感烟感温火灾探测器.pdf

一种感温感烟火灾探测器，包括探头，所述探头包括内核、漏斗形烟道以及蔽光过滤型外壳；漏斗形烟道安装在蔽光过滤型外壳内，漏斗形烟道包括相连接的漏斗部和直管部，内核安装在漏斗形烟道的直管部；内核包括内核壳体和反光体，反光体安装在内核壳体中并与穿过内核壳体的尾光纤相对设置，反光体和尾光纤端面之间设置有缝隙；蔽光过滤型外壳包括底盘、百叶窗以及支架，支架旋接在底盘的下边沿，百叶窗旋接在支架的底端。本发明采用特制的探头感知现场温度和烟雾浓度，并通过光纤将探头和光电转换及数据处理器连接，实现了光传输以及电气隔离；在保证能够及时探测火灾初期温度和烟雾的基础上，大大提高了探测器的可靠性和灵敏度。

1.  感温感烟火灾探测器，包括装有尾光纤（12）用于探测温度和烟雾浓度的探头（1），其特征在于：所述探头（1）包括内核（11）、漏斗形烟道（13）以及蔽光过滤型外壳；所述漏斗形烟道（13）安装在蔽光过滤型外壳内，漏斗形烟道（13）包括相连接的漏斗部和直管部，内核（11）安装在漏斗形烟道的直管部；所述内核包括内核壳体（111）和反光体（113），反光体（113）安装在内核壳体中并与穿过内核壳体的尾光纤（12）相对设置，反光体和尾光纤端面之间设置有供烟雾通过的缝隙；所述蔽光过滤型外壳包括底盘（17）、百叶窗（16）以及安装漏斗形烟道的支架，支架通过定位卡旋接在底盘的下边沿，百叶窗旋接在支架的底端。

2.  根据权利要求1所述的感温感烟火灾探测器，其特征在于：所述内核壳体（111）为由四面相接构成的一长方形无盖盒体，内核壳体的右端面设置有尾光纤固定腔，内核壳体的左端面设置有固定反光体的固定凹槽（112）。

3.  根据权利要求2所述的感温感烟火灾探测器，其特征在于：所述反光体为热敏材料制成的片状折型复合结构，片状折型复合结构的反光体包括安装在固定凹槽中的水平面和位于内核壳体中的斜立面，所述斜立面与尾光纤的轴线呈供光反射的α角，斜立面与尾光纤端面之间留有供烟雾通过的缝隙。

4.  根据权利要求3所述的感温感烟火灾探测器，其特征在于：所述漏斗形烟道漏斗部的底端设置有栅环（18），所述栅环位于支架和百叶窗之间。

5.  根据权利要求4所述的感温感烟火灾探测器，其特征在于：所述支架包括通过螺钉固定连接的外支架（14）和内支架（15），外支架（14）的上端通过定位卡旋接在底盘（17）的下边沿，百叶窗（16）旋接在外支架（14）的底端；内支架（15）设置在外支架（14）和底盘（17）之间；所述漏斗形烟道（13）的漏斗部通过外支架（14）定位，漏斗形烟道（13）的直管部通过内支架（15）定位。

6.  根据权利要求1至5任一项所述的感温感烟火灾探测器，其特征在于：所述探头（1）通过传输光纤（4）连接一光电转换及数据处理器（3），探头的尾光纤（12）与传输光纤（4）的一端通过光纤活接头（2）连接，传输光纤（4）的另一端连接光电转换及数据处理器（3）；所述光电转换及数据处理器（3）的输出端口分别连接声光报警器（6）和485/USB转换器（7）。

