火灾探测器性能分析

摘 要：通过了解现有火灾探测器，分析火灾探测器的性能，找出其中存在的不足：如误报漏报频繁、智能化低，安装布线复杂等，探讨最理想的火灾探测器的发展趋势，以便在火灾的早期阶段，准确地探测到火情并迅速报警，对人员疏散、控制火势蔓延、快速灭火、降低火灾风险产生重要的意义。
关键词：火灾探测器 性能 发展趋势
火灾作为现代危害人类生存安全的重大危险因素，越来越受到人们的重视。为了减少火灾危害，就必须在火灾发生早期甚至极早期发现并扑灭，由此产生对火灾自动探测的需求。火灾探测器就是为了满足这一需求而研制出来的，它是一种对火灾参数（如：烟、温、光、火焰辐射、气体）进行分析判断，并自动发出报警信号的消防工具。随着科学技术的不断发展，火灾探测器的类型越来越多，其性能也层次不齐，本文就各类型的火灾探测器性能进行分析探讨，并展望火灾探测器的发展趋势。
一、火灾探测器的现状
火灾探测技术就是通过对燃烧过程中产生的气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）等物理做出响应，来判断是否存在火情的，并发出报警[1]。火灾是包括流动、传热传质和化学反应及其相互作用的燃烧过程。燃烧会产生气体、烟雾、火焰、大量的热量等等火灾参量。针对不同的火灾参量和响应方法，分为若干种类不同类型的火灾探测器。下面就常见的火灾探测器进行探讨。
按结构造型分类可分成点型和线型两大类。点型探测器是一种响应某一点周围的火灾参数的火灾探测器，大多数火灾探测器属于点型火灾探测器。线型火灾探测器是一种响应某一连续线路周围的火灾参数的火灾探测器，其连续线路可以是“硬”的，也可以是“软”的。如线型定温火灾探测器，是由主导体、热敏绝缘包覆层和合金导体一起构成的“硬”连续线路。又如红外光束线型感烟火灾探测器，是由发射器和接受器二者中间的红外光束构成“软”的连续线路。
火灾探测器按照探测火灾参数的不同可分为感温、感烟、感光、可燃气体和复合式等几大类。
感烟火灾探测器是一种响应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器，是使用量最大的一种火灾探测器。因为它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，因此，有的国家称感烟火灾探测器为“早期发现”探测器。常见的感烟火灾探测器有离子型、光电型、吸气型等几种。
定温火灾探测器是在规定时间内火灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的火灾探测器。差温火灾探测器是在规定时间内，灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。差定温式探测器结合了定温和差温两种作用原理并将两种探测器结构组合在一起，一般多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型组合式探测器。吸气式感烟探测器一改传统感烟探测器等待烟雾飘散到探测器被动进行探测的方式，而是采用新的理念，即主动对空气进行采样探测，当保护区内的空气样品被吸气式感烟探测器内部的吸气泵吸入采样管道，送到探测器进行分析，如果发现烟雾颗粒，即发出报警。
感光火灾探测器又称为火焰探测器，它是一种能对物质燃烧火焰的光谱特性、光照强度和火焰的闪烁频率敏感响应的火灾探测器。常用的感光探测器是红外火焰型和紫外火焰型两种。
可燃气体火灾探测器是一种能对空气中可燃气体含量进行检测并发出报警信号的火灾探测器。它通过测量空气中可燃气体爆炸下限以内的含量，以便当空气中可燃气体含量达到或超过报警设定值时，自动发出报警信号，提醒人们及早采取安全措施，避免事故发生。可燃气体探测器除具有预报火灾、防火防爆功能外，还可以起监测环境污染的作用。常用的可燃气体探测器是催化型可燃气体探测器和半导体型可燃气体探测器两种类型。
图像型火灾报警器通过摄像机拍摄的图像与主机内部的燃烧模型的比较来探测火灾，主要由摄像机和主机组成，可分为双波段和普通摄像型两种——双波段火灾图像报警系统是将普通彩色摄像机与红外线摄像机结合在一起。
复合式火灾探测器指响应两种以上火灾参数的火灾探测器，主要有感温感烟火灾探测器、感光感烟火灾探测器、感光感温火灾探测器等。
探测泄漏电流大小的漏电流感应型火灾探测器；探测静电电位高低的静电感应型火灾探测器；还有在一些特殊场合使用的，要求探测极其灵敏、动作极为迅速，以至要求探测爆炸声产生的某些参数的变化（如压力的变化）信号，来抑制消灭爆炸事故发生的微差压型火灾探测器；以及利用超声原理探测火灾的超声波火灾探测器等等。
火灾探测器按探测到火灾后的动作可分为延时型和非延时型两种。火灾探测器按安装方式可分为外露型和埋入型两种。按使用环境分类可分为陆用型、船用型、耐寒型、耐酸型、耐碱型和防爆型。
火灾探测器的性能分析
火灾探测器作为火灾监控系统中的火灾现象探测装置，其本身长期处于检测状态，火灾探测器的灵敏度、稳定性、准确性、维修性和长期工作的可靠性是衡量火灾探测器产品好坏的主要技术指标。
灵敏度是指探测器对火灾的探测灵敏程度，报警时间长短；可靠性是指在适当的环境条件下，火灾探测器长期不间断运行期间随时能够执行其预定功能的能力；稳定性是指一个预定周期时间内，以不变的灵敏度重复探测火灾的能力。准确性是指火灾探测器运行期间探测火灾的准确程度或者误报率。维修性是指对可以维修的火灾探测器产品进行修复的难易程度或性质。

