一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法与流程

本发明涉及应急消防，具体涉及一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法。

背景技术：

1、吸气式感烟探测技术目前已经被普遍的使用，主要应用了两种技术：光散射法和云雾室法。光散射法基于烟雾或者灰尘的颗粒会对激光或其它光束产生散射作用，通过光电管接收散射光，识别烟雾或者粉尘的浓度。云雾室法是指经过云雾室作用使所有粒子都被一个小水滴所包裹，被云雾室放大的颗粒通过光电粒子计数器以后，计数器根据其密度计算出粒子的浓度。目前这些技术应用中主要存在以下问题：

2、系统很难区分实际吸入的粉尘气溶胶的颗粒分布。也就无法区分出不同粒径范围的颗粒的分布比例；

3、因为探测腔采用的是单一的光电管方法，因此当探测去连接多条管道时，不能区分报警管路。

4、近年来，热解粒子探测器成为新的热点，现有采用吸气的方式进行热解粒子的分析和报警，如专利cn113554843a热解粒子火灾探测方法及探测器。然而这些专利无一例外的都在采用pm1.0、pm2.5、pm10和/或voc等传感器，获得数据后进行分析处理。pm1.0、pm2.5、pm10检测是针对1.0、2.5和10微米直径以下的粉尘颗粒浓度进行检测。这些传感器实际上主要是针对特定粒径以下的颗粒物进行浓度计算，还是难以真正识别出颗粒粒径的分布，并不能做到准确探测报警，误报警会很多。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前存在的上述问题，提供了一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法，完全摒弃以往采用单一光电管传感器或者pm探测器等不能识别粉尘气溶胶颗粒分布的方法，采用单光或双光散射成像的方法，吸入气道空气所含有的颗粒物可以在激光的照射下会产生散射光，而在垂直方向通过高清摄像机形成图像，这就是典型的二维化数据，通过对图像的分析，即可以将粒径分布统计出来，也可以计算全部颗粒物的浓度指标。详细的粒径分析，可以保证从热解粒子到烟雾粒子全过程的检测报警。另外该技术的成像方式可以同时针对多个气道同时进行成像，而每一个气道对应外部一个吸气管，一旦报警，可以清晰的指示出报警的管路。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，包括激光成像探测主机和独立采样管路，所述激光成像探测主机为十二气道激光散射成像探测模组，十二气道激光散射成像探测模组包括激光成像探测腔，激光成像探测腔内设置有成像气道模组、激光管、高清低照度摄像机、传感器和主处理板，对多气道的颗粒成像、颗粒物粒径计算、浓度计算和其他物理参数感知；激光成像探测主机通过独立采样管路连接被保护的电气机柜或设施。

4、进一步的，所述十二气道激光散射成像探测模组还包括激光成像气道，激光成像气道设置在成像气道模组上，激光成像气道呈扇形设置，激光成像气道的端头设置激光管，激光管由主处理板控制开启关闭；激光成像气道的上表面和激光发射端设置有透激光的透明视窗，且激光的光轴线与气流方向相同，光轴线的垂直方向设置有高清低照度摄像机，高清低照度摄像机的视场角为激光成像气道的排列方向，且透明视窗位于高清低照度摄像机的视场垂直方向。

5、进一步的，所述激光成像气道上还设置有吸气接口，吸气接口通过内部连接气路连接有气路航空插头，再通过气路航空插头连接独立采样管路。

6、进一步的，所述激光成像气道的出气侧末端设置有传感器，传感器包括气流传感器、co传感器、h2传感器、voc传感器和温度传感器中的一种或多种。

7、进一步的，所述激光成像探测主机设置在吸气模组上；吸气模组与成像气道模组连接汇聚到吸气舱，吸气舱连接吸气泵完成抽吸。

8、进一步的，所述高清低照度摄像机为不低于二百万像素的摄像机；高清低照度摄像机通过数据排线连接主处理板；主处理板通过网络接口连接接口与电源板；且主处理板还连接有显示面板。

9、进一步的，所述吸气泵为pwm变速控制电机，吸气泵由主处理板控制。

10、本发明还包括一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测方法，包括以下步骤：

11、将一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统通电后进行初始化动作，完成内部电路、传感器、摄像机、输入输出部件的状态检测，检测后开启系统运行；

12、控制吸气泵动作，并调节以达到适宜的流速流量，并控制激光管按频率进行开启关闭；

13、在激光管开启时间段内，系统控制摄像机获取激光散射成像图像，每一个激光开启周期内采集图像帧数不少于三帧；

14、进行图像分析，获取气道气流中颗粒的粒径大小和分布数据；

15、同时，对系统安装的各种传感器进行数据采样，对各种传感器的数据进行预处理；

16、综合粒径数据计算浓度指标，并结合各种传感器数据进行综合判断分析；

17、判断是否达到极早期火灾预警特征阈值，如是，则控制接口与电源板相应的报警器件动作，输出报警信号或者通过网络输出详细报警信息，并通过显示屏进行各种信息显示或操作控制及设定。

