CN113808378B - 一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及火灾探测技术领域，具体是一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法。该装置包括黑体辐射源组件、燃烧模拟组件、加热盘组件、热干扰源布置台组件、背景屏、热源控制器、探测器样品支架；黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均设置在热干扰源布置台组件上，且黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均与热源控制器连接；热干扰源布置台组件的后方设置背景屏，热干扰源布置台组件的前方设置探测器样品支架，用于放置探测器样品。本发明还提供一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验方法。本发明对评价图像型感温火灾探测器在典型热干扰环境中的响应性能和报警可靠性提供了技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及火灾探测技术领域，尤其涉及一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法。
背景技术
图像型感温火灾探测器(VFD/H)主要基于红外热成像原理，利用被测对象的红外热辐射能量强弱对比成像。相对于视频火灾探测技术，红外热成像不依赖于可见光，体现的是被测物体的热分布图，因此可以适用于黑暗或复杂光干扰环境的火灾探测。
近年来，随着红外热成像技术及设备的快速发展，在工业、隧道、山林、文物等场所的火灾探测报警领域，图像型感温火灾探测器的应用越来越广泛。然而，由于红外热成像效果与目标及周边环境的材质、温度和表面光滑程度等都存在密切关系，且监测区域内的车辆、电气设备、管道容器等都会发射或反射红外线，从而对成像数据产生热干扰并时常造成探测器误报警。因此，图像型感温火灾探测器产品的抗热干扰性能是评价该产品可靠性和有效性的重要指标。目前，针对图像型感温火灾探测器的抗热干扰性能检验，仍缺少标准化的评价方法及配套设备。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法，其可以检验图像型感温火灾探测器产品的抗热干扰性能。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一方面，本发明提供一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置，包括黑体辐射源组件、燃烧模拟组件、加热盘组件、热干扰源布置台组件、背景屏、热源控制器、探测器样品支架；黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均设置在热干扰源布置台组件上，且黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均与热源控制器连接；热干扰源布置台组件的后方设置背景屏，热干扰源布置台组件的前方设置探测器样品支架，用于放置探测器样品。
进一步地，黑体辐射源组件包括辐射炉滑动台、辐射炉支座、黑体辐射炉；辐射炉滑动台的上部与辐射炉支座连接，辐射炉滑动台的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动辐射炉支座上部的黑体辐射炉沿热干扰源布置台组件滑动；辐射炉支座与黑体辐射炉连接，用于调节黑体辐射炉的高度；黑体辐射炉通过辐射炉控温线缆与热源控制器连接，通过热源控制器控制黑体辐射炉上的黑体辐射面的温度。
进一步地，燃烧模拟组件包括燃烧盘滑动台、燃烧盘支座、燃烧盘固定架和燃烧盘；燃烧盘滑动台的上部与燃烧盘支座连接，燃烧盘滑动台的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动燃烧盘支座上部的燃烧盘固定架和燃烧盘沿热干扰源布置台组件滑动；燃烧盘支座的上部设置燃烧盘固定架，燃烧盘支座用于调节燃烧盘固定架上部设置的燃烧盘的高度；燃烧盘通过燃烧盘点火器控制线缆与热源控制器连接，通过热源控制器控制燃烧盘点火器产生火焰。
