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光电探测器范文1
1.引言
目前工业、医疗、天文和军事对近红外探测和成像有大量需求[1-4]，本文介绍了一种响应近红外的新型高增益GaAs/InGaAs量子光电探测器。首先测试和讨论了探测器的I-V特性，探测器偏压为-1.5V时响应率大于10A/W，响应率随光照功率增大减小。针对探测器特性和探测器阵列规模设计了2×8元读出电路，探测器和读出电路对接后的样品工作在77K条件下。探测器偏压为-1.5V，积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W，达到实际应用的要求。为验证探测器和读出电路及对接样品的实用性，最后设计了数据采集卡和成像系统，给出了测试结果。
2.探测器和读出电路
2.1 探测器
探测器的I-V特性可以为读出电路设计提供重要依据，为此在光电测试平台采用keithley 4200-SCS半导体特性测试仪测试探测器特性。探测器阵列为2×8元，单元探测器面积为80×80μm。测试过程中作为公共电极的衬底电位固定，扫描单元探测器一端的电压。
图1是器件的I-V特性，与QWIP器件不同，特性曲线明显非对称。探测器有一个-0.8V的阈值电压，探测器偏压大于-0.8V后响应电流迅速增大，在-0.8V～-3V区间相应电流随偏压变化缓慢。正向偏置时探测器响应电流相对较小。测试得77K，-1.5V时探测器暗电流小于10-13A，暗电流较小有利于降低噪声，提高探测率和信噪比。C-V特性测得探测器的电容约7.5pF。
图2是不同光照功率时探测器的响应率，结果显示探测器的响应率远大于1A/W，偏压为-1V时响应率大于10A/W，说明探测器量子效率和光电增益较大。测试结果还显示探测器的响应率随光照功率增大减小，这个特性有利于提高成像系统的动态范围。
探测器的工作偏压对焦平面工作有重要影响，需要仔细选择和严格控制。
图3显示探测器偏压为-1V时动态阻抗较大，大动态阻抗表示探测器响应电流随工作偏压变化较小，降低了探测器工作偏压的稳定性要求，提高了探测器阵列响应的一致性。因此探测器阵列与读出电路对接后选择-1V为工作电压。
2.2 读出电路
根据探测器特性设计读出电路，结构如图4所示，包括行选开关、电容互阻放大器（CTIA）、相关双采样电路（CDS）、列选开关和输出缓冲器。采用CTIA结构为列放大器可以稳定探测器工作偏压，提高注入效率和线性度，CDS电路可以抑制固定图形噪声。
读出电路工作过程如下：首先选通一行探测器与CTIA列放大器连接，然后列放大器复位，使积分电容放电，探测器上电极的电位复位到复位电位。复位后列放大器开始积分，CDS电路采样和保持列放大器的复位信号和积分信号。最后在列选开关的控制下依次选通采样保持电路，通过输出缓冲器依次输出八个探测器积分信号。接着重复上面的读出过程，开始另一行探测器的读出。
3.测试结果
3.1 探测器阵列与读出电路对接测试
采用CSMC 0.6μm DPDM工艺设计并流片2×8读出电路，CTIA积分电容设计为6pF。通过Si转接基板实现读出电路与2×8元探测器阵列对接，如图5所示。对接样品安装在杜瓦内加液氮制冷后固定在光学平台上，采用He-Ne激光器作为光源，发出的光经过衰减聚焦照射到器件表面。电路的工作电源和各个模拟电压通过外部测试电路提供，测试中探测器单元电极电位设定为2.5V，公共电极设定为3.5V，探测器工作电压为-1V。
图6显示了光照功率为117nW，积分时间从20μs变化到200μs时读出电路输出电压的变化，结果读出电路的线性度好于99.5%，输出信号摆幅为2V，电荷容量为7.5×107。输出电压与光照功率的关系如7所示，光照功率大于800nW时读出电路饱和。
探测器阵列与读出电路对接后测试得噪声特性如图8所示，噪声随积分时间增大减小，平均噪声为0.91mV，对接后样品的信噪比为67dB。噪声的特性与读出电路输入端探测器和列放大器工作频率相关，输入端探测器工作频率为1/2Tint[2]。当积分时间增大，探测器和列放大器的工作频率下降，减小了噪声带宽，读出电路的输出噪声减小，因此延长积分时间有利于提高焦平面的探测率。图9是探测率与积分时间的关系，随积分时间增大，噪声减小，因此探测率增大。探测器偏压为-1.5V，积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W，达到实际应用的要求，为进一步大面阵读出电路和探测器阵列的研制提供了依据。
3.2 数据采集与成像系统