18、进一步的，所述图像分析的具体步骤如下：

19、取出一帧图像，先进行图像的分级拉伸；

20、针对拉伸后的图像，采用图像滤波、二值化处理、二值形态滤波、边缘检测过程处理，最后完成颗粒粒径统计分析，并计算颗粒浓度指标；

21、针对获得的三帧或更多帧图像分别计算，并将所获得的数据进行加权平均处理，得到一个当前周期的参数。

22、进一步的，所述判断是否达到极早期火灾预警特征阈值为数据融合参数大于等于阈值，且颗粒物浓度、粒径在规定的范围内，部分重要传感器的数值大于等于阈值范围。

23、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

24、1、一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法，通过采用多气道激光散射二维成像的方法，可以更为准确的计算通过气流中粉尘粒子的颗粒粒径分布和浓度，从而针对火灾极早期的热解粒子、早期的烟气和初期的烟雾实施全过程监测报警；

25、2、一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法，探测系统的一个激光成像探测腔可以同时针对不少于十二个气道进行实时监测，检测内容包括颗粒物的粒径分布、浓度和一系列配套的气体传感器参数，每一个气道独立获取参数、独立计算、独立报警，这样系统可以准确标识发生报警的机柜或者区域位置；

26、3、一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法，将大大提高探测系统的适应性，每一个气道既可以连接多吸气孔的气管，也可以连接单一吸气孔的气管，既能识别热解粒子，也能识别几百纳米的烟气。其中通过气流的压力流速检测，系统自动调节气泵的转速，以获得稳定的气流。

技术特征：

1.一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，包括激光成像探测主机和独立采样管路(14)，所述激光成像探测主机为十二气道激光散射成像探测模组，十二气道激光散射成像探测模组包括激光成像探测腔(3)，激光成像探测腔(3)内设置有成像气道模组(2)、激光管(1)、高清低照度摄像机(5)、传感器(10)和主处理板(6)，对多气道的颗粒成像、颗粒物粒径计算、浓度计算和物理参数感知；激光成像探测主机通过独立采样管路(14)连接被保护的电气机柜或设施(16)。

2.根据权利要求1所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，所述十二气道激光散射成像探测模组还包括激光成像气道(17)，激光成像气道(17)设置在成像气道模组(2)上，激光成像气道(17)呈扇形设置，激光成像气道(17)的端头设置激光管(1)，激光管(1)由主处理板(6)控制开启关闭；激光成像气道(17)的上表面和激光发射端设置有透激光的透明视窗(19)，且激光的光轴线与气流方向相同，光轴线的垂直方向设置有高清低照度摄像机(5)，高清低照度摄像机(5)的视场角为激光成像气道(17)的排列方向，且透明视窗(19)位于高清低照度摄像机(5)的视场垂直方向。

3.根据权利要求2所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，所述激光成像气道(17)上还设置有吸气接口(18)，吸气接口(18)通过内部连接气路(12)连接有气路航空插头(13)，再通过气路航空插头(13)连接独立采样管路(14)。

4.根据权利要求2或3所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，所述激光成像气道(17)的出气侧末端设置有传感器(10)，传感器(10)包括气流传感器、co传感器、h2传感器、voc传感器和温度传感器中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，所述激光成像探测主机设置在吸气模组(7)上；吸气模组(7)与成像气道模组(2)连接汇聚到吸气舱，吸气舱连接吸气泵(8)完成抽吸。

6.根据权利要求1或2所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，所述高清低照度摄像机(5)为不低于二百万像素的摄像机；高清低照度摄像机(5)通过数据排线连接主处理板(6)；主处理板(6)通过网络接口连接接口与电源板(11)；且主处理板(6)还连接有显示面板(4)。

7.根据权利要求5所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统，其特征在于，所述吸气泵(8)为pwm变速控制电机，吸气泵(8)由主处理板(6)控制。

8.一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测方法，其特征在于，所述图像分析的具体步骤如下：

10.根据权利要求8所述的一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测方法，其特征在于，所述判断是否达到极早期火灾预警特征阈值为数据融合参数大于等于阈值，且颗粒物浓度、粒径在规定的范围内，部分重要传感器的数值大于等于阈值范围。

技术总结本发明公开了一种吸气式激光散射成像极早期火灾探测系统及方法，系统包括激光成像探测主机和独立吸气管路，所述激光成像探测主机为十二气道激光散射成像探测模组，十二气道激光散射成像探测模组包括激光成像探测腔，激光成像探测腔内设置有成像气道模组、激光管、高清低照度摄像机、传感器和主处理板，对多气道的颗粒成像、颗粒物粒径计算、浓度计算和物理参数感知；激光成像探测主机设置在独立吸气管路上；激光成像探测主机通过独立采样管路连接被保护的电气机柜或设施。通过采用多气道激光散射成像的方法，更为准确的计算通过气流中粉尘粒子的颗粒粒径分布和浓度，从而对火灾极早期的热解粒子、早期的烟气和初期的烟雾实施全过程监测报警。技术研发人员：陈思言,赵远,杨俊受保护的技术使用者：三峡金沙江川云水电开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30