CN207676450U - 一种可重复使用的线型感温火灾探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线型可重复使用的线型感温火灾探测器，由探测线缆和分别连接至探测线缆两端的信号处理器与终端处理器构成，探测线缆由两根均以正温度系数材料导体制成的探测芯线绞合而成，一根探测导体外覆NTC特性阻隔层，另一根探测导体外覆可熔融绝缘层；信号处理器中含有信号处理电路切换开关，终端处理器中含有匹配电阻切换开关，通过两个开关的配合实现Ⅰ路信号处理电路与Ⅰ路终端匹配电阻连接或者Ⅱ路信号处理电路与Ⅱ路终端匹配电阻连接，以分别检测正温度系数材料和负温度系数材料的阻抗，信号处理器对测得的阻抗进行分析和运算，判断探测器的运行状态，当出现故障或火灾状态时，触发相应的报警。

Description

一种可重复使用的线型感温火灾探测器

技术领域

本实用新型属于公共安全消防领域，具体涉及一种可重复使用的线型感温火灾探测器报警装置。

背景技术

目前，缆式线型感温火灾探测器已在工业消防领域得到广泛应用。以可恢复式线型感温火灾探测器为例，其由终端电阻、感温电缆、微机处理装置组成，其中，感温电缆由两根外覆NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)特性材料的导体绞合而成；微机处理装置与感温电缆连接；当感温电缆某处温度升高时，其两导体之间的线间阻值即会下降，当阻值下降到设定阈值时，微机处理装置即发出火灾报警信号。但该探测器的报警温度与探测线缆受热长度、环境温度和使用长度有关，在高温环境下容易产生误报警。

中国专利第200510114820.4号中公开了一种模拟量线型定温火灾探测线缆，其由两条并行设置的探测导体、NTC特性阻隔层、可熔融绝缘层组成，其中NTC特性阻隔层、可熔融绝缘层设置在两条探测导体之间，以隔开所述探测导体。进一步地，两条探测导体中，一条为碳素弹簧钢丝外覆NTC特型阻隔层，另一条为碳素钢丝外覆可熔融绝缘层。当该探测线缆受热时，其温度随之上升，当温度没有达到可熔融绝缘层的软化(或熔化)温度区域时，两条探测导体之间是绝缘的；当探测线缆受热温度继续升高，达到可熔融绝缘层的熔化温度时，可熔融绝缘层熔化或软化，两条探测导体之间存在的变形应力消除了探测线缆受热部分的两条探测导体之间的可熔融绝缘层的绝缘电阻，探测线缆将转化成普通的NTC模拟量线型定温火灾探测线缆，两条并行导体之间的电阻随温度的升高而下降，根据电阻或由电阻变化引起的其他电参数的变化量的大小进行定温报警。该模拟量线型定温火灾探测线缆通过引入可熔融绝缘层消除了探测线缆使用长度和环境温度对报警温度的影响。但是其也存在一定的缺点，特别是在探测器应用于变压器、皮带输送机或机车等易产生高温的场景下，当该探测器全长受热或大部分长度受热报警后，其一根探测导体外覆的可熔融绝缘层即被完全破坏，探测线缆全长或大部分将转化成普通的NTC模拟量线型定温火灾探测线缆，导致其仍然具有较高的误报率。

由于上述问题的存在，大大限制了现有技术的缆式线型感温火灾探测器的应用范围。

实用新型内容

实用新型目的：为了解决上述问题，本实用新型提出了一种能够提供良好的稳定性和灵敏度的长距离可重复使用的线型感温火灾探测器。

技术方案：一种可重复使用的线型感温火灾探测器，包括信号处理器、终端处理器及探测线缆，其中，探测线缆由两根探测芯线绞合而成，两根探测芯线均由正温度系数材料导体制成，一根探测导体外覆NTC特性阻隔层，另一根探测导体外覆可熔融绝缘层。探测线缆的两根芯线首端分别与信号处理器中的端子DW1、DW2连接，两根芯线末端也分别与终端处理器中的端子DW3、DW4连接。

