現場煙氣的危害程度，可以在火災監控、疏散逃生、搶險救援領域獲得廣泛應用。隨著物聯網技術的發展，該裝置還可以作為常規樓宇監控設備獲得更為廣闊的應用前景。


圖I為本發明的系統組成圖。圖2為本發明的實施例I的示意圖。圖3為本發明的實施例2的示意圖。圖4為本發明的實施例3的示意圖。圖5為本發明的實施例4的示意圖。
圖中標號1為煙溫復合探測器，2為CO探測器，3為第一氣體探測器，4為第二氣體探測器，5為微機単元，6為第一有線通訊模塊，7為第二有線通訊模塊，8為無線通訊模塊，9為電源管理単元，10為信號處理盒，11為備用電池組，12為安裝底座。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明做進ー步說明
實施例1，探測裝置設置了煙溫復合探測器，CO探測器，第一氣體探測器和第二氣體探測器，采集5種煙氣信息煙霧、溫度、CO XO2和HCN。煙溫復合探測器由光電感煙探測器和熱敏電阻型感溫探測器/復合而成，CO探測器采用長壽命電化學傳感器，其探測量程為0-5000ppm,使用壽命5年。第一氣體探測器采用紅外型CO2傳感器、第二氣體探測器采用半導體型HCN傳感器，兩者使用壽命均大于5年。上述各探測器獨立完成傳感信號的采樣、調理和溫度線性補償。裝置的第一有線通訊模塊為RS485總線模塊。裝置的微機單元通過RS485總線與各探測器連接通信，讀取采樣數據。探測信息在微機單元內進ー步融合處理，綜合判斷煙氣的危險等級。對于超過火災疏散條件許可濃度的參數立即發出報警。裝置的第二有線通訊模塊與監控中心采用CAN總線連接，將煙氣數據同步發往監控中心，供指揮人員決策參考。無線通訊模塊為ZigBee模塊，與監控中心無線通訊，與有線通訊模塊一起實現通訊故障的冗余。裝置配備有電池，電源管理單元對外部輸入電源進行監控，當出現掉電、欠壓等故障吋，自動切換至電池供電模式，電池容量保證裝置繼續工作2小吋，電源管理單元平時對電池進行充電和欠壓監測。本實例方法可以應用于各類大型建筑。如圖2所
/Jn ο實施例2，探測裝置設置了 4種探測器，采集5種煙氣信息煙霧、溫度、CO、O2和CH40第一氣體探測器采用O2傳感器、第二氣體探測器采用CH4傳感器，兩者均為紅外型傳感器，使用壽命超過5年。其余探測器參數與上述實施例I相同。第一有線通訊模塊為RS485總線模塊。第二有線通訊模塊與監控中心采用CAN總線連接。裝置未配置無線通訊模塊和電池，由監控中心集中配置后備電源并進行切換管理。本實例方法可以應用于各類中型建筑。如圖3所示。實施例3，探測裝置設置了 4種探測器，采集4種煙氣信息煙霧、溫度、CO和CH4。第一氣體探測器采用紅外型CH4傳感器、取消第二氣體探測器，其余探測器參數與上述實施例I相同。第一有線通訊模塊與各探測器以TTL電平標準連接通訊。裝置未配置第二有線通訊模塊，配置了 GPRS無線通訊模塊，煙氣報警信息以短消息方式發往報警中心。裝置配置有電池、其電源管理模式與上述實施例I相同。本實例方法成本較低，可以應用于各類高層住宅建筑。如圖4所示。實施例4，探測裝置設置了 5種探測器，采集5種煙氣信息煙霧、溫度、CO、H2S和HCL0第一氣體探測器采用H2S傳感器、第二氣體探測器采用HCL傳感器，其余探測器參數與上述實施例I相同。第一有線通訊模塊與各探測器以TTL電平標準連接通訊。第二有線通訊模塊與監控中心采用CAN總線連接。裝置配置有電池、其電源管理模式與上述實施例I相同。本實例能夠探測電纜聚合物燃燒產生的煙氣成分，可應用于電カ變電站、電纜隧道 等的消防監控。如圖5所示。
權利要求
