便携式感烟火灾探测器响应阈值检测装置的研究

王琦 徐继承 徐迅 彭煜

摘 要：该便携式感烟火灾探测器响应阈值检测装置，包括烟箱举升器、烟箱总成和数据输入输出人机界面系统，当感烟火灾探测器发出火灾报警信号时烟气浓度的已知减光系数值与所述感烟火灾探测器的响应阈值大于0.05dBm-1时，判定所述感烟火灾探测器失效。该装置适合一般基层校验单位使用的便携式感烟火灾探测器响应阈值检测装置，其无需装卸使用中的感烟火灾探测器，即可对该感烟火灾探测器进行在用校验响应阈值，不仅解决了响应阈值使用中的校验的问题，有利于保证消防安全，还打破了公共场所安全强检项目检不了的局面。

关键词：感烟火灾探测器；响应阈值；检测装置

0 引言

感烟探测器是利用发生火灾时产生的烟雾对光线产生吸收或遮挡的原理而制成的一种探测器。当发生火灾时，烟雾进入探测器的检测室，由于烟粒子的作用，使探测器上发光元件发射的光产生散射，这种散射被探测器上的受光元件接受，产生光敏电流，从而实现了将烟信号转化成电信号，探测器根据电信号的大小即可判断出烟浓度继而发出报警信号。一般情况下，感烟探测器的性能参数在出厂前要逐个进行检验和测试，检测设备一般采用由国家消防电子产品质量监督中心统一生产的标准烟箱。但安装在建筑物中的感烟探测器使用一段时间后可能会失准，需要定期检测，而目前的标准烟箱只适用于对感烟探测器安装前的校验，无法对使用中的感烟探测器进行现场检测（即在线检测）。常规的方法是将使用中的感烟探测器拆卸后再拿到消防部门利用标准烟箱进行检测，而这样的检测方法因为不是在线检测，所以不能对感烟探测器进行准确校准，往往出现拆卸后的感烟探测器检验合格，但再安装后使用中仍然失灵的现象。另一方面，标准烟箱体积结构庞大，操作流程复杂繁琐，而且检测成本很高，一般基层校验单位难以开展此项工作。

1 原理

针对现有技术的上述缺陷，为解决现有技术中存在的问题，我们研发出一种感烟火灾探测器响应阈值检测装置。该装置体积小、重量轻，携带方便，而且能够对正在使用中的感烟火灾探测器进行在线检测。

该检测装置包括烟箱举升器和烟箱总成，烟箱举升器位于所述烟箱总成的底部，包括举升架、推杆，并且随着推杆的伸长或缩短，举升架将上升或下降；其中推杆选电动推杆。

烟箱总成质量不超过10kg，体积不超过50cm×50cm×50cm，包括标准发烟器、温控标准烟气输送单元、在线检测烟箱单元和烟气吹扫单元四个功能单元，其中，标准发烟器能均衡产生发烟量，烟气中的烟粒子的粒径分布在0.5um～1.0um，形成标准烟气；恒温标准烟气输送单元用于将烟气按设定温度恒温处理或按设定升温速率输送到所述在线检测烟箱内；在线检测烟箱单元用于向感烟火灾探测器内送入经检测出减光系数值的已标定烟气，接收感烟火灾探测器声光报警信号，供检测人员分析下达检测结论，当感烟火灾探测器发出火灾报警信号时烟气浓度的已知减光系数值与感烟火灾探测器的响应阈值大于0.05dBm-1时，判定感烟火灾探测器失效；烟气吹扫单元用于置换上一检测过程中残留的烟气，为下一检测过程做准备；烟箱的顶部有开口，开口大小恰好能容置感烟探测器；烟箱的顶部优选设置密封圈，其作用是使烟室密闭，防止检测过程中烟气从烟箱总成顶部泄漏。

在线检测烟箱单元包括拾音摄像机、风速传感器、温度传感器、850nm光度计测量探头；拾音摄像机、风速传感器和温度传感器分别用来检测烟室内的声光信号、风速信号和温度信号；850nm光度计测量探头用于探测烟室内的烟气浓度。该检测装置包括数据输入输出人机界面系统，以用来与烟箱举升器和烟箱总成发生数据信息交互，可以通过人机界面系统对烟箱举升器和烟箱总成进行控制；数据输入输出人机界面系统内置有客户端软件；客户端软件能够显示并存储烟箱总成内烟室的音像、温度、风速、减光系数等数据；客户端软件还包含有烟箱举升器控制窗口，打开客户端操作视窗后，按住举升器上升或下降按钮，可以控制推杆伸长或缩短，举升架随之将上升或下降；客户端软件与烟箱总成和烟箱举升器之间的数据信息交互是通过无线通信的方式进行的，其中，无线通信优选为WIFI、蓝牙、RF中的一种或一种以上；数据输入输出人机界面系统优选所述数据输入输出人机界面系统为装在手机或笔记本电脑等移动设备上的上位机软件及數据库。

