图像火焰探测器(探测器的点红外火焰探测器概述)

火灾自动报警系统是日常生活和工业安全监控系统的重要组成部分之一，是公路隧道火灾中保障安全运行、减少人员伤亡和财产损失的重要手段。根据不同的工作原理，介绍了不同类型的火灾探测器。其中，基于热释电探测器的点式红外火焰探测器具有广泛的应用和市场前景，重点分析了几种点式火焰探测器的性能、特点及应用。基于热释电探测器的点红外火焰探测器不仅可以应用于远近距离的多波段火焰探测，而且在大型空之间的火灾监控自动定位方面具有明显优势。

目前，工业生产中涉及大量易燃、易爆、危险的化工原料。火灾是一个失控的燃烧过程，极易造成人员伤亡和财产损失。因此，在生产中需要高度警惕火灾，并配备完善高效的火灾探测装置，实现对火灾隐患的实时监控。

火通常采取燃烧的形式，燃烧产生的物理参数包括热(温度)、烟(烟粒)、光(火焰)、气(气体)和声(燃烧声)。火灾探测的本质是利用传感元件接收火灾中的物理现象，并将其转化为易于处理的物理信号，通知预警设备或人类。

根据火灾探测物理量的不同，火灾探测器可分为感温火灾探测探测器、感烟火灾探测器、气体火灾探测器、光敏火灾探测器和声音探测器五种类型。根据这些火灾参数的检测结合具体的检测实现技术，现有的火灾探测器类型可以具体分类如图1所示。

图1:火灾探测器的类型

传统的烟雾、温度和光火焰探测器分别利用火焰的烟雾和温度特性来识别火焰。由于其制造工艺简单，价格低廉，在酒店、火车、住宅楼等场所得到了很好的应用。但这些检测方法大多采用检测浓度法，没有检测火焰本身的特性，因此响应时间长，检测范围窄，对周围环境要求高，抗干扰能力差，无法预测某些情况。

随着机器视觉技术的不断发展，采用人工神经网络和图像识别方法的火焰检测技术取得了一定的进展，具有较高的抗干扰能力和检测精度。然而，早期火灾图像检测的基础理论研究还不够充分，其算法复杂，成本高，需要大量的训练样本。

工业上常用的火灾探测装置是光敏(火焰)探测器，即点火焰探测。点火焰探测器具有对响应快、探测距离远、防护面积大的优点，对碳氢化合物燃烧形成的火焰特别敏感，因此更适用于易燃易爆行业和化工、公路隧道、弹药仓库、油漆厂、石化企业、制药企业、电厂、物流仓库等民用场所。

图2是火焰光谱示意图。不同物质发出的红光和紫外光谱不同，但从图中可以清楚地看到，火焰辐射曲线有三个凸起部分，其中一个在紫外区低于0.28um，另外两个分别在红外区4.3um和2.7um左右。在这三个波段中，地表的太阳辐射曲线正好位于槽位。其中，4.3um附近的火焰辐射峰值是燃烧产物CO2受热后发出的共振辐射发光光谱，其辐射强度绝对大于其他光谱。这一特性是火焰独有的，火焰的红外探测通常使用这一波段。

图2:火焰吸收光谱

根据现行的消防标准和探测器的原理差异，火焰探测器通常分为两类。

第一种是光敏火焰探测器(点型)，旨在探测火焰辐射光谱中的红光和紫外光。根据探测器的特点，可分为扩散和预混合。

第二类是基于模式识别技术的图像火焰检测器，旨在识别火焰发生时的颜色、亮度、闪烁、边缘变化等视觉特征。根据火焰燃烧的光谱特性，目前使用的光敏火焰探测器可分为三种类型。

红外火焰探测器是以热释电红外传感器为核心传感器，基于传感器的热释电效应的传感器的火焰探测技术。红外热释电传感器作为传感元件，接收火焰燃烧辐射的红外信息，并将其转换为电压信号。

通常情况下，CO2共振点火焰探测器不仅通过红外滤光片选择性地接收火灾特有的红外辐射，而且选择火焰的燃烧波动频率作为判据，提高了探测的可靠性。

大部分火焰都市都会产生红外辐射，燃烧产物会释放出大量的红外波，因此红外探测器可以快速准确地识别。燃烧产物中的热CO2气体具有大约4.3um的峰值辐射带，火焰检测器主要响应该峰值辐射。这是传统的单波段红外火焰探测器。同时，一些家用电器，如烤箱、取暖器等。，还会产生红外辐射，这与火焰的红外光谱重叠。因此，在设计这种探测器时，有必要消除上述干扰因素。

在早期，这种仪器不能遮挡阳光，所以只能在室内使用。新的探测器装置有多个红外传感器，检测不同频率的辐射源，综合分析数据，比较信号数据，消除目标外的干扰源。目前单波段传感器已经完全消除了太阳辐射，性能更加稳定。

双波段红外火焰探测器结合了两种不同波长的红外辐射，即火焰探测波段和背景参考波段。考虑到参考背景中的干扰辐射，可以根据实际情况使用。但是，双波段红外火灾探测器的两个波段的滤光片没有单波段的滤光片窄、精度高，加工精度也没有单波段的高，所以相对成本会更低。

考虑到干扰因素的增加，为了保证更高的检测精度，在火焰检测技术中选择了三个或三个以上的多波段传感器，每个传感器检测不同红外辐射的特定波长，从而可以更可靠地将真实的火焰信息与各种热体的其他红外辐射干扰区分开。然而，很难分析和处理每个传感器的输出信号。同时，由多个探测器组成的电路的时间延迟会增加，这也会增加探测器的响应时间。

点式多波段红外火焰探测技术是目前火灾预警的最佳方案之一。该技术可以检测火焰发出的特征红外线对火灾进行预警，比传统的烟雾或感温火灾检测技术速度更快，尤其是在开空房间，预警时间可超过80%。

现已广泛应用于各种储油设施、大型仓库等场所，成为石油、化工、造纸、冶炼、核电站等高风险地区的标准配置。同时在高端住宅、商业、一般行业逐步普及，为人们的生命财产提供更多保障。