1、火灾自动报警系统原理与应用技术 火灾自动报警系统原理与应用技术第一章 概述1.1 我国进入火灾高发期火是一种常见的自然现象。远古的人利用火促进了人类文明进步，丰富了人类的生活，提高了人类的生活质量，增添了人类生活的乐趣。火给人类带来了许多益处。事总是一分为二的，用火不当，防火不力，一旦失控，火给人类生命、财产造成的危害也是巨大的。惨痛的历史教训不断要求我们做好这一工作。据资料介绍我国己进入热灾害高发期，全社会和有关部门已引起高度重视。热灾害是指与热过程有关的现象，包括火灾、易燃易爆物质的爆炸、有害或可燃化学物质泄漏等。它具有发生频繁、突发性强、过程复杂等特点。根据热灾害发生规律，一个国家和地区
2、进入经济高速增长期，热灾害发生及造成损失的增长速度将保持高于国民经济增长的速度。近年来，我国火灾直接损失一般占国民生产总万分之三到四。国家火灾科学重点实验室对我国不同区域热灾害发生情况进行研究，发现相对发达省市与其相邻的欠发达省区相比，热灾害损失高达 2 至 4 倍。一般来说城市化、工业化时期，为热灾害高发期。我国在本世纪末、下世纪初，城市化程度将由现在的 20左右上升到 45。同时完成国家工业化进程，伴随而来的热灾害高发率难以避免。江总书记前不久也向全国提出要求做好防火工作。对于火灾的发生早发现早处理，能够有效消除灾害，减少损失。最近颁布的消防法正是落实江总书记的指示，保护和促进国民经济顺利
3、发展的一个重要的措施。1.2 火灾自动报警系统火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置，以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。它是人们为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。在国外，许多发达国家，如美、英、日、德、法、俄和瑞士等国，火灾自动报警设备的生产、应用相当普遍。美、英、日等国，火灾自动报警设备甚至普及到一般家庭。火灾自动报警系统原理与应用技术 在我国，火灾自动报警设备的研究、生产和应用起步较晚，五、六十年代基本上是空白。70 年代开始创建，并逐步有所发展。进入 80 年
4、代以来，随着我国现代化建设的迅速发展和消防工作的不断加强火灾自动报警设备的生产和应用有了较大发展。特别是随着建筑设计防火规范 高层建筑设计防火规范 火灾自动报警系统设计规范 火火自动报警系统施工及验收规范等消防技术法规的深入贯彻执行，全国各地许多重要部门、重点单位、要害部位和重耍公共场所等，越来越普遍地安装使用了火灾自动报警系统。全国生产火灾自动报警设备的厂家已近百家，火灾探测器的年生产量超过 50 万只，火灾报警控制器的年产量超过的万台，火灾自动报警设备年午产总值超过 5 亿元。全国安装使用火火自动报警系统的单位和工程数量成千上万，难以统计。火灾自动报警系统在国民经济建设的各行各业，特别是在
5、工业与民用建筑的防火工作久发挥着越来越重要的作用，成为现代消防不可缺少的安全技术设施，被誉为保障人身和财产安全的“消防哨兵” 。现代科技已使我们掌握了探测和警报火灾的技术，那就是使用探测器或传感器通过火灾发生时产生的各种物理和化学变化特征来间接探测火灾。但是火灾发生时的特征参数在非火灾发生时极其相似，因此为了从火灾传感器信号中正确区分出真实火灾信号，尽量减少误报率，就必须了解火灾探测信号的特征。传感器的输出信号 x0)的变化情况表明，x(t)是事先未知的或不能确定的信号，此外 lx(t)并不仅是只随火灾特征而变化，环境变化也会对其造成影响、严格说来火灾探测是一种非结构问题：(1)人知道怎样处理
6、，但难于用数学语言精确描述；(2)存在实际范例可供学习；(3)识别是一种联想过程。所以火灾探测与其它典型的信号检测相比是一种十分困难的信号检测问题。应该说，对火灾探测信号包括其它安全防范系统都普遍存在并尚未完全解决的问题是：火灾自动报警系统原理与应用技术 可得到的信号都是随机信号，它们的统计特性随时间或环境变化而变化；需要被探测的情况如火灾极少出现，探测器几乎总是在输出正常情况下的信号：探测信号的背景噪声很强，其特征有时与需要被探测的信号极其相似。尽管对传感器输出信号 X(t)的检测相当出难，但由于其变化的不确定性和受环境等各种噪声信号的影响，我们有时可把 x(t)近似的看作一种非平稳的随机过
