các hệ thống an ninh và an toàn trong cuộc sống

Ch ng n y miêu t các c m bi n thông minh ươ à ả ả ế đượ ử ục s d ng trong l nh v cĩ ự

an ninh v an to n trong cu c s ng."An to n trong cu c s ng" bao g m báoà à ộ ố à ộ ố ồcháy,báo hi u khí ga,các h th ng t t v s tán."An ninh" liên quan n báoệ ệ ố ắ à ơ đế

hi u trém,ki m soát ra v o v h th ng CCTV.ệ ể à à ệ ố

Ngay t ban u các c th s ng ã c n ừ đầ ơ ể ố đ ầ đượ ảc c m th y tho i mái v anấ ả à

to n.Trong khi các m i nguy hi m sinh ra t b n nhân t c b n c a khoaà ố ể ừ ố ố ơ ả ủ

h c Hy L p c i l t,n c,không khí v l a,thì chính con ng i l iọ ạ ổ đạ à đấ ướ à ử ườ ạ

c ng l m cho các m i e do ó t ng lên.Ví d nh chi n tranh,thù h n s cà à ố đ ạđ ă ụ ư ế ậ ắ

t c,chia r ộ ẽ đảng phái,c p bóc,xâm l c,kh ng b Ngo i ra còn có r tướ ượ ủ ố à ấnhi u m i e do khác n a.ề ố đ ạ ữ

Ng i ta c ng nh n ra r ng s huy ng l c l ng phòng b m t cách k pườ ũ ậ ằ ự độ ự ượ ị ộ ị

m ng h báo hi u,ví d nh khi m t tên trém dÉm lên hay b c qua m tở đồ ồ ệ ụ ư ộ ướ ộ

s i dây c ng xung quanh m t dinh thù ang ợ ă ộ đ đượ ả ệc b o v

S phát tri n c a các "c m bi n" có m t tiêu chu n ch t ch trong thự ể ủ ả ế ộ ẩ ặ ẽ ế

gi i ng v t.Chính nh ng lo i v t ã có nh ng h th ng c m nh n phátớ độ ậ ữ à ậ đ ữ ệ ố ả ậ để

hi n nguy hi m(ho c th c n) m công ngh hi n i còng không th th cệ ể ặ ứ ă à ệ ệ đạ ể ự

hi n ệ được.R t nhi u các nguyên lý t o nên n n t ng cho s phát tri n c aấ ề ạ ề ả ự ể ủ

c m bi n ã ả ế đ được th c hi n trong t nhiên.Ví d nh vi c s d ng sóng siêuự ệ ự ụ ư ệ ử ụ

âm c a d i,kh n ng c m nh n h ng ngo i c a r n uôi chuông,v c sủ ơ ả ă ả ậ ồ ạ ủ ắ đ à ả ự

c m nh n mùi v v n l b n n ng c a r t nhi u lo i v t.ả ậ ị ố à ả ă ủ ấ ề à ậ

Trong ph n n y chúng ta s th o lu n v nh ng công ngh v nguyên lýầ à ẽ ả ậ ề ữ ệ à

c a c m bi n d nh cho vi c c nh báo s m các tình hu ng nguy hi m trongủ ả ế à ệ ả ớ ố ểcác to nh ,ví d nh ho ho n,rò r khí ga hay tr m c p.Nh v y chúng taà à ụ ư ả ạ ỉ ộ ắ ư ậ

s nói n c m bi n cháy,c m bi n khí ga,c m bi n v s xâm nh p vẽ đế ả ế ả ế ả ế ề ự ậ à

c m bi n ra v o.Chúng ta có th nh ngh a c m bi n l m t thi t b có thả ế à ể đị ĩ ả ế à ộ ế ị ể

bi n i các d u hi u c a nh ng tình hu ng nguy hi m th nh các tín hi uế đổ ấ ệ ủ ữ ố ể à ệ

có th phân tích ể được.Các máy dò tìm th ng bao g m các b c m bi n,vườ ồ ộ ả ế àchính các máy dò tìm s x lý thông tin c a nh ng b c m bi n n y.ẽ ử ủ ữ ộ ả ế à

Nh ng nguyên t c v t lý v hoá h c l m n n t ng cho các c m bi n hi nữ ắ ậ à ọ à ề ả ả ế ệ

i h u h t l d hi u.Th thách chính trong thi t k máy dò tìm không

ph i l tìm ra các nguy hi m,m l vi c phát hi n v tri t tiêu các tín hi uả à ể à à ệ ệ à ệ ệ

v o gi à ả

Trong ph n l n các tr ng h p,m i nguy hi m v các hi n t ng gi l r tầ ớ ườ ợ ố ể à ệ ượ ả à ấ

gi ng nhau v có th có chung m t ngu n g c.M t máy dò tìm t t ph iố à ể ộ ồ ố ộ ố ảphân bi t ệ được các phân t khói t m t ng n l a th t v i nh ng h t bôi.M tư ừ ộ ọ ử ậ ớ ữ ạ ộcái máy vi tính có th t o ra s dao ng nhi t (Schlieren),v m t cáiể ạ ự độ ệ độ à ộmáy dò h ng ngo i th ng có th t ng nh m ó l m t tên trém.S ph nồ ạ ụ độ ể ưở ầ đ à ộ ự ả

x ánh sáng m t tr i có th t o ra các tín hi u gi cho m t cái máy dò ánhạ ặ ờ ể ạ ệ ả ộsáng.Các ngu n gi còn có th nh h ng n các máy dò a ch n dùng ồ ả ể ả ưở đế đị ấ đểphát hi n s xâm nh p t trên mái,các máy dò siêu âm v vi sóng trong hệ ự ậ ừ à ệ

th ng báo hi u trém,v máy dò khí.Trong h th ng i u khi n ra v o,c nố ệ à ệ ố đ ề ể à ầ

ph i nh n ra nh ng ng i có quy n ra v o trong m i th i i m v lo i bả ậ ữ ườ ề à ọ ờ đ ể à ạ ỏ

nh ng ng i khác.Vi c n y c n ữ ườ ệ à ầ được th c hi n v i tin c y cao.ự ệ ớ độ ậ