感烟感温火灾探测器
技术领域
本发明涉及消防器材技术领域，特别是一种火灾探测器。
背景技术
火灾是对人类生命财产和自然生态具有巨大威胁和破坏的灾害之一，加强对火灾的预警和早期发现，从而把火灾扑灭在初期，最大限度地减少火灾造成的损失具有重大意义。
目前市场上用于探测火灾的产品主要有两大类，一类是感烟探测器，一类是感温探测器。感烟类探测器的基本原理是:发光管发出的光经空气折射进入光电接收管，发光管发生的光束与接收管的主瓣接收方向呈一定角度；当无烟雾时靠空气的折射，接收管收到的光很少；当空气中有烟雾存在时，烟雾微粒对光产生折射，使接收管收到的光增加，烟雾浓度越大，折射光越多，接收管接收的光越多，输出的信号就越强；对接收管输出的信号设定閥值，便可以在烟雾浓度达到一定值后发出报警信号，达到早期探知火灾的目的。此类探测器为点型探测器，自身带有电源（电池）供发光管、接收管和声光报警器件正常工作；在要求不高的场合（如酒店房间等）多采用此方案。感温探测器是利用对温度敏感的材料感知温度变化（如热敏电阻，光纤传输线等），设置一定值，当温度升至该设定值（或温升在规定时间内达到该设定值）时发出声光报警信号，从而探测火灾的发生。此类探测器可以做成点型或线型；线型光纤感温火灾探测器，其原理为利用一段光纤随温度变化而发生几何或物理变化，从而改变光纤中传输的光的参数来感知温度或温度梯度，达到探测火灾的目的。
现有的点型感烟探测器的发光管、接收管、报警器件和电池都安装在一个外壳内，安装在要探测的位置。其缺点是：①电池要按时更换，若更换不及时则探测器等于虚设，发生漏报现象；②火灾发生时，即便探测器正常发出声光报警信号，若当场无人值守，也会贻误时机造成火灾蔓延；③若探测器安装在腐蚀性和存有可燃易爆物（气体或液态物）的场合，因电池接触不良而产生的微弱火花可能引起火灾，使探测器变成火灾隐患；④当监测点发生火灾时温度很快升高，一些电子器件在突然高温情况下会出现性能下降甚至损坏，影响正常报警；⑤若探测器安装在高电压或有毒有害气体场合，则更换电池本身就成了一大难题。上述缺点限制了其应用范围和探测性能的发挥。
现有的点型感温探测器，其缺点和点型感烟探测器一样。
现有的线型光纤感温探测器能够使监测点和电气部分空间隔离，其电气部分往往采用市电供电，安装在监测点的探测头为一段光纤，具有耐腐蚀、抗电磁干扰的特点，较好地克服了上述点型探测器存在的缺点。但是，此传感器除探测段光纤安装在需探测的部位外，其余光纤则都要与被检测环境隔离，导致该探测器不能安装在被探测区域的腹地，如将探测光纤段（1m左右）安装在靠窗的位置，其余光纤均在户外，致使探测空间受限，不能及时探测到火灾初期的信息，大大降低了探测的灵敏度和可靠性。
另外，目前的感烟探测器只对烟雾敏感，感温探测器只对温度敏感，而火灾发生初期，可能烟雾较大，这对感烟探测器能感知，但感温型探测器则不能感知；也可能烟雾不大只是明火燃烧，这对感温探测器能感知但感烟探测器不能感知，可见，无论单独安装那种探测器都不能全面感知不同类型的火灾。因此研制同一探测器既能感烟又能感温的光纤型火灾探测器，从而克服上述所列缺点，很有必要，且必将推动火灾探测技术开创新局面。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种既能感烟又能感温的光纤型火灾探测器，在保证能够及时探测火灾初期温度和烟雾的基础上，进一步提高其可靠性和灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
感温感烟火灾探测器，包括装有尾光纤用于探测温度和烟雾浓度的探头，所述探头包括内核、漏斗形烟道以及蔽光过滤型外壳；所述漏斗形烟道安装在蔽光过滤型外壳内，漏斗形烟道包括相连接的漏斗部和直管部，内核安装在漏斗形烟道的直管部；所述内核包括内核壳体和反光体，反光体安装在内核壳体中并与穿过内核壳体的尾光纤相对设置，反光体和尾光纤端面之间设置有供烟雾通过的缝隙；所述蔽光过滤型外壳包括底盘、百叶窗以及安装漏斗形烟道的支架，支架通过定位卡旋接在底盘的下边沿，百叶窗旋接在支架的底端。
上述感温感烟火灾探测器，所述内核壳体为由四面相接构成的一长方形无盖盒体，内核壳体的右端面设置有尾光纤固定腔，内核壳体的左端面设置有固定反光体的固定凹槽。