信号处理器包括首端运算处理装置，以及均与首端运算处理装置相连的Ⅰ路信号处理电路、Ⅱ路信号处理电路、信号处理电路切换开关、无线信号发生器和报警输出电路，其中信号处理电路切换开关为二选一选通开关，可切换连接至Ⅰ路信号处理电路或Ⅱ路信号处理电路。终端处理器包括终端运算处理装置，以及均与终端运算处理装置相连的无线信号接收器和匹配电阻切换开关，其中匹配电阻切换开关为二选一选通开关，可切换连接至I路终端匹配电阻或II路终端匹配电阻。通过信号处理器中的信号处理电路切换开关及终端处理器中匹配电阻切换开关实现Ⅰ路信号处理电路与Ⅰ路终端匹配电阻连接或者Ⅱ路信号处理电路与Ⅱ路终端匹配电阻连接。其中，I路信号处理电路与I路终端匹配电阻用于测量PTC变化量，阻值较小(1Ω-1KΩ之间)。Ⅱ路信号处理电路与Ⅱ路终端匹配电阻用于测量线间NTC变化，阻值较大(在1MΩ-100MΩ之间，需根据NTC特性决定)。

信号处理器中的Ⅰ路信号处理电路和Ⅱ路信号处理电路的结构相同，每路信号处理电路均由转换电路、第一滤波整形电路、第一跟随器、1级放大电路、滤波器、PWM发生器、第二滤波整形电路(为PWM滤波电路)、第二跟随器、减法器、2级放大电路、AD转换电路组成。其中，转换电路、第一滤波整形电路、第一跟随器、1级放大电路、滤波器依次连接，PWM发生器、第二滤波整形电路、第二跟随器依次连接，滤波器和第二跟随器都连接至减法器，减法器再连接至2级放大电路，最后2级放大电路与AD转换电路连接。检测到阻抗信息后，阻抗信息经过转换电路转换为电压信号，经过第一滤波整形电路、第一跟随器、1级放大电路和滤波器处理之后，与PWM发生器产生的经过PWM滤波电路和第二跟随器处理之后的PWM信号在减法器混合，然后进入2级放大电路放大，放大后的信号经过AD转换电路进行模数转换。

信号处理电路切换的实现过程为：信号处理器内首端运算处理装置通过无线信号发生器发送切换指令给终端处理器内的无线信号接收器；终端处理器内的无线信号接收器接收到切换指令后，通过终端运算处理装置启动匹配电阻切换开关切换相应回路，同时向首端运算处理装置反馈确认信号；首端运算处理装置接收确认信号后通过信号处理电路切换开关实现信号处理电路切换。

利用上述可重复使用的线型感温火灾探测器时，报警方法包括如下步骤：

1)信号量采集与处理：首端运算处理装置分时检测正温度系数材料和负温度系数材料的阻抗，并存储阻抗数据，根据材料阻抗与温度的特性曲线计算出探测线缆周围的温度状态。

其中，当检测正温度系数材料阻抗时，信号处理电路开关切换至Ⅰ路信号处理电路，匹配电阻切换开关切换至Ⅰ路终端匹配电阻，探测线缆的两根芯线将Ⅰ路终端匹配电阻接入Ⅰ路信号处理电路中，通过转换电路将阻抗信息转换为电压信号，通过滤波整形电路滤除干扰信号，用跟随器缓冲隔离后进入1级放大电路，经滤波器再次滤波后与经过整形滤波隔离后的PWM信号一起进入减法器混合，将1级放大电路输出信号平移后进入2级放大电路，经过2级放大电路放大后的信号进入AD转换电路进行转换，转换后供首端运算处理装置判断；

当检测负温度系数材料阻抗时，信号处理电路开关切换至Ⅱ路信号处理电路，匹配电阻切换开关切换至Ⅱ路终端匹配电阻，通过后续的滤波整形电路、跟随器、放大电路等器件进行处理，其信号处理过程同正温度系数材料的信号处理过程一样。

2)报警判断：首端运算处理装置对正温度系数材料和负温度系数材料的阻抗进行分析和运算处理，基于阻抗值大小判断探测器的工作状态，当发生故障或火灾时，立即触发报警输出电路进行相应报警。

其中，故障报警包括：当Ⅰ路终端匹配电阻接入Ⅰ路信号处理电路或者II路终端匹配电阻接入II路信号处理电路后，如果首端运算处理装置采集的电阻值远小于终端匹配电阻值或趋于0，则判断探测芯线发生短路，输出故障报警信息；如果采集的终端电阻值趋于+∞，则判断探测芯线发生断路，输出故障报警信息。