进一步地，加热盘组件包括加热盘滑动台、加热盘支座、加热盘固定架和加热盘，加热盘滑动台的上部与加热盘支座连接，加热盘滑动台的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动加热盘支座上部的加热盘固定架和加热盘沿热干扰源布置台组件滑动；加热盘支座的上部设置加热盘固定架，加热盘支座用于调节加热盘固定架上部设置的加热盘的高度；加热盘通过加热盘控温线缆与热源控制器连接，通过热源控制器控制加热盘的温度。
进一步地，热干扰源布置台组件包括支撑平台、滑轨和黑色幕布，支撑平台表面采用黑色幕布覆盖，支撑平台上部沿长度方向设置滑轨，滑轨分别与黑体辐射源组件的辐射炉滑动台、燃烧模拟组件的燃烧盘滑动台和加热盘组件的加热盘滑动台连接，以调节黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件在支撑平台上的相对位置。
另一方面，本发明提供一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验方法，该方法采用上述的图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置进行试验，包括以下步骤：
S1、通过热源控制器分别控制黑体辐射源组件的黑体辐射炉的温度Tbr和加热盘组件的加热盘的温度Tsr，使黑体辐射炉的温度Tbr和加热盘的温度Tsr以相同的速率升温至严酷等级规定的特定温度TL，同时开启探测器样品的火灾探测报警功能及热干扰源区域测温功能；
S2、通过热源控制器对黑体辐射炉的黑体辐射面和加热盘以相同时间间隔进行n次测温，每次测温分别记录同一时刻热干扰源的温度值，即黑体辐射面的温度值Tbri和加热盘的温度值Tsri，以及探测器样品对相应热干扰源区域的测温值，即黑体辐射面的测温值Tboi和加热盘的测温值Tsoi，其中i＝1,2…n；
S3、根据步骤S2测得的Tboi和Tsoi，计算探测器样品的测温性能评估因子Ibs，用于评价探测器样品的测温准确性和稳定性；
S4、步骤S2测温完成后，继续保持黑体辐射面和加热盘的温度，通过热源控制器控制燃烧模拟组件的燃烧盘内的点火器点燃燃料，并产生火焰，同时开始计时并观察探测器样品的状态；
S5、根据步骤S4观察到的状态，若探测器样品发出火灾报警信号，则记录报警时间和探测器样品图像中指示的火焰位置，按照严酷等级规定的报警时间要求进行符合性判定，从而判断探测器样品在不同严酷等级热干扰条件下的火灾探测报警能力。
进一步地，步骤S1具体为：
S11、通过热源控制器控制黑体辐射炉的温度Tbr和加热盘的温度Tsr，从室温以10℃/min的速率开始升温至40℃，并保持5min；
S12、继续以10℃/min的速率同步升温黑体辐射炉的温度Tbr和加热盘的温度Tsr，均升温至严酷等级规定的特定温度TL，并保持5min；
S13、升温及保持过程中，开启探测器样品的火灾探测报警功能及热干扰源区域测温功能。
进一步地，步骤S2具体为：当Tbr1＝Tsr1＝40℃测温后开始升温，直至Tbrn＝Tsrn＝TL测温后结束。
进一步地，步骤S3中的探测器样品的测温性能评估因子Ibs由下式表示：
其中，σ＝5.67×10-8W·m-2·K-4为斯特潘－玻尔兹曼常量，εb、εs分别为黑体辐射面和加热盘的检定发射率。
本发明的有益效果是：本发明通过测试、分析典型热干扰源对探测器响应性能的影响，提出了用于评价探测器样品对热干扰源的测温性能评估因子并推导出计算公式；通过对标准试验火燃烧过程中火焰温度变化趋势的分析，结合各类常见热干扰源的最高表面温度实际情况，将热干扰试验划分为五个严酷等级，覆盖了标准火焰温度变化的不同阶段。本发明对评价图像型感温火灾探测器在典型热干扰环境中的响应性能和报警可靠性提供了技术手段。
附图说明
图1为本发明一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置的结构示意图；
图2为图1中R1方向的截面示意图；
图3为图1中R2方向的截面示意图；
