CN101920083A - 一种自动灭火消防炮及火灾探测定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动灭火消防炮及火灾探测定位的方法，属于消防设备技术领域，旨在提供一种在火灾发生时能自动确定着火部位并灭火的消防炮。它采用热电堆传感器作为火灾定位传感器。在火灾报警信号的触发下，火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描，CPU采集扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的水平转角和俯仰转角，得到保护区域的温度分布状况，CPU结合已知正常温度分布波动曲线对温度场数据作分析，判定温度异常偏高区域，然后火灾定位传感器在与温度异常偏高区域对应的水平转角处作俯仰扫描，确定最大着火部位。本发明适用于火灾发生时会引起物体表面温度升高的场所作火灾定位与扑救。

Description

一种自动灭火消防炮及火灾探测定位的方法

技术领域

本发明涉及一种消防炮，特别涉及一种能自动定位着火部位并喷水灭火的消防炮；还涉及一种火灾探测定位的方法，具体地说是利用热电堆传感器感应热辐射，得到保护区域的温度分布状况，通过分析温度场数据来判定着火部位的方法。本发明属于消防设备技术领域。

背景技术

体育场馆、机场和石油化工类火灾，是世界性火灾扑救难题。这类建筑场所空间大、人员密集、布局复杂，火灾发生率极高。发生火灾时，火势蔓延迅速，人员难以疏散，火灾难以扑救，危害性相当大。传统的消防设施——消火栓只能通过人工现场手动进行灭火，但从火灾发生，值班人员报警到消防人员取用消火栓灭火需要一定时间，因此往往失去扑救火灾的最佳时机，导致人员伤亡和财产损失。为克服消火栓不能自动响应灭火请求，消防人员现场灭火危险性极高的缺点，采用能自动定位着火部位并喷水灭火的消防炮组成灭火系统是一有效方案。

火灾探测主要通过探测物质燃烧过程中所产生的各种物理、化学现象来实现。物质燃烧过程中产生的各种气、烟、热、火焰是表征火灾信号的物理、化学参量。因此，采用对火灾参量——气、烟、热、火焰能作出有效响应的传感器，即可探测火灾信号的存在。目前，对火灾气体、烟雾、温度的测量都有一些成熟的产品，如可燃气体探测器、感烟探测器、感温探测器，但这三类探测器，无论是点型还是线型，都只能检测探测器探头所在处的火灾参量，不具备远距离定位着火部位的功能。它们适用于火灾报警，但不适于大空间场所的火灾定位。

近年来，随着传感器技术的发展，人们研制出了一些新型的传感器来探测火灾，如紫外火焰传感器和红外火焰传感器，这两种传感器响应的火灾参量分别为火灾燃烧时火焰产生的紫外光及红外光。它们能实现远距离探测火灾，但由于传感器的视角大，不能直接探测具体着火部位。因此，现有技术常常通过设置一个透光狭缝来减小火焰传感器的探测视角，将这种视角大的面型火焰传感器变为“线型”传感器，通过分别设置水平定位传感器和垂直定位传感器来寻找着火部位，这种火灾探测定位方法的不足之处在于：

(1)火灾定位传感器采集的火灾参量为火灾燃烧时火焰产生紫外光或红外光，因此，不适用于以下场所：

·无焰火灾；

·火焰出现前有浓烟扩散；

·探测器易受阳光或其它光源直接或间接照射；

·正常情况下有明火作业、弧光等场所。故限定了其使用范围。

(2)灭火装置或消防炮需要设置水平定位传感器、垂直定位传感器及用于定位着火部位的透光狭缝，因此灭火装置所需传感器数量较多、结构较复杂。

(3)在判断火灾时，当水平定位传感器及垂直定位传感器均检测到火灾信号后，就完成了着火点的定位，难以判断火势大小，但由于同一保护区域可能多处同时起火，且火势大小不一，因此，所确定的着火部位不一定是着火最严重、火势最大的部位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有自动喷水灭火装置不适用于无焰火灾、易受红紫外光干扰、灭火装置结构复杂、不一定能寻找到最大着火部位的缺点，提供一种适用于大空间等空旷场所使用的自动灭火消防炮及火灾探测定位方法，火灾发生时能自动确定着火部位并喷水灭火，以及时扑救火灾。

为了解决上述问题，本发明提供了一种自动灭火消防炮，包括火灾报警器、火灾定位传感器、消防炮本体、水平传动机构、俯仰传动机构、控制电路板、配水支管、喷嘴和外壳，所述火灾定位传感器为热电堆传感器，所述消防炮本体包括水平本体、俯仰本体和端盖，