火灾报警包括两种情况：初次使用时，当信号处理器内首端运算处理装置检测到NTC材料阻抗值下降到某个阈值N1后，信号处理器发出火灾报警信号；

当可熔融绝缘材料全长或部分熔化后继续使用时，用PTC材料阻抗值变化量乘以系数K来补偿因环境温度变化引起的NTC材料阻抗值变化量，当检测到PTC材料阻抗值变化量不足以补偿NTC材料阻抗值变化量时，发出火灾报警信号。

有益效果：本实用新型的线型感温火灾探测器在信号处理器中含有信号处理电路切换开关，在终端处理器中含有匹配电阻切换开关，通过两个开关的配合实现Ⅰ路信号处理电路与Ⅰ路终端匹配电阻连接或者Ⅱ路信号处理电路与Ⅱ路终端匹配电阻连接，以分别检测正温度系数材料和负温度系数材料的阻抗，信号处理器对测得的阻抗进行分析和运算，判断探测器的运行状态，当出现火灾状态时，触发报警信号。当探测线缆全长受热或大部分长度受热报警后，即使其一根探测导体外覆的可熔融绝缘层被完全破坏，探测线缆转化成普通的NTC模拟量线型定温火灾探测线缆，其通过合理的运算处理，仍然能够进行准确的报警。

附图说明

图1为本实用新型所述的可重复使用的线型感温火灾探测器整体系统框图；

图2为图1中信号处理电路系统框图；

图3为图1中探测线缆结构图；

图4为利用本实用新型所述的探测器进行报警的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

参照图1，一种长距离可重复使用的线型感温火灾探测器由信号处理器、终端处理器及探测线缆三部分构成，其中，信号处理器包括Ⅰ路信号处理电路、Ⅱ路信号处理电路、信号处理电路切换开关、首端运算处理装置、无线信号发生器、报警输出电路；终端处理器包括Ⅰ路终端匹配电阻、Ⅱ路终端匹配电阻、匹配电阻切换开关、终端运算处理装置、无线信号接收器。两路信号处理电路的结构相同，如图2所示，I路信号处理电路包括I路转换电路、I路第一滤波整形电路、I路第一跟随器、I路1级放大电路、I路滤波器、I路PWM发生器、I路第二滤波整形电路、I路第二跟随器、I路减法器、I路2级放大电路、AD转换电路；II路信号处理电路包括II路转换电路、II路第一滤波整形电路、II路第一跟随器、II路1级放大电路、II路滤波器、II路PWM发生器、II路第二滤波整形电路、II路第二跟随器、II路减法器、II路2级放大电路、AD转换电路。在每路信号处理电路中，转换电路、第一滤波整形电路、第一跟随器、1级放大电路、滤波器依次连接，PWM发生器、第二滤波整形电路、第二跟随器依次连接，滤波器和第二跟随器都连接至减法器，减法器再连接至2级放大电路，最后2级放大电路与AD转换电路连接。

参照图3，探测线缆由两根探测芯线绞合而成，两根探测芯线均由正温度系数材料导体制成，一根探测导体外覆NTC特性阻隔层，另一根探测导体外覆可熔融绝缘层。该探测器在使用时，探测线缆的两根芯线首末端分别接入信号处理器的DW1和DW2端子；终端处理器的DW3及DW4端子。通过信号处理器中的信号处理电路切换开关及终端处理器中匹配电阻切换开关实现Ⅰ路信号处理电路与Ⅰ路终端匹配电阻连接或者Ⅱ路信号处理电路与Ⅱ路终端匹配电阻连接。Ⅰ路信号处理电路用于检测正温度系数材料阻抗，Ⅱ路信号处理电路用于检测负温度系数材料阻抗。通过首端运算处理装置分时检测正温度系数材料和负温度系数材料的阻抗，并对阻抗值进行分析和运算，根据材料的温度特性曲线判断探测器的运行状态，如为故障或火灾状态，则触发报警输出电路输出故障或报警信号。

