文 | 南柯归洵
编辑 | 南柯归洵
前言
火灾探测技术是现代消防安全系统的一个重要组成部分，旨在探测各种环境中的火灾或烟雾并向个人发出警报，从家庭到商业建筑和工业设施，火灾探测器在防止财产损失、拯救生命和最小化火灾影响方面发挥着关键作用。
火灾探测器分为两种主要类型:烟雾探测器和热探测器，每种类型都有不同的工作原理，适用于特定的火灾场景，他们的发明原理是什么？
烟雾探测器设计用于识别空气中烟雾颗粒的存在，这通常是火灾的指示，这些探测器的工作原理是烟可以散射光，烟雾探测器主要有两种类型。
这些探测器包含一个小放射源，电离室内的空气，当烟雾进入电离室时，会破坏电离过程，导致电流下降，这种变化会触发警报，电离烟雾探测器可有效探测产生较小烟雾颗粒的快速燃烧火灾。
光电烟雾探测器使用一个光源和一个光敏传感器，当烟雾进入室内时，它会散射光线，使光线击中传感器，光线强度的变化触发了警报，光电探测器对产生较大烟雾颗粒的慢燃火灾特别敏感。
热探测器对火灾引起的温度变化做出反应，他们对来自烹饪或蒸汽等活动的错误警报不太敏感，有两种主要类型的热探测器，固定温度热探测器:当周围温度达到预定阈值时，这些探测器激活。
一旦温度超过这个阈值，设备就会触发警报，固定温度的热探测器通常用于火灾期间预计温度会迅速升高的区域，升温速率热探测器设计用于探测快速升温。
它们配备了一个温度传感器，可以测量温度上升的速度，如果温度以预定的速度上升，探测器就会发出警报，这些探测器中的电离过程涉及使用少量放射性物质，通常是镅-241。
放射性物质发出阿尔法粒子，使探测室内的空气电离，这在两个带电电极之间产生一个小电流，当烟雾进入电离室时，会破坏电离过程，降低电流，探测器的电路感应到电流下降并触发警报。
光电感烟探测器由光源和光敏传感器组成，在正常情况下，来自光源的光不会直接到达传感器，然而，当烟雾进入室内时，它会散射光线，导致部分光线到达传感器，光强度的变化被传感器检测到，警报被激活。
定温热探测器使用双金属片或易熔元件工作，随着环境温度升高，双金属片弯曲或易熔元件熔化，一旦达到预定的温度阈值，这种机械变化就会触发警报。
升温速率热探测器结合使用温度传感器和电子电路，传感器监控温度上升的速度，如果温度快速上升(通常在短时间内),探测器会将其解读为潜在火灾并启动警报。
随着时间的推移，火灾探测技术不断进步，各种传感技术已经集成到探测器中，以提高准确性并减少错误警报，多传感器探测器结合了多种传感技术，如电离和光电传感器，以提高探测能力。
通过分析来自多个来源的数据，这些探测器可以更好地区分真正的火灾和由非火灾事件触发的假警报，一些火灾探测器配备了一氧化碳传感器来探测这种有毒气体的存在。
一氧化碳通常在火灾中产生，甚至在可见的烟雾出现之前就对人类有害，在单个设备中结合火灾和一氧化碳检测，提供全面的早期预警和安全性。
先进的火灾探测系统可以结合热成像技术，热成像摄像机可以检测热点和温度异常，有助于在可见的火焰或烟雾出现之前识别潜在的火源。
火灾探测器的原理基于面对火灾紧急情况时的早期预警和快速反应的需要，这些设备在各种环境中必不可少:大多数住宅建筑都需要烟雾探测器，为居民提供重要的保护。
早期检测可使居住者迅速撤离，最大限度地降低伤亡风险，火灾探测器在保护商业和工业空间方面发挥着至关重要的作用，在这些地方，财产损失和业务中断可能是灾难性的。
通过及早向居住者和应急人员发出警报，这些系统有助于防止大规模火灾并减轻其后果，火灾探测技术在车辆和运输系统中也很重要，在飞机、轮船、火车和汽车上，火灾探测器能够对潜在的火灾做出快速反应，从而提高了乘客的安全。
数据中心和发电站等关键基础设施依赖火灾探测来防止中断并保持运营完整性，早期火灾探测有助于保护敏感设备，防止潜在的灾难。
火灾探测器的基本原理植根于保护生命和财产免受火灾破坏的基本目标，无论是使用烟雾探测、热量探测还是传感技术的组合，这些设备都旨在早期探测火灾，以便快速响应和有效疏散。
随着技术的不断进步，火灾探测系统可能会变得更加复杂，与智能生态系统、人工智能和实时监控相结合，以进一步提高其在防火和安全方面的准确性和有效性。
火灾探测器的发明证明了人类在面对最原始和最具破坏性的因素之一:火时的聪明才智和对安全的追求，纵观历史，火灾摧毁了城市、家园和景观，推动了旨在检测和预防这些灾难性事件的技术的发展。
早在复杂的火灾探测技术出现之前，古代文明就设计出了提供火灾早期预警的基本方法，在古罗马，城市守卫会在晚上巡逻街道，装备有铃铛和拍板。
