Đang tải... (xem toàn văn)
miêu tả các cảm biến thông minh được sử dụng trong lĩnh vực an ninh và an toàn trong cuộc sống."An toàn trong cuộc sống" bao gồm báo cháy,báo hiệu khí ga,các hệ thống tắt và sơ tán."An ninh" liên quan đ
4.1 Các hệ thống an ninh an toàn sống Marc Thuillard,Siemen,Cerberus,Mannedorf,Switzerland 4.1.1 Giới thiệu chung Chơng miêu tả cảm biến thông minh đợc sử dụng lÜnh vùc an ninh vµ an toµn cuéc sống."An toàn sống" bao gồm báo cháy,báo hiệu khí ga,các hệ thống tắt sơ tán."An ninh" liên quan đến báo hiệu trộm,kiểm soát vào hệ thống CCTV Ngay từ ban đầu thể sống đà cần đợc cảm thấy thoải mái an toàn.Trong mối nguy hiểm sinh từ bốn nhân tố khoa học Hy Lạp cổ đại đất,nớc,không khí lửa,thì ngời lại làm cho mối đe doạ tăng lên.Ví dụ nh chiến tranh,thù hận sắc tộc,chia rẽ đảng phái,cớp bóc,xâm lợc,khủng bố.Ngoài có nhiều mối đe doạ khác Ngời ta nhận huy động lực lợng phòng bị cách kịp thời dựa vào hệ thống báo hiệu sớm giảm nhẹ chí loại bỏ đợc thiệt hại.Vào thời kỳ cổ đại,lính canh ngời giữ vai trò chủ đạo phơng thức này.Theo thời gian ngời ngày trọng vào công nghệ để hỗ trợ chí thay ngời lính gác nhiệm vơ b¸o hiƯu sím.Ph¸t minh nỉi bËt nhÊt thêi kỳ cổ đại chìa khoá,với chức ngăn chặn thâm nhập không mong muốn.Cho đến ngày đợc phát triển hệ thống kiểm soát vào đại Cùng với đời điện,hệ thống báo hiệu sớm đà xuất hiện.Tất hệ thống muốn phát mối nguy hiểm sớm tốt.Hầu hết công nghệ sử dụng tiếp xúc để kích thích đóng mở đồng hồ báo hiệu,ví dụ nh mét tªn trém dÉm lªn hay bíc qua mét sợi dây căng xung quanh dinh thự đợc bảo vệ Sự phát triển "cảm biến" có tiêu chuẩn chặt chẽ giới động vật.Chính loài vật đà có hệ thống cảm nhận để phát nguy hiểm(hoặc thức ăn) mà công nghệ đại thực đợc.Rất nhiều nguyên lý tạo nên tảng cho phát triển cảm biến đà đợc thực tự nhiên.Ví dụ nh việc sử dụng sóng siêu âm dơi,khả cảm nhận hồng ngoại rắn đuôi chuông,và cảm nhận mùi vị vốn nhiều loài vật Trong phần thảo luận công nghệ nguyên lý cảm biến dành cho việc cảnh báo sớm tình nguy hiểm nhà,ví dụ nh hoả hoạn,rò rỉ khí ga hay trộm cắp.Nh nói đến cảm biến cháy,cảm biến khí ga,cảm biến xâm nhập cảm biến vào.Chúng ta định nghĩa cảm biến thiết bị biến đổi dấu hiệu tình nguy hiểm thành tín hiệu phân tích đợc.Các máy dò tìm thờng bao gồm cảm biến,và máy dò tìm xử lý thông tin cảm biến Những nguyên tắc vật lý hoá học làm tảng cho cảm biến đại hầu hết dễ hiểu.Thử thách thiết kế máy dò tìm tìm nguy hiểm,mà việc phát triệt tiêu tín hiệu vào giả Trong phần lớn trờng hợp,mối nguy hiểm tợng giả giống có chung nguồn gốc.Một máy dò tìm tốt phải phân biệt đợc phân tử khói từ lửa thật với hạt bụi.Một máy vi tính tạo dao động nhiệt độ(Schlieren),và máy dò hồng ngoại thụ động tởng nhầm tên trộm.Sự phản xạ ánh sáng mặt trời tạo tín hiệu giả cho máy dò ánh sáng.Các nguồn giả ảnh hởng đến máy dò địa chấn dùng để phát xâm nhập từ mái,các máy dò siêu âm vi sóng hệ thống báo hiệu trộm,và máy dò khí.Trong hệ thống điều khiển vào,cần phải nhận ngời có quyền vào thời điểm loại bỏ ngời khác.Việc cần đợc thực với độ tin cậy cao Một thử thách cho kỹ s phải thiết kế máy dò tìm có độ "thông minh" cao.Đây khái niệm rộng liên quan đến độ nhậy việc phát tình nguy hiểm lúc loại bỏ tợng giả.