基于数字锁相技术的飞机货舱火灾烟雾光学参数方法研究*

为解决飞机货舱火灾光学探测易受环境杂光和空气中灰尘、水汽干扰,误报率高的问题,提出1种基于数字锁相的双波长火灾烟雾探测方法。利用数字锁相技术调制双波长光源,选择性地提取微弱光散射信号,并设计前、后双向散射光探测光路。采用常见火灾材料及干扰源进行真假火源实验,依据米氏散射理论及不同粒径气溶胶颗粒对不同波长光的散射效应差异,以不对称比（AR）和双波长光强比（DWIR）作为火灾检测参数对不同粒径颗粒进行区分,根据2种火灾检测参数建立数据样本,利用BP神经网络进行分析,并加入复合式传感器实验作为对比。研究结果表明:基于数字锁相技术的火灾烟雾光学探测方法能够在一定程度上区分火灾烟雾和干扰源,误报率小于3.5%。     

锂离子电池电解液火灾的烟雾探测方法研究

基于散射不对称比的气溶胶识别方法,采用单个入射波长和两个散射角的方式测定了电解液火灾、正庚烷火、棉绳阴燃三种火灾烟雾和D90粉尘的前后向散射不对称比。结果表明,在红外LED光源作用下,前向散射角为45°和后向散射角为135°时,不同类型气溶胶的散射不对称比的均值和变化率存在差异,这可以用于区分火灾烟雾和干扰气溶胶。此外,在进行锂离子电池火灾烟雾探测器的光源选择时发现,在电解液火灾初期,短波长作用下的烟雾不对称比变化率更大,由此提出了采用405 nm～525 nm单波长光源和双散射角的电解液火灾烟雾探测方法。     

飞机货舱锂离子电池火灾烟雾光散射特性

锂离子电池应用广泛，飞机货舱内不可避免地会运载锂离子电池或含有锂离子电池的货物，导致货舱内锂离子电池火灾时有发生。然而，研究者对飞机货舱感烟火灾探测器是否适用于锂离子电池火灾及响应性能的认识尚不清楚。航空标准SAE AS8036A是为测试和评估飞机货舱感烟火灾探测器性能而制定的，其中仅规定了几种标准测试火，并没有锂离子电池火灾相关内容。使用SAE AS8036A标准中规定的试验装置，研究了两种荷电状态的18650锂离子电池火灾烟雾光散射特性，并选取SAE AS8036A标准中规定的2种阴燃烟雾、2种明火烟雾及2种粉尘干扰气溶胶作为对比。结果表明，设计的探测器模型采用两种波长入射光(405 nm、850 nm)及两个散射角(45°、135°)光电二极管，能区分识别火灾烟雾与粉尘干扰气溶胶，并且判断是否为锂离子电池火灾。     

飞机货舱复合烟雾探测方法研究

为解决目前飞机货舱火警探测装置易受空气中灰尘和水蒸气颗粒干扰造成误报率极高的问题,提出一种复合多传感器的飞机货舱火灾探测方法。首先搭建包括温度传感器、CO传感器和双波长光电式烟雾传感器的复合式火灾探测装置,设计火灾探测系统软件;然后进行真假火源试验,采集火灾过程中烟雾、温度、气体的变化特征参数;最后采用人工神经网络算法对采集到的数据进行融合分析。结果表明:嵌入双波长光电式烟雾探测器的多传感器探测装置报警正确率比传统火灾烟雾探测器有大幅度提高,干扰源识别相对误差不超过5.7%。     

激光片光前向散射法测量烟雾颗粒尺寸分布

提出了一种利用激光片光CCD成像测量火灾烟雾颗粒粒径的方法，结合Mie散射理论确定了采取前向散射成像的方法测量烟雾颗粒尺寸分布，针对摄影测量过程中的成像形变，给出了结合数字摄影测量DLT技术进行数字校正的方法，并对实验方法和结果进行了分析与讨论。     

