一种用于木结构的温度监测及报警装置的制作方法

本发明属于木结构领域，涉及木结构的温度监测，具体涉及一种用于木结构的温度监测及报警装置。

背景技术：

中国的传统古建筑是以木构架为主要的结构形式，木材为主要材料，辅以石材等其他材料。但木材在高温条件下易燃烧，一旦木结构中某个部件着火，火势会迅速蔓延，造成严重的灾害。例如前段时间发生在四川的亚洲第一高木塔失火事故，起火点位于寺中大殿，随着火势的蔓延，引燃了位于大殿旁边的木塔。木塔顶部最先开始燃烧，随后火势向下蔓延，最终整个木塔被火海淹没。这次火灾造成了极大的经济损失，同时，也为我们敲响了警钟，让我们更加重视对木结构防火的问题。根据研究，木材主要由碳、氢、氧三种元素构成，氮元素和硫元素的含量比较低，主要以纤维素、半纤维素和木质素及其交联结构的形式存在。木材中的生物质灰分来自于植物生长过程中吸收的无机盐成分，主要包括钾，钙，钠，镁等元素。这类金属元素形成的无机盐对燃烧过程具有一定的催化效果。在木材燃烧性能的研究中，存在以下几个主要的性能参数：

(1)点燃时间，即木材从表面加热到被引燃所需的时间；

(2)热释放速率，即单位面积木材燃烧时的热量释放速率；

(3)总释放热，即单位面积木材从开始燃烧直至熄灭所释放的总热量；

(4)有效燃烧热，即木材单位质量损失所释放的热量；

(5)燃烧残余物质量，即材料燃烧后的剩余物质量；

(6)比消光面积，即燃烧消耗单位质量木材所产生的浓烟量；

(7)一氧化碳产率和二氧化碳产率，即单位质量木材燃烧后所产生的co和co2的量。

当木材遭受外部热通量时，表面温度上升，材料内部温度也随着上升。当材料表面达到一定温度时，木材表面开始分解，产生的可燃气体与界面空气混合并达到一定浓度时，就会发生有焰或无焰燃烧。木材表面燃烧时，会释放大量的热，当热解由外至内移动时，会形成一个保护性的碳化层，随着燃烧的进行，热解扩大保护层被破坏，同时，热解出大量可燃气体形成剧烈燃烧。根据最近的研究可以知道，木材的着火时间与原料中的水分含量密切相关，初始水分含量高则会在燃烧初期吸收较多的辐射热使着火时间延长，随着辐射温度的升高，热量会逐渐足够满足水分的蒸发和组分的热裂解。木材的燃烧可以分为三个阶段，挥发分积聚的热裂解阶段、主体燃烧阶段和熄灭阶段。而主体燃烧阶段存在两个hrr峰，第一个为热裂解阶段积聚的易挥发物质的燃烧放热、第二个则与剩余可燃物的进一步燃烧有关。总之，木材中的三大组分纤维素、半纤维素和木质素的含量是决定木材燃烧特性的关键。木材中的水分和挥发分含量对热裂解初期的中间产物形成影响较大。在热裂解初期，水分的蒸发和三大组分的分解是竞争关系。水分含量高，表面温度低于辐射温度，不利于纤维素和半纤维素的分解，但木质素初始热裂解温度较低，影响不大，低辐射温度和高水分含量促进了焦炭的形成。燃烧过程的热释放速率取决于热裂解阶段可燃物的聚集情况。

由以上研究可知，在建筑中使用木材时，必须考虑木材的抗火性能。而木结构建筑在使用期间所承受的荷载，主要由木构架承担，而墙体仅起到维护作用，并不承担竖向荷载。因此，当木构架一旦失火，火势未及时扑灭会使木材丧失承受荷载的能力，将对整体结构造成致命的破坏，甚至是威胁到人身和财产安全。