Điều cần phải đạt đợc với yêu cầu kinh tế(giá thấp) điều kiện môi trờng khó khăn.Việc thiết kế máy dò tìm cần phải tuân theo quy tắc học,điện tử phần mềm Mặc dù chủ đề sách cảm biến thông minh,chúng thấy cần phải mở rộng vấn đề,trong bao gồm việc giới thiệu khía cạnh hệ thống cảnh báo hệ thống điều khiển khẩn cấp đợc kích hoạt sensor trên.Vì cậy dành vài đoạn để nói hệ thống tắt trung tâm tiếp nhận cảnh báo.Đây toàn trình từ nguy hiểm đợc phát đến đợc loại bỏ Nội dung phần dựa nhiều vào kiến thức đợc xây dựng công ty nhiều năm qua,nó đà đợc ứng dụng để phát triển hệ thống an toàn an ninh.Trong thực tế,chính phát minh máy dò tìm ion hoá đà mở đầu cho công nghiệp này.Chúng muốn cám ơn đồng nghiệp công ty,đà có đóng góp lời khuyên có giá trị,đặc biệt R.Beckers(trung tâm tiếp nhận cảnh báo), U.Krienen, M.Schumacher (cảm biến nhận dạng),M.Muller(hệ thống tắt) H.Kupfer 4.1.2 Cảm biến lửa 4.1.2.1 Đặc tính vật lý lửa,bụi khói,khí ánh sáng Đặc điểm lửa cháy âm ỉ khói khí,cùng với phát xạ gia tăng nhiệt độ ngän lưa bïng ch¸y.C¸c m¸y ph¸t hiƯn lưa sư dụng hiệu ứng vật lý để phát hoả hoạn sớm để giảm thiểu tối đa phá huỷ.Cùng với phát triển xu hớng công nghệ, cảm biến lửa đà trải qua thay đổi nâng cấp quan trọng Trong vòng 50 năm,các máy phát khói thuộc loại ion hoá Khói đợc phát cách đo sù thay ®ỉi cđa ®é dÉn mét bng ion hoá có phần tử khói.Từ 10 năm trở lại đây,các máy phát khói quang điện sử dụng phơng pháp đo tán xạ ánh sáng từ phân tử khói buồng quang đà bắt đầu thay thÕ c¸c m¸y ion ho¸ C¸c m¸y ph¸t hiƯn lửa không bao gồm hai loại trên.Sự hấp thụ ánh sáng đợc ứng dụng máy dò chùm tuyến tính.Các máy phát lửa dựa vào xạ nhiệt lửa.Các máy phát ánh lửa đo phát xạ lửa vùng từ hồng ngoại đến tử ngoại.Các máy dò nhiệt đa lời cảnh báo có gia tăng đáng kể nhiệt độ.Ngoài ra, nhiều hiệu ứng khác đợc sử dụng để phát lửa:vi cân thạch anh,sự thay đổi tốc độ lan truyền âm thanh,và dao động áp suất, khúc xạ ánh sáng, Tuy nhiên nguyên lý nào,dù đợc thử nghiệm thành công phòng thí nghiệm,đợc phát triển thành sản phẩm số lợng lớn hoạt động thơng mại.Trong thực tế,độ tin cậy,giá thành khả dò tìm máy phát lửa khói đà đặt tiêu chuẩn cao cho việc thơng mại hóa phơng pháp dò tìm Đáp ứng máy dò tìm lửa phụ thuộc vào nguyên lý dò loại khói.Hình 4.1-1 so sánh độ nhậy máy dò tìm kiểu tán xạ ánh sáng máy dò ion hoá nh hàm kích thớc phân tử.Máy dò ion hoá đáp ứng tốt máy dò quang kích thớc phân tủ nhỏ,còn với kích thớc phân tử lớn ngợc lại Đáp ứng máy dò tìm phụ thuộc vào thiết kế xác Với máy dò tán xạ ánh sáng,độ nhạy với loại khói khác khác nhau,ví dụ nh liên quan tới góc tạo chùm sáng trục máy dò Hình 4.1-1.Độ nhạy hai máy dò khói Hình 4.1-2 so sánh đáp ứng bốn loại máy dò với loại lửa khác nhau.Hai máy dò quang phản ứng với lửa cháy âm ỉ tốt máy dò ion hoá,còn máy dò ion hoá phản ứng tốt với phân tử khói nhỏ lửa.Bằng cách kết hợp nguyên lý quang học máy dò nhiệt,ta tạo máy dò chung cho tất loại lửa Hình 4.1-2.