淺談線型感煙火災探測器原理及應用

呂泳彬

（江門市金盾供水消防工程有限公司，廣東 江門 529000）

淺談線型感煙火災探測器原理及應用

呂泳彬

（江門市金盾供水消防工程有限公司，廣東 江門 529000）

線型光束感煙火災探測器，是一種智能型感煙火災探測器，適用于大空間和其它特殊空間進行感煙火災探測。它可對被保護空間實施任意曲面式覆蓋，具有分辨發射光源與干擾光源的能力。文章針對大空間建筑火災煙氣流動性狀特點及線型光束感煙火災探測器的原理進行了探討。

火災探測器；原理；布設

隨著國民經濟建設的快速發展，一些在國民經濟和社會生活中起著重要作用的大型空間建筑越來越多，此類建筑相對其他建筑具有的普遍特點是跨度大、內部舉架高，根據《火災自動報警系統設計規范》（GB50116－98）要求，對于被保護空間高度介于12～20 m之間時，由于火災發生時產生的煙霧很難到達房間頂部，因而一般不適宜安裝點型感煙火災探測器進行火災監測和報警，而圖像型火災探測由于其本身工作原理和特點決定，在火災發生時，產生的煙霧和早期火焰，就很容易被其探測到，從而達到保護此類建筑的作用。同時對于那些被保護空間長度超過100 m以上和空氣氣流流過快、環境比較惡劣的大型空間建筑，特別適用于此類建筑火災探測與預防。

1 大空間煙氣流動性狀

火災煙氣是燃燒產物與所卷吸的空氣的混合物，隨著流動距離的增加，煙氣所含的空氣比率越來越大。在空氣的稀釋下，煙氣的溫度和濃度大大降低，導致煙氣的浮力越來越小。當煙氣上升到一定高度后，煙氣的浮力與重力達到平衡，不再上升。當空間頂棚較高時，相當多的煙氣可能升不到頂棚便開始緩慢沉降。由于日光照射，大空間頂部溫度一般較高，致使大空間上部形成一定厚度的熱空氣層，從而阻止火災煙氣上升到大空間的頂棚，即所謂熱障現象，出現煙霧分層。煙霧分層現象是指煙霧達到了一個平衡點，在頂棚的下方形成了蘑菇團，無法到達頂棚上安裝的感煙探測器位置。

大空間要實現早期快速報警，必須在煙氣上升過程中實現探測報警，但這類場所頂棚高度高于12 m，點型感煙火災探測器安裝于頂棚無法準確快速報警。對于存在熱障層的場所，感煙類火災探測器均不能安裝于熱障層可能影響的高度，更不能安裝于建筑物頂棚，因此，線型光束感煙探測器是較好的選擇。

2 線型光束感煙探測器原理

線型光束感煙探測器具有監視范圍廣、保護面積大、使用環境條件要求低等特點，通常用于初始火災有煙霧形成的大空間火災探測。

線型光束感煙探測器是利用煙霧粒子對光線傳播發生遮擋的原理制成的。當一束一定強度的單色平行光通過火災煙霧粒子時，由于煙霧粒子的散射和吸收效應，使入射光產生衰減，接收器接收到的光信號降低，轉換成的電信號也降低，當信號降低至閾值以下時，發出報警信號。平行光通過煙霧粒子的消光示意見圖1。

發射器根據發光原理，可以發出紅外光、紫外光或激光，發射光無遮擋地照射到接收器上，接收器將其接收后轉換成電信號。為了降低功耗，提高探測器抗干擾能力，發射器采用脈沖方式工作，脈沖周期為ms級，脈寬為100 μs，接收器同樣裝有抗干擾電路。

當光束被動物或人為遮擋時，報警器能發出故障信號；同樣，如因發射器損壞，或安裝位置變動，而接收器不能接收到光束時，報警器同樣發出故障信號，而不發出報警信號。

紅外光感煙探測器技術成熟，性能穩定，靈敏度高，目前使用的線型光束感煙探測器通常為紅外光感煙探測器。常見的紅外光束感煙探測器，發射器的光源為近紅外波段，也有用可見紅光波段的激光光源作為探測光源。紅外光束感煙探測器按光束數量可分為單光束和多光束感煙探測器，按光路形式可分為對射式和反射式光束感煙探測器。