目前为止，市面上有很多防火涂料以及类似的产品，通过构建防火层来保护木构件，但是现有技术中尚没有专门针对木结构的温度监测装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于木结构的温度监测及报警装置，解决现有技术中的木结构没有专门针对木结构的温度监测及报警装置，单纯靠防火涂层保护木结构建筑安全系数不高，难以更好地避免木结构建筑受火灾破坏的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种用于木结构的温度监测及报警装置，包括主监测机构，还包括多个子监测机构，主监测机构底部设置有绝缘的中空的基座；每个子监测机构均通过导线与基座相连，所述的导线安装在基座中的收线机构上，使得子监测机构与主监测机构之间的相对位置能够自由伸缩；

所述的每个子监测机构的导线上设置有子控制器和蜂鸣器，所述的每个子监测机构与子控制器的输入端相连，子控制器的输出端通过导线与蜂鸣器相连；

所述的主监测机构与主无线发射模块相连，主无线发射模块通过无线传输与监控器上的无线接收模块相连；所述的子监测机构与子无线发射模块相连，子无线发射模块通过无线传输与监控器上的无线接收模块相连；

所述的主监测机构包括安装在基座顶部的绝缘定位安装柱，绝缘定位安装柱的外壁上沿着径向向内加工有多个定位安装槽，定位安装槽在绝缘定位安装柱的轴截面上沿着径向辐射状均匀布设，每个定位安装槽内嵌入一个温度感应片；绝缘定位安装柱外部套装有带有集热片的集热筒，每个温度感应片用于监测集热筒采集的温度；

所述的温度感应片包括第一温度感应层和第二温度感应层，第一温度感应层和第二温度感应层之间夹有第一绝缘层，温度感应片位于绝缘定位安装柱外侧的外侧壁上安装有用于导通第一温度感应层和第二温度感应层的导电层，导电层上覆盖有第四绝缘层；

所述的绝缘定位安装柱顶部安装有顶部绝缘顶盖，所述的绝缘定位安装柱底部与基座顶部之间安装有底部导电板，所述的底部导电板包括中央绝缘板，中央绝缘板四周同平面辐射状设置有多个导电齿板，相邻两个导电齿板之间设置有狭缝，使得相邻两个导电齿板之间独立不接触；

每个导电齿板用于连接导通相邻的一个温度感应片的第一导电感应层和相邻的另一个温度感应片的第二导电感应层，狭缝位于同一个温度感应片的第一绝缘层正下方，多个导电齿板使得多个温度感应片串联在一起，多个导电齿板中的一组相邻的导电齿板上分别连接有导线，导线与主无线发射模块相连，用于将多个串联的温度感应片转换成的串联电流传输给主发射模块。

本发明还具有如下技术特征：

所述的子监测机构包括底部设置有绝缘下底板的子绝缘基座，所述的子绝缘基座包括顶部开放的基座筒，基座筒内同轴设置有基座中心柱，基座中心柱和基座筒之间通过隔板相连，隔板将基座筒和基座中心柱之间的空腔分割为两个独立的绝缘腔；两个绝缘腔内分别安装有一个结构相同的温度感应弧片；

所述的温度感应弧片包括第一温度感应弧层和第二温度感应弧层，第一温度感应弧层和第二温度感应弧层之间夹有第一绝缘弧层；

所述的温度感应弧片位于子绝缘基座顶部的顶面上安装有用于导通第一温度感应弧层和第二温度感应弧层的导电弧板；导电弧板上铺设有绝缘板，绝缘板上铺设有集热板；

两个结构相同的温度感应弧片之间通过导电块串联，导电块安装于隔板上开设的卡槽中，导线穿过设置在子绝缘基座上的走线孔与温度感应弧片相连导通。

所述的第一温度感应层上覆盖有第二绝缘层，第二温度感应层上覆盖有第三绝缘层；所述的第一温度感应弧层上覆盖有第二绝缘弧层，第二温度感应弧层上覆盖有第三绝缘弧层。

所述的收线机构包括安装在基座内的收线器，导线缠绕收纳在收线器上，收线器中心安装有与导线相导通的接线柱，接线柱与导电杆相连，导电杆与导电板相连，导电板上固定接通有蜂鸣器，导电板上还通过导线与子无线发射模块相连，用于将子监测机构产生的电流传输给子发射模块。

