دتکتور شعله

تشعشعات چیست؟

در علم فوتونیک، به مجموعه ۳ ناحیه مادون قرمز (Infrared)، ناحیه مرئی (Visible) و فرابنفش (Ultraviolet)، ناحیه اپتیکی می‌گویند. از آنجایی که واژه اپتیک (Optic) را غالباً نور معنی می‌کنند، به امواج یا تابش مادون قرمز (IR)، نور مادون قرمز نیز می‌گویند. طول موج و فرکانس ناحیه اپتیکی در شکل زیر نشان داده است.

• امواج یا تابش‌های ماوراء بنفش که به آن UV می‌گویند.
• امواج یا تابش‌های مرئی که به آن VISIBLE می‌گویند.
• امواج یا تابش‌های مادون قرمز که به آن IR می‌گویند.

دتکتور شعله ای چیست؟

فلیم دتکتور یا آشکارساز شعله، یک نوع سنسور و حسگر است که برای تشخیص و پاسخ به حضور شعله یا آتش طراحی شده است. این دتکتورها توانایی تشخیص وجود شعله یا آتش را دارند و به آن واکنش نشان می‌دهند. علاوه بر این، قادرند دود یا مایعات بدون دودی که ممکن است آتش ایجاد کنند را نیز شناسایی کنند.

آشکارسازهای شعله، با در نظر گرفتن دمای هوا و جریان هوا، قابلیت تشخیص آتش را دارند. این تجهیزات از امواج الکترومغناطیسی که از شعله ساطع می‌شود، مانند امواج فرابنفش (UV)، مادون قرمز (IR) و امواج مرئی (Visible) برای تشخیص و شناسایی شعله استفاده می‌کنند. آنها قادرند در عرض کمتر از یک ثانیه وجود شعله را تشخیص داده و هشدار دهند.

واکنش فلیم دتکتورها به تشخیص آتش، بسته به نوع نصب و محل قرارگیری آنها، متفاوت است. این دتکتورها می‌توانند به صورت آژیری صدا اعلام حریق کنند، مسیر سوخت را با استفاده از شیرهای برقی مسدود کنند و یا حتی سیستم‌های اطفاء حریق را فعال سازند.

با بهره‌گیری از مکانیسم‌های خاص برای تشخیص شعله، فلیم دتکتورها به طور معمول بهتر و سریع‌تر از دتکتورهای دودی و حرارتی نسبت به وجود آتش پاسخ می‌دهند.

اجزا و قطعات فلیم دتکتور

یکی از اجزای اساسی یک فلیم دتکتور، سنسور شعله آن دتکتور است. سنسورهای موجود در آشکارساز شعله، امواج تشعشع شده توسط حریق را تشخیص می‌دهند. مدارهای فوتوالکتریک، این امواج را به سیگنال ولتاژ مربوطه تبدیل می‌کنند. سیگنال ولتاژ به وسیله یک میکروکنترلر جداگانه پردازش می‌شود و به خروجی مورد نظر تبدیل می‌گردد. بنابراین، یک آشکارساز شعله از اجزا و قطعات مذکور تشکیل شده است.

• مدارهای آشکارساز فوتوالکتریک (photoelectric detective circuits)
• مدارهای تهویه سیگنال (signal conditioning circuits)
• سیستم های ریزپردازنده (microprocessor systems)
• مدارهای ورودی/خروجی (I/O circuits)
• سیستم های خنک کننده بادی (wind cooling systems)

انواع دتکتورهای شعله ای و نحوه کار آن‌ها

آشکارسازهای شعله اپتیکال یا نوری (Optical flame detectors) کاربردهای گسترده‌ای در محیط‌های خطرناک دارند، از جمله تاسیسات گرمایشی صنعتی، توربین‌های گازی صنعتی و تأسیسات نفت، گاز و پتروشیمی. دلیل اصلی این استفاده، توانایی آن‌ها در تشخیص سریع و کارآمد شعله‌های کوچک است که می‌تواند به صورت فوری خطر حریق را کاهش دهد.

دتکتورهای شعله از سه نوع اصلی سنسور استفاده می‌کنند: سنسورهای امواج مادون قرمز (IR)، سنسورهای امواج فرابنفش (UV) و سنسورهای نور مرئی، که برخی از آنها همچنین پردازش تصویر را نیز انجام می‌دهند.

دتکتور شعله ماورا بنفش

دتکتورهای ماورا بنفش (UV) با تشخیص اشعه‌های ماورا بنفش که در لحظه اشتعال منتشر می‌شوند، عمل می‌کنند.

