基于電子鼻技術的電氣火災預警系統(tǒng)研究.pdf

1、電氣化在促進生產(chǎn)力和人類文明飛速進步的同時，也給火災的發(fā)生提供了更大的可能性。二十世紀九十年代以來，電氣火災在全國總火災數(shù)中占的比例呈現(xiàn)上升趨勢，造成的損失也逐年增加。從國外統(tǒng)計來看，電氣火災次數(shù)在總火災中也占有相當?shù)谋壤?。電氣火災主要原因是線路過載、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，導致引燃周圍可燃物或引起線纜自燃。目前電氣火災的探測主要通過各種電線電纜表面溫度檢測和基于電磁原理檢測，存在誤報率高、維護困難等

2、問題。考慮到電氣火災多由于電氣故障導致線路異常高溫而使得絕緣層自燃或引燃周圍物質(zhì)，而塑料或橡膠材質(zhì)的絕緣層具有高溫熱分解特性，在高于額定溫度工作時將釋放特定的氣體，因此本文提出了利用電子鼻技術進行電氣火災探測，構建的系統(tǒng)能夠在有限時間內(nèi)及時探測到電氣故障隱患的存在，實現(xiàn)早期預警。 本文在電線電纜絕緣材料及其熱特性理論分析的基礎上，重點分析了常用的PVC電纜熱分解過程。通過對電線受熱后現(xiàn)象的觀察，并結合GC的檢測結果，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，種類也有一定的變化，但多集中在低沸點低碳鏈范圍內(nèi)，氣體分析結果可作為電子鼻傳感器陣列設計依據(jù)。 考慮到實時探測的要求，以及電線電纜所處環(huán)境因素，本文設計了主動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)境中風等因素對氣體擴散的影響，提高了氣體的采樣效率，使得傳感器陣列

4、能及時快速的響應。氣室的設置使得傳感器陣列工作在相對穩(wěn)定的環(huán)境中，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實驗結果也表明，主動采樣模式相對于被動擴散模式的探測器具有更快的響應速度，這對縮短探測時間具有重要的意義。根據(jù)電子鼻的仿生學原理，提出了傳感器陣列構建原則。論文同時也提出了引入基于常溫固體吸附的氣體富集技術，設計了氣體富集和直通雙取樣模式，以適應不同探測目標的特點和要求，進一步提高系統(tǒng)性能。 碳納米管作為一種新的氣敏材料，具有靈敏度高、

5、檢測限低和常溫工作等優(yōu)點，也是目前研究的熱點。本文研究了多壁碳納米管的預處理和納米金屬粒子摻雜，同時我們制作了以多孔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，理論分析和實驗表明；金屬粒子的摻雜改變了碳納米管的物理結構和電特性，使得其對氣體響應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成的陣列滿足電子鼻系統(tǒng)對陣列交叉敏感、廣譜和冗余的要求，在

6、電子鼻系統(tǒng)中具有很好的應用前景。 通過對電氣火災的模擬，得到不同故障條件下傳感器陣列的響應模式。分別利用時域閾值算法、基于統(tǒng)計原理的算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法對傳感器陣列的響應信號進行處理，得到電氣火災的預警模型。結果表明三種算法都可以有效的探測到電氣火災隱患，探測時間比現(xiàn)有文獻上報導的大大縮短。由于氣敏傳感器的廣譜性，傳感器也會對干擾氣體產(chǎn)生響應，而時域閾值算法和統(tǒng)計原理算法由于缺乏對氣體源的辨識能力，很容易造成誤報。而基于神經(jīng)網(wǎng)