所述的收线器包括底部开放的收线壳体，导线缠绕在收线壳体上，收线壳体的内壁上通过挡板固定有涡卷弹簧的外端，涡卷弹簧的内端固定在固定柱上，固定柱竖向固结在基座的绝缘下底板上。

所述的收线壳体的顶部还安装有同轴塔型接线柱，同轴塔型接线柱与导线相接通，同轴塔型接线柱还通过第一导电环和第二导电环与导电杆相接通。

所述的收线壳体侧壁的底部套装有开孔齿轮，所述的收线器还配套有制动机构，制动机构与开孔齿轮相配合用于锁止收线壳体的转动。

所述的基座包括外壳，外壳顶部安装有上盖板，外壳底部安装有绝缘下底板，外壳内套装有内壳，内壳的侧壁上加工有贯通顶部的内开槽，外壳的侧壁上加工有贯通顶部的外上开槽和贯通底部的外下开槽，内开槽、外上开槽和上盖板组成用于伸出导线的走线槽，内开槽和外下开槽组成用于安装制动机构的制动槽。

所述的制动机构包括第一固定轴和第二固定轴，第一固定轴上铰接有第一摆动杆的一端，第二固定轴上铰接有第二摆动杆的一端，第一摆动杆的另一端的顶部和第二摆动杆的另一端的顶部分别与移动长杆的两端铰接，第二摆动杆上还铰接有推拉控制杆的一端，推拉控制杆的另一端铰接在推动块上，推动块上还铰接有制动支撑杆的一端；所述的制动支撑杆的另一端顶在基座的内壳上，所述的推动块卡装在基座的制动槽上且能够沿着制动槽滑动，第一摆动杆和第二摆动杆联动用于与开孔齿轮相啮合制动。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(ⅰ)本发明的装置能够监测木结构的一个区域内的温度变化，而不是一个单点的温度变化，监测效果更精准，子监测装置和主检测装置的距离可调节，监测的范围也可以根据需要调节，监测范围更广，适合各种类型的木结构，检测精准性更好。

(ⅱ)本发明采用远程监控和现场报警相结合的报警方式，监测报警效果更好。

(ⅲ)本发明的装置很便于加工，连接方式也可以采用粘结，工艺简单，制作方便，成本低。

(ⅳ)本发明的导电杆与导电环相连，又固定在底板上，它们在起到导电作用的同时，也对收线结构及接线柱起到了定位作用，避免它们脱离特定的位置。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的无线传输报警部分的连接关系示意图。

图3是本发明的绝缘定位安装柱和温度感应片的结构示意图。

图4是温度感应片的整体结构示意图和结构分解示意图。

图5是底部导电板的结构示意图。

图6是子监测机构的结构分解示意图。

图7是子绝缘基座的结构示意图。

图8是温度感应弧片的结构示意图。

图9是收线机构的整体结构示意图。

图10是收线机构的结构分解示意图。

图11是导电杆和导电片的结构示意图。

图12是受限器的分解结构示意图。

图13是制动器的结构示意图。

图14是基座的结构分解示意图。

图15是本发明的使用状态示意图。

图中各个标号的含义为：1-主监测机构，2-子监测机构，3-基座，4-导线，5-收线机构，6-子控制器，7-蜂鸣器，8-主无线发射模块，9-无线接收模块，10-监控器，11-子无线发射模块，12-无线接收模块，13-梁，14柱；

101-绝缘定位安装柱，102-定位安装槽，103-温度感应片，104-集热筒，105-集热片，106-顶部绝缘顶盖，107-底部导电板；

10301-第一温度感应层，10302-第二温度感应层，10303-第一绝缘层，10304-第二绝缘层，10305-第三绝缘层，10306-导电层，10307-第四绝缘层；

