一种阴燃极早预警系统及方法与流程

1.本发明涉及阴燃监测技术领域，尤其涉及一种阴燃极早预警系统及方法。


背景技术：

2.没有火焰的缓慢燃烧现象称为阴燃。很多固体物质，如纸张、锯末、纤维织物、纤维素板、胶乳橡胶以及某些多孔热固性塑料等，都有可能发生阴燃，特别是当它们堆积起来的时候。
3.物料(如棉花、烟草等)在储运过程中，既可能因外部火源的发生阴燃及火灾，也可能在高温潮湿的环境中，因在环境中自身化学反应释放的热量导致其自燃，初期为点状阴燃现象。阴燃期既无火焰，也不发光，伴有少量烟气，可持续数天至数月不被发现。
4.现有技术当中，采用了烟雾阻断红外报警的方式和烟感传感器探测的方式，进行阴燃烟雾感知报警。这些方式无法在极早期发现阴燃，通过对产生了一定浓度的烟雾探测后报警，火势已经较大，给仓储已经造成较大的损失，因此采用上述监测方案，一但发生燃烧几乎无法扑救。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种阴燃极早预警系统及方法，以解决如何实现对物料阴燃做出极早预警的技术问题。
6.本发明是采用以下技术方案实现的：一种阴燃极早预警系统，包括基站、多个辅助基站和多个感测标签，所述基站与辅助基站通过双向通信完成组网，并将指令分别发送至多个辅助基站，所述辅助基站用以接收基站指令并转发至其天线电磁波覆盖区域内多个感测标签，所述感测标签放置于被监测物料的任意位置上，并实时监测物料状态。
7.进一步的，还包括上位机，所述上位机通过有线或无线的通信方式实现与基站的信息交互，实时监测每一个感测标签的监测数据。
8.进一步的，所述感测标签包括微控制单元mcu、温度传感器、湿度传感器和多种气体传感器，所述温度传感器、湿度传感器和多种气体传感器均与微控制单元mcu相连接。
9.进一步的，所述多种气体传感器包括co传感器和co2传感器。
10.进一步的，所述感测标签还包括rfid标签，多个感知标签在被监测物料内呈空间立体矩阵式布放，当某个感测标签告警时，可快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x，y，z)。
11.进一步的，所述感测标签还包括磁感接收线圈，所述磁感接收线圈通过无线接收电路与充电电池相连接，为感测标签供电。
12.一种阴燃极早预警方法，包括如下步骤：
13.s1：被监测物料内呈空间立体矩阵式放置感测标签；
14.s2：感测标签实时监测被监测物料状态，并上传至辅助基站；
15.s3：辅助基站将感测标签监测数据通过基站上传至上位机；
16.s4：上位机根据被监测物料阴燃特性，对感测标签监测数据进行分析，实现阴燃极
早预警。
17.进一步的，所述监测物料状态包括气体信息、温度信息和湿度信息。
18.进一步的，所述气体信息包括co浓度和co2浓度。
19.进一步的，所述感测标签根据三维编码规则生成位置字符串(x，y，z)，便于快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x，y，z)。
20.本发明的有益效果在于：本发明通过分析物料早期阴燃特性以及物料早期阴燃过程中co浓度、co2浓度，以及温度、湿度的变化趋势，可以有效预测物料是否会发生阴燃；本发明采用rfid标签，并且将多个感知标签在被监测物料内呈空间立体矩阵式布放，当某个感测标签告警时，可快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x，y，z)，及时预警而防止火灾发生，避免经济损失和生命安全事故发生。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本发明系统框图；
23.图2为感测标签结构示意图；
24.图3为感测标签定位原理图。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.实施例1：
29.参阅图1，一种阴燃极早预警系统，包括基站、多个辅助基站(helper)和多个感测标签(tag)，所述基站与辅助基站通过双向通信完成组网，并将指令分别发送至多个辅助基站，所述辅助基站用以接收基站指令并转发至其天线电磁波覆盖区域内多个感测标签，所述感测标签放置于被监测物料的任意位置上，并实时监测物料状态，还包括上位机，所述上位机通过有线或无线的通信方式实现与基站的信息交互，实时监测每一个感测标签的监测数据。所述上位机通过分析物料早期阴燃特性及物料早期阴燃过程中释放的气体浓度与环境温度、湿度等参量变化趋势，可以有效预测物料内是否会发生阴燃及阴燃点位置，及时预警而防止火灾发生，避免经济损失和生命安全事故发生。