با این وجود، این نوع دتکتور شعله قادر به تشخیص آتش سوزی و انفجارها در عرض 3 الی 4 میلی‌ثانیه است، اما برای فعال‌سازی و اعلام خطر نیاز به تأخیر زمانی حدود 2 الی 3 ثانیه دارد. این تأخیر به دلیل احتمال تشخیص اشتباه (مانند شناسایی منابع دیگر اشعه ماورا بنفش مانند رعد و برق، جوشکاری قوس، تابش و نور خورشید) ایجاد شده است.

ردیاب های UV معمولا با طول موج های کوتاه تر از 300 نانومتر کار می کنند تا امکان خطا را به حداقل برسانند.

دتکتور شعله نزدیک مادون قرمز

دتکتور شعله نزدیک مادون قرمز یا IR (با فرکانس بین 0.7 تا 1.1 میکرومتر) به عنوان یک نوع دتکتور شعله بصری شناخته می‌شود.

این دتکتور از فناوری تشخیص شعله با تجزیه و تحلیل در بازه نزدیک تابش IR با استفاده از یک دستگاه اتصال شارژ (CCD) استفاده می‌کند.

سنسورهای برق الکتریکی که در این طول موج کار می‌کنند، به نسبت ارزان هستند.

این حسگرهای آرایه‌ای چند کاناله یا پیکسلی هستند که شعله‌های آتش را در باند نزدیک IR کنترل می‌کنند و یکی از مطمئن‌ترین فناوری‌های موجود برای تشخیص آتش سوزی هستند.

تابش نور از آتش در یک زمان معین، تصویری از شعله را شکل می‌دهد.

استفاده از پردازش تصویر دیجیتال می‌تواند برای شناسایی شعله‌های آتش مورد استفاده قرار گیرد.

این کار از طریق تجزیه و تحلیل فیلمی که از این تصاویر دیجیتال در فرکانس نزدیک به مادون قرمز ایجاد می‌شود، انجام می‌شود.

دتکتور شعله مادون قرمز

دتکتورهای شعله IR یا مادون قرمز باند پهن (1.1 میکرومتر و بالاتر) طیفی از فرکانس مادون قرمز را برای تشخیص الگوهای خاصی که از طریق گازهای گرم ساطع می‌شود، کنترل می‌کنند.

این موارد با استفاده از یک دوربین تصویربرداری حرارتی ویژه ضد آتش (TIC) که نوعی دوربین گرماسنج است، تشخیص داده می‌شوند.

هشدارهای نادرست و گمراه‌کننده توسط این دتکتورها ممکن است به دلیل تابش سایر سطوح گرم و تابش گرمایی در منطقه ایجاد شود.

وجود آب روی لنز ردیاب و همچنین قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید، دقت این نوع از ردیابها را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

دامنه فرکانس این نوع از دتکتورها معمولاً در حدود 4.3 تا 4.4 میکرومتر است که در این فرکانس، CO2 انرژی را تشدید می‌کند.

حین سوختن هیدروکربن‌ها مانند چوب یا سوخت‌های فسیلی مانند روغن و گاز طبیعی، گرما و گاز CO2 زیادی آزاد می‌شود.

CO2 داغ در فرکانس تشدید 4.3 میکرومتر انرژی زیادی را منتشر می‌کند که این موضوع باعث افزایش انتشار تابش کل می‌شود و به خوبی قابل تشخیص است.

یک نقطه ضعف شدید در این نوع از ردیاب‌ها این است که تقریباً تمام تابش‌ها توسط آب یا بخار آب جذب می‌شوند که این باعث می‌شود سنسورهای مادون قرمز برای استفاده در برنامه‌های خارج از منزل در برابر آتش‌سوزی به طور صحیح واکنش نشان ندهند.

زمان پاسخگویی معمول یک دتکتور IR بین ۳ تا ۵ ثانیه است.

دوربین های حرارتی مادون قرمز

دوربین‌های حرارتی مادون قرمز یا MWIR معمولاً برای تشخیص گرما استفاده می‌شوند.

این دوربین‌ها با الگوریتم‌های خاص، نقاط داغ را در منطقه تحت پوشش خود شناسایی می‌کنند و برای پیشگیری از آتش‌سوزی و خطرات آتش، شعله‌های آتش را تشخیص می‌دهند.

این دوربین ها می توانند در تاریکی کامل مورد استفاده قرار گیرند و می توانند در داخل یا خارج از منزل کار می کنند.

