双波长抗干扰光电感烟探测机理
2019-08-21 15:07:01 点击：
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1引言
烟雾是火灾过程的标志性产物之一,火灾烟雾及时准确的探测对预防火灾的发生和蔓延具有重要意义.光电感烟探测是当前采用最广泛的火灾探测技术,现有的光电感烟探测器通过直接探测火灾烟颗粒散射光的光强进行报警,容易受非火灾烟雾颗粒如水汽、油烟、粉尘等干扰而发生误报.因此深入研究火灾烟雾颗粒与非火灾干扰颗粒的光散射特性、改善光电感烟探测机理,对降低感烟探测器误报率有重要意义.
根据光散射理论,颗粒的光散射特性受其形貌、大小和折射率的影响.目前已建立的颗粒光散射模型中:Lorenz-Mie光散射理论将颗粒近似为球形[1];Koylu和Faeth把烟颗粒描述为分型结构[2];Zubko使用体积随机填充法实现了对粉尘颗粒的模拟[3].
本文采用多分散分形模型模拟火灾烟雾颗粒、球型模型模拟油滴悬浮颗粒、随机模型模拟粉尘悬浮颗粒.应用T矩阵法[4;5],选取两个波长的入射光,对火灾烟雾颗粒、油滴颗粒和粉尘颗粒的光散射矩阵进行详细的数值计算和比较研究.结果表明:波长改变时,火灾烟雾颗粒光散射矩阵元素的变化与非火灾烟雾颗粒存在显著差异.在数值计算的基础上,提出双波长入射光照射区分非火灾颗粒的方法.不同于传统光电感烟探测器,该方法通过检测光散射矩阵,区分火灾烟雾颗粒和非火灾烟雾颗粒,可减少非火灾烟雾颗粒引起的误报.
2原理与方法
2.1油滴颗粒、火灾烟雾颗粒、粉尘颗粒模型
图1(a),(b),(c)中分别给出了油滴悬浮颗粒、火灾烟雾颗粒和粉尘悬浮颗粒的模型示意图[6−8].大气中的油滴悬浮颗粒是由挥发的油脂、烟焦油等组成的近似球形的颗粒.文献[9]进行的实验表明油滴粒径分布在0.5到10m,计算中选取油滴典型分布的中位径为b=1m.
