CN104408864A - 一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，与现有技术相比解决了吸气式火灾探测器无法克服湿度、灰尘影响的缺陷。本发明包括过滤盒和膜除湿装置，过滤盒内装有滤材，膜除湿装置包括主温度调节模块、膜除湿组件和从温度调节模块，主温度调节模块通过管道与膜除湿组件相连，膜除湿组件通过管道与从温度调节模块相连；所述的进气管接入过滤盒，过滤盒通过管道与主温度调节模块相连，从温度调节模块通过进腔管与探测腔相连，探测腔上设有出腔管。本发明通过防湿、防尘的功效，提高了探测精度，降低了飞机货舱火灾探测***的误报率。

Description

一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器

 

技术领域

本发明涉及火灾探测器技术领域，具体来说是一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器。

 

背景技术

随着我国航空运输业的迅猛发展，货物空运成为民用飞机收入增长的重要来源之一，与此同时飞机货舱因其货物种类和摆放形式的各异、环境条件变化大（压力、温度和湿度）和电气设备多等特点，有着较其他密闭受限空间更大的火灾危险性，一旦发生火灾事故将给社会带来巨大的损失，因此飞机货舱的火灾探测与报警变得越来越重要。

目前飞机货舱探测难点是误报率高。根据FAA统计，平均每200 次火警信号中只有1 次是真火警，国内某航空公司1997-2002 年间66 次火警警告中无一次真火警。原因在于：1、目前飞机货舱普遍使用的感烟探测器无法区分进入探测室的烟颗粒与灰尘、雾、纤维与绒毛等干扰信号。2、飞机货舱内环境压力、温度和湿度的变化以及货物种类和摆放形式的各异等因素影响烟颗粒的形态和输运过程，进而影响探测器的响应特性。飞机货舱内压力随飞机爬升高度的升高而降低，民用客机在10000米左右高度巡航飞行时，货舱内的压力约为0.8个标准大气压。《中国科学技术大学学报》杂志的介绍（于春雨. 西藏高原环境下点型感烟火灾探测器的灵敏度. 中国科学技术大学学报[J].2007,37(3).）在高原低压低氧环境下, 烟雾粒子平均粒径减小, 会导致散射式光电探测器的灵敏度降低。3、飞机货舱使用的探测器工作方式是被动敞开式等烟进入，不但需要较长等待烟气进入探测室的探测时间，而且增加了发射元件和接受元件的污染程度，进而更容易误报。为了降低飞机货舱的火灾探测***的误报率，吸气式火灾探测器是一个有效的途径。

现有的吸气式火灾探测器在飞机货舱特殊环境下应用存在以下缺点：

1、由于飞机在飞行过程中货舱内温度会剧烈变化，对于窄体飞机货舱，没有安装温度调节***的，飞行中的最低温度大约在5℃左右，安装了温度调节***的温度大约在5℃～26℃之间。对于宽体飞机的主货舱，安装温度调节***的温度在5℃～28℃之间。对于其下货舱和散货舱，没有安装温度调节***的，飞行中最低温度大约在5℃左右，安装了温度调节***的温度大约在5℃～26℃之间，再加上飞机货舱运输的活性动物的呼吸和新鲜水果产生的水分及货舱内压力的变化综合作用导致货舱内湿度增大，温度和湿度的变化使某些吸气式火灾探测器的镜片极易结露,从而其原有的光学特性改变,导致误报；而且湿度的变化会影响探测器内光的反射特性，导致误报。虽然发明专利申请《一种基于复合探测技术的吸气式飞机货舱火灾探测装置》提出一种使用分子筛干燥剂压缩制成的管状干燥段作为滤湿装置除去空气中的水分，但这种使用干燥剂的方式受限于干燥剂的性质，且不易控制具体的除湿程度；

