基于電子鼻技術(shù)的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)研究.pdf

1、電氣化在促進(jìn)生產(chǎn)力和人類(lèi)文明飛速進(jìn)步的同時(shí)，也給火災(zāi)的發(fā)生提供了更大的可能性。二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，電氣火災(zāi)在全國(guó)總火災(zāi)數(shù)中占的比例呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，造成的損失也逐年增加。從國(guó)外統(tǒng)計(jì)來(lái)看，電氣火災(zāi)次數(shù)在總火災(zāi)中也占有相當(dāng)?shù)谋壤ｋ姎饣馂?zāi)主要原因是線路過(guò)載、短路、接觸不良、電弧火花、漏電、雷電或靜電等引起的異常高溫，導(dǎo)致引燃周?chē)扇嘉锘蛞鹁€纜自燃。目前電氣火災(zāi)的探測(cè)主要通過(guò)各種電線電纜表面溫度檢測(cè)和基于電磁原理檢測(cè)，存在誤報(bào)率高、維護(hù)困難等

2、問(wèn)題。考慮到電氣火災(zāi)多由于電氣故障導(dǎo)致線路異常高溫而使得絕緣層自燃或引燃周?chē)镔|(zhì)，而塑料或橡膠材質(zhì)的絕緣層具有高溫?zé)岱纸馓匦裕诟哂陬~定溫度工作時(shí)將釋放特定的氣體，因此本文提出了利用電子鼻技術(shù)進(jìn)行電氣火災(zāi)探測(cè)，構(gòu)建的系統(tǒng)能夠在有限時(shí)間內(nèi)及時(shí)探測(cè)到電氣故障隱患的存在，實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。 本文在電線電纜絕緣材料及其熱特性理論分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了常用的PVC電纜熱分解過(guò)程。通過(guò)對(duì)電線受熱后現(xiàn)象的觀察，并結(jié)合GC的檢測(cè)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)在電

3、線形態(tài)發(fā)生明顯變化且釋放煙霧之前，已經(jīng)釋放出較大量的有機(jī)氣體。從色譜圖中可以看出，隨著溫度的升高，電線釋放氣體的濃度升高，種類(lèi)也有一定的變化，但多集中在低沸點(diǎn)低碳鏈范圍內(nèi)，氣體分析結(jié)果可作為電子鼻傳感器陣列設(shè)計(jì)依據(jù)。 考慮到實(shí)時(shí)探測(cè)的要求，以及電線電纜所處環(huán)境因素，本文設(shè)計(jì)了主動(dòng)采樣模式的電子鼻系統(tǒng)。在采樣泵的作用下，電線釋放氣體大部分被收集至氣室中，大大降低了環(huán)境中風(fēng)等因素對(duì)氣體擴(kuò)散的影響，提高了氣體的采樣效率，使得傳感器陣列

4、能及時(shí)快速的響應(yīng)。氣室的設(shè)置使得傳感器陣列工作在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，主動(dòng)采樣模式相對(duì)于被動(dòng)擴(kuò)散模式的探測(cè)器具有更快的響應(yīng)速度，這對(duì)縮短探測(cè)時(shí)間具有重要的意義。根據(jù)電子鼻的仿生學(xué)原理，提出了傳感器陣列構(gòu)建原則。論文同時(shí)也提出了引入基于常溫固體吸附的氣體富集技術(shù)，設(shè)計(jì)了氣體富集和直通雙取樣模式，以適應(yīng)不同探測(cè)目標(biāo)的特點(diǎn)和要求，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。 碳納米管作為一種新的氣敏材料，具有靈敏度高、

5、檢測(cè)限低和常溫工作等優(yōu)點(diǎn)，也是目前研究的熱點(diǎn)。本文研究了多壁碳納米管的預(yù)處理和納米金屬粒子摻雜，同時(shí)我們制作了以多孔Al2O3為基底的金叉指電極，在其上涂敷不同處理后的碳納米管，制備成安培型的氣敏傳感器。我們研究了不同處理后碳納米管的氣敏性能，理論分析和實(shí)驗(yàn)表明；金屬粒子的摻雜改變了碳納米管的物理結(jié)構(gòu)和電特性，使得其對(duì)氣體響應(yīng)靈敏度和選擇性都有了明顯的改變。由不同碳納米管傳感器構(gòu)成的陣列滿(mǎn)足電子鼻系統(tǒng)對(duì)陣列交叉敏感、廣譜和冗余的要求，在

6、電子鼻系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。 通過(guò)對(duì)電氣火災(zāi)的模擬，得到不同故障條件下傳感器陣列的響應(yīng)模式。分別利用時(shí)域閾值算法、基于統(tǒng)計(jì)原理的算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)傳感器陣列的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，得到電氣火災(zāi)的預(yù)警模型。結(jié)果表明三種算法都可以有效的探測(cè)到電氣火災(zāi)隱患，探測(cè)時(shí)間比現(xiàn)有文獻(xiàn)上報(bào)導(dǎo)的大大縮短。由于氣敏傳感器的廣譜性，傳感器也會(huì)對(duì)干擾氣體產(chǎn)生響應(yīng)，而時(shí)域閾值算法和統(tǒng)計(jì)原理算法由于缺乏對(duì)氣體源的辨識(shí)能力，很容易造成誤報(bào)。而基于神經(jīng)網(wǎng)