CN105641844A - 一种红外敏感灭火弹 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外敏感灭火弹，包括壳体、红外探测器PIR、点火控制电路、中心装药管、抛撒火药、灭火干粉和电池，其中壳体为尾部密封的中空圆柱体，壳体的腔体内套有中心装药管，中心装药管的后端固定于壳体尾部的密封盖；中心装药管内部填充有抛撒火药，中心装药管和壳体之间的环状缝隙填充有灭火干粉；弹头内设有红外探测器PIR和点火控制电路，红外探测器PIR接入点火控制电路，点火控制电路与中心装药管的前端相连，电池提供电源；所述灭火弹在发射后，红外探测器PIR开始工作，灭火弹在飞行的弹道上遇到高温火焰时发出点火信号，该点火信号通过点火控制电路引爆中心装药管内部的抛撒火药，在火焰上方2～2.5m处的空中抛撒灭火干粉，达到灭火效果。

Description

一种红外敏感灭火弹

技术领域

本发明属于灭火弹技术领域，特别是一种红外敏感灭火弹。

背景技术

大型油罐、气罐、化学液罐、高楼和森林着火，已经成为民生和环境安全的重要威胁。能够在大火曼延早期，甚至爆炸之前有效采取措施，灭掉火源，已经成为迫切需要解决的问题，如不能在初期得到有效控制，等发展到猛烈阶段，即使有充足精良的消防器材装备，也难以控制和扑灭，给国家和生命财产带来巨大损失。在这些问题中，最大的威胁就是来自爆炸危险和有毒气体的威胁。它们使消防人员根本无法靠近，于是远距离灭火成为唯一有效和安全的手段。因此研制新型的安全、高效、准确、远距离和低成本灭火设备十分必要。

目前常用的新型超细高效灭火剂，其灭火原理：由于充装的灭火剂粒径小，流动性好，有良好抗复燃性、弥散性和电绝缘性，其灭火机理是以化学灭火为主，通过化学、物理双重灭火机能扑灭火焰:从物理上实现了被保护物与空气的隔绝，阻断再次燃烧所需的氧气，以物理方式防止复燃；化学方面，灭火装置释放出的超细干粉灭火剂粉末通过与燃烧物火焰接触，产生化学反应迅速夺取燃烧自由基与热量，从而切断燃烧链实现对火焰的扑灭，灭火剂与火焰反应产生的大量玻离状物质吸附着在被保护物表面形成一层隔离层；因此既能应用于相对封闭空间全淹没灭火，也可用于开放场所局部保护灭火。关于远距离灭火，从80年代初开始，国内地方军工企业开始生产远程发射灭火弹，经过二十多年的发展，已开发出一些产品，如107mm火箭发射灭火弹，82mm和105mm迫炮发射灭火弹。但这些产品在技术上都存在一个严重的问题，就是使用延迟或碰撞后抛撒灭火剂，这些造成灭火效率下降，灭火剂抛撒功能无法有效实现，于是甚至飞过火场，因此失去效能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全、高效、低成本的红外敏感灭火弹。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种红外敏感灭火弹，包括壳体、红外探测器PIR、点火控制电路、中心装药管、抛撒火药、灭火干粉和电池，其中壳体为尾部密封的中空圆柱体，壳体的腔体内套有中心装药管，中心装药管的后端固定于壳体尾部的密封盖，壳体和中心装药管共轴；中心装药管内部填充有抛撒火药，中心装药管和壳体之间的环状缝隙填充有灭火干粉；壳体的头部为弹头，弹头内设有红外探测器PIR和点火控制电路，红外探测器PIR接入点火控制电路，点火控制电路与中心装药管的前端相连，电池为红外探测器PIR、点火控制电路提供电源；

所述灭火弹在发射后，红外探测器PIR开始工作，灭火弹在飞行的弹道上遇到高温火焰时发出点火信号，该点火信号通过点火控制电路引爆中心装药管内部的抛撒火药，在火焰上方2～2.5m处的空中抛撒灭火干粉，达到灭火效果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)由多次使用的发射器系统(发射筒，瞄准镜，机发机构)、探测系统(红外探测器件)和灭火弹系统(引爆器件、抛撒装药部件、灭火药剂和壳体)组成，成本低；(2)由于增加了红外敏感器件，灭火弹在火焰上方2m高位置点火，使灭火药剂的抛撒面积增大，灭火效率大幅提高；(1)安全、高效、低成本，在消防安全中具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明红外敏感灭火弹的结构示意图。