2、飞机运输货舱的多样性决定了其内含有大量的灰尘和碎片，吸气式火灾探测器通过吸气装置吸取空气样品进入探测腔，长时间的运行，空气样品中含有的灰尘和小碎片会在探测腔的内表面上积累，改变其原有的光学特性，影响接收元件接收的信号，容易造成误报；同时滞留在光学元件上的灰尘等会降低探测器的灵敏度。目前解决此问题的方法是通过将一股或多股纯净气体导入探测腔，气体在探测腔内元件上方流动来防止灰尘等在其表面的积累，但仍不能从根本上除去长期粘浮在元件表面的细小灰尘。

如何开发出一种具有除湿、除尘功能的吸气式火灾探测器已经成为急需解决的技术问题。

 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中吸气式火灾探测器无法克服湿度、灰尘影响的缺陷，提供一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，包括探测腔、控制装置、采样管和与采样管相连的进气管，所述的采样管上开有若干个采样孔，进气管上安装有风机，所述的控制装置与探测腔相连，还包括过滤盒和膜除湿装置，过滤盒内装有滤材，膜除湿装置包括主温度调节模块、膜除湿组件和从温度调节模块，主温度调节模块通过管道与膜除湿组件相连，膜除湿组件通过管道与从温度调节模块相连；所述的进气管接入过滤盒，过滤盒通过管道与主温度调节模块相连，从温度调节模块通过进腔管与探测腔相连，探测腔上设有出腔管。

还包括声波除尘装置，声波除尘装置包括腔体和扩声器，腔体中部横向安装有弹性膜片，弹性膜片将腔体分隔成低压腔和高压腔，低压腔上开有孔，高压腔与进腔管之间通过高压管相连，高压管上安装有阀门A，扩声器的入口固定安装在高压腔内，弹性膜片活动贴附在扩声器的入口上，探测腔上开有进气口，扩声器的出口位于探测腔的进气口处。

所述的过滤盒内的滤材由一级过滤料和二级过滤料组成，进气管接在过滤盒的一级过滤料处，过滤盒上位于一级过滤料处设有一级管道，过滤盒上位于二级过滤料处设有二级管道，一级管道上安装有阀门B，二级管道上安装有阀门C，一级管道和二级管道汇合后接入主温度调节模块。

所述的出腔管连入进气管，所述的风机上连有与进气管相通的排气管。

一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，所述的探测腔内安装有半导体激光发射器，探测腔内安装有锥形消光元件且位于半导体激光发射器的镜像处，探测腔内位于锥形消光元件两端分别安装有光电二极管接收器A和光电二极管接收器B，光电二极管接收器A和光电二极管接收器B的前端均依次装有光阑和聚光镜，半导体激光发射器上安装有透镜，探测腔内安装有光束整形单元，光束整形单元靠近透镜一侧且位于半导体激光发射器的激光发射线的两侧。

所述的一级过滤料为泡沫塑料，所述的二级过滤料为HEPA。

 

有益效果

本发明的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，与现有技术相比通过防湿、防尘的功效，提高了探测精度，降低了飞机货舱火灾探测***的误报率。通过过滤盒和膜除湿装置的设计，能够对风机产生的高压气体进行除尘和除湿，消除湿度对吸气式火灾探测器光学特性的影响，此外，通过调节进气压力、进气速率和阀门D的开启程度能够控制膜除湿装置的除湿程度。通过声波除尘装置的设计，能够利用强声波产生的振动激起探测腔内表面和元件表面的灰尘等颗粒，通过高清洁度的气体的吹扫，带走探测腔内表面和元件表面滞留的灰尘等颗粒，消除灰尘等颗粒对吸气式火灾探测器响应性能的影响。将其应用于飞机货舱火灾探测***，可以充分发挥其抗电磁能力强，结构紧凑、重量轻、制作成本较低、节能高效等优点，减少误报带来的经济损失等多方面都将起到重要的推动作用。

 