7、程，主要由火灾信号和非火灾信号两部分组成，用公式表示如下：x(t)I 买“”蟹：Bt式中 xf 表示火灾特征参数信号，xn(t)表示其它因素目起非火灾信号总里统称为噪武与 xf 互不影响，在火灾发生时我们无法从 x(t)中分离出来。上式是的时间特性，另外，火灾信号的频谱特性也有一定的规律，了解火灾的频谱特性对确定火灾探测系统的频率响应范围也十分有用。烟、温的最大频率随房间的形状各尺寸而有所变化，考虑到环境变化也可以影响信号频率，通常认为烟雾最高频率为 20MHz，温度频率为 60MHz。由于的非结构问题或非平稳的随机过程的性质，特别是信号在非火灾时有可能产生与火灾信号类似的变化干扰，要想从中有
8、效地检测出火灾信号，就必须采用现代信号检测利处理方法，如信号的趋势计算、火灾信号的特性相结合就形成了火灾自动探测的理论与算法。火灾自动报警系统原理与应用技术 火灾自动探测系统可以抽象为一定的形式。传感器又称为火灾探测器，目前主要应蝴的有感烟、感温、火焰和气体等或它们的复合形成的探测器。由传感器将与火灾有关的物理参数(烟、温等) 转换为电信号 X(0P 然后以信号处理后得到摊)TxNl 的处理信号，这 X 针 Xno)火灾时X0)寸 xn(t) 非火灾时个信号再经判决逻辑 Db(t)判决后输出火灾或非火灾的结果。由于火灾报警事关重大，要求火灾自动探测系统绝对可靠不允许有漏报警。同时，也要求误报警
9、越少越好。因此，寻找适当的信号处理算法，在确保正确检测火灾的同时又具有极低的误报率，一直是火灾自动探测系统的首要任务。目前，随着计算机、集成电路和信号处理技术的发展，新的火灾自动探测算法己不断出现，归纳起来可分为三大类，即直观法、系统法和智能算法。每类方法又都包含单和多传感器信号处理算法。第二章火灾自动报警系统的组成及适用范围21 火灾自动报警系统的组成火灾自动报警系统一般由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置和电源四部分组成。复杂系统还包括消防控制设备。(一 )触发器件。在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发器件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。火灾探测器是能对
10、火灾参数(如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号的器件。 按响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、气体火灾探测器和复合火灾探测器五种基本类型。不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。在实际应用中，应当按照现行有关国家标准的规定合理选择。火灾探测器是火灾自动报管系统中应用量最大、应用面最广、最基本的触火灾自动报警系统原理与应用技术 发器件。近年来，随着火灾探测报警技术的发展，出现并得到应用的一种新型火灾探测器，称为模拟量火灾探测器。这种火灾探测器给出的输出信号是代表被响应的火灾参数值的模拟量信号或与其等效的数字信
11、号，与传统的有阂值火灾探测器(或称开关量火灾探测器)不同的是，这种火灾探测器没有阂值，它只相当于一个传感器，本身并不判断火警。模拟量火灾探侧器的应用，有利于提高火灾探测报警系统报警准确性和智能化程度，是探测报警系统技术进步的一个重要标志。另一类触发器件是手动火灾报警按钮。它是用手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统。自动报警系统的器件，也是火灾自动报警系统中不可缺少的织成部分之一。(二 )火灾报警装置。在火灾自动报警系统中，用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器具备为火灾探测
12、器供电，接收、显示和传输火灾报警信号，并能对自动消防设备发出控制信号的功能，是火灾自动报警系统中的核心组成都分。火灾报警控制器技其用途不同，可分为区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器和通用火灾报警控制器二种基本类型。近年来，随着火灾探测报警技术的发展和模拟量、总线制、智能化火灾探测报警系统的逐渐应用，在许多场合，火灾报警控制器已不再分为区域、集中和通用二种类型，而统称为火灾报警控制器。在火灾报警装置中，还有一些如中继器、区域显示器、火灾显示盘等功能不完整的报警装置，它们可视为火灾报警控制器的演变成补充，在特定条件下应用，与火灾报警控制器同居火灾报警装置。(三 )火灾警报装置 在火灾自动报警系