图4为图1中R3方向的截面示意图；
图5为带有探测器样品支架的结构示意图；
图6a为黑体辐射面温度为30℃时的高清红外摄像机拍摄的热成像和测温情况图；
图6b为黑体辐射面温度为30℃时的标清红外摄像机拍摄的热成像和测温情况图；
图6c为黑体辐射面温度为90℃时的高清红外摄像机拍摄的热成像和测温情况图；
图6d为黑体辐射面温度为90℃时的标清红外摄像机拍摄的热成像和测温情况图；
图6e为黑体辐射面温度为150℃时的高清红外摄像机拍摄的热成像和测温情况图；
图6f为黑体辐射面温度为150℃时的标清红外摄像机拍摄的热成像和测温情况图；
图7为探测器样品的测温值与热干扰源温度实际值的偏差对比图；
图8a为点火前1s时的热像仪记录的热成像和测温情况图；
图8b为点火后3s时的热像仪记录的热成像和测温情况图；
图8c为点火后60s时的热像仪记录的热成像和测温情况图；
图8d为火焰熄灭时的热像仪记录的热成像和测温情况图；
图9为标准火焰条件下热干扰试验严酷等级划分图。
图中：1、支撑平台；2、滑轨；3、辐射炉滑动台；4、辐射炉支座；5、黑体辐射炉；6、黑体辐射面；7、辐射炉控温线缆；8、燃烧盘滑动台；9、燃烧盘支座；10、燃烧盘固定架；11、燃烧盘；12、火焰；13、燃烧盘点火器控制线缆；14、加热盘滑动台；15、加热盘支座；16、加热盘固定架；17、加热盘；18、加热盘控温线缆；19、热干扰源高度；20、热源控制器；21、背景屏；22、探测器样品；23、探测器样品支架。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1：
参照图1-图5，本发明提供一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置。该装置包括黑体辐射源组件、燃烧模拟组件、加热盘组件、热干扰源布置台组件、背景屏21、热源控制器20、探测器样品支架23。其中，黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均设置在热干扰源布置台组件上，且黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均与热源控制器20连接。热干扰源布置台组件的后方设置背景屏21，热干扰源布置台组件的前方设置探测器样品支架23，用于放置探测器样品22。
下面介绍黑体辐射源组件的具体结构：
黑体辐射源组件包括辐射炉滑动台3、辐射炉支座4、黑体辐射炉5。其中，辐射炉滑动台3的上部与辐射炉支座4连接，辐射炉滑动台3的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动辐射炉支座4上部的黑体辐射炉5沿热干扰源布置台组件滑动。辐射炉支座4与黑体辐射炉5连接，用于调节黑体辐射炉5的高度。黑体辐射炉5通过辐射炉控温线缆7与热源控制器20连接，通过热源控制器20控制黑体辐射炉5上的黑体辐射面6的温度。
具体地，黑体辐射面6的尺寸为Φ10cm，且满足在40℃～500℃区间和8μm～13μm波段的发射率εb≥0.95。通过热源控制器20使黑体辐射炉5以特定升温速率升温并稳定在某个特定温度，通过辐射炉滑动台3和高度可调节的辐射炉支座4调整黑体辐射炉5在水平和竖直方向上的位置。辐射炉支座4为手动调节或电动调节，可为现有设计。
下面介绍燃烧模拟组件的具体结构：
燃烧模拟组件包括燃烧盘滑动台8、燃烧盘支座9、燃烧盘固定架10和燃烧盘11。其中，燃烧盘滑动台8的上部与燃烧盘支座9连接，燃烧盘滑动台8的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动燃烧盘支座9上部的燃烧盘固定架10和燃烧盘11沿热干扰源布置台组件滑动。燃烧盘支座9的上部设置燃烧盘固定架10，燃烧盘支座9用于调节燃烧盘固定架10上部设置的燃烧盘11的高度。燃烧盘11通过燃烧盘点火器控制线缆13与热源控制器20连接，通过热源控制器20控制燃烧盘11内的点火器产生火焰12。