图2是本发明便携式火箭发射系统设的结构示意图。

图3是本发明热释电红外传感器的结构示意图。

图4是本发明点火控制电路的电路图，其中(a)为电源电路、(b)为发火控制电路、(c)为信号处理电路、(d)为微处理CPU及其外围电路。

图5是本发明红外敏感灭火弹的工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

结合图1，本发明红外敏感灭火弹，包括壳体1、红外探测器PIR2、点火控制电路3、中心装药管4、抛撒火药5、灭火干粉6和电池7，其中壳体1为尾部密封的中空圆柱体，壳体1的腔体内套有中心装药管4，中心装药管4的后端固定于壳体1尾部的密封盖，壳体1和中心装药管4共轴；中心装药管4内部填充有抛撒火药5，中心装药管4和壳体1之间的环状缝隙填充有灭火干粉6；壳体1的头部为弹头，弹头内设有红外探测器PIR2和点火控制电路3，红外探测器PIR2接入点火控制电路3，点火控制电路3与中心装药管4的前端相连，电池7为红外探测器PIR2、点火控制电路3提供电源；

所述灭火弹在发射后，红外探测器PIR2开始工作，灭火弹在飞行的弹道上遇到高温火焰时发出点火信号，该点火信号通过点火控制电路3引爆中心装药管4内部的抛撒火药5，在火焰上方2～2.5m处的空中抛撒灭火干粉6，达到灭火效果。

图2为便携式火箭发射系统的结构示意图，包括电池7，发射筒8，击发机9，提把10，瞄准装置11，背带12，推进发动机13。使用时，将红外敏感灭火弹装入发射筒8，闭合电池7的开关，电池7向红外敏感灭火弹的红外探测器PIR2中的电容充电，直到充满；通过瞄准装置11瞄准火点，扣动击发机9，红外敏感灭火弹向火点飞出。当推进发动机13推动灭火弹飞出发射筒8后，灭火弹进入自由飞行状态，此时，红外头[8]在电容[9]供电的情况下，正常工作，探测所经过路径的火点辐射，当遇到火点时，红外探测器PIR2会发出一个触发电压信号给点火控制电路3，该点火信号通过点火控制电路3引爆中心装药管4内部的抛撒火药5。点燃后的抛撒火药5迅速膨胀，形成的膨胀压力使弹丸壳体1破碎，实现灭火干粉6向四周抛撒。散开的灭火干粉6在火点上方覆盖火焰，达到灭火的目的。

如图3所示，红外探测器PIR2为热释电红外传感器，热释电红外传感器在电容供电的情况下，开始工作，通过红外探头窗口14探测火焰的红外源，当遇到火焰时，该器件会向点火电路输出一个点火信号。

本发明灭火弹的工作是靠抛撒灭火干粉6实现的，但灭火干粉6的抛撒需要火药燃烧实现，因此需要点火头点燃抛撒火药5。点火头的工作需要由点火控制电路3提供的点火电流实现。该点火控制电路3主要由放大电路组成。当点火控制电路3接收到一个输入电压信号时，电路会将该信号放大为一个电流信号输出到点火头上，实现点火功能。

结合图4，所述点火控制电路3包括电源电路、信号处理电路、微处理CPU及其外围电路、发火控制电路，所述红外探测器PIR2与信号处理电路相连，信号处理电路的输出端接入微处理CPU及其外围电路，微处理CPU及其外围电路的输出端接入发火控制电路；当灭火弹装填到发射器中时，发射器上充电电源接到电源电路的Vin端进行充电，同时充电电源对红外探测器PIR2进行供电，红外探测器PIR2开始工作，红外探测器PIR2的探测信号经信号处理电路处理后输出到微处理CPU及其外围电路；灭火弹发射时，微处理CPU及其外围电路开始采集红外探测器PIR2探测的信号，CPU对环境信号进行处理、计算、存储；当有火源时，CPU对红外探测器PIR2探测到的火源红外信号与环境红外信号进行识别、判断后输出控制信号驱动发火控制电路的执行机构，引爆中心装药管4内部的抛撒火药5，使弹丸开仓抛洒灭火干粉6。

