CN101236684A - 一种火灾探测器及探测定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火灾探测器及探测定位方法。本发明的火灾探测器包括实时监测传感器、水平定位传感器和垂直定位传感器，当实时监测传感器监测到火灾信号时，由水平定位传感器在水平方向上扫描，检测到火灾信号时停止；再由垂直定位传感器垂直方向上扫描，检测到火灾信号时停止，完成着火点的定位。本发明的火灾探测器及探测定位方法利用紫外火焰传感器探测火灾的发生，能够避免太阳光、灯光等背景光的干扰，降低误报率，提高探测准确度。本发明利用水平定位装置和垂直定位装置可以准确地定位着火点，从而为后续的灭火提供准确的数据，实现对着火点精确喷洒灭火剂，在节约灭火剂的同时还可以防止灭火剂损害未着火点的财产。

Description

一种火灾探测器及探测定位方法

技术领域

本发明涉及一种火灾探测器，尤其是涉及一种利用紫外感光并具有定位功能的火灾探测器，还涉及火灾探测及定位的方法。

背景技术

火灾探测技术的实质是利用传感器感知火灾中出现的物理现象。根据火灾的物理特征，人们已经利用数十种物理量转换效应作为火灾探测原理，并研制开发出了相应的火灾探测器。这些火灾探测器可分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型和感声型等五大类型。不同的火灾探测器，适用于不同的监测需要和环境条件。

对于大空间建筑，如大型仓库、厂房、飞机库、车库和油库等，其内部空间高、跨度大，火灾初期烟扩散受建筑内部安装的空调和通风系统等影响较大，普通的典型感烟、感温火灾探测报警系统无法迅速采集火灾发出的烟气、温度变化信息，因而难以满足早期探测并预报此类建筑火灾的要求。现有技术中有使用红外火焰探测器作为保护大空间建筑的手段，但由于其在实际应用中对环境干扰的抑制能力较差，容易受阳光、人工照明灯光、热体辐射等背景干扰的影响，产生误报警。

在传统的灭火系统中，不进行具体火灾方位的探测，而使用全浸淋式喷头，在探测到火灾发生后，在所有消防空间均匀喷洒灭火剂。这将有两个坏处，一是灭火剂特别是水或粉末等灭火剂将对被保护场所造成污染，甚至会损坏被保护场所存放的物品；二是造成灭火剂浪费，灭火剂利用率不高，特别是在大空间场所，大面积喷洒灭火剂时灭火剂的消耗量很大，如果要保证灭火效果，则需要很大的灭火剂储存量，而如果灭火剂储存量有限，则有可能在灭火剂已经消耗完时还没有扑灭火灾。因此，对于大空间建筑或储存有贵重物品，如重要设备、珍贵文物等的场合，需要能探测到火灾发生的具体位置，以便局部定点消防，避免由于喷洒灭火剂而造成大面积对被保护物的污损，并提高灭火剂的利用效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用大空间建筑或空旷场所的火灾探测器及火灾探测定位方法，可以高灵敏度地探测到火灾的发生并能完成着火点的精确定位，且误报率低。

为了解决上述问题，本发明提供了一种火灾探测器，包括壳体，所述壳体分为上壳体和下壳体，所述上壳体上相隔90度设置有实时监测传感器；所述上壳体上连接有水平转盘，水平转盘通过传动机构与一水平步进电机相连；所述水平转盘上连接有水平定位传感器；所述下壳体连接到水平转盘上并可与水平转盘作同步转动，所述下壳体上对应水平定位传感器的位置设有一狭缝；所述水平转盘上还连接有一垂直转盘，所述垂直转盘通过传动机构与一垂直步进电机相连，所述垂直转盘上连接有一垂直定位传感器，所述实时监测传感器、水平定位传感器、垂直定位传感器均为紫外火焰传感器，这些紫外火焰传感器及步进电机分别与设置在壳体内的电路板相连。