这些警卫会在发生火灾时敲钟，提醒居民注意危险，同样，古代中国和希腊文明使用瞭望塔和信号方法向邻近地区传达火灾的存在。
在古埃及，一个以其先进的知识而闻名的文明，火灾探测采取了利用具有敏锐感觉的动物的形式，众所周知，像鹅和狗这样的动物对烟和火有高度的敏感性，它们的躁动不安是潜在危险的标志。
几个世纪以来，人类观察是探测火灾的主要方法，人们依靠他们的感官来探测远处的烟味、火焰或火光，虽然这些方法的有效性有限，但它们为后来更系统的火灾探测方法奠定了基础。
从单纯依靠人工观察到利用机械设备进行火灾探测的转变标志着一个重要的转折点，在17和18世纪，发明家开始试验新的机制来提供火灾的早期预警。
一项著名的发明是弗朗西斯科·斯皮里托的“热敏闹钟”，于1852年获得专利，这个装置的特点是一个连接到保险丝的钟摆机构，一旦受热就会点燃。
随着保险丝烧断，钟摆摆动，最终敲响了钟，发出了警报，虽然还不成熟，但该发明为火灾探测中机械元件的集成奠定了基础，19世纪，英国发明家乔治·安德鲁·达比在火灾探测领域做出了重大贡献。
1822年，达比获得了“火警电报”的专利，这种电报由一系列用电报线连接的设备组成，当检测到火灾时，火源处的设备将触发警报，警报被传输到中央监控站，这种早期形式的网络化火灾探测为未来更先进、更互联的系统奠定了基础。
19世纪末电的出现为火灾探测的革命性进步打开了大门，1852年，弗朗西斯·罗宾斯·厄普顿和费尔南多·j·迪布尔获得了第一个电子火警报警器的专利，这是一个显著的里程碑。
他们的系统利用一系列由电线连接的警报器，允许远程检测和通知， 埃德温·霍姆斯和电报系统，火灾探测技术的先驱之一是埃德温·霍姆斯(Edwin Holmes)，他在19世纪中期在美国引入了“火灾报警电报”系统。
霍姆斯的系统结合了以前发明的元素，如热敏机制和电信号，该系统的特点是在整个城市安装消防箱，每个消防箱都装有一个可以被触发的机制，向一个中心位置发送火警信号。
霍姆斯的发明通过实现快速通信和对火灾的响应，大大减少了不受控制的火灾造成的损失，从而改变了火灾探测的前景，20世纪见证了火灾探测技术的重大突破，重点是烟雾探测器。
1930年，瑞士物理学家沃尔特·耶格获得了一项烟雾探测装置的专利，该装置利用光敏电池来探测烟雾颗粒引起的光线变化，然而，该设备仍处于试验阶段，并没有被广泛采用。
直到20世纪60年代，第一个实用的烟雾探测器才由美国发明家杜安·皮尔萨尔推出，Pearsall的装置利用一个小型放射源和一个光电管来探测烟雾颗粒。
这一创新标志着火灾探测向前迈出了重要的一步，因为它为早期阶段的火灾探测提供了可靠而有效的方法，1965年，Dale L. Heatherington和Robert Emmett Jr .发明了电离烟雾探测器。
这种探测器使用小型放射源电离探测室内的空气，当烟雾进入电离室时，它破坏了电离过程，导致电流减少，这一变化触发了警报，提醒居住者烟雾和潜在火灾的存在。
20世纪末和21世纪初见证了先进传感技术的集成，例如结合了电离和光电传感器以提高精确度的多传感器检测器，一氧化碳(CO)探测器可以识别火灾中产生的这种致命气体的存在，已经成为消防安全系统不可或缺的一部分。
此外，连通性和物联网(IoT)的进步使得互联火灾探测系统的创建成为可能，这些系统可以与中央监控站、应急响应人员甚至房主的智能手机进行通信。
火灾探测器的发明历史是一个不断创新的故事，这种创新是由保护生命和财产免受火灾毁灭性影响的愿望所驱动的，从古代文明的早期预警方法到我们今天拥有的现代技术驱动的系统，火灾探测已经走过了漫长的道路。
George Andrew Darby、Edwin Holmes和Duane Pearsall等发明家的贡献塑造了消防安全的轨迹，引领了烟雾探测器、电离探测器和复杂互联系统的发展。
随着技术的不断进步，火灾探测的未来有望与智能生态系统、人工智能和实时通信实现更大程度的集成，这些发明的遗产提醒我们，寻求安全和保护是全人类的共同努力，火灾探测技术证明了我们战胜自然界最强大力量之一的决心。
参考文献
【1】《火灾自动报警技术与工程实例》中国建筑科学研究院、李宏文中国建筑工业出版社2016年1月
【2】《火灾自动报警系统：简明设计手册》黄浩忠中国建材工业出版社2001年10月1日
【3】《火灾探测与信息处理》吴龙标化学工业出版社2006年8月1
