CN116153013A - 一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统及探测方法。探测系统包括两个相同的探测器A、探测器B以及与探测器A、探测器B分别连接的采样管A和采样管B，探测器A与探测器B配置相同的吸气泵、过滤器、探测腔、电子鼻，电子鼻用于对采集空气样本进行定性及定量分析；所述探测器A与探测器B对向设置，所述采样管A和采样管B在水平面上平行排布且反向设置，采样管A和采样管B上开设有成对设置的采样孔；所述探测器A和探测器B分别与控制器通讯连接。针对吸气式火灾探测器，本发明采用机器嗅觉技术——电子鼻替代了传统的光电散射探测技术，电子鼻的使用，在现场环境粉尘较多的情况下，不仅不需要降低灵敏度来防止误报，而且可以对空气样本进行定性及定量的分析，结合采样管及采样孔的设计可以对异常位置的准确定位，对火灾预警具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统及探测方法，属于火灾预警及报警技术领域。
背景技术
吸气式火灾探测器通常由吸气泵、过滤器、探测腔、主电路板、多级报警显示灯、编程显示模块等部分组成。探测主机通过抽气扇的工作，把防护区域内的空气样本从采样点吸入采样管网中，当空气样本到达探测主机后，探测主机把空气样本传输到探测腔进行分析，通过主控电路板把探测结果传输到报警显示模块或编程显示模块上。
吸气式火灾探测器具有灵敏的探测能力，低廉的维护成本，其先进的火灾探测手段适用于任何环境，尤其在一些高大的环境、气流变化大的环境中，能够在火灾极早期发现火灾隐患。然而，由于探测腔内采用了高精密光源作为探测源，灵敏度比极高，在一些环境比较脏的场所，通常会把灵敏度降低来防止误报，此时失去了高灵敏度的意义。此外，吸气式火灾探测器通常只能对已经产生的烟雾进行识别并发出报警，对于火灾早期空气环境发生的变化并不能及时察觉，因此无法在火灾早期作出预警。
而且，现有的吸气式火灾探测器，由于采样管的长度通常可达一二百米，一根采样管上又有很多采样点，因此当设备报警时，探测主机无法分别是哪个采样点报警。由于异常采样点无法准确定位，因此给自动消防联动精确灭火造成困难。
发明内容
为了解决背景技术存在的问题，本发明提供一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统及探测方法。
本发明是通过以下技术方案实施的：
一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统，包括两个相同的探测器A、探测器B以及与探测器A、探测器B分别连接的采样管A和采样管B，探测器A与探测器B配置相同的吸气泵、过滤器、探测腔、电子鼻，电子鼻用于对采集空气样本进行定性及定量分析；所述探测器A与探测器B对向设置，所述采样管A和采样管B在水平面上平行排布且反向设置，采样管A和采样管B上开设有成对设置的采样孔；所述探测器A和探测器B分别与控制器通讯连接。
优选地，探测系统还包括：无线通讯模块，用于吸气式感烟探测器与控制器之间的无线通讯连接。
优选地，探测系统还包括：计时模块，与控制器连接，用于记录探测器A、探测器B发生异常情况时的报警时间。
优选地，探测系统还包括：分析与定位模块，与控制器连接，用于实现根据报警时间获得采样孔上异常孔位的位置及标号。
优选地，采样管A和采样管B之间的布管间距不大于20cm。由于采样管A和采样管B结构相同且处于相同的环境中，因此当采样管A和采样管B之间的布管间距不大于20cm时，就可认为气体或烟雾是同时进入的，采样管A和采样管B彼此之间几乎不受影响。
在无空气流速的情况下，即V0=0的情况下，一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测方法，包括以下步骤：
（1）获取采样管A（1）和采样管B（2）的已知长度S以及采样管A（1）或采样管B（2）上相邻两个采样孔（3）之间的距离d，分别对采样管A（1）和采样管B（2）上的采样孔（3）按照一个方向进行标号，1、2、3、……n；
（2）根据相同的探测器A、探测器B，通过相同的吸气泵设定相同的采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V，同时，通过相同的电子鼻对进入探测腔的空气样本进行实时定性及定量分析
