一种新型光电感烟与电子差定温组合探测器的设计探讨

摘要:本文阐述了分布智能型火灾报警系统中的一种新型光电感烟与电子式差定温组合探测器的技术特点、工作原理、设计方法和实际应用状况,该组合探测器极大地提高了火灾自动报警系统早期预报的可靠性,降低了误报率及成本,具有良好发展前景的新型火灾探测器.

关键词:组合探测器感温式感烟式频率底座

火灾是人类面临的最大威胁之一,火灾探测对防御火灾具有举足轻重的作用。准确地探测火灾的发生,其中一个关键问题是合理地选用探测器及其适用场所.一般建筑物中最常用的是感温式和感烟式探测器.感烟式探测器能够在短时间内作出反应,早期发出火灾报警信号,而感温探测器,则要在较长时间内才能作出反应.当火灾达到火焰燃烧阶段时,温度急剧升高,差温探测器响应;而燃烧不断扩大,温度不断升高,使环境温度达到某一定值时,定温探测器才能响应,发出火灾报警信号.因此,对于同一种可燃物,在燃烧状态相同的条件下,感烟探测器比感温探测器能够更早地响应,但感温探测器的报警准确性高,误报率低.

目前在一般建筑物中常常既装有感烟式又装有感温式探测器,造成成本及长线数量的成倍增加.为了较好地解决这一矛盾,我在这里介绍一种新型组合探测器的原理机.它的特点是:同时具有对烟及温度的探测功能;同时利用感烟及感温探测器响应时间上的特点,增加了逻辑判断电路,发送预报警和报警两种相关的频率信号,达到了提高报警可靠性及降低成本的目的.

1设计方案介绍

我们已经对光电感烟探测器与电子式差定温探测器作过深入地研究,用这两种探测器作为感烟与感温探测器的代表构成组合探测器.

1.1结构设计

光电感烟探测器的外形结构如图1所示.在探测器的外壳上有很多条形孔作为烟的入口,探测器内有烟道、装有光学器件的检测室及电子线路板.电子式差定温探测器的结构如图2所示.它由二个具有同样负阻特性的热敏电阻R1、R4与电子线路板组成.R1紧靠在探测器的金属内下壁,并有一块8型金属片固定,在金属外壳与金属片之间填充了硅导热胶,R4放在电路板和金属外壳之间.因它们所放的位置不同,故它们具有不同响应的温度时间常数.

图1光电感烟探测器外形图图2电子式差定温探测器结构图

组合探测器是将感烟与感温探头装在一个探头壳体中,如图3所示,感烟部分采用了原光电感烟的烟道与电路,感温部分按参考文献[1]的方法,根据新壳体的大小来确定热敏电阻R1、R4及电子线路中各个元器件的大小,R1感受的是环境温度.塑料板用胶粘或其它方法固定在塑料外壳上,金属壳与塑料板固定,组成一个外壳完整的探测器.该探头输出两种信号:只是感烟电路反应,输出预报警信号;经过一定时间,感温电路动作,输出正式报警信号,见图4所示

图3组合探测器结构图图4探头电路方框图

1.2底座设计

感烟与感温共用一个底座电路,该底座输出频率信号进行远距离传输,最后送给控制器,故简称频率底座.参考文献[2]所提供的频率底座的原理方框图如图5所示.

图5频率底座原理方框图

频率底座有三种工作状态:

1)正常巡检状态:正常巡检时,探测器的输出呈高阻状态.通电后电子开关K2闭合,K1、K3断开,发光二极管LED不亮.定时器、编码器、驱动器的电源未接通,因而不工作.

2)火灾报警状态:探测器输出由高阻变低阻状态.K1迅速闭合,接通定时器、编码器、输出驱动器的电源.编码器按地址编码开关设置的系数输出相应的频率,经驱动器驱动,由长线传输送入控制器,LED发强红光.

3)发光维持状态:定时器定时时间到,发出一个正脉冲,使K3闭合,K1、K2断开.定时器、编码器、输出驱动器电源被切断,停止工作,频率信号消失,LED发光强度减弱,底座地的电位下降,允许并联的其它底座工作.整机复位,LED灯灭.组合探测器底座设计原则是尽量保留了原底座的主体方案,只是增加了一组同原电路相同的开关组K′1、K′2、K3和一套逻辑电路,共用原电路中的定时器、编码器及输出驱动器.其原理框图如图6所示.

图6底座电路原理方框图

其工作原理如下:

1)正常巡检状态:烟探头和温探头输出均呈高阻状态.通电后,K2(K′2)闭合,K1(K′1)、K3(K′3)断开,定时器、编码器、逻辑电路、输出驱动器不工作,LED灯不亮.

2)预报警状态:火灾初期有烟雾产生,感烟电路动作,感烟探头输出呈低阻状态,K1、K2闭合,K3断开,编码器、驱动器、逻辑电路的电源通过K1接通后开始工作.与此同时定时器也通过K4接通工作.此时,由于逻辑电路中的2选1模拟开关控制端C为“1”,定时器电路中振荡器输出频率f0通过逻辑电路后为f0/2,输入给编码器.LED发强红光,表示有预报警信号.当定时器定时时间T1(人为设定的预报警信号保持时间)到,K1、K2断开,K3闭合,LED发光强度减弱,编码器、逻辑电路、驱动器电源被切断,停止工作,频率信号消失,底座地的电位下降,允许感温电路和其它并联的探测器继续工作,而定时器由于K4还闭合,继续工作.

3)正式报警状态:在定时器定时时间T2(人为设定的正式报警信号保持时间)到来之前,若外界温度继续上升,感温电路动作,即有报警信号产生.K′1、K′2闭合,K′3断开,编码器、驱动器和逻辑电路的电源通过K′1接通,A点电位上跳,通过比较电路输出给逻辑电路中模拟开关的控制端.此时,振荡器输出的f0通过逻辑电路后仍为f0,并输入到编码器中.

因此,预报警与正式报警二种不同报警状态输入编码器的频率相差一倍,此时才有可能用一个底座发送两种报警信号.若在时间T2到时仍无正式报警信号产生,则控制器认为无火灾,是误报,同时进行相应的处理.

4)发光维持状态:当定时T2时间到,K′1、K′2、K′4断开,K′3闭合,B点电位上升,定时器、编码器、驱动器及逻辑电路的电源被切断,只有LED继续发弱光,底座地的电位降低,允许其它探测器报警.整机复位,LED灯灭.

2结语

综上所述,光电感烟与电子式差定温组合探测器不仅共用了电源,合用了一个地址编码底座,实现了与控制器之间的二线制联接及频率的远距离传输,更重要的是它将感烟和感温信号按燃烧学原理分时传送给控制器,由控制器进一步进行分析判断后发出火灾报警信号,因而大大地提高了火灾自动报警系统的可靠性,降低了误报率.所以,该组合探测器的研究不仅有一定的理论水平,而且具有很高的实用价值.

参考文献

[1]吕俊芳,刘莹.电子式差定温探测器的研究.中国航空科技文献,HJB921123,1992.

[2]吕俊芳.火灾自动报警系统中信号远距离传输的几种方案.计测技术,1990,(5).

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