具体地，燃烧盘11的尺寸为：长×宽×高＝9cm×9cm×3cm，其内盛的燃料为：体积比为10：1的煤油、汽油混合液共110ml。通过热源控制器20使燃烧盘11内的点火器点燃燃烧盘11内的燃料并产生火焰12，通过燃烧盘滑动台8和高度可调节的燃烧盘支座9调整燃烧盘11在水平和竖直方向上的位置。燃烧盘支座9为手动调节或电动调节，可为现有设计。
下面介绍加热盘组件的具体结构：
加热盘组件包括加热盘滑动台14、加热盘支座15、加热盘固定架16和加热盘17。其中，加热盘滑动台14的上部与加热盘支座15连接，加热盘滑动台14的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动加热盘支座15上部的加热盘固定架16和加热盘17沿热干扰源布置台组件滑动。加热盘支座15的上部设置加热盘固定架16，加热盘支座15用于调节加热盘固定架16上部设置的加热盘17的高度。加热盘17通过加热盘控温线缆18与热源控制器20连接，通过热源控制器20控制加热盘17的温度。
具体地，加热盘17的尺寸为Φ10cm，且满足在40℃～500℃区间和8μm～13μm波段的发射率0.1≤εs≤0.2；加热盘17采用304不锈钢制作。通过热源控制器20使加热盘17以特定升温速率升温并稳定在某个特定温度，通过加热盘滑动台14和高度可调节的加热盘支座15调整加热盘17在水平和竖直方向上的位置。加热盘支座15为手动调节或电动调节，可为现有设计。
下面介绍热干扰源布置台组件的具体结构：
热干扰源布置台组件包括支撑平台1、滑轨2和黑色幕布，支撑平台1表面采用黑色幕布覆盖。其中，支撑平台1上部沿长度方向设置滑轨2，滑轨2分别与黑体辐射源组件的辐射炉滑动台3、燃烧模拟组件的燃烧盘滑动台8和加热盘组件的加热盘滑动台14连接，以调节黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件在支撑平台1上的相对位置。
具体地，支撑平台1表面应采用发射率εc≥0.9的黑色灰体材质幕布覆盖。支撑平台1上部安装滑轨2，且滑轨2的有效滑动长度为2m。滑轨2与辐射炉滑动台3、燃烧盘滑动台8和加热盘滑动台14配合，以调节黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件之间的相对位置。滑轨2、辐射炉滑动台3、燃烧盘滑动台8和加热盘滑动台14均为现有设计。
下面介绍背景屏21的具体结构：
在热干扰源布置台组件后方设置背景屏21，且背景屏21采用吸收率εc≥0.9的黑色灰体材质幕布覆盖。将受检的探测器样品22安装在探测器样品支架23上，使探测器样品22与热干扰源的水平距离为3m、与地面的垂直距离为1.5m，且对准燃烧盘11位置，并应保证探测器样品22的有效监视范围全部落在幕布范围内。
下面介绍热源控制器20的具体结构：
热源控制器20用于实现对黑体辐射炉5、加热盘17温度和升温速率的控制和实时温度显示，以及对燃烧盘11内点火器的控制。黑体辐射炉5和加热盘17的最大升温速率应不小于10℃/min，温控精度不大于0.5℃与0.2％T的大者。
下面介绍探测器样品支架23的具体结构：
探测器样品支架23用于安装并调节探测器样品22的位置、高度和方向，探测器样品22最大有效安装高度不小于1.5m，以满足热干扰试验的相关要求。
实施例2：
参照图6a-图9，本发明提供一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验方法。该方法采用上述的图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置进行试验，包括以下步骤：
步骤一、装置如图1所示布置好后，将黑体辐射源组件和加热盘组件调节到一定热干扰源高度19；通过热源控制器20设定好的程序，分别控制黑体辐射炉5的温度Tbr和加热盘17的温度Tsr，从室温15℃～35℃以10℃/min的速率开始升温至40℃，并保持5min，然后继续以10℃/min的速率同步升温(Tbr＝Tsr)至严酷等级(见表3)规定的特定温度TL，并保持5min。升温及保持过程中，开启探测器样品22的火灾探测报警功能及热干扰源区域测温功能。