如图4(a)所示，所述电源电路包括第一二极管D1、第一法拉电容C1、第二法拉电容C2、第三电容C3、第四电容C4和稳压IC，其中外部输入端Vin与第一二极管D1正极端连接，第一法拉电容C1、第二法拉电容C2串联，第一法拉电容C1正极接第一二极管D1负极，第二法拉电容C2负极接地GND，第一法拉电容C1的正极分别接入输出端口Vout、稳压IC的输入端；稳压IC的输入端并联第三电容C3、稳压IC的输出端并联第四电容C4，稳压IC的地端与第三电容C3、第四电容C4共地GND，稳压IC的输出端即电源电路的输出电源Vcc。

如图4(c)所示，所述信号处理电路包括第一运算放大器U-A、第二运算放大器U-B、滤波电容以及相应的反馈电阻；所述红外探测器PIR(2)的驱动端D经第一电阻R1接电源Vcc，驱动端D分别并联第五滤波电容C5、第六滤波电容C6到地；红外探测器PIR(2)的地端G接电源地；红外探测器PIR(2)的信号输出端S分别并联第三电阻R3、第七电容C7到地，红外探测器PIR(2)的信号输出端S串联第四电阻R4后接入第一运放放大器U-A的正极输入端，第一运放放大器U-A的负极依次串联第五电阻R5、第八电容C8后接地；第六电阻R6与第九电容C9并联后一端接入第一运放放大器U-A的负极、另一端接入第一运放放大器U-A的输出端；第一运放放大器U-A的输出端依次串联第十电容C10、第七电阻R7后接入第二运放放大器U-B的负极，第二运放放大器U-B的正极串联第二电阻R2到Vcc端；第十一电容C11与第八电阻R8并联后一端接入第二运放放大器U-B的正极、另一端接入地；第二运放放大器U-B的输出端为AD输出端口，第二运放放大器U-B的输出端分别串联第九电阻R9、第十二电容C12到地。

如图4(d)所示，所述微处理CPU及其外围电路包括微处理器U1、滤波电容、电感、电阻、晶振，其中微处理器U1的电源Vcc与电源电路的输出连接，微处理器U1的AREF端与电源Vcc间串联电感L1，电源Vcc与地之间串联第十三电容C13，信号处理电路的AD输出端连接微处理器U1的PC1端，电源Vcc串联第十电阻R10到微处理器U1的PC6即RESET端，微处理器U1的PD6端口连接KEY端，微处理器U1的PD7端口连接FIR端口，微处理器U1的程序下载ISP端口分别对应接微处理器U1的MOSI、MISO、SCK、RESET、VCC、GND端口，微处理器U1的时钟晶振XTAL1、XTAL2分别与晶振XTAL的两端连接，晶振XTAL两端分别串联第十四电容C14、第十五电容C15到地。

如图4(b)所示，所述发火控制电路包括可控硅Q1、电阻、微处理器U1启动开关S1、保护开关S2和触发开关S3，所述发火控制电路有三个输入端口，分别是Vout端口、FIR端口、Vcc端口；Vout端口分别与触发开关S3输入端、可控硅Q1输入端连接，触发开关S3与可控硅Q1输出端连接执行机构与保护开关S2的输入端；FIR端口连接可控硅Q1的控制端，同时FIR端口与第十一电阻R11串联后接地；Vcc端口接入第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端分别接入KEY端、微处理器U1启动开关S1的输入端；启动开关S1、保护开关S2、第十一电阻R11以及执行机构的输出端口共地。

上述点火控制电路3的工作原理为：在勤务处理过程中，电源电路中的法拉电容无电，微处理CPU、DC—DC转换IC等电子元件无法工作，同时发火控制电路中的启动开关S1处于闭合状态，使微处理CPU处于低功耗休眠状态，不输出控制信号，保证控制电路无点火控制信号输出；保护开关S2处于闭合状态使执行机构点火装置处于短路，有误触发控制信号输出时也保证执行机构点火装置不启动，因此整个灭火弹点火电路能够较好的保证整个灭火弹在勤务处理过程中的安全。