M t th thách n a cho nh ng k s l ph i thi t k các máy dò tìm có ộ ử ữ ữ ỹ ư à ả ế ế độ

"thông minh" cao ây l m t khái ni m r ng liên quan n nh y trongĐ à ộ ệ ộ đế độ ậ

vi c phát hi n ra các tình hu ng nguy hi m úng lúc v lo i b các hi nệ ệ ố ể đ à ạ ỏ ệ

t ng gi i u n y c n ph i t ượ ả Đ ề à ầ ả đạ được v i yêu c u kinh t (giá th p) trongớ ầ ế ấ

m t i u ki n môi tr ng khó kh n.Vi c thi t k máy dò tìm c n ph i tuânộ đ ề ệ ườ ă ệ ế ế ầ ảtheo các quy t c c h c, i n t v ph n m m.ắ ơ ọ đ ệ ử à ầ ề

M c dù ch chính c a cu n sách n y l c m bi n thông minh,chúngặ ủ đề ủ ố à à ả ếtôi th y c n ph i m r ng v n ,trong ó bao g m vi c gi i thi u các khíaấ ầ ả ở ộ ấ đề đ ồ ệ ớ ệ

c nh c a h th ng c nh báo v c a h th ng i u khi n kh n c p ạ ủ ệ ố ả à ủ ệ ố đ ề ể ẩ ấ được kích

ho t b i nh ng sensor trên.Vì c y chúng tôi s d nh v i o n nói v hạ ở ữ ậ ẽ à à đ ạ để ề ệ

th ng t t v trung tâm ti p nh n c nh báo ây l to n b quá trình t khiố ắ à ế ậ ả Đ à à ộ ừnguy hi m ể được phát hi n n khi nó ệ đế được lo i b ạ ỏ

N i dung c a ph n n y d a r t nhi u v o nh ng ki n th c ộ ủ ầ à ự ấ ề à ữ ế ứ được xây d ngự công ty chúng tôi trong nhi u n m qua,nó ã c ng d ng phát tri n

các h th ng an to n v an ninh.Trong th c t ,chính s phát minh ra máy dòệ ố à à ự ế ựtìm ion hoá ã m u cho n n công nghi p n y.Chúng tôi mu n cám nđ ở đầ ề ệ à ố ơcác ng nghi p trong công ty, ã có nh ng óng góp v l i khuyên có giáđồ ệ đ ữ đ à ờ

tr , c bi t l R.Beckers(trung tâm ti p nh n c nh báo), U.Krienen,ị đặ ệ à ế ậ ảM.Schumacher (c m bi n nh n d ng),M.Muller(h th ng t t) v H.Kupfer.ả ế ậ ạ ệ ố ắ à

c i m c a nh ng ng n l a cháy âm Ø l khói v khí,cùng v i s phátĐặ đ ể ủ ữ ọ ử à à ớ ự

x v gia t ng nhi t ạ à ă ệ độ khi ng n l a bùng cháy.Các máy phát hi n l a sọ ử ệ ử ử

Các máy phát hi n l a không ch bao g m hai lo i trên.S h p th ánhệ ử ỉ ồ ạ ự ấ ụsáng đượ ức ng d ng trong máy dò chùm tuy n tính.Các máy phát hi n l aụ ế ệ ử

c ng có th d a v o s b c x nhi t c a ng n l a.Các máy phát hi n ánh l aũ ể ự à ự ứ ạ ệ ủ ọ ử ệ ử

o s phát x c a l a trong vùng t h ng ngo i n t ngo i.Các máy dò

nhi t s a ra l i c nh báo khi có s gia t ng áng k c a nhi t Ngo iệ ẽ đư ờ ả ự ă đ ể ủ ệ độ à

ra, nhi u hi u ng khác c ng có th ề ệ ứ ũ ể đượ ử ục s d ng phát hi n l a:vi cânđể ệ ử

b ng th ch anh,s thay i t c lan truy n âm thanh,v s dao ng c a ápằ ạ ự đổ ố độ ề à ự độ ủ

su t, s khúc x c a ánh sáng, Tuy nhiên không có m t nguyên lý n o,dùấ ự ạ ủ ộ à

c th nghi m th nh công trong phòng thí nghi m, c phát tri n th nh

s n ph m s l ng l n trong ho t ng th ng m i.Trong th c t , tinả ẩ ố ượ ớ ạ độ ươ ạ ự ế độ

c y,giá th nh v kh n ng dò tìm c a các máy phát hi n l a v khói ã tậ à à ả ă ủ ệ ử à đ đặ

ra m t tiêu chu n cao cho vi c th ng m i hóa các ph ng pháp dò tìmộ ẩ ệ ươ ạ ươ

m i.ớ

áp ng c a m t máy dò tìm i v i ng n l a ph thu c v o nguyên lýĐ ứ ủ ộ đố ớ ọ ử ụ ộ à

dò v lo i khói.Hình 4.1-1 so sánh nh y c a m t máy dò tìm ki u tán xà ạ độ ậ ủ ộ ể ạánh sáng v m t máy dò ion hoá nh l m t h m c a kích th c phânà ộ ư à ộ à ủ ướ