（3）当发生异常情况时，即，识别到危险气体或燃烧烟雾任一一种情况时，记录探测器A当前的报警时间T1以及报警时间T1时电子鼻获得的空气样本的情况，记录探测器B当前的报警时间T2以及报警时间T2时电子鼻获得的空气样本的情况，通过记录的报警时间T1和T2获得报警时间差△T，由于采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V相同且为V，于是获得报警距离差△S；
（4）设异常孔位C距离探测器A的距离为S1，异常孔位C距离探测器B的距离为S2，则有：S1+S2=S，S1-S2=±△S，通过计算得出S1、S2；
（5）根据S1、S2以及相邻两个采样孔（3）之间的距离d，计算得到采样孔（3）异常孔位的位置及标号；
（6）根据电子鼻依据识别到的危险气体或燃烧烟雾的成分组成及浓度，标记为不同等级的火灾报警；
（7）控制器输出并显示采样孔（3）异常孔位的位置及标号，同时输出并显示火灾报警等级。
在有空气流速的情况下，即V0≠0的情况下，一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测方法，包括以下步骤：
（1）获取采样管A（1）和采样管B（2）的已知长度S以及采样管A（1）或采样管B（2）上相邻两个采样孔（3）之间的距离d，分别对采样管A（1）和采样管B（2）上的采样孔（3）按照一个方向进行标号，1、2、3、……n；
（2）通过空气流速测定模块测定环境中空气的流动速度V0与空气流动方向，假设环境中空气的流动方向与采样管A（1）内气体的流向大致相同，测量并计算获得与A（1）平行方向的气体流速V0’，V0’= V0*sinα，其中，α为空气流动方向与采样管方向的夹角；
（3）调整探测器A中吸气泵A的工作频率，使采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V相同，即，采样管A（1）内V =V0’+Vx，Vx为通过调整吸气泵A使采样管A（1）内产生的气体流速，采样管B（2）内通过调整吸气泵B采样管B（2）产生的气体流速为V，同时，通过相同的电子鼻对进入探测腔的空气样本进行实时定性及定量分析；
（4）当发生异常情况时，即，识别到危险气体成分或燃烧烟雾任一一种情况时，记录探测器A当前的报警时间T1，记录探测器B当前的报警时间T2，获得报警时间差△T，由于采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V相同且为V，于是获得报警距离差△S；
（5）设异常孔位C距离探测器A的距离为S1，异常孔位C距离探测器B的距离为S2，则有：S1+S2=S，S1-S2=±△S，通过计算得出S1、S2；
（6）根据S1、S2以及相邻两个采样孔（3）之间的距离d，计算得到采样孔（3）异常孔位的位置及标号；
（7）根据电子鼻识别到的危险气体或燃烧烟雾的成分组成及浓度，标记为不同等级的火灾报警；
（8）控制器输出并显示采样孔（3）异常孔位的位置及标号，同时输出并显示火灾报警等级。
本发明的有益效果：针对吸气式火灾探测器，本发明采用机器嗅觉技术——电子鼻替代了传统的光电散射探测技术，电子鼻的使用，在现场环境粉尘较多的情况下，不仅不需要降低灵敏度来防止误报，而且可以对空气样本进行定性及定量的分析，对火灾预警具有重要意义；此外，采用本发明可以精准、快速的定位异常采样孔的位置，进而可以快速定位危险气体或燃烧烟雾的发生位置，为实施精准、高效的消防联动提供了强有力的保障；通过比对探测器A、探测器B两者分析的空气样本，可以辅助判断系统的探测准确度，若探测器A、探测器B两者分析的空气样本差异较大，可认为探测系统故障；采用本发明，不受环境中是否有空气流动的影响，在有空气流动或无空气流动的条件下，均可实现异常采样孔的精准定位；本发明系统结构简单，算法简便，特别适用于现实环境，而无需将现实环境理想化。
附图说明
图1为本发明的系统组成示意图。
实施方式
如图1所示的一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统，包括两个相同的探测器A、探测器B以及与探测器A、探测器B分别连接的采样管A1和采样管B2，采样管A1和采样管B2之间的布管间距不大于20cm；探测器A与探测器B配置相同的吸气泵、过滤器、探测腔、电子鼻，电子鼻用于对采集空气样本进行定性及定量分析；所述探测器A与探测器B对向设置，所述采样管A1和采样管B2在水平面上平行排布且反向设置，采样管A1和采样管B2上开设有成对设置的采样孔3；所述探测器A和探测器B分别与控制器通讯连接。
探测系统还包括：无线通讯模块，用于吸气式感烟探测器与控制器之间的无线通讯连接；计时模块，与控制器连接，用于记录探测器A、探测器B发生异常情况时的报警时间；分析与定位模块，与控制器连接，用于实现根据报警时间获得采样孔3上异常孔位的位置及标号。