دتکتور شعله UV/IR

این دتکتورها همزمان به نور UV و IR حساس هستند و با مقایسه سیگنال‌هایی که از هر دو نوع نور دریافت می‌کنند، شعله را تشخیص می‌دهند.

این ویژگی به کاهش هشدارهای غیرضروری و اشتباه کمک می‌کند.

دتکتور شعله IR/IR

ردیاب‌های شعله دوگانه (IR/IR) سیگنال‌های آستانه را در دو محدوده مختلف از نور مادون قرمز مقایسه می‌کنند.

بیشترین اوقات، یک سنسور CO2 با طول موج 4.4 میکرومتر را بررسی می‌کند، در حالی که سنسور دیگر یک فرکانس مرجع را کنترل می‌کند.

دتکتور IR3

دتکتورهای شعله سه گانه IR سه باند از طول موج خاص را در منطقه طیفی IR بررسی می‌کنند و نسبت آن‌ها را با یکدیگر مقایسه می‌کنند.

در این حالت، یک سنسور به محدوده 4.4 میکرومتر در حال بررسی خواهد بود، در حالی که سنسورهای دیگر طول موج مرجع، بالاتر و پایین تر از 4.4 را نیز کنترل می‌کنند.

این قابلیت به دتکتور اجازه می‌دهد تا بین منابع IR غیر شعله و شعله‌های واقعی که در فرآیند احتراق CO2 داغ منتشر می‌کنند، آتش‌سوزی را به درستی تشخیص دهد.

به این ترتیب، دامنه تشخیص و ایمنی در برابر هشدارهای اشتباه می‌تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد.

ردیاب‌های IR3 می‌توانند در کمتر از 5 ثانیه آتش‌سوزی مخزن بنزین را تا حداکثر 65 متر (215 فوت) تشخیص دهند.

دتکتور چند موجی یا چند طیفی 3IR+UV

دتکتورهای شعله Multi-IR / 3IR از الگوریتم‌های خاصی برای تشخیص حضور آتش استفاده می‌کنند و آن‌ها را از تابش پس‌زمینه که به طور کلی دامنه و دقت ردیاب را کاهش می‌دهد، جدا می‌کنند.

تابش پس‌زمینه به طور مداوم در همه محیط‌ها وجود دارد، اما به ویژه توسط اشیا در دمای بالا شدت می‌گیرد.

این امر باعث می‌شود که محیط‌های با دمای بالا یا مناطقی که مواد با درجه حرارت بالا کار می‌کنند به ویژه برای دتکتورهای IR چالش برانگیز باشد.

بنابراین، یک سنسور باند UV-C اضافی گاهی اوقات در دتکتورهای شعله قرار می‌گیرد تا یک لایه کنترل و تایید دیگر اضافه کند زیرا تابش پس‌زمینه بر حسگرهای UV تأثیر نمی‌گذارد مگر اینکه درجه حرارت بسیار بالا باشد، مانند درخشش پلاسما از یک دستگاه جوشکاری Arc.

دتکتورهای چند موجی یا چند طیفی مانند 3IR+UV و UVIR بهتر از دتکتورهای فقط مادون قرمز هستند چرا که می‌توانند هشدارهای غلط کمتری داشته باشند و در مواقعی که منابع نور یا حتی آفتاب وجود دارد، قابلیت کارکرد بیشتری دارند.

دتکتورهای مادون قرمز معمولاً به عنوان اصلی‌ترین عامل در تشخیص آتش‌سوزی مورد استفاده قرار می‌گیرند و به انرژی انبوه مادون قرمز اعتماد می‌کنند.

تستر دتکتور شعله چگونه کار می‌کند؟

اگرچه اکثر فلیم دتکتورها دارای تستر داخلی هستند، اما خودآزمایی آشکارساز شعله کفایت نمی‌کند. طبق توصیه‌های سازمان استاندارد NFPA و مطابق درخواست گواهی‌نامه SIL2، لازم است حداقل یک بار در سال یکپارچگی کل سیستم اعلام حریق را آزمایش کنید و از صحت کارکرد آن اطمینان حاصل کنید. این به این معناست که باید یک تست Loop کامل سیستم از دتکتورها گرفته تا سیم‌کشی و کنترل پنل و حتی اطلاع‌رسانی مدارات هشداردهنده‌های آژیر، فلاشر و زنگ انجام دهید. تنها راه ایمن برای انجام این کار، بدون روشن کردن آتش واقعی، استفاده از یک شبیه‌ساز شعله خارجی است.