进一步地，所述实时监测传感器倾斜地安装在所述上壳体上。

进一步地，所述水平定位传感器为线形传感器，倾斜地安装在所述水平转盘上，可对90度扇形区域进行扫描。

进一步地，所述垂直转盘为一中空的鼓轮，所述垂直定位传感器位于该鼓轮内，所述鼓轮上对应垂直定位传感器的位置设有透光孔；所述下壳体上对应鼓轮的轮置设有开口。

进一步地，所述垂直定位传感器上方设置有灭火剂管道接头，所述灭火剂管道接头上连接有灭火剂管道。

进一步地，所述电路板还连接有电控阀门，所述电控阀门位于灭火剂储罐与灭火喷头之间的管路上。

进一步地，所述电路板包括信号处理电路板和控制电路板，所述信号处理电路板上的电路包括稳压电路、升压DC-DC转换电路、脉冲整形电路、定时电路和脉冲计数电路，所述稳压电路输出稳定的电压，所述升压DC-DC转换电路将所述稳压电路输出的电压转换成紫外火焰传感器的工作电压，所述脉冲整形电路对所述紫外火焰传感器感光所产生的脉冲进行整形，输出到所述脉冲计数电路进行计数，所述定时电路用于设定一时间，在该时间内所述脉冲计数电路的计数超过一预设阈值时，由一与所述脉冲计数电路相连的输出电路输出信号。

进一步地，所述控制电路板上的电路包括微处理器、信号接口电路、通信接口电路、步进电机驱动控制电路，所述信号处理电路板的输出电路输出的信号通过所述信号接口电路输入到微处理器，所述微处理器对该信号进行处理，通过通信接口电路向控制中心输出报警信号，向所述步进电机驱动控制电路输出控制信号，由所述步进电机驱动控制电路控制步进电机运动。

本发明还提供了一种火灾探测定位方法，包括以下步骤：

(1)利用均匀间隔布置在火灾探测器壳体上的紫外火焰传感器监测周围空间，当有紫外火焰传感器检测到有火灾信号时，输出报警信号，并启动水平定位装置；

(2)所述水平定位装置带动一紫外水平定位传感器在水平方向上转动，当检测到火灾信号时停止转动，启动垂直定位装置；

(3)所述垂直定位装置带动一紫外垂直定位传感器在垂直方向上转动，当检测到火灾信号时停止转动，完成着火点定位。

进一步地，

所述步骤(2)中，当水平定位传感器初始检测到火灾信号时，继续转动，当火灾信号消失时，向反方向转动到火灾信号出现和消失的中间位置时停止；

所述步骤(3)中，当垂直定位传感器初始检测到火灾信号时，继续转动，当火灾信号消失时，向反方向转动到火灾信号出现和消失的中间位置时停止。

本发明的火灾探测器及探测定位方法利用紫外火焰传感器探测火灾的发生，能够避免太阳光、灯光等背景光的干扰，降低误报率，提高探测准确度。本发明利用水平定位装置和垂直定位装置可以准确地定位着火点，从而为后续的灭火提供准确的数据，实现对着火点精确喷洒灭火剂，在节约灭火剂的同时还可以防止灭火剂损害未着火点的财产。

附图说明

图1是本发明的火灾探测器的一实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例的A向视图；

图3是图1所示实施例的B向视图；

图4是图1所示实施例的C向视图；

图5是图1所示实施例的D-D向视图；

图6是图1所示实施例的仰视图；

图7是本发明的信号处理电路的一实施例的电路组成示意图；

图8是本发明的信号处理电路和控制电路组成的总体电路的电路组成示意图；

图9是本发明的探测定位方法的流程图；

图10是本发明的改进的探测定位方法的流程图；

图11是一种组合分配灭火系统的结构示意图；

图12是一种单元独立灭火系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的火灾报警控制器能够对火灾探测器输出的电信号进行调理并根据探测算法判断是否有火灾发生，当有火灾发生时，启动火灾定位功能，找到火灾发生的具体位置，并输出报警信号或启动消防系统。