附图说明                      

图1为本发明的结构示意图；

其中，1-采样孔、2-采样管、3-气体流量检测器、4-进气管、5-风机、6-过滤盒、7-膜除湿装置、8-声波除尘装置、9-探测腔、10-控制装置、11-进腔管、12-出腔管、13-排气管、61-一级过滤料、62-二级过滤料、63-阀门B、64-阀门C、65-一级管道、66-二级管道、71-主温度调节模块、72-膜除湿组件、73-从温度调节模块、74-侧吹风管、75-阀门D、81-腔体、82-弹性膜片、83-扩声器、84-阀门A、85-高压腔、86-低压腔、87-高压管、91-半导体激光发射器、92-透镜、93-光束整形单元、94-光电二极管接收器A、95-光电二极管接收器B、96-聚光镜、97-锥形消光元件、98-光阑、99-进气口、101-微处理器、102-转速调节模块、103-激光信号处理模块、104-激光驱动模块、105-报警模块、106-电源模块。

 

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，包括探测腔9、控制装置10、采样管2和与采样管2相连的进气管4。采样管2上开有若干个采样孔1，采样管2的材质为PVC，采样管2分别布置在距离飞机货舱天花板50mm和回风口处。布置在回风口处的目的是为了防止货舱内空气的对流形成不同的空气分层和货物堆积方式阻碍空气的自由流动，使气体不能到达天花板下的采样孔1。采样孔1在采样管2上均匀布置，其间隔为0.5m。采样管2一端与进气管4相连，另一端装有末端帽，末端帽用于平衡不同采样点1的烟雾灵敏度。进气管4上安装有风机5，通过风机5将飞机货舱内气体吸入采样孔1中。在进气管4上还可以安装气体流量检测器3，用于对进气管4内的气体流量进行检测。

控制装置10与探测腔9相连为现有技术内容，用于读取探测腔9中的测试数据。控制装置10通过BP神经网络火灾探测算法对数据进行处理，判断是否发生火灾，并将处理结果输出给报警模块105。控制装置10含有微处理器101、电源模块106、转速调节模块102、激光驱动模块104、激光信号处理模块103和报警模块105，电源模块106、转速调节模块102、激光驱动模块104、激光信号处理模块103和报警模块105均与微处理器101相连。报警模块105用于输出报警信号，电源模块106为探测器供电，转速调节模块102能够根据气体流速检测器3的反馈信号自动调节风机5的吸气速率，根据气体流速检测器3的反馈信号还可以判断过滤盒6是否被堵塞。激光驱动模块104驱动半导体激光器91发射光束，激光信号处理模块103用于对光电二极管接收器A94和光电二极管接收器B95接收的电信号进行处理。微处理器101用于处理激光信号、空气流速监测信号和控制各种阀门的开启状态，控制装置10还可以通过RS485通讯接口将数据同步到其它网络终端设备。