10701-中央绝缘板，10702-导电齿板，10703-狭缝；

201-绝缘下底板，202-子绝缘基座，203-温度感应弧片，204-导电弧板，205-绝缘板，206-集热板，207-导电块；

20201-基座筒，20202-基座中心柱，20203-隔板，20204-绝缘腔，20205-卡槽，20206-走线孔；

20301-第一温度感应弧层，20302-第二温度感应弧层，20303-第一绝缘弧层，20304-第二绝缘弧层，20305-第三绝缘弧层；

301-外壳，302-上盖板，303-绝缘下底板，304-内壳，305-内开槽，306-外上开槽，307-外下开槽，308-走线槽，309-制动槽；

501-收线器，502-导电杆，503-导电板，505-制动机构；

50101-收线壳体，50102-挡板，50103-涡卷弹簧，50104-固定柱，50105-同轴塔型接线柱，50106-第一导电环，50107-第二导电环，50108-开孔齿轮；

50501-第一固定轴，50502-第二固定轴，50503-第一摆动杆，50504-第二摆动杆，50505-移动长杆，50506-推拉控制杆，50507-推动块，50508-制动支撑杆。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明则提出了一种基于塞贝克效应的温度监测及报警装置，用来对木结构建筑中的室内温度进行监测。塞贝克效应由托马斯·约翰·塞贝克最早发现，但他却未给出正确的解释。塞贝克效应，又称作第一热电效应，即两种不同的导体或半导体连接在一起，并且形成回路，当接触点处在不同的温度时，在回路中将出现电流，称为热电流；相应的电动势称为热电势，热电势的方向取决于温度梯度的方向。根据研究，半导体和金属产生塞贝克效应的机理是不同的。对于半导体而言，产生塞贝克效应的主要原因是热端的载流子向冷端扩散的结果。例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散。在开路情况下，在半导体的两端形成空间电荷，同时在半导体内部出现电场。当扩散作用与电厂的飘逸作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势。由此可知，在有温差的半导体中，即存在电场。实际上，影响塞贝克效应的因素还有两个，第一个因素是载流子的能量和速度，因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反应了半导体fermi能级在两端存在差异，因此这种作用会增强塞贝克效应；第二个因素是声子，因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中与载流子碰撞，把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动。但对于金属而言，产生塞贝克效应的机理较为复杂，包括两个方面。首先是电子从热端向冷端的扩散，该扩散并非由浓度梯度引起，而是热端的电子具有更高的能量和速度所造成的；另外一个是电子自由程的影响，在金属中虽然存在许多自由电子，但对导电有贡献的却主要是fermi能级附近2kt范围内的所谓传导电子，而这些电子的平均自由程与遭受散射的状况和能态密度随能量的变化情况有关，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大的话，那么热端的电子将由于一方面具有较大的能量，另一方面又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程。在人们发现塞贝克效应之后，制成了温差电偶等许多测量仪器。另作补充的是，温差电效应是由不同种类固体的相互接触而发生的热电效应，它主要有三种效应：塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应，其中，帕尔贴效应：由帕尔贴于1834年发现，电流通过不同金属的结点时，在结点有吸热和放热的现象；汤姆逊效应：则是指如果在存有温度梯度的均匀导体中通过电流时，导体中除了产生不可逆的焦耳热外，还要吸收或放出一定的热量，吸收和放出的热量为汤姆逊热。根据热电效应，人们先后制成了温差发电器和制冷器等。

根据上述的描述可知，利用热电效应来制作相关的装置，不仅有理论基础，同时还有大量的实践经验。使得本发明得以实现。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种用于木结构的温度监测及报警装置，如图1至图15所示，包括主监测机构1，还包括多个子监测机构2，主监测机构1底部设置有绝缘的中空的基座3；每个子监测机构2均通过导线4与基座3相连，所述的导线4安装在基座3中的收线机构5上，使得子监测机构2与主监测机构1之间的相对位置能够自由伸缩；

所述的每个子监测机构2的导线4上设置有子控制器6和蜂鸣器7，所述的每个子监测机构2与子控制器6的输入端相连，子控制器6的输出端通过导线4与蜂鸣器7相连；

所述的主监测机构1与主无线发射模块8相连，主无线发射模块8通过无线传输与监控器10上的无线接收模块9相连；所述的子监测机构2与子无线发射模块11相连，子无线发射模块11通过无线传输与监控器10上的无线接收模块12相连。