30.在本实施例当中，所述基站为兼容iso18000-6c超高频rfid技术标准的基站(又称
超高频rfid读写器)发射识别、采集等命令信号给辅助基站，辅助基站接收基站信号、变频后转发识别、采集等命令信号给其天线电磁波覆盖区域内的超高频无源感测标签(具有气体浓度、环境温度、湿度等感知功能)。符合iso18000-6c标准的超高频无源感测标签后向散射其感测的气体浓度、环境温湿度等信息及id号到基站，基站接收来自感测标签的信号后、处理识别出感测标签的id、气体浓度、温湿度等信息。
31.参阅图2，所述感测标签包括微控制单元mcu、温度传感器、湿度传感器、co传感器和co2传感器，所述温度传感器、湿度传感器、co传感器和co2传感器均与微控制单元mcu相连接，还包括通信单元，感测标签通过通信单元与辅助基站建立连接。进一步的，所述感测标签还包括磁感接收线圈，所述磁感接收线圈通过无线接收电路与充电电池相连接，为感测标签供电。
32.在本实施例当中，所述感测标签还包括rfid标签，多个感知标签在被监测物料内呈空间立体矩阵式布放，感测标签的定位原理见图3，感测标签根据三维编码规则生成位置字符串(x，y，z)，当某个感测标签告警时，可快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x，y，z)。
33.一种阴燃极早预警方法，包括如下步骤：
34.s1：被监测物料内呈空间立体矩阵式放置感测标签；所述感测标签根据三维编码规则生成位置字符串(x，y，z)，便于快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x，y，z)；
35.s2：感测标签实时监测被监测物料状态，并上传至辅助基站；所述监测物料状态包括co浓度和co2浓度、温度信息和湿度信息；
36.s3：辅助基站将感测标签监测数据通过基站上传至上位机；
37.s4：上位机根据被监测物料阴燃特性，对感测标签监测数据进行分析，实现阴燃极早预警。
38.在本实施例当中，当上位机监测到有感测标签所采集的数据(包括co浓度和co2浓度、温度信息和湿度信息)，超过预设阈值时，发出告警信息，告警信息将根据阴燃等级进行分级通知相关人员，告警分为蓝色、黄色、橙色、红色，四级告警级别，其中，蓝色告警通知物资管理员；红色告警通知业务管理最高级别负责人，同时可关联向消防部门联动告警。阴燃对比温度，环境安全温度为常温室内温度，以此温度为参考比对温度，被监测物温度比环境温度升高5℃将被启动告警机制，动态实时监测分析温度走势，每升高10℃告警级别升一级，温度在接近自然临界值启动火警联动。物料中，棉花260摄氏度会产生焦油，330度会自燃，烟草400以上燃烧等，本领域技术人员可以根据被监测物料的特性进行相应设置即可。
39.本领域技术人员理应知道本技术不仅可以用于棉花阴燃的监测，还可以用于其他可能发生阴燃的物料如烟草等。以下以一个典型的储棉仓库为例进行说明：
40.针对一个典型储棉仓库(库房长78m，宽24m，高9.4m，面积为1872m2)中有8个棉垛，主通道宽度为3.6m，棉垛与棉垛间距为2m，棉垛与墙间距为0.5m，棉垛与柱间距为0.3m，棉垛顶部距离梁间距大于1m等参数，可计算得知每个棉垛宽9.7m、长17.75m、高8m(假设垛离梁间距为1.4m)。若仓库中棉包尺寸均符合2013年《棉花包装》标准中棉包i尺寸标准(长1.4m、宽0.53m、高0.7m，每个棉包重225kg)，计算可知一个棉垛内有2651个棉包。要检测、识别、定位到每个棉包，每个棉包都须加载安置一个无源超高频感测标签，则一个棉垛内有无线感测标签2651个，激励这2651个感测标签可由1或2个辅助基站实现。一个典型储棉仓库可由2台基站(每个基站管理一列，4个棉垛，减少轮询时间)、8或16台辅助基站、21208个无
源超高频感测标签构成一个棉包极早阴燃预警系统实现检测与管理。有源的基站、辅助基站设备及其供电均布置于仓库的外墙内，避免电源线进入仓库而给仓库带入安全隐患，基站、辅助基站的天线通过同轴电缆布置在仓库内。
41.其中，辅助基站天线安装于棉垛正上方中心位置。由上述可知基站与辅助基站的最远距离d＝68m，最近距离d＝9m；感测标签距离辅助基站天线的最远距离l＝13.8m，感测标签距离基站的最远距离l1＝78.6m。
42.基站与辅助基站距离d＝68m的电磁波传播路径损耗为：
43.l