水平本体和俯仰本体通过钢球联接，水平本体和端盖通过螺栓联接，

所述外壳和水平本体通过螺栓联接，

所述喷嘴安装在俯仰本体上，所述火灾定位传感器安装在喷嘴上。

进一步地，

所述水平传动机构由水平步进电机、蜗杆、蜗轮和轴承组成，

水平步进电机安装在水平本体上，蜗杆联接在水平步进电机轴上，

蜗轮通过钢球与水平本体联接，

蜗杆与蜗轮啮合。

进一步地，

所述蜗轮的轴为空心轴，所述水平本体和俯仰本体均设有空心腔体，

所述蜗轮、俯仰本体与水平本体的联接处装有密封圈，

所述配水支管由蜗轮的空心轴、水平本体空腔和俯仰本体空腔组成。

进一步地，

所述蜗轮设有联接螺纹及定位螺纹。

进一步地，

所述俯仰传动机构由俯仰步进电机、主动轴、主动齿轮、主动轴轴套、中间轴、中间齿轮、中间轴轴套、从动轴、从动齿轮、从动轴轴套、输出轴、输出齿轮、输出轴轴套和输出轴轴承组成，

俯仰步进电机安装在水平本体上，

主动轴与俯仰步进电机的轴联接，中间轴和从动轴均安装在水平本体和端盖之间，输出轴安装在俯仰本体与端盖之间，

主动齿轮、中间齿轮、从动齿轮和输出齿轮分别安装在主动轴、中间轴、从动轴和输出轴上，

主动齿轮与中间齿轮的大齿轮啮合，中间齿轮的小齿轮与从动齿轮的大齿轮啮合，从动齿轮的小齿轮与输出齿轮啮合，

输出轴与俯仰本体用键联接。

本发明还提供了一种火灾探测定位的方法，采用热电堆传感器作为火灾定位传感器，利用火灾定位传感器感应热辐射，得到保护区域的温度分布状况，进而得知整个保护区域的温度场数据，通过对整个保护区域的温度场数据作分析来判定着火部位，包括以下步骤：

(1)等待火灾报警信号；

(2)在火灾报警信号的触发下，消防炮传动机构带动火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描，同时，CPU采集当前扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的水平转角和俯仰转角，得到整个保护区域的温度分布状况，得知当前整个保护区域的温度场数据；

(3)CPU对整个保护区域的温度场数据作分析，判定温度异常偏高区域，得到与温度异常偏高区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角；

(4)消防炮传动机构带动火灾定位传感器到步骤(3)得到的水平转角处，然后在俯仰方向扫描整个保护区域，同时，CPU采集当前扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角，得到俯仰方向的温度场数据，如有多个温度异常偏高区域，则重复此步骤，得到所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据；

(5)CPU对所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据作分析，找出温度异常偏高的最大值，得出与温度异常偏高最大值所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角，根据俯仰转角和对应的水平转角，确定最大着火部位。

进一步地，

所述步骤(2)中，消防炮传动机构带动火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描的方式为同轴环形或扇形往复扫描，包括以下步骤：

①消防炮传动机构带动火灾定位传感器俯仰一个火灾定位传感器的视角；

②消防炮传动机构带动火灾定位传感器在保护区域内水平旋转一圈；

③水平旋转一圈完毕，重复步骤①和②，直至火灾定位传感器扫描完整个保护区域。

进一步地，

所述步骤(3)中，CPU对整个保护区域的温度场数据作分析，判定温度异常偏高区域，得到与温度异常偏高区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角的方法为：

①根据扫描得到的温度场数据，作出当前整个保护区域的温度分布曲线；

②将当前温度分布曲线与已知正常温度分布波动曲线作比较，得到温度异常偏高区域；

③根据温度异常偏高区域在当前温度分布曲线中的位置，得到与温度异常区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的火灾定位传感器采用热电堆传感器，热电堆传感器感应的火灾参量为物体的热辐射，因此对于任何在火灾发生时会引起物体表面温度升高的场所均适用，克服了现有技术采用红外、紫外火焰传感器作为火灾定位传感器不能适用于以下场所的缺点。

·无焰火灾；

·火焰出现前有浓烟扩散；

·探测器易受阳光或其它光源直接或间接照射；

·正常情况下有明火作业、弧光等场所。

(2)本发明的火灾定位传感器感应热辐射的视域为圆锥形区域，因此单只火灾定位传感器就能实现火灾的定位，且消防炮不需设置定位透光狭缝，克服了现有技术定位火灾需设置水平定位传感器、垂直定位传感器及用于透红外光、紫外光的定位狭缝，导致传感器数量多、灭火装置的结构复杂的缺点。