实施例
在无空气流速的情况下，即V0=0的情况下，一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测方法，包括以下步骤：
（1）获取采样管A和采样管B的已知长度S以及采样管A或采样管B上相邻两个采样孔之间的距离d，分别对采样管A和采样管B上的采样孔按照一个方向进行标号，1、2、3、……n；
（2）根据相同的探测器A、探测器B，通过相同的吸气泵设定相同的采样管A和采样管B内的气体流速V，同时，通过相同的电子鼻对进入探测腔的空气样本进行实时定性及定量分析，通过比对探测器A、探测器B两者分析的空气样本，可以辅助判断系统的探测准确度，若探测器A、探测器B两者分析的空气样本差异较大，可认为探测系统故障；
（3）当发生异常情况时，即，识别到危险气体或燃烧烟雾任一一种情况时，记录探测器A当前的报警时间T1以及报警时间T1时电子鼻获得的空气样本的情况，记录探测器B当前的报警时间T2以及报警时间T2时电子鼻获得的空气样本的情况，通过记录的报警时间T1和T2获得报警时间差△T，由于采样管A和采样管B内的气体流速V相同且为V，于是获得报警距离差△S；
（4）设异常孔位C距离探测器A的距离为S1，异常孔位C距离探测器B的距离为S2，则有：S1+S2=S，S1-S2=±△S，通过计算得出S1、S2；
（5）根据S1、S2以及相邻两个采样孔之间的距离d，计算得到采样孔异常孔位的位置及标号；
（6）根据电子鼻依据识别到的危险气体或燃烧烟雾的成分组成及浓度，标记为不同等级的火灾报警；
（7）控制器输出并显示采样孔异常孔位的位置及标号，同时输出并显示火灾报警等级。
实施例
在有空气流速的情况下，即V0≠0的情况下，一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测方法，包括以下步骤：
（1）获取采样管A和采样管B的已知长度S以及采样管A或采样管B上相邻两个采样孔之间的距离d，分别对采样管A和采样管B上的采样孔按照一个方向进行标号，1、2、3、……n；
（2）通过空气流速测定模块测定环境中空气的流动速度V0与空气流动方向，假设环境中空气的流动方向与采样管A内气体的流向大致相同，测量并计算获得与A平行方向的气体流速V0’，V0’= V0*sinα，其中，α为空气流动方向与采样管方向的夹角；
（3）调整探测器A中吸气泵A的工作频率，使采样管A和采样管B内的气体流速V相同，即，采样管A内V =V0’+Vx，Vx为通过调整吸气泵A使采样管A内产生的气体流速，采样管B内通过调整吸气泵B采样管B产生的气体流速为V，同时，通过相同的电子鼻对进入探测腔的空气样本进行实时定性及定量分析；
（4）当发生异常情况时，即，识别到危险气体成分或燃烧烟雾任一一种情况时，记录探测器A当前的报警时间T1，记录探测器B当前的报警时间T2，获得报警时间差△T，由于采样管A和采样管B内的气体流速V相同且为V，于是获得报警距离差△S；
（5）设异常孔位C距离探测器A的距离为S1，异常孔位C距离探测器B的距离为S2，则有：S1+S2=S，S1-S2=±△S，通过计算得出S1、S2；
（6）根据S1、S2以及相邻两个采样孔之间的距离d，计算得到采样孔异常孔位的位置及标号；
（7）根据电子鼻识别到的危险气体或燃烧烟雾的成分组成及浓度，标记为不同等级的火灾报警；
（8）控制器输出并显示采样孔异常孔位的位置及标号，同时输出并显示火灾报警等级。
Claims (8)
1.一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统，其特征在于：包括两个相同的探测器A、探测器B以及与探测器A、探测器B分别连接的采样管A（1）和采样管B（2），探测器A与探测器B配置相同的吸气泵、过滤器、探测腔、电子鼻，电子鼻用于对采集空气样本进行定性及定量分析；所述探测器A与探测器B对向设置，所述采样管A（1）和采样管B（2）在水平面上平行排布且反向设置，采样管A（1）和采样管B（2）上开设有成对设置的采样孔（3）；所述探测器A和探测器B分别与控制器通讯连接。
2.如权利要求1所述的一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统，其特征在于还包括：无线通讯模块，用于探测器A或探测器B与控制器之间的无线通讯连接。
3.如权利要求1所述的一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测系统，其特征在于还包括：计时模块，与控制器连接，用于记录探测器A、探测器B发生异常情况时的报警时间。
