专利名称：隧道火灾监测报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种隧道专用火灾监测报警装置。
目前国内隧道中使用的火灾报警装置主要有以下两种。
(1)以铜管—膜盒作差温式传感器的开关量报警系统。
(2)以感温电缆作定温式传感器的开关量报警系统。
前者已应用于西欧一些国家的隧道中，它的工作原理是在正常状态下，环境温度的变化，铜管内的空气随之胀缩，其气体由铜管端头旁的微小排气孔进出，火情发生时，铜管内的空气骤然受热膨胀，微小的排气孔无法排除，致使铜管内空气压力骤然增加，使与铜管相连的膜盒内的开关接通而报警。但国内隧道中，由于烟雾、粉尘过大，致使该微小排气孔排气不畅或被堵塞而引起误报，因此，该系统未能广泛用于国内隧道中。
后者已广泛用于石油、化工、发电站等设施。它的工作原理是由两条外表涂有预定低熔点绝缘物质的互绞导线组成，它们在正常状态下是相互绝缘的，火情发生时，环境温度达到电缆外层绝缘物质预定熔化温度时，绝缘层被破坏，使两根导线短路而报警。它的优点是结构简单，它的缺陷是每个报警信号都是要在电缆体发生物理性损坏的前提下形成破坏性报警。这种电缆每次报警后，都要进行更换修复。这种要求对隧道来说，安装环境十分不便；由于设计原理上的局限，这种电缆的报警信号与其短路故障信号无区分，使其实用性大打折扣。
上述两种装置均为开关量报警，其共同的弊端是无法随火灾性质环境状态的不同而改变报警温度设定值，也不能监测现场的温度变化情况。
本实用新型的目的是提供一种结构简单，成本低廉，使用方便、可靠、既能监测全隧道的温度变化情况，又可方便地设置报警值，火灾发生时，适时发出报警信号的隧道火灾监测报警装置。
本实用新型是这样实现的本实用新型隧道火灾监测报警装置，包括一台计算机2、若干下位机3和线式温度探测器4，下位机和温度探测器沿隧道长度方向布置，线式温度探测器4与下位机3相连，下位机之间，下位机与计算机之间由通信缆线6连接，下位机3包括数据采集和通讯装置。计算机2可以是工控机、微机、单片机。
本实用新型线式温度探测器4由热敏合金线构成。
本实用新型有手动报警按钮5通过通信电缆6与下位机3连接。
本实用新型计算机2的串口I下位机， 串口II接中央控制室或消防联动控制装置。
本实用新型下位机3包括温度变换器8、放大器9、模拟多路开关10、V/F变换器11、CPU单元12、RS485通讯电路13和看门狗电路14，线式温度探测器4通过a、b端接入温度变换器，温度变换器的c端接入放大器的输入端d，放大器的输出端e接入模拟多路开关的f端，模拟多路开关的输出端g与V/F变换器的输入端h相连，V/F变换器的输出端i接CPU单元的计数输入端j，CPU单元的两个I/O端口o，q分别与模拟多路开关的p、r端相连，I/O端口m，CPU复位端k分别与看门狗电路的n、l端口相连，CPU的发送和接收端s、u分别接入RS485通讯电路的t、v端，RS485通讯电路的发送端A1、B1以及接收端A2、B2均挂接到通讯总线上与计算机2通讯连接。
本实用新型手动报警按钮5的e端与模拟多路开关的f端连接。
本实用新型温度变换器由恒流源电路和运算放大器组成，恒流源的输出接热敏合金线式温度探测器，探测器的一端接模拟地，另一端接运算放大器7650的同向输入端，放大器的输出端10接模拟多路开关4051的第0通道。另一相同的温度变换器的输出端接入模拟多路开关的第1通道，两个手动火灾报警按钮分别与模拟多路开关的第2，3通道相连，模拟多路开关的输出端X接V/F变换器AD650的电压输入端3脚，AD650的第8脚为脉冲频率输出端接入CPU单片机的计数器输入端。
本实用新型另一恒流源为电阻R3提供恒定电流，电流大小通过电位器W2调节，调节R3两端的电压对放大器7650调零，AD650的第8脚通过三极管V7和光电耦合器件LBC135，经7414斯密特触发器接CPU单片机计数器输入端。
本实用新型温度探测器4是一种具有正温度系数的热敏合金线，电阻率为0.05-0.1欧·毫米2/米(25℃)，电阻值变化率为0.04-0.06/度。
本实用新型结构简单，比同类进口产品价格低廉，是适应我国现有隧道环境的火灾监测差温式报警装置。它既能监测全隧道的温度变化情况，又能根据规范和不同环境的实际情况方便地设置报警值，火灾发生时，适时发出报警信号。