上述感温感烟火灾探测器，所述反光体为热敏材料制成的片状折型复合结构，片状折型复合结构的反光体包括安装在固定凹槽中的水平面和位于内核壳体中的斜立面，所述斜立面与尾光纤的轴线呈供光反射的α角，斜立面与尾光纤端面之间留有供烟雾通过的缝隙。
上述感温感烟火灾探测器，所述漏斗形烟道漏斗部的底端设置有栅环，所述栅环位于支架和百叶窗之间。
上述感温感烟火灾探测器，所述支架包括通过螺钉固定连接的外支架和内支架，外支架的上端通过定位卡旋接在底盘的下边沿，百叶窗旋接在外支架的底端；内支架设置在外支架和底盘之间；所述漏斗形烟道的漏斗部通过外支架定位，漏斗形烟道的直管部通过内支架定位。
上述感温感烟火灾探测器，所述探头通过传输光纤连接一光电转换及数据处理器，探头的尾光纤与传输光纤的一端通过光纤活接头连接，传输光纤的另一端连接光电转换及数据处理器；所述光电转换及数据处理器的输出端口分别连接声光报警器和485/USB转换器。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明中光纤仅作为光传输通道，采用特制的探头作为探测器感知现场温度和烟雾浓度，并通过光纤将探头和光电转换及数据处理器连接，实现了光传输以及电气隔离；在保证能够及时探测火灾初期温度和烟雾的基础上，大大提高了探测器的可靠性和灵敏度。本发明可同时监测温度变化梯度和烟雾，对明火少烟类火情和多烟类火情均能早期发现，直接取代了同时安装感温型和感烟型两种探测器，探测不同火灾的方案，节省大量安装和维护费用。
本发明的探头全部使用耐腐蚀材料制作，可用于具有腐蚀性环境的监测，如化工部门、海港仓库、大型船舶等；由于在被监测环境中本发明的传输介质是光，因此可安全的使用在易燃易爆环境的检测，如电缆沟、粉尘车间、化学品仓库、烟花爆竹生产企业、大型粮仓、堆煤场、弹药库、化工厂、制药厂等；本发明使用光纤做传输通道，使被检测部位与光电转换及数据处理器之间实现理想电隔离，因此可安全地用于高压电气设备，变电站的监测，可直接安装在高压设备上或高压设备附近，且不受电磁干扰。本发明还可应用于电力系统中，可在局部短路（如小电流接地，电缆头绝缘破坏引起线间短路引发大面积脱网等）前或火灾发生早期发现隐患，从而避免重大事故的发生。
附图说明
图1为本发明的总体结构框图；
图2为探头的装配结构示意图；
图3为探头中内核壳体的结构示意图；
图4为探头中反光体的结构示意图。
图中各标号表示为：1、探头，11、内核，111、内核壳体，112、固定凹槽，113、反光体，12、尾光纤，13、漏斗形烟道，14、外支架，15、内支架，16、百叶窗，17、底盘，18、栅环，2、光纤活接头，3、光电转换及数据处理器，4、传输光纤，5、电源，6、声光报警器，7、485/USB转换器。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明感温感烟火灾探测器，其结构框图如图1所示，包括探头1、光纤活接头2、光电转换及数据处理器3、传输光纤4、电源5、声光报警器6以及485/USB转换器7。探头用于探测温度和烟雾浓度，探头中装有尾光纤12，尾光纤的外端通过光纤活接头2与传输光纤4的一端连接，传输光纤4的另一端连接光电转换及数据处理器3；电源5的输出端连接光电转换及数据处理器3的电源端，用于为其供电；电转换及数据处理器3的输出端口分别连接声光报警器6和485/USB转换器7。
探头1的结构如图2所示，包括内核11、漏斗形烟道13以及蔽光过滤型外壳，内核安装在漏斗形烟道13中，漏斗形烟道13安装在蔽光过滤型外壳内。
内核包括内核壳体111和反光体113，反光体113安装在内核壳体中，并与穿过内核壳体的尾光纤12相对设置，反光体和尾光纤端面之间设置有供烟雾通过的缝隙。
内核壳体111的结构如图3所示，为由四面相接构成的长方形无盖盒体，壁厚1mm，内核壳体的右端面设置有尾光纤固定腔，用于穿过尾光纤并将其固定在内核壳体中；内核壳体的左端面设置有固定凹槽112，用于固定反光体。本实施例中，反光体采用树脂胶固定在固定凹槽内。