本发明的火灾探测器由壳体、支架、紫外火焰传感器、信号处理电路板、控制电路板、水平旋转机构、垂直旋转机构和连接线缆等组成。如图1所示，并参考图2～图5，壳体分为上壳体1和下壳体17，紫外火焰传感器共6只，按用途可分为实时监视传感器7和定位传感器，实时监视传感器7共四只，以90度的间隔固定在上壳体1的底斜面上，它们用于探测监测空间内有无火灾发生，定位传感器有两只，一只为水平定位传感器10，用于水平扫描，它固定于水平旋转机构上，另一只为垂直定位传感器11，用于垂直扫描，它固定于垂直旋转机构上。上壳体1上设有安装孔，通过该安装孔可将本火灾探测器固定在建筑物的顶部或其它专门设置的装置固定机构上。电路板分为信号处理电路板3和控制电路板4，分别通过铜螺柱2固定在上壳体1内部。水平旋转机构包括水平步进电机6、小齿轮16、大齿轮15，轴套9、轴承14和水平转盘8等组成，它可带动水平定位传感器10和垂直旋转机构绕垂直中心轴水平转动。轴套9和水平步进电机6都固定在上壳体1上，小齿轮16固定在水平步进电机6上，与大齿轮15啮合，大齿轮15与轴套9之间通过轴承14连接，水平转盘8通过螺钉固定在大齿轮15上。在该实施例中，小齿轮16、大齿轮15、轴套9以及轴承14构成了水平步进电机6与水平转盘8之间的传动机构，这种传动机构具有结构简单紧凑，节省空间等优点。当然，根据需要也可以采用其它类型的转动机构，例如皮带、链条等。本发明采用步进电机使得转动控制更为简单精确。水平转盘8上固定有大体半球形的下壳体17、水平定位传感器10和垂直旋转机构，下壳体17头部有一较大开口以容纳垂直旋转机构的鼓轮18，它们互相咬合并与上壳体1配合以形成一个基本封闭的壳体，半球形下壳体17头部一侧与大开口邻近还开有一长狭缝19，狭缝19为垂直走向，光线可通过狭缝19投射到位于下壳体17内的水平定位传感器10的感光电极上，狭缝19宽度应在保证足够的灵敏度的情况下应尽可能的小，以保证水平扫描精度，实际应用中可以通过实验确定。垂直旋转机构由支架13、垂直步进电机12、轴承和鼓轮18组成，支架13固定在水平旋转机构的水平转盘8上，鼓轮18即为垂直转盘，垂直步进电机12固定在支架13上，鼓轮18通过轴承与支架13连接并与垂直步进电机12的轴连接，垂直定位传感器11固定在鼓轮18上，垂直步进电机12可驱动鼓轮18从而带动垂直定位传感器11绕水平方向的轴转动，鼓轮18壁上开有圆形透光孔，光线可通过透光孔投射到作为垂直定位传感器11的紫外火焰传感器的感光电极上，选择合适的透光孔孔径和透光孔到感光电极的距离以使垂直定位传感器的视场较小从而获得足够的空间扫描精度，透光孔孔径和透光孔到感光电极的距离可以根据应用环境通过实验获得。

为了实现在对着火点定位后快速对着火点进行灭火，可以在垂直定位传感器11的上方设置一个灭火剂管道接头20，该管道接头20与管道5连接。探测火灾时，管道接头20与垂直定位传感器11同步运动，实现着火点定位后，控制电路控制灭火剂管路系统向管道接头20供水，于是管道接头20可以对准着火点喷洒灭火剂灭火。可根据实际应用选择合适的灭火剂。

实时监视传感器及水平定位传感器和垂直定位传感器将火灾信号输出给信号处理电路和控制电路。如图7所示，信号处理电路又包括稳压电路、升压DC-DC转换电路、脉冲整形电路、定时电路和脉冲计数电路等。控制电路由微处理器、信号接口电路、通信接口电路、步进电机驱动控制电路等组成。信号处理电路和控制电路组成的总体电路如图8所示。

在本实施例中，装置的输入电压为12Vdc，稳压电路实现低电压的稳定和转换，输出稳定的+12Vdc和+5Vdc，以为其它电路提供电源。由于紫外火焰传感器的推荐工作电压是325Vdc，为了能使紫外火焰传感器正常工作，需要有升压DC-DC转换电路以实现从12Vdc到350Vdc的转换。正常工作时，紫外火焰传感器在背景紫外光线或火焰发出的紫外光线的激励下产生波形基本相似的脉冲，脉冲间隔(频率)与入射到紫外火焰传感器感光极上的紫外线的强度及光谱范围有关，在太阳、日光灯、卤素灯等的照射下，紫外火焰传感器输出的脉冲的间隔比较长，而在火焰的照射下，紫外火焰传感器输出的脉冲的间隔比较短，因此，可根据紫外火焰传感器输出的脉冲的频率判断监测场所有无火焰。脉冲整形电路、定时电路和脉冲计数电路可对紫外火焰传感器输出的脉冲进行整形和计数，当在一定时间间隔内计数超过给定阈值，则给出火灾信号，阈值大小可以调整。

微处理器可通过接口电路接收紫外火焰传感器信号处理电路输出的信号，并能给出指令到步进电机驱动控制电路控制步进电机的转动，另外，还可通过通信接口电路向安防监控中心等场所的监控主机发出火灾报警信号。在控制步进电机转动时，由于各部分的电气连接关系，水平旋转时累积转动角度不能超过400度，垂直转动时累积转动角度不能超过100度。

