经济型火灾探测器性能评估实验平台设计

曲 娜， 李忠海， 刘金海， 王晓晓

(1.沈阳航空航天大学 a.安全工程学院；b.自动化学院，辽宁 沈阳 110136；2.东北大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110000)



·仪器设备研制与开发·

经济型火灾探测器性能评估实验平台设计

曲 娜1a， 李忠海1b， 刘金海2， 王晓晓1b

(1.沈阳航空航天大学 a.安全工程学院；b.自动化学院，辽宁 沈阳 110136；2.东北大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110000)

火灾探测器性能评估实验平台是对火灾探测器综合性能进行评价的重要设备。经济型火灾探测器性能评估实验平台由实验管道、下位机和上位机组成。实验管道是环形通风管道，采用开闭结合的方法设计，分为模拟段和测试段两部分。下位机主要控制轴流风机、加热器、加湿器和加尘器的大小，并采集温湿度传感器、风速传感器的值。上位机对整个实验平台进行监控，并实现数据存储，提供人机界面。该实验平台不但可以模拟火灾和非火灾时的环境，完成火灾探测器综合性能评估，而且价格便宜，成本缩小到数十分之一，使普通用户对火灾探测器性能评估成为可能。

火灾探测器； 性能评估； 实验平台； 经济型

0 引 言

火灾探测器是火灾自动报警系统不可缺少的组成部分，相当于系统的“感觉器官”，通过探测被保护区域内的烟雾、温度、火焰、气体等火灾信号，确定是否或即将发生火灾。火灾探测器的性能直接影响火灾自动报警系统的准确性和保护人民生命财产的能力，因此需要对火灾探测器性能进行评估，设计出经济型火灾探测器性能评估实验平台具有重要意义。

Grosshandler建议附加更多的测量以便得到更为完整标准火特征，提出了火灾模拟器/探测器评估器的概念，该模拟器可以模拟更全面的火灾环境[1]。德国Duisberg-Essen大学火灾实验室研制了火灾模拟器/探测器评估器，能够模仿大范围的火灾和非火灾环境，可以模拟火灾时的空气流动，温度、烟雾和燃烧气体直至火灾探测器报警[2]。胡君健等通过火灾模拟器/探测器评估平台上的一系列实验, 测量了离子感烟探测器、光电感烟探测器在不同环境下的抗干扰性, 并进行了理论分析[3]。厉剑等提出了火灾探测器性能综合评估算法，分析了进行整体评估的因素，设计了完整的考核模式和每种模式下的具体试验方法[4]。董文辉等针对特殊应用场所的特点，通过模拟火灾探测器的应用环境，建立了一个集成平台对火灾探测器的综合性能进行评价[5]。马鲜萌等对感烟火灾探测器性能检测现状进行分析[6]。张黎丽介绍了适用于波长范围4.2～4.7 μm的点型红外线火焰探测器的性能综合测试平台[7]。宋伟锋对红外光束感烟探测器性能进行分析，提出了不同灵敏度设置下探测器发射器和接收器之间的合理安装距离[8]。兰乾玉等设计一个复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台，能仿真模拟火灾信号、环境信号和典型的干扰信号[9]。

本文设计了经济型火灾探测器性能评估实验平台，主要由实验管道、下位机和上位机三部分组成。该实验平台不仅可以完成火灾探测器的火灾探测性能、防误报性能、环境适应性等评估，而且价格便宜，成本缩小到普通火灾探测器性能评估实验平台数十分之一，满足普通用户对火灾探测器性能评估的需求。

1 实验平台设计

实验平台的主要功能为模拟火灾和非火灾环境，并评估感烟、感温火灾探测器综合性能。火灾探测器综合性能包括火灾探测性能、防误报性能、环境适应性和可维护性4方面。实验平台由实验管道、下位机和上位机三部分组成。

1.1 实验管道设计

实验管道是环形通风管道，管壁内外均为不锈钢板，钢板之间填充硅棉隔热层。采用开闭结合的方法设计，通过3个调节阀配合控制实验平台的工作方式，选择为开环或闭环，如图1所示。实验管道分为模拟段和测试段两部分。模拟段安装用于模拟火灾或非火灾环境的设备，主要设备有轴流风机、加热器、加湿器和加尘器。通过调节相应设备可以控制管道内的风速、温度、湿度和灰尘浓度。测试段用于安装测量仪器，以测量火灾探测器工作环境参数，主要设备有感烟探测器、感温火灾探测器、温湿度传感器、风速传感器等。在管道的侧面装有集烟罩，在其下方既可进行木材明火、木材热解阴燃火、棉绳阴燃火、新闻纸燃烧火等实验，也可进行烹调油烟等抗干扰性实验。