步骤二、在步骤一从40℃开始升温至TL的过程中，通过热源控制器20对黑体辐射面6和加热盘17以相同时间间隔共进行n次测温，每次测温分别记录同一时刻热干扰源的温度值Tbri和Tsri及探测器样品22对相应热干扰源区域的测温值Tboi和Tsoi，其中，i＝1,2…n。热干扰源包括黑体辐射面6和加热盘17。其中，应保证在Tbr1＝Tsr1＝40℃测温后开始升温，直至Tbrn＝Tsrn＝TL测温后结束。
步骤三、在步骤二完成测温数据记录后，根据测得的Tboi和Tsoi，i＝1,2…n，通过以下公式计算受检探测器样品的测温性能评估因子Ibs：
其中，σ＝5.67×10-8W·m-2·K-4为斯特潘－玻尔兹曼常量，εb、εs分别为黑体辐射面6和不锈钢加热盘17热干扰源的检定发射率。该测温性能评估因子可用于评价受检探测器样品的测温准确性和稳定性。
步骤四、在步骤三中升温至TL并保持温度5min过程完成后，继续保持热干扰源温度的同时，通过热源控制器20控制燃烧盘11内的点火器点燃燃料并产生火焰12，同时开始计时并观察探测器样品22状态。若发出火灾报警信号，则记录报警时间和探测器样品图像中指示的火焰位置，按照严酷等级(见表3)规定的报警时间要求进行符合性判定。从而判断探测器样品在不同严酷等级热干扰条件下的火灾探测报警能力。
步骤二和步骤三主要用于评价图像型感温火灾探测器的测温性能，该测温性能试验方法设计的主要依据如下：
图像型感温火灾探测器热干扰试验按图1方式布置，分别选取一款基于高清红外摄像机(HDIC)的探测器样品和一款基于标清红外摄像机(SDIC)的探测器样品，同时对两款探测器样品在热干扰源升温过程中进行测温试验，部分试验设备的技术参数见表1所示。本实施例中，两款探测器样品的热成像和测温情况如图6a-6f所示，探测器针对黑体辐射面区域的测温发射率参数均设定为εb＝0.97，针对加热盘区域的测温发射率参数均设定为εs＝0.2。
表1部分试验设备的主要技术参数表
在对上述两款典型探测器样品进行热干扰源升温试验过程中，样品的测温值与热干扰源实际温度值的偏差如图7所示。通过对探测器测温性能的趋势对比可以发现：
1、基于高清探测器的测温准确度略高于标清探测器；
2、高清或标清探测器对黑体辐射面的测温准确度均明显高于对加热盘的测温准确度；
3、对加热盘的测温值偏差会随着温度的升高明显增大。
根据图像型感温火灾探测器热干扰测温试验结果，可见探测器的清晰度对测温性能影响相对较小，而干扰源的温度和材质都可能对图像型感温火灾探测器的测温性能产生较大影响。因此，在对图像型感温火灾探测器测温性能的影响因素进行建模分析中，需要重点考量热干扰源温度、材质等因素。
黑体辐射通量密度与温度和波长的关系由普朗克公式描述：
其中，Mb表示光谱辐射的通量密度，λ为波长，T为黑体绝对温度，h＝6.626×10- 34J·S为普朗克常数，k＝1.380649×10-34J/K为玻尔兹曼常数，c＝299792458m/s为光速。
发射率ε反映物质辐射和吸收能量的能力，表示非黑体的辐射通量密度M与同一温度下黑体辐射通量密度Mb的比值，与物质种类、表面状态、温度、波长等有关。由于图像型感温火灾探测器的响应波段一般在8μm～13μm，物体在该响应波段的发射率近似一致，因此本实施例在测算某一特定热干扰源发射率时可忽略波长等因素影响，即ε仅与温度有关：
ε＝M(T)/Mb(T) (2)
根据斯特潘－玻尔兹曼定律，对普朗克公式(1)在全波段内积分，可以反映黑体辐射通量密度M和温度T的关系：
Mb(T)＝σ×T4 (3)
其中，σ＝5.67×10-8W·m-2·K-4为斯特潘－玻尔兹曼常量。
图像型感温火灾探测器的测温功能是依靠测量接收到的红外辐射亮度来测算热成像图像中各区域的实际温度。在本实施例所述热干扰试验中，图像型感温火灾探测器的测温响应输出值Go可以近似表示为：
Go＝ω[τMr+τMu+τMc+Ma]+Ge (4)
其中，ω为图像型感温火灾探测器的热成像设备响应度，同一设备标定后的ω值可认为是一定值；τ为试验场所大气透射率；Mr为热干扰源辐射的通量密度；Mu为热干扰源反射背景辐射的通量密度；Mc为试验布置背景屏辐射的通量密度；Ma为试验场所大气辐射的通量密度；Ge为图像型感温火灾探测器自身光机结构热辐射、暗电流等引起的偏移值，该偏移值可以在一定程度上反映探测器样品的测温性能。