t Máy dò ion hoá áp ng t t h n máy dò quang kích th c phân tư đ ứ ố ơ ở ướ ủ

nh ,còn v i kích th c phân t l n thì ng c l i.ỏ ớ ướ ử ớ ượ ạ

áp ng c a m t máy dò tìm còn ph thu c v o thi t k chính xác c a Đ ứ ủ ộ ụ ộ à ế ế ủ

nó V i máy dò tán x ánh sáng, nh y c a nó v i nh ng lo i khói khác ớ ạ độ ạ ủ ớ ữ ạnhau l khác nhau,ví d nh s liên quan t i góc t o b i chùm sáng v tr c à ụ ư ự ớ ạ ở à ụ

c a máy dò.ủ

Hình 4.1-1.Độ nh y c a các hai máy dò khói.ạ ủ

Hình 4.1-2 so sánh áp ng c a b n lo i máy dò v i nh ng lo i l a khácđ ứ ủ ố ạ ớ ữ ạ ửnhau.Hai máy dò quang ph n ng v i ng n l a cháy âm Ø t t h n l máy dòả ứ ớ ọ ử ố ơ àion hoá,còn máy dò ion hoá ph n ng t t h n v i nh ng phân t khói nhả ứ ố ơ ớ ữ ử ỏ

c a ng n l a.B ng cách k t h p nguyên lý quang h c v máy dò nhi t,ta cóủ ọ ử ằ ế ợ ọ à ệ

th t o ra m t máy dò chung cho t t c các lo i l a.ể ạ ộ ấ ả ạ ử

nh ng ti n b c a các thi t b trong m t t ng lai g n.ữ ế ộ ủ ế ị ộ ươ ầ

Trong nh ng ám cháy không mong mu n,khói có th sinh ra theo nh ngữ đ ố ể ữ

c ch khác nhau, ví d nh do ám cháy bùng hay cháy âm Ø.Hi n t ngơ ế ụ ư đ ệ ượnhi t phân sinh ra khi có s truy n nhi t c a m t ngu n nhi t bên ngo i Sệ ự ề ệ ủ ộ ồ ệ à ựkhác nhau gi a nhi t phân v cháy âm Ø l :trong cháy âm Ø, quá trình oxyữ ệ à àhoá t nó di n ra.Trong khi t t c các v t li u u có th b nhi t phân thìự ễ ấ ả ậ ệ đề ể ị ệ

ch có ít trong chóng có th cháy âm Ø, trong ó có nh ng th r t quen thu cỉ ể đ ữ ứ ấ ộ

nh gi y, x p v g ư ấ ố à ỗ

Trong m t ph m vi n o ó, các c tính v t lý c a khói v s gia t ngộ ạ à đ đặ ậ ủ à ự ănhi t có th liên quan n d ng c a ng n l a.Nhi t phân v cháy âm Øệ độ ể đế ạ ủ ọ ử ệ à

th ng sinh ra nh ng ám khói v i m t l ng l n mu i khói không nhìnườ ữ đ ớ ộ ượ ớ ộ

th y ấ đượ à ả ữc v c nh ng mu i khói nhìn th y ộ ấ được m u en.Nhi t c a quáầ đ ệ độ ủtrình nhi t phân v cháy âm Ø th ng nh h n r t nhi u nhi t c a ng nệ à ườ ỏ ơ ấ ề ệ độ ủ ọ

máy tính.Ng c l i, ượ ạ để tìm ra các c tính c a khói t nh ng o l ngđặ ủ ừ ữ đ ườquang h c l c c k khó kh n.Trong cu n sách vi t v s h p th ánh sángọ à ự ỳ ă ố ế ề ự ấ ụ

c a mình, Bohren v Huffman ã so sánh vi c mô t các phân t t nh ngủ à đ ệ ả ử ừ ữ

o l ng quang h c nh l vi c xác nh m t lo i thú ã tuy t ch ng t

nh ng b c chân hoá th ch c a nó!Tính toán s tán x ánh sáng trong th cữ ướ ạ ủ ự ạ ự

t l r t khó kh n b i vì các phân t khói có th liên k t th nh nh ng hìnhế à ấ ă ở ử ể ế à ữ

d ng r t ph c t p.M t ví d i n hình l s "gi i" c a khói c tr ng c aạ ấ ứ ạ ộ ụđ ể à ự à đ ủ Đặ ư ủ

nó l s liên k t c a các phân t khói d n n s gi m tû kh i c a phân t à ự ế ủ ư ẫ đế ự ả ố ủ ư

S tán x v h p th ph thu c r t nhi u v o b c sóng v s phân c c ự ạ à ấ ụ ụ ộ ấ ề à ướ à ự ự

c a ngu n sáng.Hình 4.1-3 cho ta bi t s tán x ánh sáng trong m t hình ủ ồ ế ự ạ ộ

c u v i chi t su t cho tr c.T ví d n y có th rót ra m t s quy t c c b n ầ ớ ế ấ ướ ừ ụ à ể ộ ố ắ ơ ảsau:

Phân t l n:ử ớ

• Phân t l n có m t c t tán x v i m t s hình tròn.S tán x ánh ử ớ ặ ắ ạ ớ ộ ố ự ạsáng ph thu c r t nhi u v o góc tán x ụ ộ ấ ề à ạ