4.如权利要求1所述的一种吸气式感烟探测器异常采样孔的探测系统，其特征在于还包括：空气流速测定模块，用于测量并计算获得与采样管平行方向的气体流速V0。
5.如权利要求1所述的一种吸气式感烟探测器异常采样孔的探测系统，其特征在于还包括：分析与定位模块，与控制器连接，用于实现根据报警时间获得采样孔（3）上异常孔位的位置及标号。
6.如权利要求1所述的一种吸气式感烟探测器异常采样孔的探测系统，其特征在于：采样管A（1）和采样管B（2）之间的布管间距不大于20cm。
7.一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测方法，采用了如权利要求1-5任一所述的探测系统，其特征在于在无空气流速的情况下，即V0=0的情况下，探测方法包括以下步骤：
（1）获取采样管A（1）和采样管B（2）的已知长度S以及采样管A（1）或采样管B（2）上相邻两个采样孔（3）之间的距离d，分别对采样管A（1）和采样管B（2）上的采样孔（3）按照一个方向进行标号，1、2、3、……n；
（2）根据相同的探测器A、探测器B，通过相同的吸气泵设定相同的采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V，同时，通过相同的电子鼻对进入探测腔的空气样本进行实时定性及定量分析
（3）当发生异常情况时，即，识别到危险气体或燃烧烟雾任一一种情况时，记录探测器A当前的报警时间T1以及报警时间T1时电子鼻获得的空气样本的情况，记录探测器B当前的报警时间T2以及报警时间T2时电子鼻获得的空气样本的情况，通过记录的报警时间T1和T2获得报警时间差△T，由于采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V相同且为V，于是获得报警距离差△S；
（4）设异常孔位C距离探测器A的距离为S1，异常孔位C距离探测器B的距离为S2，则有：S1+S2=S，S1-S2=±△S，通过计算得出S1、S2；
（5）根据S1、S2以及相邻两个采样孔（3）之间的距离d，计算得到采样孔（3）异常孔位的位置及标号；
（6）根据电子鼻依据识别到的危险气体或燃烧烟雾的成分组成及浓度，标记为不同等级的火灾报警；
（7）控制器输出并显示采样孔（3）异常孔位的位置及标号，同时输出并显示火灾报警等级。
8.一种基于机器嗅觉的吸气式火灾探测方法，采用了如权利要求1-5任一所述的探测系统，其特征在于在有空气流速的情况下，即V0≠0的情况下，定位方法包括以下步骤：
（1）获取采样管A（1）和采样管B（2）的已知长度S以及采样管A（1）或采样管B（2）上相邻两个采样孔（3）之间的距离d，分别对采样管A（1）和采样管B（2）上的采样孔（3）按照一个方向进行标号，1、2、3、……n；
（2）通过空气流速测定模块测定环境中空气的流动速度V0与空气流动方向，假设环境中空气的流动方向与采样管A（1）内气体的流向大致相同，测量并计算获得与A（1）平行方向的气体流速V0’，V0’= V0*sinα，其中，α为空气流动方向与采样管方向的夹角；
（3）调整探测器A中吸气泵A的工作频率，使采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V相同，即，采样管A（1）内V =V0’+Vx，Vx为通过调整吸气泵A使采样管A（1）内产生的气体流速，采样管B（2）内通过调整吸气泵B采样管B（2）产生的气体流速为V，同时，通过相同的电子鼻对进入探测腔的空气样本进行实时定性及定量分析；
（4）当发生异常情况时，即，识别到危险气体成分或燃烧烟雾任一一种情况时，记录探测器A当前的报警时间T1，记录探测器B当前的报警时间T2，获得报警时间差△T，由于采样管A（1）和采样管B（2）内的气体流速V相同且为V，于是获得报警距离差△S；
（5）设异常孔位C距离探测器A的距离为S1，异常孔位C距离探测器B的距离为S2，则有：S1+S2=S，S1-S2=±△S，通过计算得出S1、S2；
（6）根据S1、S2以及相邻两个采样孔（3）之间的距离d，计算得到采样孔（3）异常孔位的位置及标号；
（7）根据电子鼻识别到的危险气体或燃烧烟雾的成分组成及浓度，标记为不同等级的火灾报警；
（8）控制器输出并显示采样孔（3）异常孔位的位置及标号，同时输出并显示火灾报警等级。
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