433mhz
＝32.45+20logf(mhz)+20logd(km)
44.＝32.45+52.7-23.3＝61.8db
45.基站发射的eirp为36dbm时，辅助基站的接收灵敏度须优于-25.8dbm。辅助基站与感测标签距离l＝13.8m的电磁波传播路径损耗为：
46.l
915mhz
＝32.45+20logf(mhz)+20logd(km)
47.＝32.45+59.2-37.2＝54.45db
48.辅助基站发射的eirp为42dbm，感测标签接收的射频信号功率为-12.45dbm。
49.标签与基站距离78.6m的电磁波传播损耗为：
50.l
915mhz
＝32.45+20logf(mhz)+20logd(km)
51.＝32.45+59.2-22＝69.6db
52.基站接收到标签的信号功率为：
53.pr＝-12.45-6-69.6＝-88.05dbm
54.基站的接收灵敏度须优于-88.05dbm。
55.综上分析，棉包极早阴燃预警系统所用的基站、辅助基站、感测标签应达到的性能指标是可以实现的。
56.需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本技术所必须的。
57.上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种阴燃极早预警系统，其特征在于，包括基站、多个辅助基站和多个感测标签，所述基站与辅助基站通过双向通信完成组网，并将指令分别发送至多个辅助基站，所述辅助基站用以接收基站指令并转发至其天线电磁波覆盖区域内多个感测标签，所述感测标签放置于被监测物料的任意位置上，并实时监测物料状态。2.如权利要求1所述的一种阴燃极早预警系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机通过有线或无线的通信方式实现与基站的信息交互，实时监测每一个感测标签的监测数据。3.权利要求1所述的一种阴燃极早预警系统，其特征在于，所述感测标签包括微控制单元mcu、温度传感器、湿度传感器和多种气体传感器，所述温度传感器、湿度传感器和多种气体传感器均与微控制单元mcu相连接。4.权利要求3所述的一种阴燃极早预警系统，其特征在于，所述多种气体传感器包括co传感器和co2传感器。5.权利要求4所述的一种阴燃极早预警系统，其特征在于，所述感测标签还包括rfid标签，多个感知标签在被监测物料内呈空间立体矩阵式布放，当某个感测标签告警时，可快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x，y，z)。6.权利要求3所述的一种阴燃极早预警系统，其特征在于，所述感测标签还包括磁感接收线圈，所述磁感接收线圈通过无线接收电路与充电电池相连接，为感测标签供电。7.一种阴燃极早预警方法，基于权利要求1～6任意一项所述的一种阴燃极早预警系统实现，其特征在于，包括如下步骤：s1：被监测物料内呈空间立体矩阵式放置感测标签；s2：感测标签实时监测被监测物料状态，并上传至辅助基站；s3：辅助基站将感测标签监测数据通过基站上传至上位机；s4：上位机根据被监测物料阴燃特性，对感测标签监测数据进行分析，实现阴燃极早预警。8.如权利要求7所述的一种阴燃极早预警方法，其特征在于，所述监测物料状态包括气体信息、温度信息和湿度信息。9.如权利要求8所述的一种阴燃极早预警方法，其特征在于，所述气体信息包括co浓度和co2浓度。10.如权利要求7所述的一种阴燃极早预警方法，其特征在于，所述感测标签根据三维编码规则生成位置字符串(x，y，z)，便于快速锁定疑似阴燃点的坐标位置(x’，y’，z’)。

技术总结
本发明公开了一种阴燃极早预警系统及方法，该系统包括基站、多个辅助基站和多个感测标签，所述基站与辅助基站通过双向通信完成组网，并将指令分别发送至多个辅助基站，所述辅助基站用以接收基站指令并转发至其天线电磁波覆盖区域内多个感测标签，所述感测标签放置于被监测物料的任意位置上，并实时监测物料状态。本发明通过分析物料早期阴燃特性以及物料早期阴燃过程中气体浓度，以及温度、湿度的变化趋势，可以有效预测物料是否会发生阴燃，还可快速锁定疑似阴燃点的坐标位置，及时预警而防止火灾发生，避免经济损失和生命安全事故发生。生。生。


技术研发人员：范清彪 邹强 杨杰
受保护的技术使用者：电子科大科园股份有限公司
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/5/31