• T t c các tia sáng u tán x theo h ng thu n ấ ả đề ạ ướ ậ

Nh ng quy t c n gi n n y có ý ngh a quan tr ng trong vi c thi t k máyữ ắ đơ ả à ĩ ọ ệ ế ếphát hi n khói theo ki u tán x quang.Ví d nh quy t c l có nhi u tiaệ ể ạ ụ ư ắ à ềsáng b tán x góc nh (tán x thu n) h n l góc l n (tán x ng c).Phị ạ ở ỏ ạ ậ ơ à ở ớ ạ ượ ụthu c v o h t khói, tû l gi a tán x thu n v tán x ng c có th lên nộ à ạ ệ ữ ạ ậ à ạ ượ ể đế50.Nh v y, m ch i n khuyÕch i tín hi u trong máy dò s d ng tánư ậ ạ đ ệ để đạ ệ ử ụ

x ng c s ph c t p h n.S khác nhau gi a tán x thu n v tán x ng cạ ượ ẽ ứ ạ ơ ự ữ ạ ậ à ạ ượ

c minh ho trên hình 4.1-4

Vi c thi t k m t máy dò quang ph thu c v o áp ng c n thi t i v iệ ế ế ọ ụ ộ à đ ứ ầ ế đố ớ

nh ng lo i khói khác nhau.S l a ch n góc tán x s xác nh áp ng c aữ ạ ự ự ọ ạ ẽ đị đ ứ ủmáy dò.Ch ng h n nh l m t cái máy dò tìm s d ng góc tán x l n (tánẳ ạ ư à ộ ử ụ ạ ớ

gi thuy t Rayleigh thì tán x do phân t l n l i th ng n m trong mi n giáả ế ạ ử ớ ạ ườ ằ ề

tr c a gi thuy t Mie.ị ủ ả ế Đường kính trung bình c a phân t khói th ng n mủ ử ườ ằtrong vùng chuy n ti p gi a mi n Rayleigh v mi n Mie.S phân b kíchể ế ữ ề à ề ự ố

th c phân t c a h t khói ph thu c v o lo i l a v v t li u cháy âm Ø hayướ ử ủ ạ ụ ộ à ạ ử à ậ ệcháy bùng.V i ng n l a cháy bùng, ph n l n các phân t có kích th cớ ọ ử ầ ớ ử ướ

d i 0.3ướ µm, trong khi ó kích th c phân t khói c a ng n l a cháy âm Øđ ướ ử ủ ọ ử

th ng l n h n.Hình 1-5 mô t s phân b kích th c phân t th ng g p.ườ ớ ơ ả ự ố ướ ử ườ ặ4.1.2.1.1.Tán x Rayleigh.ạ

Gi thuy t rayleigh miêu t s tán x c a ánh sáng c a các phân t nh ,ả ế ả ự ạ ủ ủ ử ỏ

4.1.2.1.2.Gi thuy t Mie v s tán x ả ế ề ự ạ

Mi n Mie ề đượ đặc c tr ng b i s dao ng nhanh c a m t c t tán x , lư ở ự độ ủ ặ ắ ạ à

h m c a chi t su t, b c sóng,góc tán x v bán kính phân t S phân bà ủ ế ấ ướ ạ à ử ự ố

c a các phân t khói th ng l r ng.Tuy nhiên không t n t i s khác bi t vủ ử ườ à ộ ồ ạ ự ệ ề

ch t gi a nh ng phân t l n m u tr ng v nh ng phân t nh m u en.Hìnhấ ữ ữ ử ớ ầ ắ à ữ ử ỏ ầ đ4.1-7 bi u di n t ng quan gi a ph m vi m t c t tán x c a ng n l a cháyể ễ ươ ữ ạ ặ ắ ạ ủ ọ ửbùng v m t ng n l a cháy y u trên s i cotton nh l m t h m c a góc tánà ộ ọ ử ế ợ ư à ộ à ủ

x Tû l tr ng/ en cao h n v i góc tán x l n.Trong th c t , i u ó có ngh aạ ệ ắ đ ơ ớ ạ ớ ự ế đ ề đ ĩ

l máy dò tìm s d ng tán x ng c nh y v i nh ng phân t nh m u enà ử ụ ạ ượ ậ ớ ữ ử ỏ ầ đ

h n l máy dò tán x thu n u i m chính c a tán x thu n l m t c t tánơ à ạ ậ Ư đ ể ủ ạ ậ à ặ ắ

x nh i u n y òi h i m t xung ánh sáng m nh h n, ho c l m t sạ ỏ Đ ề à đ ỏ ộ ạ ơ ặ à ộ ựkhuyÕch i nhi u h n u thu.đạ ề ơ ở đầ

4.1.2.1.3.S h p th ự ấ ụ

Hình 4.1-8 th hi n m t c t h p th c a n c.Trong vùng b chi ph i b iể ệ ặ ắ ấ ụ ủ ướ ị ố ở

s tán x , m t c t h p th gi m r t nhanh.Mi n Mie ự ạ ặ ắ ấ ụ ả ấ ề đượ đặc c tr ng b i sư ở ựdao ng.V i nh ng phân t l n,m t c t h p th x p x 2 (do ó độ ớ ữ ử ớ ặ ắ ấ ụ ấ ỉ đ đượ ọ àc g i lngh ch lý tri t tiêu).ị ệ

M t c t tri t tiêu gi m ch m h n m t c t tán x¹Nhặ ắ ệ ả ậ ơ ặ ắ v y máy dò tri t tiêuậ ệ