图1 实验管道结构图(mm)

1.2 下位机设计

下位机主要控制轴流风机、加热器、加湿器和加尘器的大小，并采集温湿度传感器、风速传感器的值。采用Arduino Mega2560核心电路板进行设计，处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字输入/输出口，16路模拟输入，4路UART接口，一个16 MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。

1.3 上位机设计

系统需要PC机对整个实验平台进行监控，并实现数据存储，提供人机界面。采用RS-232串行接口与下位机通讯,下位机接到传感器的报警信号后通过串口传给上位机。上位机软件采用VB编制，利用MSComm控件实现串行端口传输和接收数据。设定两个ACCESS数据库，一个用于保存设定的初始值和各传感器的编号、位置及描述信息；另一个用于储存实验管道温湿度、风速等历史数据等。上位机界面能够实时显示烟雾浓度、温度、湿度和风速的值，画出曲线。系统运行时，可设置目标温湿度值和风速值等测试需要的环境数据，通过对风扇和加热器的自动控制，实现环境数据稳定在目标值附近。待温湿度和风速值稳定后，能够记录烟感的浓度值，显示浓度变化曲线，并建立数据库保存所有实验数据，实现数据回放。上位机主界面如图2所示。

2 实验设计

实验时，将被测火灾探测器安装于实验管道的测试段，并将火灾报警控制器与其连接，用来采集被测火灾探测器的报警和故障信号。依据国家标准，设计实验项目如表1所示。

图2 上位机主界面

3 火灾探测器性能综合评估

火灾探测器综合性能评分根据下式得出：

式中：Si为当前指标得分；Sj为下一级指标分数；aj为权重。二级指标分数可以依托实验平台进行相关实验得出，权重可以根据专家打分法、层次分析法、模糊综合评价法和神经网络算法等得出[10-15]，进而求出一级指标得分以及火灾探测器综合性能得分。得分80～100属于A级；60～80属于B级；60以下属于C级。具体评价指标如表2所示。

表1 实验项目

表2 评价指标

表3 设备价格明细表

4 经济性分析

设备价格明细如表3所示，实验平台成本仅需2万余元，成本缩小到传统火灾探测器性能实验评估平台的几十分之一，使普通用户对火灾探测器性能进行评估成为可能。

5 结 语

本文介绍了火灾探测器性能评估实验平台的实验管道设计、下位机设计和上位机设计，给出了整个实验平台的成本，进行了经济性分析。设计了实验项目和综合评估方法。表明可以利用该实验平台对火灾探测器综合性能进行评估。

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Design of Economic Experimental Platform for Performance Evaluation of Fire Detector

QUNa1a,LIZhong-hai1b,LIUJin-hai2,WANGXiao-xiao1b

(1a. School of Safety Engineering; 1b. School of Automation, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China; 2. School of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110000, China)

Fire detector is a device to detect and find the fire. The performance of the fire detector directly affects the accuracy of the whole fire alarm system. The experimental platform is the important equipment for evaluating the comprehensive performance of fire detectors. However, the prices of traditional experimental platform are very high, so that ordinary users can not afford. The design of economic experimental platform includes the experimental pipeline, the upper computer and lower machine. The experimental pipeline is a ventilating duct, which is designed by the open method and close method and includes the simulation section and the test section. The secondary computer controls axial flow fan, heater, humidifier etc. and obtains values of temperature and humidity sensor and wind speed sensor. The host computer monitors the whole experiment platform and stores the data and provides the man-machine interface. It not only can simulate fire and no fire environment to complete comprehensive performance evaluation of fire detectors, but also its price is cheap and the ordinary user can afford.

fire detector; performance evaluation; experimental platform; economic form

2015-07-23

国家自然科学基金(61473069)；2015年沈阳航空航天大学教学改革立项

曲 娜(1979-)，辽宁营口人，讲师，从事火灾报警技术与风险评估方向研究。Tel.:024-89723834；E-mail:11502332@qq.com

TP 29

A

1006-7167(2016)05-0056-04