室内火灾烟雾对微波衰减的影响研究

针对建筑室内火灾烟雾环境对微波信号的干扰问题,利用火灾标准实验间和微波实验装置,研究棉绳阴燃、聚氨酯明火等四种典型火灾烟雾对频率分别为600 MHz和2.7GHz微波衰减特性的影响规律。在有和无火灾烟雾环境下,对比分析入射波频率、烟雾浓度、烟雾类型对微波衰减的影响。实验结果表明,四种火灾烟雾对微波传播有明显衰减,且衰减量均随烟雾浓度的增加而增加,而衰减速率逐渐减小。频率以及不同特性类型的烟雾对微波衰减特性的规律不同。最后,计算并修正了室内火灾烟雾环境下微波衰减因子模型的衰减因子,提高了该模型在火灾烟雾环境下的适用性和准确性。     

通风对飞机货舱烟雾探测影响研究

为探讨通风对飞机货舱火灾探测造成的影响,采用火灾动态仿真(FDS)模拟不同通风工况下飞机货舱内烟雾扩散情况。建立DC-10货舱三维数值模型,仿真计算并验证通风时顶棚温度、气体浓度、光透率(LT);通过计算5种通风工况下顶棚烟雾流场及光透率,研究通风工况及探测器阈值对不同位置探测时间的影响。结果表明:相比于无通风工况,货舱通风显著影响舱内烟雾扩散;通风口下游较上游位置容易探测到烟雾;通风延迟烟雾探测时间,且通风量越大响应时间越长,通风量大于11. 33 m~3/min时探测不到烟雾;探测器阈值影响探测时间,适当提高探测器阈值及减小通风量能缩短探测时间。     

人体呼出气溶胶在通风房间中运动的受力分析

分析了通风房间中人体呼出气溶胶颗粒运动的计算参数,得出了气溶胶颗粒所受的曳力、布朗力、Saffman升力以及热泳力随颗粒粒径变化的近似函数关系.结果表明,气溶胶粒径是颗粒受力的主要影响因素,而粒径不同对力的影响不同.除重力外,气溶胶粒径对其他4种力的影响从大到小依次为布朗力、曳力、热泳力和Saffman升力.通过计算得到了人体呼出的不同粒径气溶胶颗粒受到的上述4种主要作用力相对于重力的大小.计算人体呼出的μm级以下气溶胶在通风房间内的分布时,需要考虑曳力、布朗力以及Saffman升力,其量级均大于小颗粒所受的重力.气溶胶受到的热泳力小于重力,但室内局部的高温热源或者低温冷源附近的温度梯度远高于室内平均温度梯度,因此忽略热泳力会对计算结果造成较大误差.     

吸气式管道尺寸及温差对烟颗粒输运的影响

在火灾标准燃烧室中,用扫描电迁移粒谱仪测量单孔采样的吸气管道内5种标准试验火烟雾颗粒浓度和粒径分布的变化,分析管道输运中管道参数对烟颗粒数目浓度损耗和中位径的影响.结果表明,在管道输运中,平均粒径相对较小的热解和阴燃烟雾颗粒.其小于0.1μm的超细颗粒部分的浓度损耗随管道长度的增加而增大,且烟颗粒平均粒径随管道增长而增大.而明火烟雾在管道输运中,由于管道与高温烟雾的温差增大,导致0.1～1 μm颗粒的管壁沉积损耗增大,使烟颗粒数浓度下降,中位径减小了几个纳米.火灾早期,火灾阴燃和热解期间小于0.1 μm的烟颗粒数目浓度占15%以上,因此,用较短的管道或者管道分级预警的方式可以减少滞留时间,提高极早期感烟探测的灵敏度.     

一种火场多参量在线监测系统的设计与实现

火场氧浓度降低、大量烟气遮挡视线和吸入毒性气体是造成火灾中人员无法逃生而窒息死亡的三大主要因素.基于波长调制光谱和谐波探测技术,利用光源调制实现了气体浓度的谐波检测;采用激光烟浓度检测方法,测得减光系数,以表征烟雾浓度.通过合理高效的系统光路和硬件设计,采用分时复用方法,大大缩短了检测周期,每2.5秒便可完成一次对火场多参量的检测,实现了同时对火场中多参量(包括火灾产物中O2、CO、CO2、HCN的浓度和烟雾浓度)的在线实时监测.     

