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燃燒器火焰探測器(電眼)的工作原理

2004-05-21 09:57:00
        火焰探測器:物質燃燒時,在產生煙霧和放出熱量的同時,也產生可見或不可見的光輻射?;鹧嫣綔y器又稱感光式火災探測器,它是用于響應火災的光特性。即擴散火焰燃燒的光照強度和火焰的閃爍頻率的一種火災探測器。根據火焰的光特性,目前使用的火焰探測器有兩種:一種是對波長較短的光輻射敏感的紫外探測器,另一種是對波長較長的光輻射敏感的紅外探測器。


        紫外火焰探測器是敏感高強度火焰發射紫外光譜的一種探測器,它使用一種固態物質作為敏感元件,如碳化硅或硝酸鋁,也可使用一種充氣管作為敏感元件。

        紅外光探測器基本上包括一個過濾裝置和透鏡系統,用來篩除不需要的波長,而將收進來的光能聚集在對紅外光敏感的光電管或光敏電阻上。

        火焰探測器宜安裝在有瞬間產生爆炸的場所。如石油、炸藥等化工制造的生產存放場所等。

 

火焰探測的基本原理
        火焰的輻射是具有離散光譜的氣體輻射和伴有連續光譜的固體輻射,其波長在0.1-10μm或更寬的范圍,為了避免其他信號的干擾,常利用波長<300nm的紫外線,或者火焰中特有的波長在4.4μm附近的CO2輻射光譜作為探測信號。紫外線傳感器只對185~260nm狹窄范圍內的紫外線進行響應,而對其它頻譜范圍的光線不敏感,利用它可以對火焰中的紫外線進行檢測。到達大氣層下地面的太陽光和非透紫材料作為玻殼的電光源發出的光波長均大于300nm,故火焰探測的220m-280nm中紫外波段屬太陽光譜盲區(日盲區)。紫外火焰探測技術,使系統避開了最強大的自然光源一太陽造成的復雜背景,使得在系統中信息處理的負擔大為減輕。所以可靠性較高,加之它是光子檢測手段,因而信噪比高,具有極微弱信號檢測能力,除此之外,它還具有反應時間極快的特點。與紅外探測器相比,紫外探測器更為可靠,且具有高靈敏度、高輸出、高響應速度和應用線路簡單等特點。因而充氣紫外光電管正日益廣泛地應用于燃燒監控、火災自報警、放電檢測、紫外線檢測、及紫外線光電控制裝置中。
        但對于傳統的紫外光電管器件,由于結構設計和制備工藝的限制,其噪聲和靈敏度是一個互相矛盾的參數。一般而言,需將靈敏度控制在一個合適的水平,過高的靈敏度對器件的低噪聲指標是十分困難的,因為靈敏度和噪聲信號都是由光敏管發出,傳統的檢測器會將兩種信號同時放大。所以其靈敏度比較差,檢測距離小,不能抗雷電的干擾,存在一定的誤報率。因而需要基于現有或新發展的探測原理方法,與其它學科技術交叉,通過改進信號采集和處理等方法來改善系統性能。 
火焰探測報警器技術的現狀
        國標中對于點型紫外火焰探測器的響應規定30s均可接受,但由于科技的進步,市場上的火焰探測報警產品的響應時間性均能滿足這個時間范圍,但對于實際應用和安防要求而言這是必須的,而且對指標和性能要求越來越高。國內的大部分報警系統響應時間在S級,國外頂級公司日本濱松、美國MSA等其響應速度最快可達到ms級,可查閱的國外頂級的火焰檢測器探測距離為500米,不能用在更遠距離火焰探測中。市場上的火焰檢測器主要有感煙傳感器、紅外傳感器和紫外光敏管,即使是采用多信息融合技術的火焰探測系統,其檢測的信息來源也主要是這三個方面。傳統的火焰探測傳感器存在以下不足: 
        a. 煙霧傳感器,這是一種火焰間接檢測器,當火焰產生后煙霧也隨著產生。當煙霧達到一定的濃度時發出報警信號。用這種方式檢測火焰有很大的弊病,有很多物質燃燒時不產生煙霧(如天然氣、乙醇、甲醇等),并且檢測距離較短,傳感器必須在煙霧最濃的位置,可見當火焰發生到煙霧濃密,然后報警,在有的場合可能為時太晚。 
        b. 熱釋放紅外火焰檢測器,直接檢測火焰中波長為4.35±0.15μm的紅外光譜,檢測目標比較明確,它由熱釋放探頭和放大器組成,不足之處是:這種類型的傳感器具有壓電性,對聲音電磁波以及震動都十分敏感,所以使用的地方受到一定的限制,它的檢測距離小于80m。 
        c. 常規的紫外火焰檢測器,直接檢測火焰中180-260nm的紫外光譜,檢測的目標也十分明確,響應速度也比較快。它由紫外光敏探頭和放大器組成,不足之處是:靈敏度差,檢測距離小于15m,不能抗雷電的干擾,存在一定的誤報率,因此只能用在距離較短的封閉環境,如加熱爐、工業鍋爐等地方。 
        針對不同類型火焰探測器的特點限制,怎么融入火災探測報警需要的實時性和準確性,火焰探測的高速響應、遠距離探測(針對不同場所而言)、準確無誤報等特性就成為火焰探測技術必須解決的難題。鑒于紫外火焰探測自身的優點和探測系統的易實現性、和探測距離的擴展性,所以對紫外光敏管加入智能火焰探測模塊,通過采用放大電路、信號處理和數字濾波技術,改善了市場上現有火災報警系統存在的不足,這也是我們研究ZJM-6火焰檢測器的初衷。

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