Nguyên lý c b n c a máy dò ion hoá ơ ả ủ được gi i thích trên hình 4.1-10.M tả ộ

bu ng o l ng ồ đ ườ được gi i h n b i hai i n c c v nh ng ph n cáchớ ạ ở đ ệ ự à ữ ầ

i n.M t ngu n b c x vô tuy n,th ng l Am,phát ra nh ng h t

v i các phân t l n.Lúc n y các phân t l n óng vai trò nh m t i m táiớ ử ớ à ủ ớ đ ư ộ đ ể

h p c a các ion nh T c trôi c a các phân t khói l n nh h n các phânợ ủ ỏ ố độ ủ ử ớ ỏ ơ

t khói nh K t qu cu i cùng l s suy gi m c a dòng ion.ử ỏ ế ả ố à ự ả ủ

Hình 4.1-10

Ap su t v nhi t trong bu ng ion hoá ph thu c l n nhau.Ta có thấ à ệ độ ồ ụ ộ ẫ ể

gi m nh s ph thu c n y b ng cách thi t k bu ng ion hóa m t cách c nả ỏ ự ụ ộ à ằ ế ế ồ ộ ẩ

th n.Tham s t i u chính l n ng l ng c a ngu n b c x i n t ,nó sậ ố ố ư à ă ượ ủ ồ ứ ạ đ ệ ừ ẽxác nh kích th c c a phân t đị ướ ủ ửα,kích th c hình h c c a bu ng v i nướ ọ ủ ồ à đ ệ

áp gi a hai i n c c.ữ đ ệ ự Đố ới v i m t bu ng ion hoá,th i gian t n t i c a các ionộ ồ ờ ồ ạ ủ

nh có liên quan n tr ng t lên nó.V i nh ng tr ng m nh,các ion trôiỏ đế ườ đặ ớ ữ ườ ạnhanh trong bu ng t o ra m t dòng i n l n.H u h t các ion sinh ra u nồ ạ ộ đ ệ ớ ầ ế đề đế

c i n c c.Trong tr ng h p n y,bu ng ion hoá ho t ng nh m t ngu n

M i quan h dòng áp c a m t bu ng ion hóa b nh h ng b i th tíchố ệ ủ ộ ồ ị ả ưở ở ể

c a bu ng m còn liên quan n ủ ồ à đế độ ạ "s ch" c a b m t ngu n b c x vôủ ề ặ ồ ứ ạtuy n (hình 4.1-11).Các c tuy n I-V khác nhau có th dùng ế đặ ế ể để nguyênnhân c a s suy gi m dòng i n.ủ ự ả đ ệ

Vi c o l ng nh ng dòng i n c pA òi h i i n tr cao.Trong nguyênệ đ ườ ữ đ ệ ỡ đ ỏ đ ệ ở

lý m t bu ng, m t i n tr (kho ng 20Gộ ồ ộ đ ệ ở ả Ω) được dùng l m ph n t thamà ầ ử

kh o.Trong nguyên lý hai bu ng,bu ng th nh t ho t ng ch bão hoả ồ ồ ứ ấ ạ độ ở ế độ à

dùng tham kh o.Bu ng n y không th m th u v i khói v có ch c n ngđể ả ồ à ẩ ấ ớ à ứ ă

Hình 4.1-11.M i quan h dòng-áp c a m t bu ng ion hóaố ệ ủ ộ ồ

Chúng ta hãy quan tâm n đế độ cân b ng n c a m t ion.ằ ủ ộ Để đơ n gi n,ảchúng ta gi thi t l các ion u có cùng n,cùng ả ế à đề độ linh ng độ µ v i nà đ ệ

tích trung bình trên các ion l n l nh Thông s n có th ớ à ỏ ố ể được tính nh sau:ư I=an×n+3πEr×rnNµ (4.1-1)

trong ó I l s ion đ à ố được sinh ra trên m t n v th tích trong m t n vộ đơ ị ể ộ đơ ị

th i gian,N l s phân t khói có bán kính r trong m t n v th tích v Eờ à ố ử ộ đơ ị ể à

l c ng i n tr ng.à ườ độ đ ệ ườ

Ta có th th y l s liên k t c a các ion nh trên m t phân t l n khôngể ấ à ự ế ủ ỏ ộ ử ớtích i n tû l v i bình ph ng c a bán kính phân t đ ệ ệ ớ ươ ủ ử

Ph ng trình 4.1-1 giúp chúng ta hi u ươ ể được vì sao máy dò tìm ion hóa

nh y v i các phân t nh h n l v i các phân t l n.S l ng các ion b hútậ ớ ử ỏ ơ à ớ ủ ớ ố ượ ị

v phía phân t khói tû l v i 1/r.Nh v y có th k t lu n l : v i m t kh iề ử ệ ớ ư ậ ể ế ậ à ớ ộ ố

l ng khói cho tr c, các phân t nh d dò tìm h n các phân t l n ượ ướ ử ỏ ễ ơ ử ớ

4.1.2.2.2.Tán x ánh sáng.ạ

Nguyên lý chung.

Máy dò tìm khói quang h c o l ng ánh sáng b tán x b i bôi khói vọ đ ượ ị ạ ở àcác phân t M t ®iot phát quang phát ra các xung ánh sáng m t cách uư ộ ộ đề

n.Tia sáng b tán x b i các phân t c o b ng m t t b o t ch ch

m t góc n o ó so v i tr c c a tia sáng t i.Tia tán x sau ó ộ à đ ớ ụ ủ ớ ạ đ đượ ậc t p trung

v o b thu b ng m t th u kính.M c dù nguyên lý c b n n y khá n gi n,à ộ ằ ộ ấ ặ ơ ả à đơ ả

nh ng các thí nghi m c th h n l i cho th y m t s v n khá thú v uư ệ ụ ể ơ ạ ấ ộ ố ấ đề ị Đầtiên l v m t i n t à ề ặ đ ệ ử

i n t

Đ ệ ử.