点火控制电路3在使用时的工作过程，当灭火弹装填到发射器时，发射器上冲电电源对电路中的第一法拉电容C1、第二法拉电容C2进行充电，同时对红外探测器PIR2进行供电，使整个探测系统开始上电预热，当第一法拉电容C1、第二法拉电容C2经几秒钟后充满，充满信号反馈到发射器上显示可以发射，同时红外探测器PIR2开始工作，探测信号经第一运算放大器U-A、第二运算放大器U-B两级放大处理后输出到微处理CPU。灭火弹在发射时，启动开关S1断开保护，唤醒微处理CPU，保护开关S2断开保护，执行机构点火装置接入发火控制电路中。微处理CPU控制整个系统经过一定延时，使探测系统稳定后，微处理CPU开始采集红外探测器PIR2探测的环境红外信号，微处理CPU对环境信号进行处理、计算、存储；当有火源时，微处理CPU对红外探测器PIR2探测到的火源红外信号与环境红外信号进行识别、判断，输出控制信号，驱动输出大于1A的电流，驱动执行机构。如果灭火弹未飞行到火场中或红外探测器PIR2未探测到火源，弹丸落地，触发开关S3将闭合输出大于1A的电流，驱动执行机构，弹丸开仓抛洒灭火剂；当触发开关失效时，弹丸落地，经一定延时，微处理CPU将输出自毁信号，驱动可控硅Q1输出大于1A的电流，驱动执行机构，弹丸开仓抛洒灭火剂。

本发明主要用于森林、配电站、油库、高楼和液化气罐等人员不宜靠近的危险目标，本灭火弹适用于各类便携式直射发射平台，利用发射器将灭火弹射向着火点上方，弹丸发射后，其中已充电的电容开始给系统供电，包括红外探测器件、电路和点火机构。当红外探测器件飞过火焰上方时，探测到火焰的红外信号后，信号进入信号处理电路，启动点火机构，引燃抛撒药，膨胀的爆燃气体使干粉灭火剂抛撒到较大的面积，灭火效率大幅提高。本发明通过理论分析和实践，已证实能够达到所要求的目的，其飞行弹道和工作过程见附图5。

本专利针对大型油罐、气罐、化学液罐、高楼以及森林着火，利用成熟的便携式“火箭筒”发射平台，发射红外敏感灭火弹解决远距离高效灭火问题。另外，发射筒与灭火弹分装，发射筒多次使用，采用车载和人力分解搬运，适于戈壁、山地、复杂环境、丛林和水网地区使用。

Claims (6)

1.一种红外敏感灭火弹，其特征在于，包括壳体(1)、红外探测器PIR(2)、点火控制电路(3)、中心装药管(4)、抛撒火药(5)、灭火干粉(6)和电池(7)，其中壳体(1)为尾部密封的中空圆柱体，壳体(1)的腔体内套有中心装药管(4)，中心装药管(4)的后端固定于壳体(1)尾部的密封盖，壳体(1)和中心装药管(4)共轴；中心装药管(4)内部填充有抛撒火药(5)，中心装药管(4)和壳体(1)之间的环状缝隙填充有灭火干粉(6)；壳体(1)的头部为弹头，弹头内设有红外探测器PIR(2)和点火控制电路(3)，红外探测器PIR(2)接入点火控制电路(3)，点火控制电路(3)与中心装药管(4)的前端相连，电池(7)为红外探测器PIR(2)、点火控制电路(3)提供电源；

所述灭火弹在发射后，红外探测器PIR(2)开始工作，灭火弹在飞行的弹道上遇到高温火焰时发出点火信号，该点火信号通过点火控制电路(3)引爆中心装药管(4)内部的抛撒火药(5)，在火焰上方2～2.5m处的空中抛撒灭火干粉(6)，达到灭火效果。

2.根据权利要求1所述的红外敏感灭火弹，其特征在于，所述点火控制电路(3)包括电源电路、信号处理电路、微处理CPU及其外围电路、发火控制电路，所述红外探测器PIR(2)与信号处理电路相连，信号处理电路的输出端接入微处理CPU及其外围电路，微处理CPU及其外围电路的输出端接入发火控制电路；