(3)同一保护区域可能多处同时起火，且火势大小不一。本发明通过对整个保护区域的温度场数据作分析，并结合已知正常温度分布波动曲线来判定温度异常偏高区域，能找到保护区域中温度最异常偏高的区域，即着火最严重的部位，消防炮喷嘴总是对准着火最严重的部位灭火，克服了现有技术在定位火灾时，水平定位传感器及垂直定位传感器均检测到火灾信号就确定了着火部位，难以判断火势大小，所定着火部位不一定是着火最严重、火势最大部位的缺点。

附图说明

图1是本发明自动灭火消防炮的俯视图；

图2是图1中的D-D剖视图；

图3是图2中的A-A剖视图；

图4是图2中的B-B断面图；

图5是图2中的C-C断面图；

图6是自动灭火消防炮的安装示意图；

图7是控制电路板组成示意图；

图8是火灾定位传感器的视角示意图；

图9是火灾定位传感器作全方位温度场扫描的示意图；

图10是对实施例的整个保护区域温度场数据作分析的示意图；

图11是对实施例的所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据作分析的示意图。

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。

如图1～6所示，本发明自动灭火消防炮，包括火灾报警器38、火灾定位传感器29、消防炮本体、水平传动机构、俯仰传动机构、控制电路板39、配水支管9、喷嘴28和外壳3，火灾定位传感器29为热电堆传感器，消防炮本体包括水平本体6、俯仰本体27和端盖12，

水平本体6和俯仰本体27通过钢球1联接，水平本体6和端盖12通过螺栓35联接，

外壳3和水平本体6通过螺栓34联接，

喷嘴28安装在俯仰本体27上，

火灾定位传感器29安装在喷嘴28上。

如图1～4所示，水平传动机构由水平步进电机5、蜗杆32、蜗轮7、轴承33组成，

水平步进电机5安装在水平本体6上，蜗杆32联接在水平步进电机5的轴上，

蜗轮7通过钢球8与水平本体6联接，

蜗杆32与蜗轮7啮合。

如图2所示，蜗轮7的轴为空心轴，水平本体6和俯仰本体27均设有空心腔体，

蜗轮7、俯仰本体27与水平本体6的联接处装有密封圈4和2，

配水支管9由蜗轮7的空心轴、水平本体6空腔和俯仰本体27空腔组成。

如图2所示，蜗轮7设有联接螺纹10及定位螺纹11。

如图1～5所示，俯仰传动机构由俯仰步进电机31、主动轴15、主动齿轮13、主动轴轴套14、中间轴18、中间齿轮16、中间轴轴套17和36、从动轴21、从动齿轮19、从动轴轴套20和37、输出轴24、输出齿轮22、输出轴轴套25和输出轴轴承23组成，

俯仰步进电机31安装在水平本体6上，

主动轴15与俯仰步进电机31的轴联接，中间轴18和从动轴21均安装在水平本体6和端盖12之间，输出轴24安装在俯仰本体27与端盖12之间，

主动齿轮13、中间齿轮16、从动齿轮19和输出齿轮22分别安装在主动轴15、中间轴18、从动轴21和输出轴24上，

主动齿轮13与中间齿轮16的大齿轮啮合，中间齿轮16的小齿轮与从动齿轮19的大齿轮啮合，从动齿轮19的小齿轮与输出齿轮22啮合，

输出轴24与俯仰本体27用键26联接。

自动灭火消防炮的安装示意图如图6所示，控制电路板39由支架40固定，消防炮41由支架42固定，消防炮41通过蜗轮7所设的联接螺纹10与法兰44联接，通过定位螺纹11使蜗轮7与法兰44紧固。

灭火剂经电磁阀43、法兰44进入由蜗轮7的空心轴、水平本体6空腔和俯仰本体27空腔所组成的配水支管9，最后从喷嘴28流出。

当喷嘴28需水平旋转时，水平步进电机5动作，通过蜗杆32带动整个消防炮绕蜗轮7转动，进而带动喷嘴28及火灾定位传感器29随之转动。

当喷嘴28需俯仰转动时，俯仰步进电机31动作，经俯仰传动机构减速后，由输出轴24带动俯仰本体27转动，进而带动喷嘴28及火灾定位传感器29俯仰转动。

如图7所示，图7为控制电路板的组成示意图，CPU接收火灾报警器和手动报警信号；保护区域选择开关用于设定自动灭火消防炮需要保护的范围，即喷嘴需水平和俯仰转动的角度；火灾定位传感器的输出信号经信号调理电路，通过AD转换后由CPU采集；温度场数据缓存RAM保存扫描过程中所采集的温度数据；报警输出用于在确认火灾发生后作报警；步进电机驱动电路驱动水平步进电机和俯仰步进电机；电磁阀驱动电路驱动电磁阀。