H th ng phát hi n khói l nh ng h th ng an ninh c n ph i ho t ng t tệ ố ệ à ữ ệ ố ầ ả ạ độ ốtrong nh ng i u ki n môi tr ng ôi khi t ra r t kh c nghi t (s thay iữ đ ề ệ ườ đ ỏ ấ ắ ệ ự đổ

c a nhi t môi tr ng,nhi u i n t ,s rung ng c h c,bôi).Vi c dò tìmủ ệ độ ườ ễ đ ệ ừ ự độ ơ ọ ệcác tín hi u ánh sáng tán x d i nh ng i u ki n môi tr ng thay i vìệ ạ ướ ữ đ ề ệ ườ đổ

th t ra nh ng yêu c u kh t khe cho vi c thi t k m ch i n t H nế đặ ữ ầ ắ ệ ế ế ạ đ ệ ử ơ

n a,m c tiêu th n ng l ng c a máy dò c n ph i nh ,b i vì trong tr ngữ ứ ụ ă ượ ủ ầ ả ỏ ở ườ

h p ngu n cung c p chính b h ng máy dò ph i ợ ồ ấ ị ỏ ả được n p b ng pin trongạ ằ

m t v i gi ho c m t v i ng y.T m quan tr ng c a vi c tiêu th ít n ngộ à ờ ặ ộ à à ầ ọ ủ ệ ụ ă

l ng tr nên hi n nhiên khi trong l nh v c l p t công nghi p s l ngượ ở ể ĩ ự ắ đặ ệ ố ượmáy dò có th lên n v i nghìn.May m n l vi c phát hi n khói có th t nể đế à ắ à ệ ệ ể ậ

d ng s phát tri n c a các thi t b i n t tiêu th ít n ng l ng trong cácụ ự ể ủ ế ị đ ệ ử ụ ă ượcông ngh òi h i các s n ph m ph i ho t ng b ng pin(thông tin diệ đ ỏ ả ẩ ả ạ độ ằng,máy tính xách tay, ng h eo tay, )

LED ho t ông theo ki u xung ho c theo ki u burst.Trong ki u xung,ạ đ ể ặ ể ể

ng i ta g i i nh ng xung ng n (~150ườ ử đ ữ ắ µs) v m nh,còn trong ki u burst là ạ ẻ à

m t chu i xung u v nh c i m c a hai ph ng pháp n y v n ang l chộ ỗ Ư à ượ đ ể ủ ươ à ẫ đ à ủ cho nhi u cu c tranh lu n.Ng i ta ã phát tri n nh ng t b o quang v

nh ng m ch khuyÕch i công ngh CMOS ho t ng trong kho ng nA ữ ạ đạ ệ ạ độ ả để

o l ng v x lý ánh sáng tán x c ng th p.M ch i n s bi n i

tín hi u t t b o quang th nh m t i n áp,sau ó a v o m t b ADC ệ ừ ế à à ộ đ ệ đ đư à ộ ộ Để

lo i b các l i sinh ra do s bù khuyÕch i v dòng i n dò,ng i ta ti nạ ỏ ỗ ự đạ à đ ệ ườ ế

h nh 3 phép o phân bi t.Phép o u v cu i à đ ệ đ đầ à ố được th c hi n m không cóự ệ à

m t xung ánh sáng n o,v máy phát h ng ngo i ch ộ à à ồ ạ ỉ đượ đc óng m ch trongạphép o th hai.B l c đ ứ ộ ọ được tích h p trong ASIC có ch c n ng nh hìnhợ ứ ă ư4.1-12

Bên c nh i n t v quang h c,còn có nhi u v n quan tr ng cho máyạ đ ệ ử à ọ ề ấ đề ọphát hi n khói,ví d nh l l i b o v ệ ụ ư à ướ ả ệ

Hình 4.1-13.Máy dò khói tán x ánh sáng.ạ

Máy phát hi n khói quang h c ang d n thay th máy ion hóa trên t t cệ ọ đ ầ ế ấ ảcác th tr ng.Có nhi u nguyên nhân d n n s thay i trên.Th nh t máyị ườ ề ẫ đế ự đổ ứ ấphát hi n khói quang h c ệ ọ được h ng l i t s phát tri n c a ng nh i nưở ợ ừ ự ể ủ à đ ệ

t ử Độ tin c y c a các linh ki n trong máy dò nh LED ã t ng lên ángậ ủ ệ ư đ ă đ

k Ngo i ra, s xu t hi n c a MP v ASIC giá r ã cho phép xây d ng cácể à ự ấ ệ ủ à ẻ đ ự

ch c n ng m i nh t ki m tra, nh c ,hay bù trôi.Các thu t toán n y ãứ ă ớ ư ự ể đị ỡ ậ à đ

l m t ng áng k tin c y c a máy phát hi n khói tán x ánh sáng.à ă đ ểđộ ậ ủ ệ ạ

Nh ng h th ng có nh y cao ữ ệ ố độ ậ

M t s h th ng dò tìm nh y cao,nh l h th ng s d ng máy dò quang.ộ ố ệ ố độ ậ ư à ệ ố ử ụKhông khí được hút v o ng,sau ó à ố đ đượ ọ để ạ ỏc l c lo i b bôi b n.M t máy dòẩ ộkhói nh y cao s xác nh m c khói.Nh ng h th ng nh y nh t s độ ậ ẽ đị ứ ữ ệ ố ậ ấ ẽ đượcdùng b o v nh ng v t có giá tr nh l các phòng máy tính.để ả ệ ữ ậ ị ư à

4.1.2.2.2.S t t ánh sáng.ự ắ

Vi c o l ng s t t ánh sáng gi vai trò trung tâm trong phát hi n l a.Sệ đ ườ ự ắ ữ ệ ử ự

t t ánh sáng liên quan n kh n ng nhìn th y ắ đế ả ă ấ được.Các b i ki m tra phà ể ụ

ng i ánh giá kh n ng nhìn c a lính c u ho tr c s thay i c aườ để đ ả ă ủ ứ ả ướ ự đổ ủ

m c khói.Các nhân t nh s thích ng c a m t có th ứ ố ư ự ứ ủ ắ ể được xác nh thôngđịqua m t b i ki m tra v i con ng i.M c khói m m t ng i có th nhìnộ à ể ớ ườ ứ à ắ ườ ể

c có liên quan khá nhi u n nhân t t t.S t t ánh sáng ã tr th nh

chu n ánh giá khói,ví d nh trong tiêu chu n Châu Âu EN 54-7 choẩ để đ ụ ư ẩmáy dò khói