本实施例中，子控制器6采用本领域常规的单片机等控制器，用于控制蜂鸣器7的开启。

本实施例中，主无线发射模块8和子无线发射模块11均为常规部件，无线接收模块9和无线接收模块12均为常规部件，监控器10也为本领域常规部件，无线传输和监控过程采用已知的常规监控方法对信号进行监控即可。

作为本实施例的一种具体方案，主监测机构1包括安装在基座3顶部的绝缘定位安装柱101，绝缘定位安装柱101的外壁上沿着径向向内加工有多个定位安装槽102，定位安装槽102在绝缘定位安装柱101的轴截面上沿着径向辐射状均匀布设，每个定位安装槽102内嵌入一个温度感应片103；绝缘定位安装柱101外部套装有带有集热片105的集热筒104，每个温度感应片103用于监测集热筒104采集的温度；

所述的温度感应片103包括第一温度感应层10301和第二温度感应层10302，第一温度感应层10301和第二温度感应层10302之间夹有第一绝缘层10303，温度感应片103位于绝缘定位安装柱101外侧的外侧壁上安装有用于导通第一温度感应层10301和第二温度感应层10302的导电层10306，导电层10306上覆盖有第四绝缘层10307；

所述的绝缘定位安装柱101顶部安装有顶部绝缘顶盖106，所述的绝缘定位安装柱101底部与基座3顶部之间安装有底部导电板107，所述的底部导电板107包括中央绝缘板10701，中央绝缘板10702四周同平面辐射状设置有多个导电齿板10702，相邻两个导电齿板10702之间设置有狭缝10703，使得相邻两个导电齿板10702之间独立不接触；

每个导电齿板10702用于连接导通相邻的一个温度感应片103的第一导电感应层10301和相邻的另一个温度感应片103的第二导电感应层10302，狭缝10703位于同一个温度感应片103的第一绝缘层10303正下方，多个导电齿板10702使得多个温度感应片103串联在一起，多个导电齿板10702中的一组相邻的导电齿板10702上分别连接有导线4，导线4与主无线发射模块8相连，用于将多个串联的温度感应片103转换成的串联电流传输给主发射模块8。

本实施例中，集热筒104的外表面分布有等间距的集热片105，集热筒104和集热片105采用不同的金属材料制成，二者连接为一整体。在集热筒104靠近底部的位置，开有两个圆形的引线孔，与底部导电板107相连接的导线4由该引线孔引出，与外界线路相连。

作为本实施例的一种具体方案，子监测机构2包括底部设置有绝缘下底板201的子绝缘基座202，所述的子绝缘基座202包括顶部开放的基座筒20201，基座筒20201内同轴设置有基座中心柱20202，基座中心柱20202和基座筒20201之间通过隔板20203相连，隔板20303将基座筒20201和基座中心柱20202之间的空腔分割为两个独立的绝缘腔20204；两个绝缘腔20204内分别安装有一个结构相同的温度感应弧片203；

所述的温度感应弧片203包括第一温度感应弧层20301和第二温度感应弧层20302，第一温度感应弧层20301和第二温度感应弧层20302之间夹有第一绝缘弧层20303；

所述的温度感应弧片203位于子绝缘基座202顶部的顶面上安装有用于导通第一温度感应弧层20301和第二温度感应弧层20302的导电弧板204；导电弧板204上铺设有绝缘板205，绝缘板205上铺设有集热板206；

两个结构相同的温度感应弧片203之间通过导电块207串联，导电块207安装于隔板20203上开设的卡槽20205中，导线4穿过设置在子绝缘基座202上的走线孔20206与温度感应弧片203相连导通。

作为本实施例的一种优选方案，第一温度感应层10301上覆盖有第二绝缘层10304，第二温度感应层10302上覆盖有第三绝缘层10305；所述的第一温度感应弧层20301上覆盖有第二绝缘弧层20304，第二温度感应弧层20302上覆盖有第三绝缘弧层20305。使得装置的绝缘性更好。