步进电机具有控制简单、无累积误差等优点，因此，使用反应式步进电机实现对水平和垂直旋转机构的驱动。为了实现高精度的旋转定位，采用具有电细分的步进电机驱动技术。步进电机的电细分驱动是通过对电机励磁绕组电流进行控制，使步进电机定子的合成磁场成为按细分步距旋转的磁场，从而带动转子转动。当两相相邻绕组同时通以不同大小的电流时，各相产生的转矩之和为零的位置为新的平衡位置，这样就实现了细分。

系统的工作流程如图9所示。四只实时监视传感器对防火区域进行连续不断地实时探测监视，实时监视传感器的输出信号经信号处理电路进行整形、计数、比较后，由逻辑电路进行逻辑或操作，只要有1路信号为高电平，即只要有1只实时监视传感器判断有火灾发生，则逻辑电路输出高电平，微处理器接收到逻辑电路传来的高电平信号后，1)通过输出接口电路发出报警信号给报警系统，由报警系统给出声、光报警，提醒现场的人员可能有火灾发生，现场人员在确认有火情后可采取相关消防措施或尽快撤离；2)通过通信接口电路向安防监控中心发出火灾报警信号，通知值守人员监视区域可能有火灾发生，提醒值守人员注意观察火灾监视CCD；3)微处理器输出控制信号给水平步进电机驱动电路控制水平步进电机转动，水平步进电机通过传动机构带动水平定位传感器开始水平扫描，水平扫描时水平定位传感器监视的是一个窄的90度扇形区域，当水平定位传感器扫描到某一位置时，其信号处理电路给出高电平火灾信号，可以判定该90度扇形区域内存在火焰，微处理器通过水平步进电机控制电路控制水平步进电机停止转动，同时通过垂直步进电机控制电路控制垂直步进电机开始转动，带动垂直定位传感器开始在90度扇形区域内进行垂直扫描，垂直定位传感器的视场是一个约3度视锥角的圆锥形区域，当垂直定位传感器扫描到某一位置时，其信号处理电路给出高电平火灾信号，可以判定该约3度视锥角的圆锥形区域内存在火焰，微处理器通过垂直步进电机控制电路控制垂直步进电机停止转动。至此，实现了对火灾的探测和定位。

虽然该火灾探测定位装置能够在火灾初期就能探测到火灾发生，但是火灾范围也可能超出水平定位传感器的监视区域的宽度和垂直定位传感器的圆锥形区域，为了能够定位到火灾范围的中心，本发明的探测定位方法还可作进一步改进，具体流程如图10所示，按如下方式控制水平扫描和垂直扫描：设水平步进电机开始转动时水平定位传感器扇形视场中心扇面的角度为0度，当扫描到角度AH1度时水平定位传感器的信号处理电路给出高电平信号，微处理器记录下该角度AH1度，但水平扫描机构并不马上停止转动，直到扫描到角度AH2度时水平定位传感器信号处理电路的输出由高电平变为低电平，则可以判断火灾中心在火灾探测定位机构开始水平转动后的(AH1+AH2)/2度的方向处，此时，微处理器通过水平步进电机控制电路控制水平步进电机反转，使水平定位传感器的视场中心扇面回转(AH1+AH2)/2度的角度，保证火灾中心大体在水平定位传感器的扇形视场内，此时，控制水平步进电机停止转动，启动垂直扫描电机开始转动，设垂直扫描电机开始转动时垂直定位传感器的视场垂直向下，记该角度为0度，当垂直定位传感器的视场中心轴扫描到角度AV1度时垂直定位传感器的信号处理电路给出高电平信号，微处理器记录下该角度AV1度，但垂直扫描机构并不马上停止转动，直到扫描到角度AV2度时垂直定位传感器信号处理电路的输出由高电平变为低电平，则可以判断火灾中心在火灾探测定位机构开始垂直转动后的(AV1+AV2)/2度的方向处，此时，微处理器通过垂直步进电机控制电路控制垂直步进电机反转，使垂直定位传感器的视场中心轴回转(AV1+AV2)/2度的角度，保证火灾中心基本在垂直定位传感器的视场中心轴上。

由于各转动部分之间有电缆连接，水平旋转机构在进行水平转动时向同一方向转动的角度累积不能超过两周，否则连接电缆有可能绕在一起而拧坏，因此，在完成对火灾扫描定位并完成灭火后，水平旋转机构延迟一定的时间，还必须回到开始转动位置，即再回转(AH1+AH2)/2度的角度，同样，垂直旋转机构再回转(AV1+AV2)/2度的角度。