当灭火弹装填到发射器中时，发射器上充电电源接到电源电路的Vin端进行充电，同时充电电源对红外探测器PIR(2)进行供电，红外探测器PIR(2)开始工作，红外探测器PIR(2)的探测信号经信号处理电路处理后输出到微处理CPU及其外围电路；灭火弹发射时，微处理CPU及其外围电路开始采集红外探测器PIR(2)探测的信号，CPU对环境信号进行处理、计算、存储；当有火源时，CPU对红外探测器PIR(2)探测到的火源红外信号与环境红外信号进行识别、判断后输出控制信号驱动发火控制电路的执行机构，引爆中心装药管(4)内部的抛撒火药(5)，使弹丸开仓抛洒灭火干粉(6)。

3.根据权利要求2所述的红外敏感灭火弹，其特征在于，所述电源电路包括第一二极管D1、第一法拉电容C1、第二法拉电容C2、第三电容C3、第四电容C4和稳压IC，其中外部输入端Vin与第一二极管D1正极端连接，第一法拉电容C1、第二法拉电容C2串联，第一法拉电容C1正极接第一二极管D1负极，第二法拉电容C2负极接地GND，第一法拉电容C1的正极分别接入输出端口Vout、稳压IC的输入端；稳压IC的输入端并联第三电容C3、稳压IC的输出端并联第四电容C4，稳压IC的地端与第三电容C3、第四电容C4共地GND，稳压IC的输出端即电源电路的输出电源Vcc。

4.根据权利要求2所述的红外敏感灭火弹，其特征在于，所述信号处理电路包括第一运算放大器U-A、第二运算放大器U-B、滤波电容以及相应的反馈电阻；所述红外探测器PIR(2)的驱动端D经第一电阻R1接电源Vcc，驱动端D分别并联第五滤波电容C5、第六滤波电容C6到地；红外探测器PIR(2)的地端G接电源地；红外探测器PIR(2)的信号输出端S分别并联第三电阻R3、第七电容C7到地，红外探测器PIR(2)的信号输出端S串联第四电阻R4后接入第一运放放大器U-A的正极输入端，第一运放放大器U-A的负极依次串联第五电阻R5、第八电容C8后接地；第六电阻R6与第九电容C9并联后一端接入第一运放放大器U-A的负极、另一端接入第一运放放大器U-A的输出端；第一运放放大器U-A的输出端依次串联第十电容C10、第七电阻R7后接入第二运放放大器U-B的负极，第二运放放大器U-B的正极串联第二电阻R2到Vcc端；第十一电容C11与第八电阻R8并联后一端接入第二运放放大器U-B的正极、另一端接入地；第二运放放大器U-B的输出端为AD输出端口，第二运放放大器U-B的输出端分别串联第九电阻R9、第十二电容C12到地。

5.根据权利要求2所述的红外敏感灭火弹，其特征在于，所述微处理CPU及其外围电路包括微处理器U1、滤波电容、电感、电阻、晶振，其中微处理器U1的电源Vcc与电源电路的输出连接，微处理器U1的AREF端与电源Vcc间串联电感L1，电源Vcc与地之间串联第十三电容C13，信号处理电路的AD输出端连接微处理器U1的PC1端，电源Vcc串联第十电阻R10到微处理器U1的PC6即RESET端，微处理器U1的PD6端口连接KEY端，微处理器U1的PD7端口连接FIR端口，微处理器U1的程序下载ISP端口分别对应接微处理器U1的MOSI、MISO、SCK、RESET、VCC、GND端口，微处理器U1的时钟晶振XTAL1、XTAL2分别与晶振XTAL的两端连接，晶振XTAL两端分别串联第十四电容C14、第十五电容C15到地。

6.根据权利要求2所述的红外敏感灭火弹，其特征在于，所述发火控制电路包括可控硅Q1、电阻、微处理器U1启动开关S1、保护开关S2和触发开关S3，所述发火控制电路有三个输入端口，分别是Vout端口、FIR端口、Vcc端口；Vout端口分别与触发开关S3输入端、可控硅Q1输入端连接，触发开关S3与可控硅Q1输出端连接执行机构与保护开关S2的输入端；FIR端口连接可控硅Q1的控制端，同时FIR端口与第十一电阻R11串联后接地；Vcc端口接入第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端分别接入KEY端、微处理器U1启动开关S1的输入端；启动开关S1、保护开关S2、第十一电阻R11以及执行机构的输出端口共地。