تسترهای دتکتور مانند Spectrex، General Monitor، VINE SYS و سایرین از محبوب‌ترین و شناخته شده‌ترین محصولات در این زمینه هستند. این تسترها برای شبیه‌سازی یک شعله آتش، از لامپ تست به صورت خودکار و با مقادیر از پیش تعیین شده استفاده می‌کنند. این لامپ‌ها به صورت خودکار و در مقادیر مشخص شده فعال می‌شوند، و این امکان را فراهم می‌کنند که دتکتورهای هر برند با استفاده از تست‌سر مخصوص خود، تست شوند.

فلیم دتکتور را کجا می توان نصب کرد؟

دتکتور شعله به عنوان گران‌ترین نوع آشکارسازهای حریق شناخته می‌شود، اما در عین حال سریع‌ترین و دقیق‌ترین آشکارساز نیز محسوب می‌شود. کاربردهای این دستگاه بیشتر در نواحی صنعتی و مکان‌هایی است که از حساسیت بسیار بالایی برخوردارند. بسته به ناحیه‌ی استفاده، آشکارسازهای شعله به دو دسته‌ی متفاوت تقسیم می‌شوند.

• فلیم دتکتور معمولی
• فلیم دتکتور ضد انفجار EX

دتکتور‌های UV مناسب برای محیط‌های داخلی هستند، در حالی که برای محیط‌های بیرونی بهتر است از دتکتورهای MSIR استفاده شود. استفاده از دتکتور شعله معمولا در شرایط زیر انجام می‌شود:

1. در محیط‌هایی که مواد قابل احتراق بسیاری وجود دارد.
2. در صورتی که نیاز به واکنش فوری به شعله باشد.
3. در مناطقی که بدون نظارت هستند و به اطفاء حریق خودکار نیاز دارند.
4. در مکان‌هایی که سرمایه‌گذاری بزرگی صورت گرفته و نیاز به حفاظت از آن وجود دارد.

کاربردهای دتکتور شعله

• انبارهای صنعتی
• انبار مواد محترقه و محل ذخیره سوخت
• کارخانه های تولید مواد شیمیایی
• فروشگاه های عرضه مواد شیمیایی
• پمپ بنزین ها و ایستگاه های گاز
• کارگاه های جوشکاری قوس الکتریکی
• نیروگاه های برق و نیروگاه های هسته ای
• صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
• ایستگاه های هیدروژن
• ایستگاه های ترانسفورماتور
• تونل های زیرزمینی
• صنایع بازیافت
• اتاق های تست موتور و اتاق های رنگ
• فروشگاه های چوب
• معادن و صنایع وابسته
• پالایشگاه‌ها
• ترمینال‌های بارگیری بنزین
• آشیانه‌ی هواپیما
• ایستگاه‌های پمپاژ خط لوله
• غرفه‌های اسپری رنگ خودرو
• تاسیسات تولید مهمات
• سلول‌های آزمایش موتور جت
• سکوهای حفاری و غیره

چه نکاتی را در هنگام خرید دتکتور باید در نظر گرفت؟

برای انتخاب مناسب‌ترین آشکارساز شعله، نیاز است به نکات زیر توجه کنید:

1. نوع سوخت مورد استفاده در تاسیسات خود را مشخص کنید؛ آیا از الکل، گازوئیل، LNG/LPG، حلال‌ها یا سوختی دیگر استفاده می‌کنید؟ درک ویژگی‌های قابل اشتعال سوخت می‌تواند به شما کمک کند تا فناوری تشخیص شعله نوری مورد نیاز خود را تعیین کنید.
2. وجود منابع دیگری از انرژی تابشی مانند جوشکاری قوس الکتریکی، اجسام داغ یا نور مستقیم خورشید را در محیط تاسیسات خود بررسی کنید. دتکتور انتخابی باید بتواند بین منابع انرژی غیر آتشی و شعله‌های واقعی تمایز قائل شود.
3. ارزیابی کنید که در صورت وقوع آتش سوزی، خطر ذرات معلق در هوا چقدر است؟ دود، روغن، گریس و برخی بخارات شیمیایی ممکن است محدوده تشخیص واحد UV/IR را کاهش دهند. بنابراین، اگر دود شدید یک نگرانی برای شما است، باید فناوری MSIR را در نظر بگیرید.
4. مشخص کنید آیا آشکارساز را می‌توان نزدیک منبع احتراق احتمالی قرار داد یا باید نسبتاً دورتر از منبع قرار گیرد؟ دستگاه‌های مختلف UV/IR و MSIR محدوده تشخیص و میدان دید (FOV) متفاوتی را ارائه می‌دهند، بنابراین باید محیط خود را با مشخصات دستگاه مربوطه هماهنگ کنید.