13、统中，用以发出区别于环境声、光的火火警报信号的装置称为火灾警报装置。火灾警报器就是一种最基本的火灾警报装置，它以户、光音响方式向报警区域发出火灾警报信号，以警示人们采取安全疏散、灭火救灾措施。火灾自动报警系统原理与应用技术 (四 )消防控制设备。在火灾自动报管系统中，当接收到来自触发器件的火灾报警信号，能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备，称为消防控制设备。主要包括火灾报警控制器，自动灭火系统的控制装置，室内消火拴系统的控制装置，防姻排烟系统及空调通风系统的控制装置，常开防火门、防火眷帘的控制装置，电梯回降控制装置，以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示
14、标志的控制装置等十类控制装置中的部分或全部。消防控制设备一般设置在消防控制中心以便于实行集中统一控制。也有的消防控制设备设置在被控消防设备所在现场，但其动作信号则必须返回消防控制室，实行集中和分散相结合的控制方式。（五）电源。火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电源采用蓄电池。系统电源除为火灾报警控制器供电外，还为与系统相关的消防控制设备等供电。(六 )火灾自动报警系统的基本形式。火灾自动报警系统的基本保护对象是工业与民用建筑，各种保护对象的具体特点千差万别，对火灾报警系统的功能要求也不尽相同。从设计技术的角度来看，火灾自动报警系统的结构形式可以做到多种多样。但从标
15、准化的基本要求来看，系统结构形式应当尽可能简化、统一，避免五花八门，脱离规范。根据现行国家标很火灾自动报警系统设计规范规定，火灾自动报警系统的基本形式有三种，即：区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。由区域火灾报警控制器(火灾报警控制器)和火灾探测器组成，功能简单的火灾自动报警系统称为区域报警系统。由集中火灾报警控制器、区域火火报警控制器、区域显示器(灯光显示装置)和火灾探测器等组成，功能较复杂的火灾自动报警系统称为集中报警系统。由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报晋控制器和火灾探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器(灯光显示装置)
16、和火灾探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统称为控制中心报警系统。火灾自动报警系统原理与应用技术 火灾自动报警系统的三种基本形式如图22 火灾自动报警系统的适用范围火灾自动报容系统是一种用来保护生命与财产安全的技术设施。理论上讲，除某些特殊场所如生产和贮存火药、炸药、弹药、火工品等场所外。其余场所应该都能适用。由于建筑，特别是工业与民用建筑，是人类的主要生产活动和生活场所，因而也就成为火灾自动报警系统的基本保护对象。从实际情况看，国内外有关标准规范都对建筑中安装的火灾自动报警系统作了规定，我国现行国家标准火灾自动报警系统设计规范明确规定：“本规定适用于丁业与民用建筑和场所内设置的火灾自动报警
17、系统，不适用于生产和贮存火药、炸药、弹药、火工品等场所设置的火火自动报警系统。 ”第三章火灾自动报警系统的原理火灾探测器的工作原理火灾探测器可以连续不断地，或以一定的时间间隔进行监视至少一种与火灾相关连的、适当的物理或化学现象，并且还能向控制和显示设备发出至少一种联系信号，是自动报警系统的一个主要组成部分。根据监测的火灾特性不同，火灾探侧器可以分为感烟、感温、感光、复合和可燃气体等五种类型，每个类型又根据其工作原理的不同而分为若干种。下面就其工作原理作简要介绍(一 )感烟火灾探测器这是种响应燃烧或热解产生的固体微粒(即烟雾粒子)的火灾探测器，主要用来探侧可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初
18、期火灾。可分为离于型、光电型、激光型和红外光束型等四种。1.离子型。它是利用烟雾粒子改变电离室电流原理的火灾探测器，由检测电离室和补偿电离室、信号放大回路、开关转换回路、火灾模拟检测回路、故障自动检测回路、确认灯回路组成。信号放大回路在检测电离室进入烟雾后，电压信号超过规定值时开始动作。通过高输入阻抗的 MOS 型场效应晶体管(FET)进行阻抗积合后进行放人。开关转换问路用放人后的信号触发正反馈开关电路，将火灾传输给报警器。火灾自动报警系统原理与应用技术 正反开关电路一经触发导通，就能长时间保持，起到记忆的作用。探测器至报警器间发生电路断线、探测器安装接触不良或探测器被取走等问题发生时，故障、