根据步骤二中规定的测温试验方法，假设测温次数为n，则根据公式(2)、(3)、(4)可得第i次测温试验的Gei为：
其中，Toi为观测到的亮度温度；Tri为热干扰源实际温度；Tui为辐射背景温度；Tci为试验布置背景温度；Tai为试验场所大气温度；τi为测量时刻的大气透射率；ε为热干扰源的发射率；α为热干扰源的反射率；εc为试验布置背景的发射率；εa为大气的发射率。在实验室气温稳定条件下，应满足Tui、Tci与Tai近似相等。由于常见热干扰源在图像型感温火灾探测器的响应波段内可以认为符合灰体特性，即：α+ε+τ＝1，则对于非透明热干扰源可认为：α＝1-ε，对于大气可近似认为εa＝1-τi，代入公式(5)可得：
假设在第i次测温试验中，通过热源控制器测得的黑体辐射面和加热盘的温度值分别为Tbri和Tsri，同一时刻探测器样品对相应热干扰源区域的测温值分别为Tboi和Tsoi，则根据公式(6)可得：
由公式(7)可解得：
本发明通过计算Ge相对于ε变化率，来估计受检探测器样品对热干扰源测温的稳定性和可靠性。将公式(6)对ε求导可得：
由公式(8)、(9)可得：
为了降低试验方法复杂度并提高可操作性，本发明仅设置两种具有代表性的热干扰源：黑体辐射面和不锈钢加热盘，且在测温性能试验中不再增设新的热干扰源。因此，公式(10)中的Toi和Tri分别取值Tboi、Tsoi及Tbri、Tsri时，分别对两种典型热干扰源测试条件下样品的偏移值变化率进行估计，并计算其平均绝对误差MAE，从而构建受检探测器样品对热干扰源的测温性能评估因子：
由于本发明采用热源控制器同时控制黑体辐射面和加热盘的实际温度Tbr和Tsr，当整个升温过程中保持两者在各测试时刻的温度一致，即：Tbri＝Tsri，则公式(11)可以化简为：
采用本发明所述试验装置、方法对受检探测器样品进行测温性能评价时，从上述推导出的公式(12)可以看出：在试验温度范围内，采用检定发射率εb、εs的黑体辐射面和不锈钢加热盘作为热干扰源，则测温性能评估因子仅决定于受检探测器样品对两种热干扰源各次测得的亮度温度4次方差的平均绝对值。同等条件下，Ibs值越小，则表示受检探测器样品测温准确性和稳定性越好。
步骤四主要用于评价图像型感温火灾探测器在热干扰条件下的火灾探测报警能力，该试验方法和严酷等级划分方法的主要依据如下：
在图像型感温火灾探测器的工程应用中，最具代表性的热干扰主要来自于两方面：第一类是物体受日光曝晒后的发热；第二类是各种电气设备、车辆、发动机、电机、灯具、窑炉、管道及容器等的发热。在图像型感温火灾探测器的监视范围内，探测器应具备对各类热干扰源一定的抗干扰性能，且在热干扰条件下发生火灾时应能够有效探测火源并发出报警。
第一类热干扰源的最高温度可以认为是地表最大日照辐射条件下，热平衡时物体的温度。根据世界气象组织提供的地外辐射参考常量Ens0＝1367W/m2，并根据中国气象数据网的观测数据，地表总辐射日最大辐照度Em一般不超过1000W/m2。因此，根据公式(2)和(3)可得：
其中，ε表示受日照发热物体的发射率，一般上限值不超过0.95；σ＝5.67×10-8W·m-2·K-4为斯特潘－玻尔兹曼常量。物体的稳定温度Tm，可认为是日照辐射被物体吸收的能量与物体发射的能量平衡时的温度。因此，由公式(13)可得第一类热干扰源的上限温度约为359.8K，相当于87℃。
第二类热干扰源种类繁多、情况复杂，其上限温度可根据现行国家标准要求以及应用情况调研进行估计，见表2所示。
表2图像型感温火灾探测器工程应用常见热干扰源最高表面温度
为了评价图像型感温火灾探测器在不同严酷等级热干扰条件下的火灾报警能力，通过热源控制器分别控制黑体辐射炉和加热盘升温至某一特定温度并保持，用以模拟典型热干扰源，然后点燃燃烧盘中的标准化燃料，燃料为体积比为10：1的煤油、汽油混合液110ml。在试验过程中，采用热像仪实时记录火焰的温度变化情况，如图8a-8d所示。标准火焰温度变化情况见图9中红色曲线所示，火焰温度从点燃初期的150℃左右，在1min内逐步升高至400℃左右，并在之后基本保持在400℃～450℃区间。
