CN109187301A - 一种极早期的消防安全火灾预警检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种极早期的消防安全火灾预警检测方法及装置，包括复合光源、带有单缝的挡板、带有选择单缝的遮光挡板、空气通道、光电传感器、中央处理模块，通过带有单缝的挡板、带有选择单缝的遮光挡板选取所需的波长的光，照在空气通道内的随流动空气经过的超小颗粒，通过光电传感器检测透过的光线以及超小颗粒上的瑞利散射来检测空气中的超小颗粒的含量，通过超小颗粒含量的变化来早期感知早期火灾隐患。本发明与已有技术相比，具有具有结构简单、成本低廉、能在未起烟雾之前准确发现极早期火灾隐患的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种消防用的预警探测技术。
背景技术
在当前的消防预警和监测器材中，大多数的产品都是基于烟雾感应或者某种气体的感应，而火灾发生时，释放的气体和烟雾的种类非常多，火灾的传感器无法遍及各种情形，导致常规的预警机制容易误报。而且等烟雾等显著指标已经上升时，火灾基本已经形成，留给人扑灭火灾或者逃生的时间不多。因此，如何在还没有可见烟雾产生之前尽早发现火灾隐患，才是预防的关键。
火灾的形成过程基本上有以下几个阶段：发热、阴燃、冒烟、起火。现有火灾预警技术大多集中在冒烟以后的阶段。本技术侧重于预警物体异常发热与阴燃之间的阶段，
根据燃烧起火的原理，物质在起火早期，是从热解开始的，热解的时会释放大量的超小颗粒，颗粒直径在1nm至几个微米之间的（视乎发热物质的种类）。平常也分布在空气中也会有这种微小颗粒，但在有限空间内，这些微粒的含量相对稳定。当有东西发热热解时，由于微粒小至纳米级，这种微粒会快速扩散，空气中的含量大幅上升，经常能检测到数以万倍的增加。到阴燃阶段，这些颗粒的大小也将发生变化，通常会有大分子逸散出来。通过检测空气中这些微小颗粒的大小变化，再配合相关气体的传感器，就能准确预知极早期火灾的发生。，但是由于这些超小颗粒的量占空气中的其他的大的颗粒的量的比例还是很少，即使这种性质的超小颗粒迅速增加，其增加的量占空气中总的颗粒量还是很少，因此，采用常规的探测空气中的颗粒的量的技术是不能有效地检测到此种超小颗粒的量的迅速增加的。
检测这些极小颗粒，目前的方法主要有光谱检测等。根据瑞利散射的原理，入射光的波长与微粒大小相差不大时，会有散射现象发生。在与入射光线成一定角度的光电传感器就能感应到散射光的强度。本发明中需要检测的微粒在1nm-50nm之间，能发生瑞利散射的入射光波长需要50nm-500nm之间，这些波长的光谱，特别在紫外线以外的部分，传统方法难以制造取得。
另外传统的光谱分析方法中，大多用棱镜或透镜来调整光路，而透镜的材料都有透光波长的范围限制，市场上很少有能透过深紫外光的透镜。
在检测散射光线强度的光电传感器问题上，由于波长太短，限于器件分辨率问题，传感器的体积都在几个毫米以上，导致现实中检测中都需要采用CCD阵列器件等昂贵的原件。难以普及到普通民居中使用。
基于难以获得短波长的光线、高透过率的透镜以及高分辨率的传感器，本发明利用单缝衍射与遮光原理，利用传统的光电传感器就能实现对空气中直径在1nm-50nm微粒的检测。
发明内容
本发明的目的在于能低成本地监测空气中直径在1nm-50nm的微粒的极早期火灾消防安全预警检测方法及装置。