由于半導體激光感煙探測器的激光器具有激發電壓低、脈沖功率大、效率高、體積小、壽命長、方向性強、亮度高、單色性佳等優越性能，盡管問世不久，已在各領域得到了廣泛應用。激光感煙探測器原理見圖2。

圖1 平行光通過煙霧粒子的消光示意圖

圖2 激光感煙探測器原理示意圖

但日光照射和建筑內照明等因素的影響會引起線型光束感煙探測器的誤報。高架倉庫和高架生產廠房雖然也屬于高大空間，但是，貨架或設備上空到頂棚的距離并不大，由于建筑空間被物品或機械填滿。無法克服物品或機械對光束的遮擋，因此線型光束感煙探測器不宜用于高架倉庫和高架生產廠房。

3 線型光束感煙探測器布設方式

采用紅外對射光線探測器時，它們在大空間的布設通常采取垂直布設和水平布設方式。關于探測器安裝距離的確定，有兩種方法：①按照《火災自動報警系統設計規范》8.2.1、8.2.2條規定確定；②通過性能化防火設計分析，經大空間火災煙氣運動模擬計算確定。

紅外對射光線探測器水平布設時，必須克服煙氣的層化現象，如果大空間中煙氣不能上升到紅外線的探測高度，則該方法將無用。因此水平布設時探測器的安裝高度應處于熱障層下方。

對于火災發展迅速，火災功率上升快的場所，光束間距應適當減小，因為這時的火災煙霧上升速度快，煙氣羽流直徑小。對于高度遠遠大于12 m的建筑空間，可在被保護空間采取多層布設的方式，加大探測紅外光線的密度。

根據美國國家消防協會《購物商場、大廳和較大區域煙氣控制系統導則》NFPA 92B，1997年版，第3.4.3條的規定，以下探測方式可以加快火災初始階段的探測：

（1）采用向上的光束。這種方式的目的是無論在什么樣的溫度條件下，都可以快速探測煙層的發展。不管煙氣層化發生在什么高度，都有一束或多束光束以一定的角度穿過煙氣層。該方式推薦采用多光束以便提供冗余能力。

（2）在不同高度設置水平光束。這種方式的目的是無論在什么樣的溫度條件下，快速探測煙層的發展。頂棚上設置單光束或者多光束，空間中的其他高度也設置了探測器。研究人員提出，大空間高度在8 m以下，可單層設置光束感煙探測器；高度在8～14 m，可雙層設置光束感煙探測器；高度在14～20 m，可分3層設置光束感煙探測器。

（3）在同一高度設置平行光束。這種方式的目的是探測上升的羽流，而不僅僅是煙氣層。對于本方式，光束之間應該布置得很近，以確保與羽流的交叉部分低于可能發生層化現象的最低高度。

4 結束語

綜上所述，大空間中的火災煙霧會在空間內的流動過程中被高度稀釋，如果上空存在熱空氣層，頂棚下方也會產生熱障現象，這時火災煙霧將無法到達頂棚位置，因此，在這樣的環境中，點型探測器不適宜。高架倉庫和高架生產廠房雖然也屬于高大空間，但是，從貨架或設備上方到頂棚的距離并不大，由于建筑空間被物品或機械填滿，線型光束感煙探測器可能無法發揮作用。大型商場的中庭，應注意季節性促銷所使用的廣告條幅及裝飾品會阻擋射線，導致誤報或故障。線型光束感煙探測器應避免強烈的日光或紅外光輻射源作用，安裝的發射器和接收器必須安裝牢固，不得松動，同時應避免劇烈振動，光束軸線應避開固定遮擋物和流動遮擋物。

Discussion on the Principle and Application of Linear Fire Detector

Lv Yongbin

The linear beam fire detector is an intelligent type of fire detector, suitable for fire detecting in large spaces and other special spaces. It can be covered by any protected space, and has the ability of resolving and interfering emission light source. In this paper, the author discusses the characteristics of smoke movement in large spaces and the principle of linear beam fire detector.

fire detector; principle; layout

TU892

A

1000－8136（2010）33－0028－02