Đáp ứng máy dò khói Thời gian gần đà xuất máy dò khói cảm nhận khí bị oxy hoá từ vật liệu cháy.Tuy nhiên, nay, cha có máy dò đạt đợc tiêu chuẩn hoạt động độ tin cậy.Máy dò khói đợc bảo đảm hoạt động tốt từ -30 đến 75 độ C có tuổi thọ khoảng 10 năm.Cả hai số không đạt đợc yêu cầu cảm biến khí Tuy nhiên, đà có nghiên cứu quan trọng nỗ lực phát triển công nghệ cho việc dò tìm khí, hy vọng vào tiến thiết bị tơng lai gần Trong đám cháy không mong muốn,khói sinh theo chế khác nhau, ví dụ nh đám cháy bùng hay cháy âm ỉ.Hiện tợng nhiệt ph©n sinh cã sù trun nhiƯt cđa mét nguồn nhiệt bên Sự khác nhiệt phân cháy âm ỉ là:trong cháy âm ỉ, trình oxy hoá tự diễn ra.Trong tất vật liệu bị nhiệt phân có chúng cháy âm ỉ, ®ã cã nh÷ng thø rÊt quen thuéc nh giÊy, xèp gỗ Trong phạm vi đó, đặc tính vật lý khói gia tăng nhiệt độ liên quan đến dạng lửa.Nhiệt phân cháy âm ỉ thờng sinh đám khói với lợng lớn muội khói không nhìn thấy đợc muội khói nhìn thấy đợc mầu đen.Nhiệt độ trình nhiệt phân cháy âm ỉ thờng nhỏ nhiều nhiệt độ lửa cháy bùng Sự tán xạ ánh sáng phụ thuộc vào kích thớc, số lợng, chiết suất phân tử.Tính toán tán xạ ánh sáng hấp thụ hình cầu nhỏ với kích thớc phân bố cho trớc vấn đề kinh điển quang học.Việc áp dụng giả thuyết Mie Rayleigh tỏ hiệu việc dự đoán tán xạ ánh sáng chơng trình mô máy tính.Ngợc lại, để tìm đặc tính khói từ đo lờng quang học khó khăn.Trong sách viết hấp thụ ánh sáng mình, Bohren Huffman đà so sánh việc mô tả phân tử từ đo lờng quang học nh việc xác định loài thú đà tuyệt chủng từ bớc chân hoá thạch nó!Tính toán tán xạ ánh sáng thực tế khó khăn phân tử khói liên kết thành hình dạng phức tạp.Một ví dụ điển hình "già đi" khói.Đặc trng liên kết phân tử khói dẫn đến giảm tỷ khối phân tử Sự tán xạ hÊp thơ phơ thc rÊt nhiỊu vµo bíc sãng vµ phân cực nguồn sáng.Hình 4.1-3 cho ta biết tán xạ ánh sáng hình cầu với chiÕt st cho tríc.Tõ vÝ dơ nµy cã thĨ rót số quy tắc sau: Phân tử lớn: Phân tử lớn có mặt cắt tán xạ với số hình tròn.Sự tán xạ ánh sáng phụ thuộc nhiều vào góc tán xạ Tất tia sáng tán xạ theo hớng thuận Phân tử nhỏ: Tán xạ ánh sáng phụ thuộc mạnh vào phân cực Tỷ lệ tán xạ thuận tán xạ ngợc nhỏ so với phân tử lớn Những quy tắc đơn giản có ý nghĩa quan träng viƯc thiÕt kÕ m¸y ph¸t hiƯn khãi theo kiểu tán xạ quang.Ví dụ nh quy tắc có nhiều tia sáng bị tán xạ góc nhỏ (tán xạ thuận) góc lớn (tán xạ ngợc).Phụ thuộc vào hạt khói, tỷ lệ tán xạ thuận tán xạ ngợc lên đến 50.Nh vậy, mạch điện để khuyếch đại tín hiệu máy dò sử dụng tán xạ ngợc phức tạp hơn.Sự khác tán xạ thuận tán xạ ngợc đợc minh hoạ hình 4.1-4 Việc thiết kế mọt máy dò quang phụ thuộc vào đáp ứng cần thiết loại khói khác nhau.Sự lựa chọn góc tán xạ xác định đáp ứng máy dò.Chẳng hạn nh máy dò tìm sử dụng góc tán xạ lớn (tán xạ ngợc) nhậy phân tử nhỏ Hình 4.1-4 Sự tán xạ ánh sáng phân tử đợc miêu tả phơng trình Mie Rayleigh.Trong tán xạ phân tử nhỏ đợc mô tả giả thuyết Rayleigh tán xạ phân tử lớn lại thờng nằm miền giá trị giả thuyết Mie.Đờng kính trung bình phân tử khói thờng nằm vùng chuyển tiếp miền Rayleigh miền Mie.Sự phân bố kích thớc phân tử hạt khói phụ thuộc vào loại lửa vật liệu cháy âm ỉ hay cháy bùng.Với lửa cháy bùng, phần lớn phân tử có kích thớc dới 0.3 m, kích thớc phân tử khói lửa cháy âm ỉ thờng lớn hơn.Hình 1-5 mô tả phân bố kích thớc phân tử thờng gặp 4.1.2.1.1.Tán xạ Rayleigh Giả thuyết rayleigh miêu tả tán xạ ánh sáng phân tử nhỏ, với bán kính r nhỏ nhiều so với bớc sóng (2 r/