对于该检测装置，在线检测烟箱中，感烟火灾探测器周围的气流为0.2±0.04m/s，气流温度应为23±5℃，输送到在线检测烟箱的升烟速率为0.015dBm-1min-1≤Δm/Δt≤0.1dBm-1min-1。烟气中的烟粒子的粒径分布在0.5μm～1.0μm。 光学测量长度为0.114m（标准要求不大于1.1m），其不能接收到输送烟气的烟粒子散射的散射角大于3°的光线。光束波长在800nm～950nm的范围内，其有效辐射功率应大于50%，波长低于800nm的范围内，其有效辐射功率应小于10%，波长高于1050nm范围内，其有效辐射功率亦应小于10%。

该装置检测误差为：在0～2dB/m之间的烟浓度，测量误差不应大于（m×5%+0.02）dB/m。每次测量前，测量仪器的读数须与洁净空气中的读数（零点）相比较，测量偏差不大于0.02dB/m。

2 实施过程

图1为便携式感烟火灾探测器响应阈值检测装置结构图。在该装置的底部设有支架，支架的右边安装长支腿1，左边安装短支腿3，支架用以支撑控制柜9，举升架总成12以及烟箱总成15。控制柜9内设有主板10、驱动板11、手持式触摸控制屏8。优选的，感烟火灾探测器响应阈值检测装置包括数据输入输出人机界面系统，以用来与烟箱举升器和烟箱总成发生数据信息交互，可以通过所述人机界面系统对烟箱举升器和烟箱总成进行控制；数据输入输出人机界面系统内置有客户端软件；客户端软件能够显示并存储烟箱总成内烟室的音像、温度、风速、减光系数等数据；客户端软件还包含有烟箱举升器控制窗口，打开客户端操作视窗后，按住举升器上升或下降按钮，可以控制推杆伸长或缩短，举升架随之将上升或下降；客户端软件与烟箱总成和烟箱举升器之间的数据信息交互是通过无线通信的方式进行的，其中，所述无线通信优选为紫蜂、WIFI、蓝牙、RF中的一种或一种以上；所述数据输入输出人机界面系统优选为手机，IPAD等移动设备。其中主板10、驱动板11通过主板驱动板通讯线2连接，驱动板11第一个端口连接到由开关电源5控制的电源插座4，第二个端口由驱动板至航空插座电缆7连接到电缆用航空插座6。控制电缆用航空插座6设置在电源插座4上端，同时在该控制电缆用航空插座6也连接与烟箱总成15连通的控制电缆13。其中举升架总成12上部设有电动直线推杆14，用以调节举升架的高度。

烟箱总成质量约为10kg，体积约为50cm×50cm×50cm，烟箱总成内的烟气发生标定检测系统由标准发烟器、温控标准烟气输送单元、在线检测烟箱单元和烟气吹扫单元组成。其中标准发烟器能均衡产生发烟量，形成规程规定升烟速率的标准烟气，即输送到在线检测烟箱的升烟速率为0.015 dBm-1min-1≤Δm/Δt≤dBm-1min-1，烟气中的烟粒子的粒径应分布在0.5um～1.0um之间，一次加入发烟丸能稳定工作15min以上，该烟气在粒径分布、粒径大小、粒径结构、光学特性等方面应有再现性和稳定性，并可通过监视减光系数值m与检测时间的比值满足GB 4715-2005《点型感烟火灾探测器》中图G.3的实线范围内来保证试验烟的稳定，其减光系数值的最大值为2dBm-1；恒温标准烟气输送单元用于将烟气按设定温度恒温处理或按设定升温速率输送到所述在线检测烟箱内，即在线检测烟箱中感烟火灾探测器周围的气流为0.2±0.04m/s，气流温度应为23±5℃；在线检测烟箱单元用于将在用的感烟火灾探测器装载其箱体内，按检测规程要求向感烟火灾探测器内送入经检测出减光系数值的已标定烟气，接收感烟火灾探测器声光报警信号，并将数据传送至手持式触摸控制屏，供检测人员分析下达检测结论，当感烟火灾探测器发出火灾报警信号时烟气浓度的已知减光系数值与感烟火灾探测器的响应阈值大于0.05dBm-1时，判定感烟火灾探测器失效；烟气吹扫单元用于置换上一检测过程中残留的烟气，为下一检测过程做准备。

该装置具体操作步骤：

（1） 先开启客户端操作视窗；

（2）首次工作前校对仪器读数（零点），将测量仪器的读数与洁净空气中的读数（零点）相比较，测量偏差不应大于0.02dB/m；

（3）将感烟火灾探测器装入仪器检测工位，手动点击举升器升降控制窗口，按住举升器上升或下降按钮，观察显示视频，将仪器与受检感烟火灾探测器对位；

（4）手动点击发出开机命令后，主机工作程序启动。

本发明的主机系统，包括以下步骤：

（1）开启红外线发射管DC1.5V供电直流固态继电器对红外线发射管供电；拾音摄像机、温度、风速传感器、光电池减光系数电压信号输送开始工作。

（2）开启AC220V风机供电交流固态继电器，将风机转速调至90%占空比工作，并按风速传感器实时回传的数据判定并将风速调节电机DC24V供电直流换向开关切换为加速或减速状态，开启风速调节电机DC24V供电直流固态继电器对风速调节电机供电，至风速传感器实时回传的数据达到设定风速值为止，关闭风速调节电机DC24V供电直流固态继电器对风速调节电机停止供电，并将风速控制转至控制风速调节电机DC24V供电直流固态继电器占空比，实时按设定值监测调整风速。