本发明的极早期的消防安全火灾预警检测装置是这样实现的，将复合发光源或射线放射源置于挡板后，挡板上有单缝，挡板上的单缝既能使复合发光源穿过时产生衍射，同时，挡板上的单缝的宽度要不大于待检测的超小颗粒的直径的10000倍，在挡板上的单缝的另一面，对应能使超小颗粒发生瑞利散射的波长的衍射光处，放置另一个带有选择单缝的遮光挡板，选择单缝位于能使超小颗粒发生瑞利散射的波长的衍射光处，选择单缝的宽度不小于待测超小颗粒直径的1000倍（避免产生第二次衍射），以便在获取所需波长的光线的同时，遮挡其他波长的光线（目的是：提高分辨率，方便光电传感器的检测，减少干扰），在遮光挡板的后面，正对入射光的位置设有正光电传感器, 正对入射光的旁边（偏离入射光方向若干角度）放置另外的侧光电传感器，目的是感应散射的光线，在遮光挡板和正光电传感器、侧光电传感器之间，有空气通道，空气管道的一端设置有风扇，复合发光源或射线放射源、正光电传感器、侧光电传感器与中央处理模块相连。
本发明的极早期的消防安全火灾预警检测方法是这样实现的，复合发光源或射线放射源通过挡板上的宽度不大于待检测的超小颗粒的直径的10000倍的单缝获得衍射光，然后，通过遮光挡板上的宽度不小于待测超小颗粒直径的1000倍的选择单缝获得所需的打在超小颗粒上会产生瑞利散射的波长的光线，光线照在以恒定风速通过空气通道的空气上，当光线照在超小颗粒上时，会发生瑞利散射，通过位于光线侧面的侧光电传感器就能检测瑞利散射光并转换成电信号传输到中央处理模块，而正对着光线的正光电传感器检测光线强弱变化并转换成电信号传输到中央处理模块，正常情况下，所感应的超小颗粒上的总的瑞利散射光的大小、正对着光线的光的大小是基本恒定的，当检测范围内有物体发热时，会导致物质热解，热解产生的大量的的超小颗粒快速弥漫在空气中，导致所感应的超小颗粒上的总的瑞利散射光的大小、正对着光线的光的大小发生急剧变化，这种变化经过模数转换后由中央处理模块进行分析发出警示信息，这样，在物体发热阴燃、未起烟之前就能发现火灾隐患。
本发明与已有技术相比，具有能低成本地监测空气中直径在1nm-50nm的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
如图所示，本发明的极早期的消防安全火灾预警检测装置是这样实现的，将复合发光源或射线放射源A置于挡板B后，挡板B上有单缝C，挡板B上的单缝C既能使复合发光源穿过时产生衍射，同时，挡板B上的单缝C的宽度要不大于待检测的直径在1nm-50nm的超小颗粒的直径的10000倍（如要检测1nm的微粒的瑞利散射，起码要不大于10nm的波长的入射光，由于单缝衍射的条件要求，当单缝的宽度不大于入射光波长1000倍时，都有显著的衍射现象产生，因此挡板B上的单缝C的宽度要不大于待检测颗粒直径的10000倍，即10um，而且，10微米宽度的单缝是容易制作取得的），在挡板B上的单缝C的另一面，波长在50nm-2500nm之间的衍射光处，放置另一个带有选择单缝F的遮光挡板E，选择单缝F位于波长在50nm-2500nm之间的衍射光处，选择单缝F的宽度不小于待测超小颗粒直径的1000倍（避免产生第二次衍射），以便在获取所需波长在50nm-2500nm之间的光线的同时，遮挡其他波长的光线，在遮光挡板E的后面，正对入射光的位置设有正光电传感器G, 正对入射光的旁边（偏离入射光方向若干角度）放置另外的侧光电传感器H，目的是感应散射的光线，在遮光挡板E和正光电传感器G、侧光电传感器H之间，有空气通道J，空气管道的一端设置有风扇K，复合发光源或射线放射源A、正光电传感器G、侧光电传感器H与中央处理模块P相连。
