一、 火災報警系統概述

1.火災報警系統構成

火在人類(lèi)生活中是不可缺少的，但火災也給人類(lèi)帶來(lái)了巨大的災難。特別是自本世紀80年代開(kāi)始，隨著(zhù)電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的火災也越來(lái)越多，在我們生活的四周到處潛伏著(zhù)火災隱患。為了避免火災以及減少火災造成的損失，一方面要減少引起火災的因素；另一方面要在發(fā)生火災時(shí)，及時(shí)報警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災消滅在萌芽狀態(tài)，確保人身安全，最大限度地減少社會(huì )財富的損失。

火災報警系統一般由探測器、現場(chǎng)報警單元、聯(lián)動(dòng)單元和火災報警控制器組成。報警控制器通過(guò)現場(chǎng)的探測器、手動(dòng)報警按鈕、輸入模塊等采集現場(chǎng)的火警信號，發(fā)出報警信號，同時(shí)報警控制器根據需要通過(guò)控制模塊自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)出控制信號，進(jìn)行現場(chǎng)報警（火災顯示盤(pán)等）和現場(chǎng)滅火（噴淋泵、消防泵等）。

傳統的火災報警系統一般為多線(xiàn)制，每個(gè)報警單元都需要一根探測線(xiàn)，工程布線(xiàn)非常復雜，已經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足現今智能建筑及時(shí)、準確的滅火和簡(jiǎn)便的施工要求，在最近十多年內，出現了兩總線(xiàn)制分布式智能化火災報警系統。在兩種線(xiàn)上既有電源信號，也有數據信號。這種總線(xiàn)方式已完全替代了多線(xiàn)制總線(xiàn)。

2.火災報警探測器種類(lèi)

1）感溫式火災探測器

發(fā)生火災時(shí)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周?chē)鷾囟劝l(fā)生變化。感溫式火災探測器是對警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線(xiàn)路周?chē)鷾囟茸兓瘯r(shí)響應的火災探測器。它把溫度的變化轉換為電信號以達到報警目的。根據監測溫度參數的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的感溫式火災探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。

2）感煙式火災探測器

火災的起火過(guò)程一般都伴有煙、熱、光三種燃燒產(chǎn)物。在火災初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災的重要特征之一，感煙式火災探測器能對可見(jiàn)的或不可見(jiàn)的煙霧粒子響應。它把探測部位煙霧濃度的變化轉換為電信號以實(shí)現報警。感煙式火災探測器有離子感煙式、光電感煙式、激光感煙式等幾種感煙方式。

火災的起火過(guò)程一般都伴有煙、熱、光三種燃燒產(chǎn)物。在火災初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災的重要特征之一，感煙式火災探測器能對可見(jiàn)的或不可見(jiàn)的煙霧粒子響應。它把探測部位煙霧濃度的變化轉換為電信號以實(shí)現報警。感煙式火災探測器有離子感煙式、光電感煙式、激光感煙式等幾種感煙方式[1-2，4]。離子感煙式探測器對黑煙反應比較靈敏，但由于含有放射性物質(zhì)，這幾年應用很少。光電感煙探測器是利用起火時(shí)產(chǎn)生的煙霧能夠改變光的傳播特性這一基本性質(zhì)而研制的。根據煙粒子對光線(xiàn)的吸收和散射作用。光電感煙探測器又分為遮光型和散光型兩種。

3）感光式火災探測器

物質(zhì)燃燒時(shí)，在產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時(shí)，也產(chǎn)生可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光輻射。感光式火災探測器又稱(chēng)火焰探測器，它是用于響應火災的光特性。即擴散火焰燃燒的光照強度和火焰的閃爍頻率的一種火災探測器。根據火焰的光特性，目前使用的火焰探測器有兩種：一種是對波長(cháng)較短的光輻射敏感的紫外探測器，另一種是對波長(cháng)較長(cháng)的光輻射敏感的紅外探測器。

4）可燃氣體探測器

可燃氣體探測器是對單一或多種可燃氣體濃度響應的探測器?？扇細怏w探測器有催化型和半導體型兩種類(lèi)型。

5）復合式火災探測器

復合式火災探測器是對兩種或兩種以上火災參數響應的探測器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式。

二、新型探測技術(shù)

隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，火災探測技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。出現了下列新的探測方式。