继续参照图1和图2，当检测正温度系数材料阻抗时，信号处理电路开关切换至Ⅰ路信号处理电路，匹配电阻切换开关切换至Ⅰ路终端匹配电阻。两芯线将Ⅰ路终端匹配电阻接入Ⅰ路信号处理电路中，通过Ⅰ路转换电路将阻抗信息转换为电压信号，Ⅰ路第一滤波整形电路滤除干扰信号，用第一跟随器缓冲隔离后进入Ⅰ路1级放大电路，放大后的信号经Ⅰ路滤波器滤波与经Ⅰ路第二滤波整形电路和第一跟随器处理隔离后的Ⅰ路PWM信号进入Ⅰ路减法器混合，将1级放大电路输出信号平移后进入Ⅰ路2级放大电路。将信号平移目的在于使信号处于一个一个合理的区间，若信号电压值过高，会导致运放饱和，放大倍数过小则无法采集阻值变化量。经过两级放大后的信号进入AD转换电路进行转换，将模拟量转换为数字量，得到对应芯线阻抗的电压值。转换后的电压值储存于首端运算处理装置中供判断使用。

当检测负温度系数材料阻抗时，信号处理电路开关切换至Ⅱ路信号处理电路，匹配电阻切换开关切换至Ⅱ路终端匹配电阻。两芯线将Ⅱ路终端匹配电阻接入Ⅱ路信号处理电路中，通过Ⅱ路转换电路将阻抗信息转换为电压信号，Ⅱ路第一滤波整形电路滤除干扰信号，用第一跟随器缓冲隔离后进入Ⅱ路1级放大电路，放大后的信号经Ⅱ路滤波器滤波后与经Ⅱ路第二滤波整形电路和第二跟随器处理隔离后的Ⅱ路PWM信号进入Ⅱ路减法器混合，将1级放大电路输出信号平移后进入Ⅱ路2级放大电路。经过两级放大后的信号进入AD转换电路进行转换，转换后储存于首端运算处理装置中供判断使用。

信号处理电路切换的实现过程为：信号处理器内首端运算处理装置通过无线信号发生器发送切换指令给终端处理器内的无线信号接收器；终端处理器内的无线信号接收器接收到切换指令后，通过终端运算处理装置启动匹配电阻切换开关切换相应回路，同时向首端运算处理装置反馈确认信号；首端运算处理装置接收确认信号后通过信号处理电路切换开关实现信号处理电路切换。

探测器在使用时，首端运算处理装置分时采集正温度系数材料阻抗及负温度系数材料阻抗，并实时分析和运算，当发生故障或火灾时，立即触发报警输出电路进行相应报警。具体地，当两探测芯线短路发生时，其Ⅰ、Ⅱ路采集的终端电阻值将会远小于终端匹配电阻值，正常值为：Ⅰ路近似于PTC材料电阻加上Ⅰ路终端电阻，II路近似于NTC材料电阻并上II路终端电阻。特别地，如果首端运算处理装置采集的电阻值为0或趋于0，则判断发生短路。当两探测芯线断路发生时，对应的Ⅰ、Ⅱ路采集的终端电阻值理论上为+∞。当上述情况发生时，报警输出电路输出故障状态，提醒值班人员立即对故障进行检修。

参照图4，火灾报警的实现过程如下：

一、感温电缆首次使用：

工作原理如下：当切换到NTC测量电路时，两根PTC芯线之间有绝缘可融材料隔离，此时检测出的两芯线间的电阻值为Ⅱ路终端匹配电阻值N0。此时软件仅判断NTC变化量。当温度升高达到可融材料熔点后，可熔融材料熔化。两根PTC芯线之间由NTC材料分隔，NTC材料因温度升高阻值下降。可熔融材料熔化后，两根PTC芯线之间的阻值瞬间降低，当信号处理器内首端运算处理装置检测到NTC材料阻抗值下降到某个阈值N1后，信号处理器发出报警信号。

具体实现如下：信号处理器上电后，通过无线信号发生器向终端处理器发送切换信号，等待一定时间后终端处理器进行应答。待信号稳定后，实时采集当前正温度系数材料阻抗P、负温度系数材料阻抗N，并将数据保存在信号处理器的ROM数组中，将首次采集到的正温度系数材料阻抗P0、负温度系数材料阻抗N0单独保存。当发生火灾时，感温电缆四周温度达到可熔融绝缘材料熔点，可熔融绝缘材料将软化或熔化，包裹可熔融绝缘材料的正温度系数材料导体在弹力作用下与NTC材料产生直接接触。两根正温度系数导体之间的阻值瞬间降为N1，此时信号处理器发出火灾报警信号。