（3）按设定温度控制半导体制冷片工作，首先按检测区温度传感器发回的温度数据确定半导体制冷片工作状态为制冷或制热状态，即指令半导体制冷片供电直流换向开关工作；再按测定半导体制冷片相邻温度传感器发回的温度数据确定半导体制冷片工作占空比，即按实时回馈的温度信号分别控制半导体制冷片供电直流固态继电器各自的工作间隔时间，保证各区域在设定的工作温度和升降温速率范围内；然后按风机进气口和检测区温度传感器任一温度传感器发回的温度数据确定半导体制冷片各自工作的占空比，以保证检测区温度在设定工作范围内。优先地，半导体制冷片有4块，也可增加块数以保障温度的均衡。

（4）當检测区风速、温度达到设定值要求时，开启点火DC24V供电直流固态继电器对发烟柱加热气化发烟，至受检设备发出声光报警信号时关闭点火DC24V供电直流固态继电器，发烟柱停止气化发烟。

（5）记录拾音摄像机接收到受检感烟火灾探测器第一次发出的声光报警信号时的全部同步数据，包括时间、检测区温度、风速、烟气减光系数和受检设备发出声光报警视频存储至相应的受检设备信息库中。当感烟火灾探测器发出火灾报警信号时烟气浓度的已知减光系数值与感烟火灾探测器的响应阈值大于005dBm-1时，判定感烟火灾探测器失效。

（6）举升器自动下降，开启置换阀门，风机吸入新鲜空气并从检测区受检设备安装口吹出经不断稀释的烟气，直至受检设备停止发出声光报警时关闭置换阀门，举升器自动上升50mm复位，进入第二次检测过程。优选地，举升器下降位置为50mm。

（7）重复第（4）至（6）步骤，记录第二和第三次受检设备发出的声光报警信号时的全部同步数据，包括时间、检测区温度、风速、烟气减光系数和受检设备发出声光报警视频存储至相应的受检设备信息库中。

（8）手动点击举升器升降控制窗口，按住举升器下降按钮，将仪器与受检设备分离并下降至仪器安全移动高度，开始下一受检设备检测或关机。

该检测装置还包括对装置误差检测：在0～2dB/m之间的烟浓度，测量误差不大于（m×5%+002）dB/m。每次测量前，测量仪器的读数须与洁净空气中的读数（零点）相比较，测量偏差不应大于0.02dB/m。

烟箱举升器由举升架总成、电动直线推杆、烟箱上止点位置传感器和控制系统组成。打开客户端操作视窗后，按住举升器上升或下降按钮，电动直线推杆伸长或缩短，举升架将上升或下降，当仪器上止点位置传感器输入上止点位置信号时控制系统锁定上升按钮，使举升架不能继续上升。

该装置共有标准发烟器、温控标准烟气输送单元、在线检测烟箱单元和烟气吹扫单元四个功能单元组成。其中，标准发烟器能均衡产生发烟量，烟气中的烟粒子的粒径分布在0.5um～1.0um，形成规程规定升烟速率的标准烟气；恒温标准烟气输送单元用于将烟气按设定温度恒温处理或按设定升温速率输送到在线检测烟箱内；在线检测烟箱单元用于将在用的感烟火灾探测器装载其箱体内，按检测规程要求向感烟火灾探测器内送入经检测出减光系数值的已标定烟气，接收感烟火灾探测器声光报警信号，并将数据传送至手持式触摸控制屏，供检测人员分析下达检测结论，当所述感烟火灾探测器发出火灾报警信号时烟气浓度的已知减光系数值与所述感烟火灾探测器的响应阈值大于005dBm-1时，判定所述感烟火灾探测器失效；烟气吹扫单元用于置换上一检测过程中残留的烟气，为下一检测过程做准备。

烟气吹扫单元由安装在烟箱座中的控制系统、安装在风机室吸入端上输入新鲜空气的置换阀门、由测烟室和风机室内腔形成的烟气通道组成，其中烟气通道是由构成的烟箱总成内风道的风机总成、发烟筒座、测烟室、测烟室回风均布器、测烟室密封圈、测烟室进风均布器、电动风量调节阀总成、受检感烟火灾探测器组成。

3 装置使用效果

该检测装置的研发，可以达到以下效果：无需装卸使用中的感烟火灾探测器，即可对该感烟火灾探测器进行在用校验响应阈值，解决了响应阈值的使用中校验的问题，有利于保证消防安全；此外，该检测装置重量轻，体积小，携带方便，并能够通过客户端软件进行操控，检测过程方便、快速。

参考文献

[1] 一种便携式感烟火灾探测器响应阈值检测装置.专利号：ZL201410251100.1[P].

[2] 点型感烟火灾探测器 GB 4715-2005[S].

[3] 火灾自动报警系统施工及验收规范 GB50166-2007[S].