1.圖像探測方式

圖像攝像方式火災探測報警系統主要由圖像采集系統以及分析軟件組成。采集系統與普通的圖像處理系統相似，也就是攝像頭經(jīng)采集卡輸入計算機中監視圖像，由計算機完成圖像的預處理，存儲、特征提取、結果判定和控制輸出。當然，其中的一部分也可通過(guò)特定硬件實(shí)現。但其探測部分一般采用彩色攝像頭和紅外攝像頭組成，這是因為明火火災的紅外特征較為突出，易于同環(huán)境變化區別開(kāi)來(lái)。軟件系統是整個(gè)系統的核心，現場(chǎng)的圖像信號周期地由攝像頭輸入微型計算機，這部分是通用的技術(shù)，產(chǎn)品比較成熟，但編制軟件時(shí)，要建立在對火災圖像特征的研究基礎上，根據所應用的場(chǎng)所特點(diǎn)及環(huán)境情況確定火災的特征參數，比如火災發(fā)生時(shí)，圖像色彩及灰度變化，圖像中特定物體或現象邊緣變化、紅外圖像變化等，這就要求軟件編制過(guò)程中，應用數字圖像處理、模式識別的理論，對圖像進(jìn)行處理并判定是否有火災發(fā)生，系統還應有自學(xué)習、自適應功能，比如對一個(gè)特定環(huán)境、起火原因的有針對性的調整特征量，調整判據；對于變化的環(huán)境的自適應調整參數，比如監視區域內環(huán)境光電變化活動(dòng)物體的判定等。

圖像攝像方式火災探測報警系統還要解決陰燃火報警問(wèn)題和抗干擾問(wèn)題，對于明火其圖像特征較為突出，但陰燃火圖像只是圖像灰度有所變化，較難準確早期報警。

圖像攝像方式火災探測報警系統是當今科技發(fā)展的前沿，有廣闊的發(fā)展前景，其智能化要求較高，較為適用于公共場(chǎng)所，比如賓館大廳、走廊、商場(chǎng)、影劇院等較大空間，現有階段適用于發(fā)生火災時(shí)易于產(chǎn)生明火的場(chǎng)所。

圖像攝像方式火災探測報警系統將隨計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，在解決陰燃火報警、降低造價(jià)，提高可靠性問(wèn)題方面有突破情況下，將得到廣泛應用，提升火災探測報警智能化。

2.高靈敏度吸氣式感煙探測器

高靈敏度吸氣式感煙探測器是主動(dòng)式的探測器系統。內置的抽氣裝置在管網(wǎng)中形成了一個(gè)穩定的氣流，通過(guò)所鋪設的管路不斷地從被保護區域抽取空氣樣品并送到探測器室進(jìn)行檢測。所采集到的空氣樣品經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)來(lái)濾除空氣樣品中的灰塵或其他顆粒，以防止他們對測量結果產(chǎn)生干擾。在測量室內安裝有一個(gè)靜謐的激光發(fā)射裝置及一個(gè)特殊反射鏡，激光器發(fā)射出平行的激光光束，照射到空氣樣本上，如樣本中有煙粒子存在，光束將產(chǎn)生前向散射，散射光線(xiàn)經(jīng)凹面反光鏡射入高靈敏度激光接收儀，所產(chǎn)生的電子信號經(jīng)過(guò)處理計算，并根據測得散射光信號脈沖數，測量出空氣樣本中的煙粒子量。測得的信號，經(jīng)“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )”微處理器處理后，與預先設定的報警閾值比較，如果達到警報級別則發(fā)出火警預報。其他雜亂光線(xiàn)透過(guò)中心光欄后由平面反光鏡反射出測量室。系統的主要特點(diǎn)：

1）靈敏度高，探測范圍寬

采用先進(jìn)的激光探測技術(shù)，靈敏度范圍在0.004%obs/m——20%obs/m連續可調，一般該產(chǎn)品比傳統煙霧探測器靈敏度高幾百倍到上千倍。

2）主動(dòng)連續采樣，應用范圍廣闊

傳統煙感探頭為被動(dòng)型，安裝位置受到限制，必須安裝到吊頂下或煙霧易聚集之處，才能正常發(fā)揮作用。該系統采用了高效抽氣機，經(jīng)由采樣管網(wǎng)連續不斷地抽取空氣樣本進(jìn)行監測。

3）抗干擾能力強

傳統的感煙探測器是將現場(chǎng)的煙霧信號采集后轉換為電信號再傳至報警主機，采用這種方式的探測器容易受到現場(chǎng)環(huán)境的干擾以及周?chē)姶判盘柕母蓴_，容易漏報誤報。而該探測器是將空氣樣品直接傳輸至主機檢測，避免了外界環(huán)境的干擾和電磁信號的干擾。

4）具有灰塵自動(dòng)識別功能

利用激光識別技術(shù)，區分灰塵與煙霧顆粒，防止誤報。

5）報警部位不精確

當一路采集管報警后，不能識別在空氣采集管的何處發(fā)生報警，只能知道采樣管通過(guò)的區域發(fā)生了報警。而傳統感煙探測器則每個(gè)探測器都有編碼，能識別發(fā)生火警的部位。

3.分布式光纖感溫探測報警系統

分布式光纖感溫探測報警系統利用激光光纖拉曼散射效應和光時(shí)域反射OTDR原理實(shí)現連續空間溫度場(chǎng)的溫度測量與位置確定?？刂破飨蛱綔y器注入高能窄激光脈沖，該激光脈沖在光線(xiàn)中傳輸時(shí)，除與傳輸介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生與激發(fā)光波長(cháng)相同的瑞利散射光，還與介質(zhì)分子發(fā)生非線(xiàn)性拉曼散射，產(chǎn)生與激發(fā)光波長(cháng)不同的拉曼散射光。探測器不同位置上的背向散射回波，在不同時(shí)刻返回激光注入端。根據激光注入光線(xiàn)與背向拉曼光返回系統的時(shí)間差和光纖介質(zhì)中光傳輸的速度的乘積之半等于散射區域注入端的光通道長(cháng)度的關(guān)系，即OTDR原理，可以確定某時(shí)刻的拉曼光回波信號所對應的散射區位置。