19、自动监测回路能够及时发出故障报警信号，以便及时检查维修。离子感烟探测器的电路，是由许多电子元器件组成的，电子元器件的损坏，将会导致探测器误报警或者不报警。通过火灾模拟检查回路加入火灾模拟信号，可及时发现问题，进行维护保养，提高探测器的可靠性。确认灯回路是为了在探测器动作时，使装设在探侧器上的确认灯点亮，以便在现场判别已报警的探侧器。2.光电型。它是应用烟雾粒子对光线产生散射、吸收或选挡的原理而制成的一种探测器，根据其工作原理的不同义可分为减光型光电感烟探测器和散射型光电击烟探测器。散射型光电感烟探测器利用红外光束在烟雾中产生散射光的原理，探测火灾初期阴燃阶段产生的烟雾，它由光学系统、信号处理电
20、路、报警确认灯及外壳等部分组成。当烟雾进入探测器光学暗室后，由红外光源发出的光束，在烟粒子表面散射，受光器的光敏二极管接受到散射光，产生光电信号电流，光信号电流经电路处理，延时后，产生报警信号，同时点亮报警确认灯。3.激光型。它是应用烟雾粒子吸收激光光束原理制成的线型感烟火灾探测器。激光器在脉冲电源的激发下发出一束脉冲激光、在正常情况下控制警报器不发出警报。但在激发束经过的途中被大量的烟雾遮挡而减弱到一定程度时，光电接受信号减弱，便会发生报警信号。4.红外光束型。这种火灾探测器主要包括一个光源、一套光线照准装置和一个接受装置，它是应用烟雾粒被吸收或散射红外光束而定作的，一般用于保护大面积开阔地
21、区。(二 )感温火灾探测器感温火灾探测器是一种利用热敏元件来探测火灾发生的装置。在火灾初起阶段，一方面有大量烟雾产生，另一方面物质在燃烧过程中释放出大量的热量，使周围环境温度急剧火灾自动报警系统原理与应用技术 上升。探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转变成电信号，传输给火灾报警控制器，发出火灾报警信号。所以，可以根据温度的异常、温升速率和温差现象来探测火灾的发生。对那些经常存在大量粉尘、烟雾及水蒸气而无法使用感烟探测器的场所，使用感温探测器就较为合适。有时，为了提高自动灭火系统的可靠性，也有同时使用感烟和感温两种探侧器的，感温火灾探洲器种类繁多，根据其感热效果和结构型式可分为定温式
22、、差温式、和差524定温组合式三类。1定温式。它是一种当温度达到或超过预定值时即能响应的火灾探测器，其主要特点是有较高的可靠性 G 保养维修方便，但灵敏度低。根据其工作原理不同父可分为：a 双金属定温火灾探测器b 易熔合金定温火灾探测器c 热敏电阻定温火灾探测器d 玻璃球定温火灾探测器e 缆式线型感温火灾探测器线型感温探测器其动作原理是根据局部的环境温度升高到规定值以上时动作。点型感温探测器当环境温度到所规定的某一温度值时即动作。2 差温式。它是一种与升温速率超过预定值时就能响应的火灾探测器。根据其工作原理，可分为：a 双金属差温火灾探测器b 热敏电阻差温火灾探测器火灾自动报警系统原理与应用技
23、术 c 膜盒差温火灾探测器d 半导体差温火灾探测器e 空气管线型差温火灾探测器线型(分布式) 差温探测器当较大的控制范围内温度达到或超出所规定的某一升温速率即动作。点型温差探测器根据局部热效应而动作。3差定温式火灾探测器。它综合了差温式和定温式两种作用原理。(三)感光火灾探测器这是一种响应火焰辐射出的红外紫外及可见光的火灾探测器，主要有红外感光火灾探测器和紫外感光火灾探测器两类。(1)红外感光火灾探测器。由于红外光谱的波长较长，在大量烟雾的火场，距火焰一定距离内仍可使红外光敏元件感应。所以它具有响应时间短的特点。此外，它误报少，抗干扰性能好，电路工作可靠，通用性强红外感光探测器通常用于监视易燃区域的火灾发生，特别适用于没有熏燃阶段的燃料火灾的早期预测，如醇类、汽油等易燃液体仓库等。(2) 紫外感光火灾探测器。当有机化合物燃烧时能辐射出波长为 25003500 埃的强烈紫外光，火焰温度越高，其紫外光辐射的强度也越高因此对于易燃物质火灾，利用火焰产生的紫外辐射来探测火焰是十分有效的。紫外感光探测器的最大特点是对强烈的紫外辐射响应时间极短(最少可达 25 毫秒)。此外，它还不受风、雨及高温等影响，不仅能在室内、也能在室外使用。常用于飞机库、油井、输油站(管)、可燃气罐和液耀等场所，特别适用于火灾初期不产生烟雾的场所，如生产、储存酒精、石油等场所。