过滤盒6内装有滤材，用于对吸入的气体进行灰尘过滤，膜除湿装置7用于对吸入的气体进行除湿处理。膜除湿装置7包括主温度调节模块71、膜除湿组件72和从温度调节模块73。膜除湿组件72的膜材料为聚醚砜膜，其通过自带的羟基和活性亲水性基团与水分子形成氢键，而气流中其它的气体成分无法在膜表面进行有效地大量吸附，进而实现分离水蒸气的作用。聚醚砜膜具有分离性能优、强度高、膜丝不易断、化学性能稳定的特点，在温度急剧变化的环境中热性能保持稳定等特点。膜除湿组件72的膜组件为中空纤维式，其壳体材质为ABS。主温度调节模块71通过管道与膜除湿组件72相连，膜除湿组件72通过管道与从温度调节模块73相连。对于窄体飞机货舱，没有安装温度调节***的，飞行中的最低温度大约在5℃左右，安装了温度调节***的温度大约在5℃～26℃之间。对于宽体飞机的主货舱，安装温度调节***的温度在5℃～28℃之间。对于其下货舱和散货舱，没有安装温度调节***的，飞行中最低温度大约在5℃左右，安装了温度调节***的温度大约在5℃～26℃之间，而膜除湿装置7适宜的进气温度为18℃，因此需要主温度调节模块71将风机5排出的高压气体温度调至18℃。经调节后的气体进入膜除湿组件72的高压侧（膜除湿组件72的中部），流入膜除湿组件72高压侧的气体通过聚醚砜膜的作用，空气中的水蒸气向膜除湿组件72的低压侧（膜除湿组件72的两个端部）扩散。当然膜除湿组件72与主温度调节模块71的管道和与从温度调节模块73的管道，安装在高压侧或低压侧，所带来的只是除湿效果的差异。为了维持探测腔内烟雾浓度测量的稳定性，经除湿后从膜除湿组件72高压侧排出的一部分气体进入从温度调节模块73，从温度调节模块73将从高压侧排出的气体调至25℃，经调节后的气体直接进入进腔管11，通过进腔管11进入探测腔9。还可以从进腔管11上接个侧吹风管74，侧吹风管74接在膜除湿组件72的低压侧，侧吹风管74上安装有阀门D75，阀门D75用于调节吹扫气的进气量和进气速率。经除湿后从膜除湿组件72高压侧排出的另一部分气体作为吹扫气通过进腔管上连接的侧吹风管74进入膜除湿组件72的低压侧，吹扫气可以将膜除湿组件72低压侧的水蒸气及时带走，并可以从另一侧开口进入进气管4。另外可以通过调节吸入气体的进气压力和进气速率以及阀门D75开启程度来控制膜除湿组件72的除湿能力。

进气管4接入过滤盒6，吸入的气体先经过过滤盒6的灰尘过滤。过滤盒6通过管道与主温度调节模块71相连，灰尘过滤后的气体送至膜除湿装置7进行除湿处理。从温度调节模块73通过进腔管11与探测腔9相连，经过除尘、除湿处理后的气体进入探测腔9进行检测。探测腔9上设有出腔管12，检测完的气体通过出腔管12排出探测腔9。

随着时间的积累，探测腔9内所聚集的灰尘会越来越多，从而影响探测精度，产生误报。为了能够有效地去除探测腔9内的灰尘，还可以包括声波除尘装置8。声波除尘装置8包括腔体81和扩声器83，腔体81材质为铝合金，用于固定弹性膜片82。腔体81中部横向安装有弹性膜片82，弹性膜片82可以镶嵌在腔体81上。弹性膜片82材质为高强度的钛合金，弹性膜片82将腔体分隔成低压腔86和高压腔85两个腔室，低压腔86上开有孔，高压腔85与进腔管11之间通过高压管87相连，高压管87上安装有阀门A84，通过阀门A84的开启状态控制除湿后的气体是否流经声波除尘装置。高压腔85内通入进腔管11的高压气体，低压腔86与外界大气相同，其压力始终为一个标准大气压。扩声器83材质为不锈钢。扩声器83入口直径小，出口直径大。扩声器83的入口固定安装在高压腔85内，弹性膜片82活动贴附在扩声器83的入口上。探测腔9上开有进气口99，扩声器83的出口位于探测腔9的进气口99处。高压气体由高压管87进入高压腔85，低压腔86气压低于高压腔85，由于压差的存在，弹性膜片82向低压腔86弯曲，使得弹性膜片82与扩声器83的入口分离，高压气体从弹性膜片82与扩声器83入口的空隙进入扩声器83并经探测腔9的进气口99进入探测腔9。气体的排出使高压腔85内部压力降低，弹性膜片82依靠自身的弹性恢复与扩声器83的入口接触，依靠这种往复运动形成的强声波对探测腔9内表面产生振动，从而使得长期落在探测腔9内元器件上的灰尘可以弹起，通过高压风进入出腔管12，从而进行除尘。当然为了保证针对探测腔9的除尘效果，声波除尘装置8的数量可以为2个或多个。