光纖測溫系統有如下性能特點(diǎn)：

1）探測器的本質(zhì)安全特性

探測器的溫度傳感和信號傳輸均在一根光纖內以光信號形式實(shí)現，探測器不帶電，具有本質(zhì)安全特性，無(wú)需任何處理即可方便應用在諸如儲油罐、儲氣罐、易燃易爆危險品倉庫、化工生產(chǎn)車(chē)間等嚴格防爆場(chǎng)所；探測器信號不受電磁輻射、各種射線(xiàn)的干擾，可以安全穩定地應用在諸如雷達站、微波通訊站、變電所、電廠(chǎng)、核電站等嚴重電磁污染或放射性污染的場(chǎng)所和設備的安全保護。

2）長(cháng)距離、高密度、可定位多點(diǎn)溫度探測報警。

分布式光纖感溫探測報警系統可在數公里長(cháng)的探測器上進(jìn)行高密度多點(diǎn)溫度探測，并能精確確定探測點(diǎn)位置。

3）有效的感溫探測報警特性

分布式光纖感溫探測報警系統是模擬量感溫探測報警系統，具備模擬量系統過(guò)程可見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)。系統能夠對探測器所分布空間的溫度場(chǎng)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監測，指示位置和溫度值。

4）可復位特性和靈活的工程應用

探測器具有火災報警后可復位的特性。當探測器所布現場(chǎng)溫度回落時(shí)，如果探測器沒(méi)有嚴重燒損，探測器無(wú)需處理，可重復使用。

三、新型探測技術(shù)與傳統探測技術(shù)的關(guān)系

傳統探測器和新型探測器間是相互補充的，都有一定的適用范圍。新型探測器雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于造價(jià)高、定位困難等問(wèn)題，限制了大量使用。例如大空間的場(chǎng)所不能使用普通點(diǎn)型感煙探測器，可以使用紅外光束探測器代替；在對電磁輻射要求高的場(chǎng)所，例如電磁輻射實(shí)驗室，不再適合使用普通需要接電線(xiàn)的傳統探測器，那可以使用光纖感溫或者空氣管采樣方式。一般很多消防工程是多種探測器共同組成的，而且不是同一廠(chǎng)家生產(chǎn)的，因此，與探測器相連的控制器，往往能提供接口，和其他廠(chǎng)家的控制器聯(lián)接，組成一個(gè)完備的消防系統。四、未來(lái)火災報警系統發(fā)展趨勢

火災報警系統在傳感技術(shù)上有了很大的發(fā)展，傳感技術(shù)于其它電子技術(shù)相結合，使火災報警系統得到了很大的發(fā)展。

1.城市火災報警聯(lián)網(wǎng)監控系統

火災探測技術(shù)與現代通訊技術(shù)的結合，促進(jìn)了城市火災聯(lián)網(wǎng)監控系統的發(fā)展。在城市規模不斷發(fā)展的今天，世界上很多國家的大城市都對火災自動(dòng)報警設施采取網(wǎng)絡(luò )聯(lián)網(wǎng)管理，通過(guò)多媒體管理微機，利用公共通訊網(wǎng)或專(zhuān)用通訊網(wǎng)進(jìn)行信號傳輸，及時(shí)了解各防火單位火災自

2.無(wú)線(xiàn)火災報警系統

目前絕大部分火災探測器與控制器之間都采用有線(xiàn)方式連接，控制通過(guò)電纜提供電源以及傳輸信號。這種方式有不少局限性，例如在一些改造項目中，建筑裝修已經(jīng)完成，或者正在營(yíng)業(yè)，無(wú)法進(jìn)行大規模的布線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)火災報警系統能夠解決這些問(wèn)題。

現有的無(wú)線(xiàn)火災報警系統一般采取通訊中繼節點(diǎn)有線(xiàn)，探測器通訊無(wú)線(xiàn)的方式，這種方式是有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的結合。一般探測器主動(dòng)發(fā)送數據到中繼節點(diǎn)，而中繼節點(diǎn)無(wú)法對探測器控制。

四、結論

現代火災探測技術(shù)出現圖像、激光、光纖等新技術(shù)，這些新技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有一定的局限性，與傳統火災報警系統之間是相互補充的關(guān)系，目前是兩者并存的局面。

在火災探測技術(shù)的基礎上，結合現代先進(jìn)的通訊技術(shù)，產(chǎn)生了城市火災聯(lián)網(wǎng)監控系統以及無(wú)線(xiàn)火災報警系統，這些技術(shù)在今后會(huì )有很大的發(fā)展。