本实施例中，第一温度感应层10301、第二温度感应层10302、第一温度感应弧层20301和第二温度感应弧层20302均为导体材料制成，但每对第一温度感应层10301和第二温度感应层10302采用两种不同材料的导体制成，每对第一温度感应弧层20301和第二温度感应弧层20302采用两种不同材料的导体制成，该导体的材料可以采用两种不同的金属，也可分别采用n型半导体和p型半导体。

作为本实施例的一种具体方案，收线机构5包括安装在基座3内的收线器501，导线4缠绕收纳在收线器501上，收线器501中心安装有与导线4相导通的接线柱50101，接线柱50101与导电杆502相连，导电杆502与导电板503相连，导电板503上固定接通有蜂鸣器7，导电板503上还通过导线4与子无线发射模块11相连，用于将子监测机构2产生的电流传输给子发射模块11。

本实施例中，导电杆502与导电板503均为八个，对应的子监测机构2为四个，每个子监测机构2从两极引出两条导线，对应的蜂鸣器7也为四个。

作为本实施例的一种具体方案，收线器501包括底部开放的收线壳体50101，导线4缠绕在收线壳体50101上，收线壳体50101的内壁上通过挡板50102固定有涡卷弹簧50103的外端，涡卷弹簧50303的内端固定在固定柱50304上，固定柱50304竖向固结在基座3的绝缘下底板303上。

优选的，收线壳体50101的顶部还安装有同轴塔型接线柱50105，同轴塔型接线柱50105与导线4相接通，同轴塔型接线柱50105还通过第一导电环50106和第二导电环50107与导电杆502相接通。

更优选的，收线壳体50101侧壁的底部套装有开孔齿轮50108，所述的收线器501还配套有制动机构505，制动机构505与开孔齿轮50108相配合用于锁止收线壳体50101的转动。

作为本实施例的一种具体方案，基座3包括外壳301，外壳301顶部安装有上盖板302，外壳301底部安装有绝缘下底板303，外壳301内套装有内壳304，内壳304的侧壁上加工有贯通顶部的内开槽305，外壳301的侧壁上加工有贯通顶部的外上开槽306和贯通底部的外下开槽307，内开槽305、外上开槽306和上盖板302组成用于伸出导线4的走线槽308，内开槽305和外下开槽307组成用于安装制动机构505的制动槽309。

作为本实施例的一种优选方案，制动机构505包括第一固定轴50501和第二固定轴50502，第一固定轴50501上铰接有第一摆动杆50503的一端，第二固定轴50502上铰接有第二摆动杆50504的一端，第一摆动杆50503的另一端的顶部和第二摆动杆50504的另一端的顶部分别与移动长杆50505的两端铰接，第二摆动杆50504上还铰接有推拉控制杆50506的一端，推拉控制杆50506的另一端铰接在推动块50507上，推动块50507上还铰接有制动支撑杆50508的一端；所述的制动支撑杆50508的另一端顶在基座3的内壳304上，所述的推动块50507卡装在基座3的制动槽309上且能够沿着制动槽309滑动，第一摆动杆50503和第二摆动杆50504联动用于与开孔齿轮50108相啮合制动。

本实施例中的装置在使用时，如图15所示，首先将主监测机构1固定在建筑中需要监测温度的部位，固定方式可采用粘结等。其次，将子监测结构2自由端拉出，可拉出的长度由缠绕在收线机构5上的导线4的长度来确定；再将子监测结构2自由端固定在主监测机构1周围，实现对周围温度的监测。最后，通过无线传输在监控器10上实施监测温度。当监测装置附近温度逐渐升高时，根据塞贝克效应，温度感应片靠外的一侧与靠内的一侧产生温度差，从而产生热电势，温度差不同，热电势也会有区别。通过监控器10会监测到热电势的变化，最终实现监控温度的变化。同时，子控制器6控制蜂鸣器7，当温度感应器片在产生的热电势大于子控制器6中设定的阈值时，蜂鸣器7会在现场报警。