本发明的极早期的消防安全火灾预警检测方法是这样实现的，复合发光源或射线放射源A通过挡板B上的宽度不大于待检测的直径在1nm-50nm的超小颗粒D的直径的10000倍的单缝C获得衍射光，然后，通过遮光挡板E上的宽度不小于待测超小颗粒D直径的1000倍的选择单缝F获得所需的打在超小颗粒D上会产生瑞利散射的波长在50nm-2500nm之间的光线，光线照在以恒定风速通过空气通道J的空气上，当光线照在超小颗粒D上时，会发生瑞利散射，通过位于光线侧面的侧光电传感器H就能检测瑞利散射光并转换成电信号传输到中央处理模块P，而正对着光线的正光电传感器G检测光线强弱变化并转换成电信号传输到中央处理模块P，正常情况下，所感应的超小颗粒D上的总的瑞利散射光的大小、正对着光线的光的大小是基本恒定的，当检测范围内有物体发热时，会导致物质热解，热解产生的大量的1-50nm的超小颗粒D快速弥漫在空气中，导致所感应的超小颗粒D上的总的瑞利散射光的大小、正对着光线的光的大小发生急剧变化，这种变化经过模数转换后由中央处理模块P进行分析并向警示及显示装置W发出警示信息，这样，在物体发热阴燃、未起烟之前就能使相关人员发现火灾隐患。
Claims (3)
1.一种极早期的消防安全火灾预警检测装置，其特征在于将复合发光源或射线放射源置于挡板后，挡板上有单缝，挡板上的单缝既能使复合发光源或射线放射源穿过时产生衍射，同时，挡板上的单缝的宽度要不大于待检测的超小颗粒的直径的10000倍，在挡板上的单缝的另一面，对应能使超小颗粒发生瑞利散射的波长的衍射光处，放置另一个带有选择单缝的遮光挡板，选择单缝位于能使超小颗粒发生瑞利散射的波长的衍射光处，选择单缝的宽度不小于待测超小颗粒直径的1000倍，以便在获取所需波长的光线的同时，遮挡其他波长的光线，在遮光挡板的后面，正对入射光的位置设有正光电传感器, 正对入射光的旁边放置另外的侧光电传感器，目的是感应散射的光线，在遮光挡板和正光电传感器、侧光电传感器之间，有空气通道，空气管道的一端设置有风扇，复合发光源或射线放射源、正光电传感器、侧光电传感器与中央处理模块相连。
2.根据权利要求1所述的极早期的消防安全火灾预警检测装置，其特征在于挡板上的单缝的宽度不大于待检测的直径在1nm-50nm的超小颗粒的直径的10000倍，带有选择单缝的遮光挡板放置在波长在50nm-2500nm之间的衍射光处，选择单缝位于波长在50nm-2500nm之间的衍射光处。
3.一种极早期的消防安全火灾预警检测方法，其特征在于复合发光源或射线放射源通过挡板上的宽度不大于待检测的超小颗粒的直径的10000倍的单缝获得衍射光，然后，通过遮光挡板上的宽度不小于待测超小颗粒直径的1000倍的选择单缝获得所需的打在超小颗粒上会产生瑞利散射的波长的光线，光线照在以恒定风速通过空气通道的空气上，当光线照在超小颗粒上时，会发生瑞利散射，通过位于光线侧面的侧光电传感器就能检测瑞利散射光并转换成电信号传输到中央处理模块，而正对着光线的正光电传感器检测光线强弱变化并转换成电信号传输到中央处理模块，正常情况下，所感应的超小颗粒上的总的瑞利散射光的大小、正对着光线的光的大小是基本恒定的，当检测范围内有物体发热时，会导致物质热解，热解产生的大量的的超小颗粒快速弥漫在空气中，导致所感应的超小颗粒上的总的瑞利散射光的大小、正对着光线的光的大小发生急剧变化，这种变化经过模数转换后由中央处理模块进行分析发出警示信息，这样，在物体发热阴燃、未起烟之前就能发现火灾隐患。
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