1.一種在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于主要由煙溫復合探測器(I)、CO探測器(2)、第一氣體探測器(3)、第二氣體探測器(4)、微機單元(5)、第一有線通訊模塊(6)、第二有線通訊模塊(7)、無線通訊模塊(8)、電源管理單元(9)、信號處理盒(10)、備用電池組(11)和安裝底座(12)組成； 所述煙溫復合探測器(I)、CO探測器(2)、第一氣體探測器(3)、第二氣體探測器(4)分別與第一有線通訊模塊連接(6)，第一有線通訊模塊(6)、第二有線通訊模塊(7)、無線通訊模塊(8)、電源管理單元(9)分別與微機單元(5)連接；第二有線通訊模塊(7)、無線通訊模塊(8)同時與外部通訊傳輸網絡連接，電源管理單元(9)同時與外部電源連接；備用電池組(11)同電源管理單元(9)連接； 所述的安裝底座(12)分為上、下兩層，上、下兩層連接為一體；所述煙溫復合探測器(l)、CO探測器(2)、第一氣體探測器(3)和第二氣體探測器(4)集成安裝在底座的上層；所述第一有線通訊模塊(6)、第二有線通訊模塊(7)、無線通訊模塊(8)、電源管理單元(9)、備用電池組(11)和微機單元(5)設置于信號處理盒(10)內，信號處理盒(10)和接線端子設置于底座的下層。
2.根據權利要求I所述的在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于所述的煙溫復合探測器(I)包括煙霧傳感器和溫度傳感器；所述煙霧傳感器采用后向散射光電探測原理，探測量程0 50%/m ;所述溫度傳感器采用熱敏電阻、鉬電阻或集成溫度傳感器中的任一種，探測量程0-100 °c。
3.根據權利要求I所述的在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于所述的CO探測器(2)采用電化學探測原理，探測量程0-10000 ppm。
4.根據權利要求I所述的在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于所述的第一氣體探測器(3)、第二氣體探測器(4)采用紅外型或半導體型氣體敏感元件，探測氣體種類包括C02、02、CH4、HCN、H2S、HCL 中的一種；探測量程02: 0 5%VOL ；02 0 30%V0L ；CH4 :0 5%VOL ；HCN 0 500ppm、H2S :0 2000ppm、HCL :0 5000ppm。
5.根據權利要求I所述的在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于所述的第一有線通訊模塊(6)采用的通訊標準為TTL電平或RS485標準。
6.根據權利要求I所述的在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于所述的第二有線通訊模塊(7 )采用的通訊標準為RS485或CAN標準。
7.根據權利要求I所述的在線式火災煙氣探測裝置，其特征在于所述的無線通訊模塊(8)為 Zigbee、藍牙、GPRS 或 WiFi。
全文摘要
本發明屬于消防設備技術領域，具體為一種在線式火災煙氣探測裝置。其由煙溫復合探測器、CO探測器、第一氣體探測器、第二氣體探測器、微機單元、第一有線通訊模塊、第二有線通訊模塊、無線通訊模塊、電源管理單元、信號處理盒、備用電池組和安裝底座組成。所述四種探測器分別與第一有線通訊模塊連接，第一與第二有線通訊模塊、無線通訊模塊、電源管理單元與微機單元連接；第二有線通訊模塊、無線通訊模塊同時與外部通訊傳輸網絡連接，電源管理單元同時與外部電源連接。本發明能夠采集煙霧濃度、危險氣體濃度和熱輻射溫度等環境參數，為疏散逃生、搶險救援的順利實施提供了保證，同時其量程范圍適中、可靠性高、壽命長、擴展方便。
文檔編號G08B17/117GK102682562SQ201210170769
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者于彥飛, 劉盛鵬, 張振偉, 徐琰, 方戍, 楊君濤, 楊昀, 陳也 申請人:公安部上海消防研究所