本发明自动灭火消防炮工作过程如下：

(1)等待火灾报警信号，火灾报警可为手动报警或火灾报警器自动报警，火灾报警器根据消防炮的具体工作场所来选择，如感烟火灾探测报警器、感温火灾探测报警器、感光火灾探测报警器；

(2)在火灾报警信号的触发下，消防炮传动机构带动火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描，同时，CPU采集当前扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的水平转角和俯仰转角，得到整个保护区域的温度分布状况，得知当前整个保护区域的温度场数据；

如图8所示，图8为火灾定位传感器的视角示意图，其感应面为一圆锥形区域。

如图9所示，图9为火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描的示意图，采用同轴环形或扇形往复扫描，包括以下步骤：

①消防炮的传动机构带动火灾定位传感器俯仰θ度，θ为一个火灾定位传感器的视角；

②消防炮的传动机构带动火灾定位传感器在保护区域内水平旋转一圈；

③一圈扫描完毕，重复步骤①和②，直至扫描完整个保护区域。

实施例中，设定火灾定位传感器水平旋转范围为0～360度，俯仰范围为0～60度，安装高度8m，采用视角为5度的火灾定位传感器。那么消防炮传动机构每次将火灾定位传感器俯仰5度。火灾定位传感器水平旋转时，每转动0.9度，CPU采样一次火灾定位传感器感应的热辐射数据，并记录与采样点对应的火灾定位传感器所处的水平转角及俯仰转角。

(3)CPU对整个保护区域的温度场数据作分析，判定温度异常偏高区域，得到与温度异常偏高区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角；

如图10所示，图10为对步骤(2)中实施例得到的整个保护区域温度场数据进行量化后，由温度量化数据与对应的水平转角和俯仰转角构成的温度分布曲线。从图10中可以看出，A点、B点和C点的温度高于周边物体温度，可能发生火灾，再结合已知正常温度分布波动曲线可看出，A点温度在正常范围内，B点和C点温度异常偏高，因此，B、C两点属于着火部位，记下与采样点B和C相对应的火灾定位传感器所处的水平转角。

(4)CPU控制消防炮传动机构带动火灾定位传感器到步骤(3)得到的水平转角处，然后在俯仰方向扫描整个保护区域，同时，CPU采集当前扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角，得到俯仰方向的温度场数据，如有多个温度异常偏高区域，则重复此步骤，得到所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据；

(5)CPU对所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据作分析，找出温度异常偏高的最大值，得出与温度异常偏高最大值所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角，根据俯仰转角和对应的水平转角，确定最大着火部位，并作报警输出；

如图11所示，图11为对步骤(4)得到的所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据进行量化后，由温度量化数据与对应的俯仰转角和水平转角构成的温度分布曲线。从图11可以看出，D点和E点温度高于周边物体温度，且超过已知正常温度波动值，所以，D点和E点为着火中心部位对应的数据采集点，由于E点的温度量化数据大于D点，所以E点为最大着火部位对应的数据采集点，得到与最大着火部位E点对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角及对应的水平转角。

(6)消防炮传动机构将火灾定位传感器转动至着火最严重、火势最大的着火部位所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角与俯仰转角，即E点，使火灾定位传感器的视域对准着火最严重的部位；

(7)根据水压及火灾定位传感器与喷嘴出水口的相对位置调整喷嘴的转角，使喷嘴喷出的灭火剂对准着火最严重的部位，然后开启电磁阀，喷射灭火剂直至火灾报警解除，然后关闭电磁阀，停止喷射灭火剂。

Claims (8)

1.一种自动灭火消防炮，包括火灾报警器(38)、火灾定位传感器(29)、消防炮本体、水平传动机构、俯仰传动机构、控制电路板(39)、配水支管(9)、喷嘴(28)和外壳(3)，其特征在于：所述火灾定位传感器(29)为热电堆传感器，所述消防炮本体包括水平本体(6)、俯仰本体(27)和端盖(12)，

