Forskare har utvecklat ett nytt laserbaserat system som erbjuder ett effektivt och billigt sätt att upptäcka bränder i utmanande miljöer som industriella anläggningar eller stora byggarbetsplatser. Med vidare utveckling, systemet kan så småningom upptäcka bränder som är mer än en kilometer bort.

"Vårt nya system gör det möjligt att upptäcka brand i dammiga områden som är utsatta för bränder, där nuvarande system visar begränsad prestanda eller inte kan fungera, säger seniorforskaren Mikael Lassen från Danish Fundamental Metrology A/S, medlem i forskargruppen. "Det kan användas i en mängd olika industrier, till exempel avfallshanteringsanläggningar, kraftförsörjningsanläggningar, livsmedelsförädlingsfabriker och textilfabriker. "

En multinstitutionell grupp forskare beskriver det nya systemet i Optical Society-tidskriften Tillämpad optik . Systemet upptäcker en brand eller temperaturförändring genom att använda billiga optiska komponenter för att skapa och upptäcka förändringar i ett fläckmönster.

"Analys av mönstermönster är en helt ny lösning för att upptäcka eld- och värmeförändringar, "sa Lassen." Det är inte bara snabbt och relativt lågt, men fungerar också i stort, hårda miljöer."

Forskningen är en del av ett Eurostars -projekt som syftar till att utveckla ett system som kan identifiera små temperaturökningar för att ge tidig och tillförlitlig branddetektering. Förutom dansk grundläggande metrologi, projektet omfattade forskare från Elotec A/s i Norge och LAP-Sikkerhed ApS och Danska institutet för brand- och säkerhetsteknik, alla i Danmark.

Förhindra falska larm

De flesta branddetekterings- och förebyggande system som används idag fungerar inte bra för hårda industriområden eller för stora områden. Standardrökdetektorer ger ofta falska larm på grund av damm och föroreningar i dessa miljöer och kan inte upptäcka submikronpartiklar som frigörs under tidiga brandstadier.

Även om optiska detektionssystem baserade på mätning av amplitudförändringar i en optisk signal är mer avancerade, de är också känsliga för vibrationer och kan inte alltid upptäcka bränder genom damm och ånga. För sensorer som upptäcker strålning från lågor, strålning från andra källor som solljus, konstgjort ljus, svetsning eller andra icke-farliga källor kan ge upphov till falska larm.

I det nya arbetet, Lassen och hans kollegor använde en helt annan optisk metod för att upptäcka bränder genom att mäta dynamiska fläckmönster. Dessa förändrade mönster produceras av störningar när laserljus träffar en grov yta. När en brand uppstår, värmeflödet gör att laserstrålen skakar på ett sätt som kan detekteras när laserljuset reflekteras till en detektor vid laserkällan. Forskarna använde statistik och maskininlärning för att analysera brusmönstret i det dynamiska fläckmönstret som skapades av det laserljuset. Närvaron av bredbandsvitt brus indikerade en brand medan bullerkällor begränsade till ett snävt våglängdsintervall kan uteslutas som en mekanisk påverkan som vibrationer.

Provning av avfallsanläggningar

För att validera det nya branddetekteringssystemet, forskarna testade en fjärrstyrd prototyp på konceptet på Energnist I/S avfallsanläggning i Kolding, Danmark. På grund av den extremt hårda, bullrig och dammig miljö, anläggningen har normalt tre till fyra falsklarm per månad.

"Systemet upptäckte bränder med en noggrannhet på 91 procent, vilket är ett mycket bra resultat med hänsyn till den hårda miljön, "sa Lassen." Eftersom den inte förlitar sig på ljusstrålens absoluta intensitet, det är robust mot allmän dämpning på grund av damm och rök. "

Att konvertera prototypen till en färdig produkt kommer att kräva ytterligare produktutveckling som att färdigställa huset, optimering av elektronik och algoritmer, och utforma användargränssnittet. Forskarna planerar också att uppgradera den optiska detektorn och lasern till en kraftfullare för att öka känsligheten och utöka avkänningsområdet först till 500 till 600 meter och så småningom till över 1 kilometer.