结合火灾探测器的性能指标，对以上常见的火灾探测器性能进行定性或定量的评价分析：
探测器的性能技术指标大致可以归纳为火灾探测器的可靠性和有效性。
探测器的可靠性可以从一些火灾事件、干扰因素及反应状态进行评价吗，其可靠性的方法就是利用随机过程理论为火灾探测系统的随机状态建立适当的数学模型，得到最根本目的即通过火灾监控提供信息将灾害对于人员及财产损失降低到最小程度。
探测器对建筑物的安全有效性主要从探测器的适应性、探测能力、报警效用去度量。探测器的适应性可有燃烧的种类和适用的环境决定；探测器的探测能力通过探测响应时间与逃生时间进行分析；探测器的报警效用主要性报警器的抗干扰能力进行分析。
火灾探测器最终的性能评价可用数学公式表示：探测器性能=适应性×探测能力×报警效用。最优的火灾探测器性能就是这三个参量的乘积达到最大化，这样就可以把与三个参量有关的损失和费用结合，建立数学模型。
各种探测器性能分析

火灾探测器的发展趋势
以火灾自动报警技术为核心的建筑消防系统，是减小火灾损失的重要手段。近年来，我国火灾自动探测技术得到了较快发展。但由于理论和实际应用之间的差距，火灾自动报警技术水平与国外相比还是有一定的差距，现有的火灾探测器在产品设计、安装、准确度上还存在着诸多不足之处：
（1）探测器设计上还不成熟。我国现有的火灾探测器虽然都进行了人工智能化设计，但由于传感器探测的参数较少、支持系统的软件开发不成熟、各种算法的准确性缺乏足够验证、火灾现场参数数据库不健全等，火灾自动报警系统难以准确判定粒子（烟气）的浓度、现场温度、光波的强度以及可燃气体的浓度、电磁辐射等指标，造成迟报、误报、漏报情况较多。
（2）火灾自动报警系统误报、漏报问题较多。由于火灾探测器的安装环境极其复杂，由于外界的相似信号的影响，无法准确地判断出干扰信号与物质在燃烧过程中的燃烧参数之间的细微差别以及火灾发生过程中所产生的不同粒径和颜色的烟存在探测“盲区”，致使误报、漏报问题较多。
（3）探测器接线方式还需改进。火灾自动报警系统主要以二总线制或三总线制连接方式为主，探测器和报警器及控制器之间是采用总线连接，可通过模块联动或硬线联动消防设备，系统抗干扰能力强，误报率低，总功耗小，但是存在耗材多、成本高、线路复杂等缺点。
针对上述问题，火灾探测技术应进一步发展与国际接轨，加快技术研发，改进系统能力，使火灾自动报警应用技术向着高可靠、低误报和网络化、智能化方向发展：
（一）人工智能化探测
在集中智能系统优势基础上，它将火灾探测信息的基本处理、环境补偿、探头污染监测和故障判断等功能由计算机处理。通过传感器将环境温度、湿度、灰尘、光波等数据传输给计算处理，对各项环境数据进行对比判断并结合探测器的响应，从而准确地预报和探测火灾，避免误报和漏报现象[2]。
（二）无线传感网络连接
通过技术处理设计出一种基于无线传感网络的新型智能火灾报警系统，该系统组网灵活，系统数据通信稳定、探测精度高，可靠性强具备早期预警和灾害现场提取数据的功能[3]。同时也减少了线路的铺设，节约成本，便于维修管理。
（三）超早期预警
超早期火灾探测器技术将火灾探测报警分成火灾探测报警和火灾预报两个阶段，超早期火灾报警技术可以进一步缩短火灾探测报警时间，降低误报率，这也一直是研究的重点领域。该技术提高了灵敏度，在火灾早期阶段生成物较少或者在火灾过程中尚未形成火灾时的生成物的时候即可探测报警实现超早期火灾探测报警[4]。
结语
通过分析现有的火灾探测器，并对其进行性能分析，发现现今探测技术和国外相比还有一定的差距，探测器在一些指标上依然存在一些不足之处，但是相信在未来的不久，随着科学技术的不断发展火灾探测技术能够实现灵敏度高、稳定性好、准确性高、维修简单和长期工作的可靠等探测要求。
[参考文献]
[1]郭键,王汝琳,李明.火灾探测技术的现状及发展方向[J].辽宁工程技术大学学报,2004,4.
[2]马俊林.火灾自动报警系统的研究与应用[J].重庆大学工程硕士学位论文,2007,4.
[3]马鑫,黄全义,疏学明,赵全来.新型无线火灾报警系统的设计与应用[J].消防设备研究,2010,9
[4]潘刚.火灾探测报警技术发展趋势[J].消防科学与技术,2002, 21(1):29-30,38.
（作者单位：孝感市公安消防支队安陆大队）