本实用新型采用了将温度信号经变换器转换成脉冲信号这一新的工作原理，又采用了一种外形与普通导线别无二致的热敏合金线作为线式温度探测器，对全隧道不间断温度监测和适时自检，能对现场的任何异常情况作出迅速准确的反应，发出报警或故障信息，在CRT上直观显示出来，且发出相应的声、光提示。这些信息都是在每1/10秒采集一次温度信号的频率下，经多次取样分析比较，进行判别处理后得出的真实结果。本实用新型具有开放式结构，线式温度探测器可任意分叉布线，便于改建扩充。火灾发生后，即使该探测器外皮绝缘层被烧毁，只要合金线未烧断，仍可正常使用，实现了非破坏性报警。
如下是本实用新型的附图
图1为本实用新型的框图。
图2为下位机电路框图。
图3为下位机数据采集和变换电原理图。
图4为线式温度探测器温度——电阻特性曲线图。
图5为线式温度探测器温度——CPU单元采样脉冲数特性曲线图。
图下是本实新型的实施例图1所描述的是系统的基本组成，由线式温度探测器4感受到的温度信号送至编有地址码的下位机3中，经变换器转换成脉冲信号，下位机3每1/10秒采集一次该信号，并由单片机进行软件滤波，即将多次采样中可能出现的干扰数据剔除后，采用RS485通讯经通信电缆6送至计算机2，计算机2按自行开发的软件程序判别，在CRT上显示状态串口II输出约定的信号给中央控制室或消防联动控制设备。报警温升速率可根据现场火情发生的实际情况方便地设置。对全隧道不间断温度监测和适时自检，能对现场出现的任何异常情况作出迅速准确反应，当故障发生时立即发出故障声、光信息，同时显示故障性质及部位；当温升速率达到或超过报警温升速率设定值时，立即发出火灾报警声、光信息，同时显示火灾部位，柱图、趋势图颜色由绿色变成红色。手动火灾报警按钮5是按火灾报警装置设计规范设置的，按下按钮，装置立即发出火灾报警声、光信息，同时显示报警部位。当手动火灾报警按钮发生断路等故障时，也能适时发出故障提示。
图2所描述的是下位机电路框图，下位机包括温度变换器、放大器、模拟多路开关、V/F变换器、CPU单元、RS485通讯电路和看门狗电路。两根线式温度探温器通过各自的a、b端接入温度变换器，两个温度变换器的c1、c2端分别接入与其对应的放大器的输入端d1、d2，两个放大器的输出端e1、e2和两个手动报警按钮的e3、e4端分别接入模拟多路开关的f1、f2、f3、f4端，模拟多路开关的输出端g与V/F变换器的输入端相连，V/F变换器的输出端接入CPU单元的计数输入端j，CPU单元的两个I/O端口o、q分别与模拟多路开关的p、r端相连，作为通道切换控制信号输入端，I/O端口m、CPU复位端k分别与看门狗电路的n、l端口相连，以避免程序运行时死锁，CPU电路的发送和接收端s、u分别接入RS485通讯电路的t、v端，RS485通讯电路的发送端A1、B1以及接收端A2、B2均挂接到通讯总线上，以便与上位机进行数据通讯。
图3所描述的是下位机数据采集和变换电原理图，线式温度探测器是一种热敏合金线。其电阻值与温度呈正温度线性特性。温度变换器由恒流源电路和运算放大器电路组成。其作用是将线式温度探测器的温度电阻特性变换为温度电压特性，以供放大器输入。恒流源为线式温度探测器提供恒定电流，当线式温度探测器的电阻值随温度呈线性变化时，其两端的电压也随温度呈线性变化，在电路中，线式温度探测器的一端接模拟地，另一端通过电阻R7接入运算放大器7650的同向输入端，另一恒流源为电阻R3提供恒定电流，电流大小通过电位器W2调节，调节R3两端的电压对运算放大器调零，本电路的调零点为-30℃(通过模拟电阻来调节)，放大器输出端接入模拟多路开关的第0通道。另一温度变换器与此相同，在本图中省略，其输出端接入模拟多路开关的第1通道。两个手动火灾报警按钮分别与模拟多路开关的第2、3通道相连，模拟多路开关的输出端通过电位器W3、R11接入V/F变换器AD650的电压输入端，AD650的第8脚为脉冲频率输出端，通过三极管V7和光电耦合器件LBC135，经7414斯密特触发器送入单片机的计数器输入端(本图省略)由于线式温度探测器的电阻与温度呈线性关系，因此V/F变换器的输出频率与温度也呈线性关系，符合方程T＝KF＋B(关系式中T为线式探测器所处位置的环境温度，F为V/F变换器的输出频率，K为温度、频率系数，B为0℃时V/F变换器的输出频率)。
图4为线式温度探测器温度——电阻特性曲线图，在本装置的下位机实施例中，采用了长度为100米外径为0.5～0.7毫米的线式温度探测器，经实测，其温度电阻变化系数为4500～6000ppm，对于100米线式温度探测器，电阻、温度变化率为0.13～0.17Ω/℃。