为了考察热干扰条件下探测器样品对标准火焰的探测报警能力，需要设置不同的试验严酷等级，以实现对各类不同强度级别的典型热干扰进行模拟。为了更好的对图像型感温火灾探测器产品的性能进行评价，对热干扰温度严酷等级的设置应满足以下要求：
1、应符合常见热干扰源上限温度的实际情况，以反映图像型感温火灾探测器应用中客观效果；
2、应覆盖标准试验火燃烧各阶段的火焰温度，以体现热干扰源对火灾的干扰效果；
3、应具有较强的等级区分度，以实现对图像型感温火灾探测器产品性能和适用环境的划分；
4、应便于试验设置和操作，以降低检验过程复杂度和出错概率。
基于上述分析，参考表2中的设备最高表面温度划分情况和图9中的标准火焰温度变化趋势，将热干扰试验划分为5个严酷等级，试验严酷等级划分方法详见图9和表3所示。
表3图像型感温火灾探测器热干扰试验严酷等级设置
Claims (5)
1.一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置，其特征在于：包括黑体辐射源组件、燃烧模拟组件、加热盘组件、热干扰源布置台组件、背景屏(21)、热源控制器(20)、探测器样品支架(23)；
所述黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均设置在所述热干扰源布置台组件上，且所述黑体辐射源组件、燃烧模拟组件和加热盘组件均与所述热源控制器(20)连接；
所述热干扰源布置台组件的后方设置背景屏(21)，所述热干扰源布置台组件的前方设置探测器样品支架(23)，用于放置探测器样品(22)；
所述黑体辐射源组件包括辐射炉滑动台(3)、辐射炉支座(4)、黑体辐射炉(5)；所述辐射炉滑动台(3)的上部与辐射炉支座(4)连接，所述辐射炉滑动台(3)的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动辐射炉支座(4)上部的黑体辐射炉(5)沿热干扰源布置台组件滑动；所述辐射炉支座(4)与黑体辐射炉(5)连接，用于调节黑体辐射炉(5)的高度；所述黑体辐射炉(5)通过辐射炉控温线缆(7)与热源控制器(20)连接，通过热源控制器(20)控制黑体辐射炉(5)上的黑体辐射面(6)的温度；
所述燃烧模拟组件包括燃烧盘滑动台(8)、燃烧盘支座(9)、燃烧盘固定架(10)和燃烧盘(11)；所述燃烧盘滑动台(8)的上部与燃烧盘支座(9)连接，所述燃烧盘滑动台(8)的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动燃烧盘支座(9)上部的燃烧盘固定架(10)和燃烧盘(11)沿热干扰源布置台组件滑动；所述燃烧盘支座(9)的上部设置燃烧盘固定架(10)，所述燃烧盘支座(9)用于调节所述燃烧盘固定架(10)上部设置的燃烧盘(11)的高度；所述燃烧盘(11)通过燃烧盘点火器控制线缆(13)与热源控制器(20)连接，通过热源控制器(20)控制燃烧盘点火器产生火焰(12)；
所述加热盘组件包括加热盘滑动台(14)、加热盘支座(15)、加热盘固定架(16)和加热盘(17)，所述加热盘滑动台(14)的上部与加热盘支座(15)连接，所述加热盘滑动台(14)的下部与热干扰源布置台组件连接，以带动加热盘支座(15)上部的加热盘固定架(16)和加热盘(17)沿热干扰源布置台组件滑动；所述加热盘支座(15)的上部设置加热盘固定架(16)，所述加热盘支座(15)用于调节所述加热盘固定架(16)上部设置的加热盘(17)的高度；所述加热盘(17)通过加热盘控温线缆(18)与热源控制器(20)连接，通过热源控制器(20)控制加热盘(17)的温度；
所述热干扰源布置台组件包括支撑平台(1)、滑轨(2)和黑色幕布，所述支撑平台(1)表面采用黑色幕布覆盖，所述支撑平台(1)上部沿长度方向设置滑轨(2)，所述滑轨(2)分别与所述黑体辐射源组件的辐射炉滑动台(3)、所述燃烧模拟组件的燃烧盘滑动台(8)和所述加热盘组件的加热盘滑动台(14)连接，以调节所述黑体辐射源组件、所述燃烧模拟组件和所述加热盘组件在所述支撑平台(1)上的相对位置。