光学迷宫对飞机货舱感烟探测器响应性能的影响

针对飞机货舱火灾的探测延迟性问题,探讨了光学迷宫对点型光电感烟探测器响应性能的影响,实验研究了点型光电感烟探测器在有、无迷宫两种情况下烟雾探测的响应过程,对比分析了不同烟量时迷宫的作用,并提出探测器迷宫结构的改进设计思路。实验结果表明,在探测器响应过程中,有光学迷宫的探测器烟雾浓度波动幅度较小,迷宫对烟气有滞留作用,提高了探测器的稳定性;但迷宫会使探测腔室的烟雾浓度明显滞后且低于腔外,增大了探测器的迟滞时间,烟雾浓度较低时这种迟滞影响更为明显,严重影响货舱火警探测器的灵敏度。     

潮湿引起感烟火灾探测器误报研究

针对潮湿现象成为典型的火灾探测误报源 ,在火灾探测综合模拟实验平台中 ,通过收集水沸腾形成的水雾进行加湿 ,研究了冬季与夏季潮湿环境 ,对散射型光电感烟火灾探测器的发生误报影响。通过比较探测器的输出值与其附近湿度变化曲线 ,从原理上分析了误报发生的原因。实验结果表明 :在气温较低的冬季 ,水蒸气较易形成液态小水珠 ,容易导致感烟探测器误报警 ,而在夏季由于气温较高 ,这种情况较难发生。对相对湿度较高或达到饱和湿度 ,以及非火灾因素的雾气或微细水珠 ,对感烟探测器可靠性的影响 ,开展下进一步的工作进行了展望     

一种解决线型光束感烟火灾探测器环境光干扰问题的方法

针对常规的线型光束感烟火灾探测器抗环境光干扰能力较差,在白炽灯、氙灯以及太阳光等干扰下易误报或丧失火灾探测能力的问题,采取了一系列软硬件有效技术改进措施,经实验和示范工程验证,克服了环境光干扰对线型光束感烟火灾探测器的影响.     

综合管廊内火灾自动报警探测器实验研究

为了能够有效提升综合管廊内火灾自动报警系统的准确性和可靠性,本文采用火灾实体试验的方法,通过对各类型火灾自动报警探测器响应时间的情况进行分析和比较,研究综合管廊电力舱内常用探测器的性能。研究结果表明:接触式缆式线型感温火灾探测器可以较早的探测到电缆温度异常变化的现象,可用于早期预警。点型感烟探测器对烟粒子浓度较为敏感,可用于综合管廊电力舱室的空间探测。分布式光纤型感温火灾探测器对明火温度的变化较为敏感,作为空间型的火灾探测器比较可靠。     

基于气体浓度和烟颗粒消光系数的复合火灾预警系统

为解决火灾烟雾颗粒的消光效应对光声火灾检测带来的影响,以近红外激光为光源,结合波长调制技术和谐波检测技术对光声信号和颗粒消光系数进行了测量,并建立了火灾复合探测模型。利用棉绳阴燃、木材热解2组阴燃火实验以及正庚烷明火、木材明火2组明火实验进行了火灾模拟探测,并结合特定算法对结果进行了判定。结果表明系统能较好地对实验产生的CO浓度和烟颗粒消光系数进行探测,且运行稳定,能够满足火灾预警需求。     

棉垛早期阴燃火灾特性及棉花仓库主动吸气式复合探测研究

以棉花仓库消防安全为背景,在火灾探测标准燃烧室内开展了棉花垛早期阴燃特性试验和吸气式复合探测试验研究。分析棉花垛早期阴燃过程中的质量损失、烟气浓度以及图像特征变化,以棉花垛顶部着火为例,归纳了阴燃过程大致包括水平蔓延及竖直蔓延两个阶段,并分析了各阶段特性。利用吸气式复合烟气诊断,分别记录了吸气管道出口的CO体积分数变化以及吸气式探测器的输出信号。结果表明,CO的响应时间明显快于吸气式探测器且几乎不受采样孔位置的影响。由于阴燃温度低,羽流湍浮力相对较弱,而CO气体密度远小于烟颗粒密度,在吸气管道中表现出更好的迁移性。因此,针对大空间棉储仓库,可以采用吸气式感烟火灾探测器与CO气体探测器相结合的复合探测手段,也可以考虑在传统吸气式探测器内部整合CO探测部件以提高探测报警速度,同时有效降低误报、漏报率。