点型火焰探测器的选型和应用研究

摘要：点型火焰探测器通过感光原理对火灾火源进行探测，能够对火焰光谱中红外与紫外光谱做出及时响应。根据工作原理不同火焰探测性性能、型号也有很大差异。不同类型的探测器敏感度、探测范围不同，应用场合也有所不同。因此，本文针对点型火焰探测器性能、选型、应用等进行分析，以提高仪器的适配性和运行效率。

关键词：点型火焰探测器；紫外火焰探测器；红外火焰探测器

当前，工业生产中会涉及大量可燃、易爆、危害性较高的化工原料，因此在生产当中需要对火灾保持高度警惕，并配备完善、高效的火灾探测装置，实现对明火隐患的实时监测。应用点型火焰探测器具有远距离、响应快等特点，是工业企业普遍采用的火灾探测装置，尤其对于碳氢化合物燃烧所从成的火焰更为敏感，因此在化工生产车间、库房、石油勘探、炼油厂等更为适用。

一、点型火焰探测器特性

火焰探测器能够利用传感器作用识别火焰当中的电磁辐射，对其中的红外和红外波就行识别，从而实现对火灾信息的探测和判断。从探测器特征进行分化，可以将其分为扩散和预混合两类。扩散性火焰能够在燃烧前将氧化物、燃料等进行分离，这一燃烧过程多不充分，因此火焰颜色为黄色，而且有大量烟雾灰尘形成。生活中的火灾监控多为扩散型，这种火焰的主要特点表现为辐射能量始终在若干能量值中波动，具有典型的闪烁效应，其频度会受外界风速影响，基本保持0.5-15Hz之间。根据这一特点设计的火灾探测器能够根据其闪烁频度判断火焰属性以及内部是否有辐射源。与混合型则体现为氧化物燃料能够在燃烧之间充分混合，只有在实验中才能获得燃速均衡的混合型火焰。

一般情况下，火焰探测器内部的光学传感器能够根据其波段感应，判断特定波段内是否存在电磁辐射。传感器信号经过记录分析，能够做出最后判断，主要应用方法有：分析闪烁频率、对比阈值数据、多信号数值对比、结合光谱数据进行对比。

二、点火型火焰探测器选型与应用

（一）单波段紫外火焰探测器

紫外火焰探测器运行原理基本相同，传感器为盖革-弥勒管，其中包含氣囊内部两个封装电极。紫外辐射波段长、能效高，击中阴极之后，会有电子对外释放，并在两级电压驱动下乡阳极高速移动。这一过程中囊内气体和电子产生碰撞，以释放更多电子加速碰撞强度，进而导致雪崩放电，以此形成大电流信号，进入大电路中。但是该信号仅为脉冲电流，放大电路所输出的信号也是脉冲型，其频率与接收辐射频率有直接关系。

（二）单波段红外火焰探测器

多数火焰都会产生红外辐射。燃烧物能够释放大量红外波，因此红外探测器能够对其进行快速准确的识别。同时一些家用电器如烤箱、暖炉等也能够产生红外辐射，并与火焰红外光谱相重叠。因此在此类探测器设计中，需要对上述干扰因素进行排除。早期此类仪器不能屏蔽太阳光，因此仅能在室内使用。新型探测器装置有多个红外传感器，对不同频率的辐射源进行探测，并将数据进行综合分析，针对信号数据进行对比，以排除目标之外的干扰源。现阶段，单一波段传感器已经实现了对太阳辐射的完全排除，性能更加稳定。

（三）双波段探测器

为了提高火灾报警精准度，已有研究者着手开发双波段探测器，丰富了火焰探测器功能类型。以紫外/红外、红外/红外两种较为多见。紫外/红外探测器多数搭载窄波段红外传感器和高信噪比、抵御外部干扰能力较强的紫外传感器构成。紫外传感器具有灵敏的火灾探测性能，对于雷电、太阳辐射、电弧火花等瞬间辐射形成快速响应。为减少紫外信号干扰，在探测器的电路逻辑中引入窗口技术。通过对超强阈值信号的记录消除短时间内产生的非火焰紫外大功率辐射。

红外/红外双波段探测器能够针对烃类气体燃烧时的火焰光谱进行分析，其中会有温度较高的CO2气体，在4.3μm附近形成峰值辐射，探测器对这一峰值非常敏感，能够对其做出响应。将其周围的（3.8μm-4.1μm）辐射值作为对照参考目标。通过上述双波段信息分析完成探测器信号处理，以区分干扰源和火焰信号。一是判断其闪烁性，二是针对单波段信号阈值强度进行分析，三是探测器之间的信号强度对比。如果探测距离较大，就会出现辐射衰减，传感器在火焰强度与内部噪声之间的判断能力会减弱，有可能对火焰信号检测失灵，这就需要增加电路逻辑分析，以保证识别精准度。

（四）三波段红外火焰探测器

三波段红外火焰探测器性能更加完善，由三个窄波段红外传感器构成，不同传感去其覆盖波段也有多不同。除具备普通红外传感器性能外，三波段探测器还能够将CO2峰值辐射两侧选择特定点，分别判断辐射源以及背景辐射，并对其进行监测。所有红外辐射波都能够在三个波段内形成各自唯一光谱，通过对辐射强度值进行分析，及能够判断火焰和其他辐射源，从而有效消除了辐射衰减过程中信号混淆的难题。即使辐射由于空气作用形成衰减，但是其数学关系并不会受到影响，利用数字计算对辐射信号作分析，可以实现火焰衰减信号的灵敏检索，从而使探测距离有所增加，灵敏度更强，较之一般探测器性能高出四倍。

三、结语

随着传感器性能的不但提升和信号分析技术的完善，火焰探测器性能较之以往已有很大进步。从单多段到多波段火焰探测器，其探测能力、灵敏度、精准性不断提高，为消防设计、火灾防范、安全保障提供了更可靠的技术支持，同时也有利于营造了更和谐、安定的生产生活环境。

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作者简介：王富成（1986-），男，汉族，安徽明光人，本科，研究方向：消防电子。