反光体为热敏材料制成的片状折型复合结构，片状折型复合结构的反光体包括安装在固定凹槽中的水平面和位于内核壳体中的斜立面，如图4所示，斜立面与尾光纤的轴线之间呈供光反射的α角，斜立面与尾光纤端面之间留有供烟雾通过的缝隙。反光体的复合反射原理为：光线从尾光纤射入斜立面，并被斜立面反射回光纤；当斜立面与光纤端面间有烟雾颗粒时，反射光的强度会发生变化；当温度发生变化时，反光体也会产生形变使反射光的强度发生变化；（室温±20℃范围除外）即无论是烟雾发生变化还是火灾发生后温度发生变化或者两种因素同时出现，都会引起反射光强度的变化，当反射光强度变化速率达到设定值时，即可判断为火灾初期预警。本发明可通过精确计算反射面的倾角α和反射面与光纤端面的缝隙宽度，即可保证温度梯度和烟雾浓度的变化引起的反射光的同向变化性，保证了两种不同因素的兼容性。
蔽光过滤型外壳包括底盘17、百叶窗16以及安装漏斗形烟道的支架，支架通过定位卡旋接在底盘的下边沿，百叶窗旋接在支架的底端，百叶窗用于滤除较大杂物。支架包括通过螺钉固定连接的外支架14和内支架15，外支架14的上端通过定位卡旋接在底盘17的下边沿，百叶窗16旋接在外支架14的底端；内支架15设置在外支架14和底盘17之间。
漏斗形烟道13包括相连接的漏斗部和直管部，漏斗形烟道的直管部设置有一内核安装孔，用于安装内核11。漏斗形烟道13的漏斗部通过外支架14定位，漏斗形烟道13的直管部通过内支架15定位。本实施例中漏斗形烟道与外支架和内支架之间通过粘接方式固定。漏斗型烟道的设计提高了对烟雾和热空气感知的灵敏度。
漏斗形烟道漏斗部的底端设置有栅环18，栅环位于支架和百叶窗之间，起滤光和滤尘作用。当烟雾从栅环四周进入漏斗形烟道的漏斗部时，栅环即可将较大尘土颗粒和直射光滤除，漏斗形烟道的漏斗部将烟雾汇集成浓度较大的烟雾送入直管部内核中的反光体与尾光纤之间的缝隙，供内核采集烟雾和温度信息。本发明由百叶窗和烟道栅环构成的双重蔽光过滤结构，大大提高了对火灾初期探测的准确性。
    本发明的工作原理如下所述：
光电转换及数据处理器产生光源，通过光纤输送到探头，通过反光体反射后又沿光纤反射折回，光电转换及数据处理器中的光纤定向耦合器拾取反射光。当探头感知温度或烟雾后，反射光强受温度或烟雾的调制，此时反射光生成的电信号也间接受到调制，对受到调制的电信号进行处理便可以得到温度或烟雾的全信息，从而探测火灾的初始发生。当温度或烟雾信息中的一项超过设定的阈值时，光电转换及数据处理器便向声光报警器发出声光报警控制信号，声光报警器发出声光报警。
本发明安装时，首先将带尾光纤的内核安装在漏斗形烟道直管部的内核安装孔内，再将带有内核的漏斗形烟道固定在支架中央（用螺钉或粘胶），尾光纤伸出支架外；其次将底盘用螺钉固定在建筑物内顶上，支架和底盘靠定位卡旋接，百叶窗通过定位卡旋接在支架下方；然后将传输光纤的一端与光电转换及数据处理器连接；最后将探头中的尾光纤伸出探测头外的一端安装光纤活接头，再将光纤活接头的另一端与传输光纤连接；从而组成一个独立的探测单元。
上述探测单元可单独使用，只要配置9V电源，并将数据输出端通过485/USB转换器与微机相连即可。若不和微机相连，探测单元的声光报警器在光电转换及数据处理器的控制下亦能完成当地声光报警。
探测单元在运行过程中会受到除火灾产生的温度突变和烟雾浓度的快速变化两种因素以外的多种因素的干扰，如：环境湿度的慢变化干扰、电源的波动干扰、电磁波的干扰、环境温度（雾）的干扰，室外监测点砂尘暴的干扰、光纤遭机械破坏或损伤产生的干扰、人为吸烟造成的干扰以及其它诸多工业干扰等等，这些干扰若不能有效排除都可造成误报警。本发明通过记录干扰值大小，设置干扰门限、梯度周期以及报警閥值等方式，排除除温度突变和烟雾浓度快速变化两种因素以外的干扰引起的误报警，保证了探测单元的探测性能一致性和重复性，保证了组网的灵活性和安全性。
本发明还可进行灵活组网，纯光探测单元寿命长，免维修，特别适用于大型社区、厂矿、商场、大型行业系统远程监控，多点监测。当多个探测单元组网同时在线监测多个空间点时，只要用9V电源总线为多个探测单元供电，每个光电转换及数据处理器的数据输出端分别通过485/USB转换器与微机相连，即可组成由一台微机显示和控制多个监测单元的监控网络。将监测网的多点数据通过有线或无线的方式远传，可以在远方的监控中心同时在线监视和控制网内多点的实时工况。