一种基于电子鼻技术的密闭空间火灾探测报警系统及方法

摘要

一种基于电子鼻技术的密闭空间火灾探测报警系统及方法，包括：采样管、过滤装置、三个气体传感器、温度传感器、传感器供电单元、传感器控制单元、信号采集单元、信号调理单元、监控主机、声光报警装置、流量计、真空泵、三通电磁阀和尾气处理装置。本发明能够实时在线分析、学，智能判断，以便于在极早期发现火灾，并减少误报、漏报率，更大限度的减少火灾对密闭空间人员和设备的损害。

主权项

一种基于电子鼻技术的密闭空间火灾探测报警系统，其特征在于包括：采样管、过滤装置、三个气体传感器、温度传感器、传感器供电单元、传感器控制单元、信号采集单元、信号调理单元、监控主机、声光报警装置、流量计、真空泵、三通电磁阀和尾气处理装置；传感器供电单元为三个气体传感器和温度传感器提供电源，其输出端连接传感器；传感器控制单元控制三个气体传感器和温度传感器的开启、关闭，其输出端连接传感器；三个传感器分别为O₂传感器、CO传感器和CO₂传感器；信号采集单元用来采集三个气体传感器和温度传感器的数据，其输入端与传感器连接，输出端与信号调理单元连接；信号调理单元对采集到的信号进行放大、滤波，其输入端与信号采集单元连接，输出端与监控主机连接；监控主机设置有火灾监控主程序和PNN神经网络在线训练算法，能够实时识别火灾并给出报警、在线更新PNN神经网络和储存数据，其输出端连接声光报警装置和三通电磁阀；采样管采集、输送密闭空间现场气体数据，其一端至于密闭空间中，另一端连接过滤装置；过滤装置过滤气体中的水蒸气和烟颗粒，减少对传感器的影响，其一端连接采样管，另一端经管路连接气体分析腔；气体分析腔用来放置三个气体传感器和温度传感器，其另一端经管路连接流量计；流量计控制管路中的流速，其另一端经管路连接真空泵；真空泵抽气，为系统采样提供动力，其另一端经管路连接三通电磁阀；三通电磁阀控制尾气的流向，其另一端经管路连接尾气处理装置；尾气处理装置可处理采样气体中的CO、CO₂有害气体，防止污染；监控主机实现过程：被监控现场的O₂、CO、CO₂和温度信号，经数据预处理后输入已经训练好的PNN神经网络模型，预测火灾发生概率并进行预警时间判断，如果判断发生火灾，则开启声光报警装置，接通尾气处理装置，并将数据输入已经训练好的PNN网络模型在线训练程序；如果判断未发生火灾，则继续监控，并将数据输入PNN网络模型在线训练程序；进行在线训练前，进行稳态判断，如果判断处于稳态，则返回火灾监控主程序；如果否，则将样本加入PNN神经网络模型的训练，得到新的PNN网络模型，并写入火灾监控主程序；所述已经训练好的PNN网络模型采用离线训练方式，离线训练过程为：首先对密闭空间现场火灾隐患进行调查，并以此进行模拟火灾实验；通过气体传感器及温度传感器获得模拟火灾现场数据，选取气体传感器响应值S_i、气体传感器变化率△S_i和温度响应值T_i作为相应特征进行预处理，数据预处理方法采用阵列归一化方法，计算公式为：$X_{i,j}^{\prime }=X_{i,j}/{\left(\frac{1}{n}\underset{i}{\Sigma }{X}_{i,j}^2\right)}^{1/2}$其中，X_i,j代表第i次测量时第j个特征值，X_i'_,j代表变换后的值；将归一化后的数据X_i'_,j进行PCA主成分分析，通过降维，寻找N(N<j)个正交特征变量，即主成分，使之反映数据X_i'_,j的主要特征，压缩原有数据矩阵的规模；当前N个主成分贡献率达到90％时，则认为该N个主成分能够反映X_i'_,j的主要特征，用来拟合原数据；利用前N个主成分，即特征参数，组成新的样本集X＝{x_i,n|n＝1,2,…,N}，并应用于新建PNN网络模型的训练；当输出期望满足要求时，终止训练，将形成的PNN网络模型写入监控主机。