Có hai lo i máy dò quang h c ho t ng theo nguyên lý t t l máy dòạ ọ ạ độ ắ àchùm tuy n tính v máy dò t t i m.Hai lo i máy n y ch khác nhau v ế à ắ đ ể ạ à ỉ ề độ

d i à đường i c a ánh sáng.V i máy dò chùm tuy n tính,đ ủ ớ ế đường i l t 5-đ à ừ100m,trong khi ó v i máy dò i m l 5-15cm.Vì s t t ph thu c v o sđ ớ đ ể à ự ắ ụ ộ à ự

h p th v tán x ánh sáng nên nguyên lý n y cho phép thi t k các máy dòấ ụ à ạ à ế ế

nh y v i nhi u lo i bôi khói.Máy dò chùm tuy n tính ậ ớ ề ạ ế đượ ử ục s d ng ngay từkhi b t u phát tri n các h th ng c nh báo s m.Còn v i máy dò t t i m,ắ đầ ể ệ ố ả ớ ớ ắ đ ể

m c dù có nhi u c tính t t,nó v n không ặ ề đặ ố ẫ đượ ảc s n xu t v i s l ng l n.ấ ớ ố ượ ớ

Ch n g n ây chúng ta m i có nh ng thi t k có kh n ng ỉ đế ầ đ ớ ữ ế ế ả ă được thị

tr ng ch p nh n.ườ ấ ậ

Tû l gi a ánh sáng tán x v ánh sáng h p th ph thu c r t nhi u v oệ ữ ạ à ấ ụ ụ ộ ấ ề à

d ng khói.Các phân t khói h p th ánh sáng ít h n nhi u so v i các phânạ ử ấ ụ ơ ề ớ

t mu i.Theo Grasshandler s h p th có th chi m t i 75% c a s t t v iử ộ ự ấ ụ ể ế ớ ủ ự ắ ớkhói c a ng n l a cháy bùng,trong khi tán x l i chi m t i 80% v i khói tủ ọ ử ạ ạ ế ớ ớ ừ

Hình 4.1-16

Máy dò chùm s d ng s dao ng c a chi t su t c a không khí b nung ử ụ ự độ ủ ế ấ ủ ịnóng phát hi n l a ã xu t hi n trên th tr ng.S pha tr n gi a không để ệ ử đ ấ ệ ị ườ ự ộ ữkhí nóng v l nh d n n nh ng thay i l n c a chi t su t i u n y l i d nà ạ ẫ đế ữ đổ ớ ủ ế ấ Đề à ạ ẫ

n nh ng thay i nhanh c a trong su t.Hi n t ng n y có th th y v o

mùa hè,khi b m t c a nh ng con ề ặ ủ ữ đường trông có v nh ang rung lên.ẻ ư đ

Vi c thu nh máy dò dòng tuy n tính th nh m t máy dò khói l v n ệ ỏ ế à ộ à ấ đề

r t khó kh n,b i vì s h p th c a khói gi m nhanh v i d i chùm.Máy oấ ă ở ự ấ ụ ủ ả ớ độ à đ

t t i m l i òi h i m ch i n t r t chính xác áp ng c a m t máy dò ắ đ ể ạ đ ỏ ạ đ ệ ử ấ Đ ứ ủ ộdiÓm không khác nhi u so v i máy dò chùm, c bi t l v i nh ng ph n t ề ớ đặ ệ à ớ ữ ầ ửkhói l nớ

4.1.2.3

Nguyên lý c m nh n nhi t/nhi t ả ậ ệ ệ độ

Máy dò nhi t ệ đượ ức ng d ng h n ch h n so v i máy dò khói vì nó ch d aụ ạ ế ơ ớ ỉ ự

v o vi c o nhi t Nó th ng à ệ đ ệ độ ườ đượ ử ục s d ng trong tr ng h p xu t hi nườ ợ ấ ệ

m t l ng l n khói,h i n c v bôi trong các ho t ng v có s gia t ngộ ượ ớ ơ ướ à ạ độ à ự ănhanh c a nhi t ủ ệ độ

Theo tiêu chu n Châu Âu EN 54-5 máy dò nhi t c n ẩ ệ ầ được ki m tra ápể đ

ng nhi t c nh v nh ng t c thay i khác nhau c a nhi t

t ng v t lý.G n ây,các h th ng d a trên s tán x không n h i c aượ ậ ầ đ ệ ố ự ự ạ đà ồ ủánh sáng qua các s i quang ã xu t hi n trên th tr ng.V i m c íchợ đ ấ ệ ị ườ ớ ụ đnghiên c u thì h th ng Brillouin t ra tr i h n h th ng Raman.H th ngứ ệ ố ỏ ộ ơ ệ ố ệ ốLASBI c a h c vi n Metrology Lausanne ã tri n khai th nh công hủ ọ ệ ở đ ể à ệ

th ng Brilouin i u khi n nhi t bê tông trong các công trình l n.Cònố để đ ề ể ệ độ ớ

h th ng Raman thì l i kinh t h n u i m chính c a h th ng quang soệ ố ạ ế ơ Ư đ ể ủ ệ ố

v i máy dò nhi t chính l s ti t ki m.ớ ệ à ự ế ệ

Giá th nh c a laser quang không t ng nhi u khi d i c a s i quang t ngà ủ ă ề độ à ủ ợ ălên,nh ng giá th nh c a máy dò nhi t l i ph thu c nhi u v o kích th cư à ủ ệ ạ ụ ộ ề à ướ

l p t.Vì v y h th ng laser quang th ng ắ đặ ậ ệ ố ườ được dùng trong các đường h m.ầ