在对探测腔9进行除尘时要求气体为高清洁气体，因此过滤盒6内的滤材可以由一级过滤料61和二级过滤料62组成。一级过滤料61为为泡沫塑料，可除去空气样本中大于等于20um的灰尘、纤维和粉末等污染物。二级过滤料62为HEPA，可除去直径为0.3um以上的微粒，去除效率可达到99.7%以上。进气管4接在过滤盒6的一级过滤料61处，过滤盒6上位于一级过滤料61处设有一级管道65，过滤盒6上位于二级过滤料62处设有二级管道66，通过一级管道65吹出的为普通高压气体，可以用于测试；二级管道66吹出为高清洁度的高压气体，可以用于清扫探测腔9。一级管道65上安装有阀门B63，二级管道66上安装有阀门C64，一级管道65和二级管道66汇合后接入主温度调节模块71，从而输出至膜除湿装置7，进入探测腔9。

为了保证整个探测器内的气体循环，可以将出腔管12连入进气管4，风机5上连有与进气管4相通的排气管13。这样形成进气管4、进腔管11、出腔管12、排气管13的循环走向。

探测腔9内安装有半导体激光发射器91，半导体激光发射器91为波长为850nm、功率为5mW，工作温度:-40℃～ +85℃的红外激光，其体积小、重量轻、功耗低、性能稳定。为了避免腔壁的漫反射光被误当作信号探测,探测腔内壁全部涂黑以提高吸光效果。为了更进一步的增加探测精度，探测腔9内安装有锥形消光元件97且位于半导体激光发射器91的镜像处，锥体消光元件97用于将测量光束散开并直射到探测腔9的内壁上被内壁吸收。探测腔9内位于锥形消光元件97两端分别安装有光电二极管接收器A94和光电二极管接收器B95，光电二极管接收器A94和光电二极管接收器B95的前端均依次装有光阑98和聚光镜96，光阑98用于限制散射光束大小，聚光镜96用于汇聚散射的光束。半导体激光发射器91上安装有透镜92，探测腔9内安装有光束整形单元93，透镜92和整形单元93是将激光发射的光转换成平行光，光束整形单元93靠近透镜92一侧且位于半导体激光发射器91的激光发射线的两侧。当探测腔9工作时，激光驱动模块104产生电流来驱动半导体激光器发光91，光束通过透镜92和整形单元93转换成平行光，如果空气样本中有烟雾，平行光在烟雾粒子的作用下发生散射，这些散射光部分经过聚光镜96和光阑98被光电二极管接收，部分被锥体消光元件97散开并直射到探测腔9的内壁上，被内壁吸引。光电二极管接收器A94和光电二极管接收器B95将散射光信号转化为电信号传输给激光信号处理模块103，激光信号处理模块103对信号进行放大，并与基准信号进行比较，并将结果传输给微处理器101。微处理器101利用BP神经网络火灾探测算法对信号进行处理，并与预先设定的阈值进行比较分析，将处理后的结果输送给报警模块105。

在实际使用时，当阀门C64、阀门A84处于关闭状态，阀门B63处于开启状态时，该探测器处于测试模式；当阀门B63处于关闭状态、阀门C64、阀门A84处于开启状态时，该探测器处于探测腔9清洗模式。

在测试模式（正常工作模式）下：风机5将飞机货舱内的空气样本从采样孔1抽进采样管2，经风机5吸入进气管4。进气管4内的气体进入过滤盒6中，一部分气体经第一级过滤料61过滤后进入膜除湿装置7，通过膜除湿装置7除湿后进入探测腔9，如果探测腔9内的空气样本中含有烟粒子，烟粒子将使激光发出的光束产生散射，散射光被光电二极管接收器A94和光电二极管接收器B95接收后将光信号转化为电信号后输送到控制装置10，控制装置10判断是否发生火灾，并将处理结果输出给报警装置105。检测完成后气体通过出腔管12进入进气管4，最后经风机的排气管13排至飞机货舱。