二、可熔融绝缘材料全长或部分熔化后：

工作原理如下：当探测器报警联动启动相应灭火设备灭火后，原可熔融材料内的PTC芯线将直接与NTC材料接触。当感温电缆四周温度下降，两根PTC芯线之间的NTC阻抗即会恢复到较高的值。由于两根PTC芯线之间缺少了可熔融绝缘材料的阻隔，PTC芯线之间的阻值将会与受热长度、环境温度和使用长度有关，在环境温度变化时极易产生误报警。当信号处理器重新上电后，切换到NTC测量电路时，两根PTC芯线之间检测出的电阻值为Ⅱ路终端匹配电阻与NTC材料的并联值。其值必定小于终端匹配电阻N0。此时需引入PTC变化量作为补偿。在一定温度范围内，温度越高NTC材料阻值变化率越快；PTC材料阻值变化量与温度接近线性关系。根据NTC、PTC材料的温度、阻抗特性曲线的差异，补偿NTC因环境温度变化而产生的变化量。

具体实现如下：信号处理器上电后，通过无线信号发生器向终端处理器发送切换信号，等待一定时间后终端处理器进行应答。待信号稳定后，实时采集当前正温度系数材料阻抗P、负温度系数材料阻抗N，并将数据保存在信号处理器的ROM数组中，将首次采集到的正温度系数材料阻抗P0’、负温度系数材料阻抗N0’单独保存。因可融绝缘材料被破环，N0’小于N0。首端运算处理装置可据此判断出感温电缆可熔融绝缘材料是否熔化。如可熔融绝缘材料破坏长度较长，当环境温度升高或阳光直射时，NTC阻值会随着温度升高而降低，极易达到NTC报警条件引起误报。此时除了判断NTC变化量以外，还应结合PTC变化量判断。本实用新型采用PTC材料阻值变化量乘以系数K(通过实验确定)来补偿因环境温度变化引起的NTC变化量。当温度升高到较高温度时，NTC材料阻抗值变化率加快，PTC材料阻抗值变化量不足以补偿NTC材料阻抗值变化量，据此信号处理器发出火灾报警。

Claims (5)

1.一种可重复使用的线型感温火灾探测器，其特征在于，包括探测线缆、信号处理器和终端处理器，所述信号处理器和所述终端处理器分别连接至所述探测线缆两端，所述探测线缆由两根探测芯线绞合而成，所述两根探测芯线均由正温度系数材料导体制成，其中一根探测导体外覆NTC特性阻隔层，另一根探测导体外覆可熔融绝缘层。

2.根据权利要求1所述的可重复使用的线型感温火灾探测器，其特征在于，所述探测线缆的两根探测芯线首端分别与所述信号处理器中的两个端子连接，两根探测芯线末端分别与所述终端处理器中的两个端子连接。

3.根据权利要求1所述的可重复使用的线型感温火灾探测器，其特征在于，所述信号处理器包括首端运算处理装置、Ⅰ路信号处理电路、Ⅱ路信号处理电路、信号处理电路切换开关、无线信号发生器和报警输出电路，其中，所述Ⅰ路信号处理电路、所述Ⅱ路信号处理电路、所述信号处理电路切换开关、所述无线信号发生器和所述报警输出电路均与所述首端运算处理装置相连，并且所述信号处理电路切换开关可切换地连接至所述Ⅰ路信号处理电路或所述Ⅱ路信号处理电路。

4.根据权利要求3所述的可重复使用的线型感温火灾探测器，其特征在于，所述Ⅰ路信号处理电路和所述Ⅱ路信号处理电路均包括转换电路、第一滤波整形电路、第一跟随器、1级放大电路、滤波器、PWM发生器、第二滤波整形电路、第二跟随器、减法器、2级放大电路、AD转换电路，其中，所述转换电路、所述第一滤波整形电路、所述第一跟随器、所述1级放大电路、所述滤波器依次连接，所述PWM发生器、所述第二滤波整形电路、所述第二跟随器依次连接，所述滤波器和所述第二跟随器均连接至所述减法器，所述减法器再连接至所述2级放大电路，所述2级放大电路与所述AD转换电路连接。

5.根据权利要求1所述的可重复使用的线型感温火灾探测器，其特征在于，所述终端处理器包括终端运算处理装置、无线信号接收器、匹配电阻切换开关、I路终端匹配电阻、II路终端匹配电阻，其中，所述无线信号接收器和所述匹配电阻切换开关均与所述终端运算处理装置连接，所述匹配电阻切换开关可切换地连接至所述I路终端匹配电阻或所述II路终端匹配电阻。