本发明还可以附加连接灭火系统，灭火系统由储存灭火剂的储存容器和容器阀、连接软管和止回阀、集流管、输送灭火剂的管道和管道附件、喷嘴、泄压装置、应急操作机构、储存启动气源的钢瓶和电磁瓶头阀、气源管路、固定支架(对于组合分配系统还应有选择阀)等组成。以二氧碳灭火系统为例，二氧化碳灭火系统可分为组合分配系统和单元独立系统。组合分配系统由一套灭火剂储存装置保护多个防护区。单元独立灭火系统是用一套灭火剂储存装置保护一个防护区的灭火系统。实际应用中可根据建筑物的结构布局选配。

组合分配系统通过选择阀、容器阀等控制，对需要灭火的防护区定向释放灭火剂。这种灭火系统的优点是可以使储存容器数和灭火剂用量大幅度减少，有较高应用价值。组合分配系统示意图如图11所示。

一般来说，当防护区包括两个以上封闭空间时，对各封闭空间可分别使用单元独立系统。单元独立系统示意图如图12所示。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1、一种火灾探测器，包括壳体，其特征在于，所述壳体分为上壳体和下壳体，所述上壳体上相隔90度设置有实时监测传感器；所述上壳体上连接有水平转盘，水平转盘通过传动机构与一水平步进电机相连；所述水平转盘上连接有水平定位传感器；所述下壳体连接到水平转盘上并可与水平转盘作同步转动，所述下壳体上对应水平定位传感器的位置设有一狭缝；所述水平转盘上还连接有一垂直转盘，所述垂直转盘通过传动机构与一垂直步进电机相连，所述垂直转盘上连接有一垂直定位传感器，所述实时监测传感器、水平定位传感器、垂直定位传感器均为紫外火焰传感器，这些紫外火焰传感器及步进电机分别与设置在壳体内的电路板相连。

2、如权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述实时监测传感器倾斜地安装在所述上壳体上。

3、如权利要求2所述的火灾探测器，其特征在于，所述水平定位传感器为线形传感器，倾斜地安装在所述水平转盘上，可对90度扇形区域进行扫描。

4、如权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述垂直转盘为一中空的鼓轮，所述垂直定位传感器位于该鼓轮内，所述鼓轮上对应垂直定位传感器的位置设有透光孔；所述下壳体上对应鼓轮的轮置设有开口。

5、如权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述垂直定位传感器上方设置有灭火剂管道接头，所述灭火剂管道接头上连接有灭火剂管道。

6、如权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述电路板还连接有电控阀门，所述电控阀门位于灭火剂储罐与灭火喷头之间的管路上。

7、如权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述电路板包括信号处理电路板和控制电路板，所述信号处理电路板上的电路包括稳压电路、升压DC-DC转换电路、脉冲整形电路、定时电路和脉冲计数电路，所述稳压电路输出稳定的电压，所述升压DC-DC转换电路将所述稳压电路输出的电压转换成紫外火焰传感器的工作电压，所述脉冲整形电路对所述紫外火焰传感器感光所产生的脉冲进行整形，输出到所述脉冲计数电路进行计数，所述定时电路用于设定一时间，在该时间内所述脉冲计数电路的计数超过一预设阈值时，由一与所述脉冲计数电路相连的输出电路输出信号。

8、如权利要求7所述的火灾探测器，其特征在于，所述控制电路板上的电路包括微处理器、信号接口电路、通信接口电路、步进电机驱动控制电路，所述信号处理电路板的输出电路输出的信号通过所述信号接口电路输入到微处理器，所述微处理器对该信号进行处理，通过通信接口电路向控制中心输出报警信号，向所述步进电机驱动控制电路输出控制信号，由所述步进电机驱动控制电路控制步进电机运动。

9、一种火灾探测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用均匀布置在火灾探测器壳体上的紫外火焰传感器监测周围空间，当有紫外火焰传感器检测到有火灾信号时，输出报警信号，并启动水平定位装置；

(2)所述水平定位装置利用一紫外水平定位传感器在水平方向上扫描，当检测到火灾信号时停止转动，启动垂直定位装置；

(3)所述垂直定位装置利用一紫外垂直定位传感器在垂直方向上扫描，当检测到火灾信号时停止转动，完成着火点定位。

10、如权利要求9所述的火灾探测定位方法，其特征在于，

所述步骤(2)中，当水平定位传感器初始检测到火灾信号时，继续转动，当火灾信号消失时，向反方向转动到火灾信号出现和消失的中间位置时停止；

所述步骤(3)中，当垂直定位传感器初始检测到火灾信号时，继续转动，当火灾信号消失时，向反方向转动到火灾信号出现和消失的中间位置时停止。

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