Hi u ng Raman s t ng lên khi ánh sáng t i kích thích các phân tệ ứ ẽ ă ớ ửtrong s i quang.S t ng tác gi a các phân t v ánh sáng s l m cho m tợ ự ươ ữ ử à ẽ à ộ

ph n ánh sáng b tán x Ph n l n ánh sáng tán x có cùng b c sóng v iấ ị ạ ầ ớ ạ ướ ớánh sáng t i.Tuy nhiên c ng có nh ng ph n ánh sáng không cùng b c sóngớ ũ ữ ầ ướ

v i ánh sáng t i.Nh ng tia sáng tán x không n h i n y g i l tia Raman.ớ ớ ữ ạ đà ồ à ọ à

N ng l ng chênh l ch gi a ánh sáng t i(Ei) v ánh sáng b tán x (Es)ă ượ ệ ữ ớ à ị ạ

b ng n ng l ng thay i tr ng thái rung c a phân t S chênh l ch n yằ ă ượ để đổ ạ ủ ử ự ệ à

4.1.2.3.3.Máy phát hi n s dao ng c a nhi t ệ ự độ ủ ệ độ

N ng l ng gi i phóng t m t ng n l a s nung nóng không khí xungă ượ ả ừ ộ ọ ử ẽquanh.Không khí nóng tr n l n v i không khí l nh d n n s dao ngộ ẫ ớ ạ ẫ đế ự độnhi t l n,v hi n t ng n y có th ệ độ ớ à ệ ượ à ể được phát hi n b i m t sensor nhi t ệ ở ộ ệ độ(Hình 4.1-20).Ph ng pháp n y do Kaiser a ra phân bi t s dao ngươ à đư để ệ ự độgây ra b i m t ng n l a v i dao ng gây ra do s tr n l n không khí.ở ộ ọ ử ớ độ ự ộ ẫ

Hình 4.1-20

4.1.2.4

Nguyên lý phát hi n ng n l a ệ ọ ử

Máy phát hi n l a d a v o các b c x h ng ngo i(IR) ho c t ngo i (UV)ệ ử ự à ứ ạ ồ ạ ặ ử ạ

do l a phát ra.Nó phát hi n các ng n l a cháy bùng r t nhanh,nhanh h nử ệ ọ ử ấ ơmáy phát hi n khói.B i vì v i máy phát hi n khói, ôi lúc bôi khói ph iệ ở ớ ệ đ ả

c a t n i cháy v o máy.Trong khi ó,v i máy phát hi n ng n l a,các

tia sáng phát ra được truy n n nó ngay l p t c.Máy phát hi n l a khôngề đế ậ ứ ệ ử

ph n ng v i các ám cháy âm Ø,vì v y nó ch ả ứ ớ đ ậ ỉ đượ ử ục s d ng trong m t sộ ố

tr ng h p quan tr ng(b o v x ng hoá ch t, ).V i nh ng ng d ng nguyườ ợ ọ ả ệ ưở ấ ớ ữ ứ ụ

hi m,c n ph i có thêm các máy dò khác,ch ng h n nh máy dò chùm tuy nể ầ ả ẳ ạ ư ếtính.Các lo i máy phát hi n l a k t h p n y hi n ang có m t trên thạ ệ ử ế ợ à ệ đ ặ ị

tr ng.Nói chung c m bi n l a IR thích h p v i ng n l a h u c ,còn máyườ ả ế ử ợ ớ ọ ử ữ ơphát hi n l a UV thích h p v i l a hydro hay metal.ệ ử ợ ớ ử

Máy phát hi n l a IR s d ng b c x CO2 b c sóng 4,3ệ ử ử ụ ứ ạ ở ướ µm dòđể

tìm Ng n l a n y c ng có th ọ ử à ũ ể đượ đ ườc o l ng b ng các v t li u nhi tằ ậ ệ ệ

i n i v i sensor nhi t i n,ánh sáng t i c h p th b i m t l p m ng

b m t,l m cho nhi t gi a hai m t c a a nhi t i n khác nhau i u n yề ặ à ệ độ ữ ặ ủ đĩ ệ đ ệ Đ ề à

l i d n n thay i v phân c c i n c a v t li u.Hình 4.1-22 trình b y víạ ẫ đế đổ ề ự đ ệ ủ ậ ệ ầ

d v máy phát hi n l a 3 b c sóng.Sensor th nh t o b c x 4,3ụ ề ệ ử ướ ứ ấ đ ứ ạ µm

c t o ra trong su t quá trình cháy c a v t li u h u c Hai sensor còn l i

o b c x hai b c sóng khác phân bi t b c x th t v i các hi n t ng

gi Hình 4.1-23 bi u di n ph c a ng n l a,b c x m t tr i v b c x c aả ể ễ ổ ủ ọ ử ứ ạ ặ ờ à ứ ạ ủ

v t en,v i nhi u c tính có th s d ng trong x lý tín hi u.ậ đ ớ ề đặ ể ử ụ ử ệ Độ tin c yậ

c a máy phát hi n l a ph thu c r t nhi u v o thu t toán phân tích các tínủ ệ ử ụ ộ ấ ề à ậ

hi u khác nhau Nh ng phát tri n quan tr ng trong l nh v c n y ệ ữ ể ọ ĩ ự à được gi iảthích trong ph n 4.1.7ầ