2.根据权利要求1所述的图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、通过热源控制器(20)分别控制黑体辐射源组件的黑体辐射炉(5)的温度Tbr和加热盘组件的加热盘(17)的温度Tsr，使黑体辐射炉(5)的温度Tbr和加热盘(17)的温度Tsr以相同的速率升温至严酷等级规定的温度TL，同时开启探测器样品(22)的火灾探测报警功能及热干扰源区域测温功能；
S2、通过热源控制器(20)对黑体辐射炉(5)的黑体辐射面(6)和加热盘(17)以相同时间间隔进行n次测温，每次测温分别记录同一时刻热干扰源的温度值，即黑体辐射面(6)的温度值Tbri和加热盘(17)的温度值Tsri，以及探测器样品(22)对相应热干扰源区域的测温值，即黑体辐射面(6)的测温值Tboi和加热盘(17)的测温值Tsoi，其中i＝1,2…n；
S3、根据步骤S2测得的Tboi和Tsoi，计算探测器样品(22)的测温性能评估因子Ibs，用于评价探测器样品(22)的测温准确性和稳定性；
S4、步骤S2测温完成后，继续保持黑体辐射面(6)和加热盘(17)的温度，通过热源控制器(20)控制燃烧模拟组件的燃烧盘(11)内的点火器点燃燃料，并产生火焰(12)，同时开始计时并观察探测器样品(22)的状态；
S5、根据步骤S4观察到的状态，若探测器样品(22)发出火灾报警信号，则记录报警时间和探测器样品(22)图像中指示的火焰(12)位置，按照严酷等级规定的报警时间要求进行符合性判定，从而判断探测器样品(22)在不同严酷等级热干扰条件下的火灾探测报警能力。
3.根据权利要求2所述的图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：
S11、通过热源控制器(20)控制黑体辐射炉(5)的温度Tbr和加热盘(17)的温度Tsr，从室温以10℃/min的速率开始升温至40℃，并保持5min；
S12、继续以10℃/min的速率同步升温黑体辐射炉(5)的温度Tbr和加热盘(17)的温度Tsr，均升温至严酷等级规定的温度TL，并保持5min；
S13、升温及保持过程中，开启探测器样品(22)的火灾探测报警功能及热干扰源区域测温功能。
4.根据权利要求2所述的图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：当Tbr1＝Tsr1＝40℃测温后开始升温，直至Tbrn＝Tsrn＝TL测温后结束。
5.根据权利要求2所述的图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤S3中的探测器样品(22)的测温性能评估因子Ibs由下式表示：
其中，σ＝5.67×10-8W·m-2·K-4为斯特潘－玻尔兹曼常量，εb、εs分别为黑体辐射面(6)和加热盘(17)的检定发射率。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111238767.4A CN113808378B (zh) | 2021-10-25 | 一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法 |
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| CN216486771U (zh) * | 2021-10-25 | 2022-05-10 | 应急管理部沈阳消防研究所 | 一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置 |
Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| 《Anti-heat-interference_Test_of_Thermal_Imaging_Video_Fire_Detector》;ZHONG CHEN;《2021 International Conference on Information Control, Electrical Engineering and Rail Transit (ICEERT)》;20211031;79-82 * |
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