在清洗模式下，进气管4内的气体进入过滤盒6中，先后经过一级过滤料61和二级过滤料62过滤后进入膜除湿装置7，通过膜除湿装置7除湿后进入声波除尘装置8，气体经声波除尘装置8进入探测腔9，此时声波除尘装置8内的弹性膜片82由于压差变化进行运动，激起探测腔9内的灰尘，从而除去探测腔9内表面上的灰尘等颗粒。通过高压风将灰尘等颗粒吹入出腔管12，通过出腔管12进入探测器的进气管4，最后经风机5的排气管13排至飞机货舱内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，包括探测腔（9）、控制装置（10）、采样管（2）和与采样管（2）相连的进气管（4），所述的采样管（2）上开有若干个采样孔（1），进气管（4）上安装有风机（5），所述的控制装置（10）与探测腔（9）相连，其特征在于：还包括过滤盒（6）和膜除湿装置（7），过滤盒（6）内装有滤材，膜除湿装置（7）包括主温度调节模块（71）、膜除湿组件（72）和从温度调节模块（73），主温度调节模块（71）通过管道与膜除湿组件（72）相连，膜除湿组件（72）通过管道与从温度调节模块（73）相连；所述的进气管（4）接入过滤盒（6），过滤盒（6）通过管道与主温度调节模块（71）相连，从温度调节模块（73）通过进腔管（11）与探测腔（9）相连，探测腔（9）上设有出腔管（12）。

2.根据权利要求1所述的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，其特征在于：还包括声波除尘装置（8），声波除尘装置（8）包括腔体（81）和扩声器（83），腔体（81）中部横向安装有弹性膜片（82），弹性膜片（82）将腔体分隔成低压腔（86）和高压腔（85），低压腔（86）上开有孔，高压腔（85）与进腔管（11）之间通过高压管（87）相连，高压管（87）上安装有阀门A（84），扩声器（83）的入口固定安装在高压腔（85）内，弹性膜片（82）活动贴附在扩声器（83）的入口上，探测腔（9）上开有进气口（99），扩声器（83）的出口位于探测腔（9）的进气口（99）处。

3.根据权利要求1所述的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，其特征在于：所述的过滤盒（6）内的滤材由一级过滤料（61）和二级过滤料（62）组成，进气管（4）接在过滤盒（6）的一级过滤料（61）处，过滤盒（6）上位于一级过滤料（61）处设有一级管道（65），过滤盒（6）上位于二级过滤料（62）处设有二级管道（66），一级管道（65）上安装有阀门B（63），二级管道（66）上安装有阀门C（64），一级管道（65）和二级管道（66）汇合后接入主温度调节模块（71）。

4.根据权利要求1所述的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，其特征在于：所述的出腔管（12）连入进气管（4），所述的风机（5）上连有与进气管（4）相通的排气管（13）。

5.根据权利要求1所述的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，其特征在于：所述的探测腔（9）内安装有半导体激光发射器（91），探测腔（9）内安装有锥形消光元件（97）且位于半导体激光发射器（91）的镜像处，探测腔（9）内位于锥形消光元件（97）两端分别安装有光电二极管接收器A（94）和光电二极管接收器B（95），光电二极管接收器A（94）和光电二极管接收器B（95）的前端均依次装有光阑（98）和聚光镜（96），半导体激光发射器（91）上安装有透镜（92），探测腔（9）内安装有光束整形单元（93），光束整形单元（93）靠近透镜（92）一侧且位于半导体激光发射器（91）的激光发射线的两侧。

6.根据权利要求3所述的一种具有除湿和除尘功能的吸气式飞机货舱火灾探测器，其特征在于：所述的一级过滤料（61）为泡沫塑料，所述的二级过滤料（62）为HEPA。