2.4火灾探测器(火焰探测器)

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1、2.4火焰探测器12.4火焰探测器火焰探测器是探测火灾燃烧火焰的探测器、它继感温、感烟探测器后，较晚出现的一种火灾探测器。火焰探测器由于感应火焰辐射电磁波，因此具有响应速度快，探测范围广等优点。由于太阳光和环境光的影响，火焰探测器实际应用的光谱只有紫外区和几个较窄的红外谱带。火焰探测器除要求对火焰有很高的灵敏度外，还必须要求能够鉴别和减少非火灾背景光的影响，背景光包括太阳辐射和人为的辐射，如热源、萤光灯、白炽灯、电弧焊等。在六十年代研制出一种宽带红外火焰探测器，该种探测器对火焰的响应，仅通过分辨火焰的闪烁频率和一个规定的延

2、迟时间确定。目前类似这种形式的探测器仍在使用，但其应用场所通常限于非常特殊的封闭地面上，在该地面存在的自然光线是很有限的。六十年代末出现的紫外火焰探测器主要用于火工品的监视，到七十年代初期，随着紫外光敏管质量的改进和电子学的进步，紫外火焰探测器能够应用于室外环境，成为真正意义上的火灾探测器。随后由于航空航天及军事目的的需要，研制成新的窄带滤波器，从而出现了新一代红外火焰探测器，并很快在军事上得到应用。与此同时，在紫外传感器技术及复合传感技术方面也取得进展，从而出现一些灵敏度有改进、选择性更适用的紫外火焰探测器，以及可靠性、

3、适用性更强的紫外红外复合式火焰探测器。二十世纪八十年代兴起的固态图像传感器给火焰探测器研制注入了新的活力，图像感焰探测器利用火灾的红外特征、火焰的图像特征等信息，实现火灾探测。相对于传统的火焰探测器，图像感焰探测器扩大了探测器的感焰面积，给探测器提供了更多的火灾信息，继而提高了火灾探测的可靠度及灵敏度。目前双波段图像感焰火灾探测器已研制成功并得到应用。第一节火焰光谱自然界及宇宙中存在大量的电磁波，电磁波是一种横波，其波谱图如图4-1所示。图4-1电磁波波谱图物质燃烧产生大量能量，这些能量以电磁波的形式向周围辐射，燃烧产生的

4、电磁波主要有以热辐射为主的红外波段和以光辐射为主的可见光波段，此外还有少量的紫外波段等电磁波。各种不同材料的碳氢化合物燃烧产生的火焰辐射光谱各不相同，如图4-2所示，图中纵坐标表示能量的相对值。火焰光谱从紫外、可见光到红外波段都有能量辐射，不过红外波段辐射能量比紫外波段强得多，这就是火焰灼热和发红的缘故。在火焰红外波段内的4.35μm附近能够观察到峰值，这是被称为CO2共鸣的CO2原子团的发光光谱,为火焰所特有,且比其它光谱具有大得多的强度。另一方面太阳光经过大气层时，由于太阳光中4.35μm附近的能量被大气层中的CO2所

5、吸收而衰减的很小，因此4.35μm附近是用于红外火焰探测的重要波段。能对火焰光信号的变化作出有效反应，并将光信号转变为电信号的器件称为光敏传感器。利2《火灾探测与控制工程》本科讲义用光敏材料的光电效应制成的光敏器件称光电效应传感器，利用辐射红外光（热）照射材料引起材料的电学性质发生变化或产生热电动势的器件称红外热释电传感器，利用CCD光电转换和电荷转移功能制成的CCD图象传感器，或用光敏二极管与MOS晶体管变成电荷或电流信号的MOS图象传感器等，目前都用来作为探测火灾火焰的光敏器件，并制成相应的火灾探测器。量量量能能能对对

6、对相相相射射射辐辐辐波长/μm波长/μm(a)乙醇(b)木材10量量能8能对对相6相射射辐4辐0波长/μm波长/μm(c)蜡烛(d)甲烷图4-2各种不同材料的火焰光谱能量分布第二节光电效应传感器火焰探测器是感应火灾燃烧的火焰发出的电磁辐射，通过将火焰辐射能量转化为电流或电压信号，来达到火灾探测的目的。为避免可见光的干扰，火焰探测器主要响应火焰中的紫外波段和红外波段。根据火焰探测器响应波长的不同，将响应波长低于400nm辐射能通量的火焰探测器称作紫外火焰探测器，响应波长高于700nm辐射能通量的火焰探测器称作红外火焰探测器。

7、紫外火焰探测器的工作原理基于外光电效应，红外火焰探测器的工作原理基于内光电效应。一、外光电效应（一）外光电效应原理在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子，基于外光电效应的光电器件称为紫外光敏管，主要有光电管、光电倍增管等。光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能量E可由下式确定E=hv(4-1)-34式中，h为普朗克常数，6.626×10J·s；v为光的频率，Hz。物体中的电子吸收了入射光子的能量，当足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。如果一个电子要

8、想逸出，光子能量hv必须超过逸出功A0，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。根据爱因斯坦光电效应方程有：2.4火焰探测器312hv=mu+A(4-2)002-31式中，A0为金属的逸出功，J；m为电子质量，9.1×10kg；u0为电子逸出速度，m/s。由式4-2可知：（1）电子能否产生逸出，取决于光子的