浅谈线型感烟火灾探测器原理及应用

吕泳彬

（江门市金盾供水消防工程有限公司，广东 江门 529000）

浅谈线型感烟火灾探测器原理及应用

吕泳彬

（江门市金盾供水消防工程有限公司，广东 江门 529000）

线型光束感烟火灾探测器，是一种智能型感烟火灾探测器，适用于大空间和其它特殊空间进行感烟火灾探测。它可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，具有分辨发射光源与干扰光源的能力。文章针对大空间建筑火灾烟气流动性状特点及线型光束感烟火灾探测器的原理进行了探讨。

火灾探测器；原理；布设

随着国民经济建设的快速发展，一些在国民经济和社会生活中起着重要作用的大型空间建筑越来越多，此类建筑相对其他建筑具有的普遍特点是跨度大、内部举架高，根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116－98）要求，对于被保护空间高度介于12～20 m之间时，由于火灾发生时产生的烟雾很难到达房间顶部，因而一般不适宜安装点型感烟火灾探测器进行火灾监测和报警，而图像型火灾探测由于其本身工作原理和特点决定，在火灾发生时，产生的烟雾和早期火焰，就很容易被其探测到，从而达到保护此类建筑的作用。同时对于那些被保护空间长度超过100 m以上和空气气流流过快、环境比较恶劣的大型空间建筑，特别适用于此类建筑火灾探测与预防。

1 大空间烟气流动性状

火灾烟气是燃烧产物与所卷吸的空气的混合物，随着流动距离的增加，烟气所含的空气比率越来越大。在空气的稀释下，烟气的温度和浓度大大降低，导致烟气的浮力越来越小。当烟气上升到一定高度后，烟气的浮力与重力达到平衡，不再上升。当空间顶棚较高时，相当多的烟气可能升不到顶棚便开始缓慢沉降。由于日光照射，大空间顶部温度一般较高，致使大空间上部形成一定厚度的热空气层，从而阻止火灾烟气上升到大空间的顶棚，即所谓热障现象，出现烟雾分层。烟雾分层现象是指烟雾达到了一个平衡点，在顶棚的下方形成了蘑菇团，无法到达顶棚上安装的感烟探测器位置。

大空间要实现早期快速报警，必须在烟气上升过程中实现探测报警，但这类场所顶棚高度高于12 m，点型感烟火灾探测器安装于顶棚无法准确快速报警。对于存在热障层的场所，感烟类火灾探测器均不能安装于热障层可能影响的高度，更不能安装于建筑物顶棚，因此，线型光束感烟探测器是较好的选择。

2 线型光束感烟探测器原理

线型光束感烟探测器具有监视范围广、保护面积大、使用环境条件要求低等特点，通常用于初始火灾有烟雾形成的大空间火灾探测。

线型光束感烟探测器是利用烟雾粒子对光线传播发生遮挡的原理制成的。当一束一定强度的单色平行光通过火灾烟雾粒子时，由于烟雾粒子的散射和吸收效应，使入射光产生衰减，接收器接收到的光信号降低，转换成的电信号也降低，当信号降低至阈值以下时，发出报警信号。平行光通过烟雾粒子的消光示意见图1。

发射器根据发光原理，可以发出红外光、紫外光或激光，发射光无遮挡地照射到接收器上，接收器将其接收后转换成电信号。为了降低功耗，提高探测器抗干扰能力，发射器采用脉冲方式工作，脉冲周期为ms级，脉宽为100 μs，接收器同样装有抗干扰电路。

当光束被动物或人为遮挡时，报警器能发出故障信号；同样，如因发射器损坏，或安装位置变动，而接收器不能接收到光束时，报警器同样发出故障信号，而不发出报警信号。

红外光感烟探测器技术成熟，性能稳定，灵敏度高，目前使用的线型光束感烟探测器通常为红外光感烟探测器。常见的红外光束感烟探测器，发射器的光源为近红外波段，也有用可见红光波段的激光光源作为探测光源。红外光束感烟探测器按光束数量可分为单光束和多光束感烟探测器，按光路形式可分为对射式和反射式光束感烟探测器。

由于半导体激光感烟探测器的激光器具有激发电压低、脉冲功率大、效率高、体积小、寿命长、方向性强、亮度高、单色性佳等优越性能，尽管问世不久，已在各领域得到了广泛应用。激光感烟探测器原理见图2。

图1 平行光通过烟雾粒子的消光示意图

图2 激光感烟探测器原理示意图

但日光照射和建筑内照明等因素的影响会引起线型光束感烟探测器的误报。高架仓库和高架生产厂房虽然也属于高大空间，但是，货架或设备上空到顶棚的距离并不大，由于建筑空间被物品或机械填满。无法克服物品或机械对光束的遮挡，因此线型光束感烟探测器不宜用于高架仓库和高架生产厂房。

3 线型光束感烟探测器布设方式

采用红外对射光线探测器时，它们在大空间的布设通常采取垂直布设和水平布设方式。关于探测器安装距离的确定，有两种方法：①按照《火灾自动报警系统设计规范》8.2.1、8.2.2条规定确定；②通过性能化防火设计分析，经大空间火灾烟气运动模拟计算确定。

红外对射光线探测器水平布设时，必须克服烟气的层化现象，如果大空间中烟气不能上升到红外线的探测高度，则该方法将无用。因此水平布设时探测器的安装高度应处于热障层下方。

对于火灾发展迅速，火灾功率上升快的场所，光束间距应适当减小，因为这时的火灾烟雾上升速度快，烟气羽流直径小。对于高度远远大于12 m的建筑空间，可在被保护空间采取多层布设的方式，加大探测红外光线的密度。

根据美国国家消防协会《购物商场、大厅和较大区域烟气控制系统导则》NFPA 92B，1997年版，第3.4.3条的规定，以下探测方式可以加快火灾初始阶段的探测：

（1）采用向上的光束。这种方式的目的是无论在什么样的温度条件下，都可以快速探测烟层的发展。不管烟气层化发生在什么高度，都有一束或多束光束以一定的角度穿过烟气层。该方式推荐采用多光束以便提供冗余能力。

（2）在不同高度设置水平光束。这种方式的目的是无论在什么样的温度条件下，快速探测烟层的发展。顶棚上设置单光束或者多光束，空间中的其他高度也设置了探测器。研究人员提出，大空间高度在8 m以下，可单层设置光束感烟探测器；高度在8～14 m，可双层设置光束感烟探测器；高度在14～20 m，可分3层设置光束感烟探测器。

（3）在同一高度设置平行光束。这种方式的目的是探测上升的羽流，而不仅仅是烟气层。对于本方式，光束之间应该布置得很近，以确保与羽流的交叉部分低于可能发生层化现象的最低高度。

4 结束语

综上所述，大空间中的火灾烟雾会在空间内的流动过程中被高度稀释，如果上空存在热空气层，顶棚下方也会产生热障现象，这时火灾烟雾将无法到达顶棚位置，因此，在这样的环境中，点型探测器不适宜。高架仓库和高架生产厂房虽然也属于高大空间，但是，从货架或设备上方到顶棚的距离并不大，由于建筑空间被物品或机械填满，线型光束感烟探测器可能无法发挥作用。大型商场的中庭，应注意季节性促销所使用的广告条幅及装饰品会阻挡射线，导致误报或故障。线型光束感烟探测器应避免强烈的日光或红外光辐射源作用，安装的发射器和接收器必须安装牢固，不得松动，同时应避免剧烈振动，光束轴线应避开固定遮挡物和流动遮挡物。

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