图5为线式温度探测器温度—CPU单元采集脉冲数特性曲线图，由于CPU单元对每个通道(包括两个手动火灾报警按钮)设定的采样时间为25ms，因此本系统中每个下位机对4个通道完成一次采集所需的时间为115毫秒(包括15毫秒的通道切换延迟时间)。图5显示了每25毫秒CPU单元所采集的脉冲数与温度的特性曲线，可看出这是一个线性关系。完成温度数据采集后，下位机将温度数据通过RS485通讯线路传送给计算机。计算机根据一个给定的一次方程即可计算出对应的温度值，从而根据温度变化速率确定是否发出火灾报警信号。
权利要求1.一种隧道火灾监测报警装置，其特征在于包括一台计算机(2)、若干下位机(3)和线式温度探测器(4)，下位机和温度探测器沿隧道长度方向布置，线式温度探测器(4)与下位机(3)相连，下位机之间，下位机与计算机之间由通信缆线(6)连接，下位机(3)包括数据采集和通讯装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于线式温度探测器(4)由热敏合金线构成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于有手动报警按钮(5)与下位机(3)连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于计算机(2)的串口I与下位机连接，串口II接中央控制室或消防联动控制装置。
5.根据权利要求1或2或4所述的装置，其特征在于下位机(3)包括温度变换器(8)、放大器(9)、模拟多路开关(10)、V/F变换器(11)、CPU单元(12)、RS485通讯电路(13)和看门狗电路(14)，线式温度探测器(4)通过a、b端接入温度变换器，温度变换器的c端接入放大器的输入端d，放大器的输出端e接入模拟多路开关的f端，模拟多路开关的输出端g与V/F变换器的输入端h相连，V/F变换器的输出端i接CPU单元的计数输入端j，CPU单元的两个I/O端口o，q分别与模拟多路开关的p、r端相连，I/O端口m，CPU复位端k分别与看门狗电路的n、l端口相连，CPU的发送和接收端s、u分别接入RS485通讯电路的t、v端，RS485通讯电路的发送端A1、B1以及接收端A2、B2均挂接到通讯总线上与计算机(2)通讯端口连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于手动报警按钮(5)的e端与模拟多路开关的f端连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所说的温度变换器由恒流源电路和运算放大器组成，恒流源的输出接热敏合金线式温度探测器，探测器的一端接模拟地，另一端接运算放大器7650的同向输入端，放大器的输出端10接模拟多路开关4051的第0通道。另一相同的温度变换器的输出端接入模拟多路开关的第1通道，两个手动火灾报警按钮分别与模拟多路开关的第2，3通道相连，模拟多路开关的输出端X接V/F变换器AD650的电压输入端3脚，AD650的第8脚为脉冲频率输出端接入CPU单片机的计数器输入端。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于另一恒流源为电阻R3提供恒定电流，电流大小通过电位器W2调节，调节R3两端的电压对放大器7650调零，AD650的第8脚通过三极管V7和光电耦合器件LBC135，经7414斯密特触发器接CPU单片机计数器输入端。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于线式温度探测器(4)是一种具有正温度系数的热敏合金线，电阻率为0.05-0.1欧·毫米2/米(25℃)，电阻值变化率为0.004-0.006/度。
专利摘要本实用新型为一种隧道火灾监测报警装置。包括一台计算机2、若干下位机3和线式温度探测器4。下位机和线式温度探测器沿隧道长度方向布置,线式温度探测器4与下位机3相连,下位机之间,下位机与计算机之间由通信缆线6连接。可实现对全隧道不间断温度监测的直观显示和非破坏性报警。
文档编号G08B17/06GK2478187SQ00245279
公开日2002年2月20日 申请日期2000年12月11日 优先权日2000年12月11日
发明者张益康, 张宗禘, 郭明杰, 文良纯, 张翼, 刘卫华, 康林, 姜光荣 申请人:康达(成都)电子有限公司