水平本体(6)和俯仰本体(27)通过钢球(1)联接，水平本体(6)和端盖(12)通过螺栓(35)联接，

所述外壳(3)和水平本体(6)通过螺栓(34)联接，

所述喷嘴(28)安装在俯仰本体(27)上，所述火灾定位传感器(29)安装在喷嘴(28)上。

2.如权利要求1所述的自动灭火消防炮，其特征在于：所述水平传动机构由水平步进电机(5)、蜗杆(32)、蜗轮(7)和轴承(33)组成，

水平步进电机(5)安装在水平本体(6)上，蜗杆(32)联接在水平步进电机(5)轴上，

蜗轮(7)通过钢球(8)与水平本体(6)联接，

蜗杆(32)与蜗轮(7)啮合。

3.如权利要求2所述的自动灭火消防炮，其特征在于：所述蜗轮(7)的轴为空心轴，所述水平本体(6)和俯仰本体(27)均设有空心腔体，

所述蜗轮(7)、俯仰本体(27)与水平本体(6)的联接处装有密封圈(4、2)，

所述配水支管(9)由蜗轮(7)的空心轴、水平本体(6)空腔和俯仰本体(27)空腔组成。

4.如权利要求2所述的自动灭火消防炮，其特征在于：所述蜗轮(7)设有联接螺纹(10)及定位螺纹(11)。

5.如权利要求1所述的自动灭火消防炮，其特征在于：所述俯仰传动机构由俯仰步进电机(31)、主动轴(15)、主动齿轮(13)、主动轴轴套(14)、中间轴(18)、中间齿轮(16)、中间轴轴套(17、36)、从动轴(21)、从动齿轮(19)、从动轴轴套(20、37)、输出轴(24)、输出齿轮(22)、输出轴轴套(25)和输出轴轴承(23)组成，

俯仰步进电机(31)安装在水平本体(6)上，

主动轴(15)与俯仰步进电机(31)的轴联接，中间轴(18)和从动轴(21)均安装在水平本体(6)和端盖(12)之间，输出轴(24)安装在俯仰本体(27)与端盖(12)之间，

主动齿轮(13)、中间齿轮(16)、从动齿轮(19)和输出齿轮(22)分别安装在主动轴(15)、中间轴(18)、从动轴(21)和输出轴(24)上，

主动齿轮(13)与中间齿轮(16)的大齿轮啮合，中间齿轮(16)的小齿轮与从动齿轮(19)的大齿轮啮合，从动齿轮(19)的小齿轮与输出齿轮(22)啮合，

输出轴(24)与俯仰本体(27)用键(26)联接。

6.一种火灾探测定位的方法，其特征在于：采用热电堆传感器作为火灾定位传感器，利用火灾定位传感器感应热辐射，得到保护区域的温度分布状况，进而得知整个保护区域的温度场数据，通过对整个保护区域的温度场数据作分析来判定着火部位，包括以下步骤：

(1)等待火灾报警信号；

(2)在火灾报警信号的触发下，消防炮传动机构带动火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描，同时，CPU采集当前扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的水平转角和俯仰转角，得到整个保护区域的温度分布状况，得知当前整个保护区域的温度场数据；

(3)CPU对整个保护区域的温度场数据作分析，判定温度异常偏高区域，得到与温度异常偏高区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角；

(4)消防炮传动机构带动火灾定位传感器到步骤(3)得到的水平转角处，然后在俯仰方向扫描整个保护区域，同时，CPU采集当前扫描点的温度，并记录与数据采集点对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角，得到俯仰方向的温度场数据，如有多个温度异常偏高区域，则重复此步骤，得到所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据；

(5)CPU对所有温度异常偏高区域俯仰方向的温度场数据作分析，找出温度异常偏高的最大值，得出与温度异常偏高最大值所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的俯仰转角，根据俯仰转角和对应的水平转角，确定最大着火部位。

7.如权利要求6所述的火灾探测定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中，消防炮传动机构带动火灾定位传感器对保护区域作全方位扫描的方式为同轴环形或扇形往复扫描，包括以下步骤：

①消防炮传动机构带动火灾定位传感器俯仰一个火灾定位传感器的视角；

②消防炮传动机构带动火灾定位传感器在保护区域内水平旋转一圈；

③水平旋转一圈完毕，重复步骤①和②，直至火灾定位传感器扫描完整个保护区域。

8.如权利要求6所述的火灾探测定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中，CPU对整个保护区域的温度场数据作分析，判定温度异常偏高区域，得到与温度异常偏高区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角的方法为：

①根据扫描得到的温度场数据，作出当前整个保护区域的温度分布曲线；

②将当前温度分布曲线与已知正常温度分布波动曲线作比较，得到温度异常偏高区域；

③根据温度异常偏高区域在当前温度分布曲线中的位置，得到与温度异常区域所在扫描采样点相对应的火灾定位传感器所处的水平转角。

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