Laserbaseret system registrerer brand selv i støvede, barske miljøer

Forskere har udviklet et nyt laserbaseret system, der tilbyder en effektiv og billig måde at opdage brande i udfordrende miljøer såsom industrianlæg eller store byggepladser. Med videreudvikling, systemet kunne i sidste ende opdage brande, der er mere end en kilometer væk.

"Vores nye system gør det muligt at opdage brand i støvede områder, der er udsat for brand, hvor nuværende systemer viser begrænset ydeevne eller ikke kan fungere, " sagde seniorforsker Mikael Lassen fra Dansk Fundamental Metrologi A/S, et medlem af forskergruppen. "Det kan bruges i en række forskellige industrier, såsom affaldshåndteringsfaciliteter, strømforsyningsanlæg, fødevareforarbejdningsfabrikker og tekstilfabrikker."

En multi-institutionel gruppe af forskere beskriver det nye system i tidsskriftet Optical Society Anvendt optik . Systemet registrerer en brand eller ændring i temperatur ved at bruge billige optiske komponenter til at skabe og detektere ændringer i et pletmønster.

"Speglemønsteranalyse er en helt ny løsning til at detektere brand og varmeændringer, " sagde Lassen. "Det er ikke kun hurtigt og relativt billigt, men fungerer også i stort, barske miljøer."

Forskningen er en del af et Eurostars-projekt, der har til formål at udvikle et system, der kan identificere små temperaturstigninger for at give tidlig og pålidelig detektering af brand. Udover Dansk Fundamental Metrologi, projektet omfattede forskere fra Elotec A/s i Norge og LAP-Sikkerhed ApS og Dansk Brand- og Sikkerhedsteknisk Institut, alt i Danmark.

Forebyggelse af falske alarmer

De fleste branddetektions- og forebyggelsessystemer, der bruges i dag, fungerer ikke godt til barske industriområder eller til store områder. Standard røgdetektorer giver ofte falske alarmer på grund af støv og forurenende stoffer i disse miljøer og kan ikke detektere de submikron partikler, der frigives under tidlige stadier af brand.

Selvom optiske detektionssystemer baseret på måling af amplitudeændringer i et optisk signal er mere avancerede, de er også følsomme over for vibrationer og kan ikke altid registrere brande gennem støv og damp. For sensorer, der registrerer stråling udsendt af flammer, stråling fra andre kilder såsom sollys, kunstigt lys, svejsning eller andre ikke-farlige kilder kan give anledning til falske alarmer.

I det nye værk, Lassen og hans kolleger anvendte en helt anden optisk tilgang til at opdage brande ved at måle dynamiske pletter. Disse skiftende mønstre frembringes af interferens, når laserlys rammer en ru overflade. Når der opstår brand, varmestrømmen får laserstrålen til at ryste på en måde, der kan detekteres, når laserlyset reflekteres til en detektor ved laserkilden. Forskerne brugte statistik og maskinlæring til at analysere støjmønsteret af det dynamiske plettermønster skabt af det laserlys. Tilstedeværelsen af ​​hvid bredbåndsstøj indikerede en brand, mens støjkilder begrænset til et snævert bølgelængdeområde kunne udelukkes som en mekanisk påvirkning såsom vibrationer.

Affaldsanlæg test

For at validere det nye branddetektionssystem, forskerne testede en fjernbetjent proof-of-concept prototype på Energnist I/S affaldsanlæg i Kolding, Danmark. På grund af det ekstremt hårde, støjende og støvede omgivelser, anlægget har normalt tre til fire falske alarmer om måneden.

"Systemet registrerede brande med en nøjagtighed på 91 procent, hvilket er et meget godt resultat under hensyntagen til det barske miljø, sagde Lassen. Fordi den ikke er afhængig af lysstrålens absolutte intensitet, den er robust over for generel dæmpning på grund af støv og røg."

Konvertering af prototypen til et færdigt produkt vil kræve yderligere produktudvikling, såsom færdiggørelse af huset, optimering af elektronik og algoritmer, og design af brugergrænsefladen. Forskerne planlægger også at opgradere den optiske detektor og laseren til en mere kraftfuld en for at øge følsomheden og udvide detektorområdet først til 500 til 600 meter og til sidst til over 1 kilometer.