为了验证对接后样品的工作性能，进一步设计了数据采集电路和成像系统，系统框图如图10所示。系统包括stm32处理器、上位机和显示器、对接后的焦平面阵列和光电测试平台。Stm32处理器输出读出电路驱动控制信号，并利用自身集成的ADC完成读出电路输出模拟信号的数字化，然后通过USB接口把数字化的信号传输到上位机。通过VisualStudio6.0设计可视化图形界面，用灰度图显示表示16个探测器单元的响应。
图11分别给出了弱光条件和强光条件时2×8焦平面输出波形和灰度图显示。探测器工作偏压为-1.5V，积分时间为100μs，当光照较弱时输出电压较小，16探测器单元显示的相应的点亮度较低，光照较强时，相应点的显示亮度变亮。
4.结论
测试分析了一种新型量子光电探测器特性，探测器有一个-0.8V的阈值电压，偏压大于阈值电压后器件响应率远大于1A/W，且响应率随光照功率增大减小。2×8探测器阵列与设计的读出电路通过Si基板对接，对接后的焦平面阵列线性度好于99.5%，信噪比达到67dB，探测器偏压为-1.5V，积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W，达到实际应用的要求。采用设计的数据采集卡和成像系统验证了对接样品的实用性，为进一步大面阵读出电路和探测器阵列的研制提供了有益的参考。
参考文献
[1]Peng Hongling，Zhang Hao and Zheng Houzhi，et al.Performance of 1064nm RCE Photodetectors，Chinese journal of semiconductors，Vol.26，NO.8，Aug.2005，pp1605-1609.
[2]A.Rogalski，J.Antoszewski，L.Faraone，"Third-generation infrared photodetector arrays，"JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，105，2009.
光电探测器范文2
【关键词】光电；探测；武器装备
引言：
光电探测技术是根据被探测目标辐射、反射的光波的特征来探测、识别的技术。光电技术在军事应用中的四大优点，看得更清、打得更准、反应更快和生存能力强。光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。
一、红外探测技术
红外探测技术目前主要分为近红外，中红外和远红外三种研究领域，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，研究也最为成熟，可以分析物质的分子组成。远红外的主要优点就是其穿透性，用于探测，加热等，应用也比较广泛。近红外由于其强度小，穿透力一般，用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。由于温度高于绝对零度的任何物体都会辐射红外线，利用适当的对红外线足够灵敏的探测器，即使在夜里没有光照的情况下也能探测到物体的存在，还可得到它的外形图像。一些典型物体的温度和辐射峰值波长见表1。
表1典型物体的温度和红外辐射的波长
二、多光谱/超光谱成像技术
由于光学空间分辨率有限，以辐射强度为基础的空间信息并非总能提供足够的目标信息，例如远距离的小目标或隐匿在更亮背景干扰下的目标，仅仅根据它们辐射强度特性就无法分辨出来。遥感中采用光谱特性、偏振特性和时间特性等多维判别方法来识别目标和背景，并越来越重要。光谱成像就是在这种观念下研究发展起来的，光谱成像技术按波段数目和分辨率大致可分为三类：多光谱成像，其波段为 10～50 个，光谱分辨率（Δλ/λ）为0.1；超光谱成像，其波段为 50～1000 个，光谱分辨率为 0.01；极光谱成像其波段为 10-100 个，光谱分辨率为 0.001。对多光谱/超光谱成像数据分析表明，这种独特的数据的价值并不在于它是否能产生漂亮的图像，而在于多光谱/超光谱成像仪获得的独特的光谱特征所固有的信息，例如隐藏在树下的车辆和埋置的地雷等目标的信息。多光谱成像仪使用最多的焦平面阵列是可见光 CCD 和红外 HgCdTe 焦平面阵列，其发展趋势主流仍然是 CCD 和多色红外焦平面阵列。 其发展的技术特点是，尽可能提高光谱分辨率；充分利用能透过大气的各类电磁波谱；向红外、远红外和微波方面扩展。遥感技术将是向多光谱/超光谱成像仪与干涉雷达，被动雷达和合成孔径雷达等多传感器融合，可同时采集多维数据的传感器系统，通过先进的数据融合技术，可以获得需要的足够的目标信息，使遥感技术向多尺度、多波段、全天候、高精度、高效快速的目标发展。
三、激光雷达成像技术
激光雷达以的抗干扰、成像能力强，是重点发展的高灵敏度探测雷达。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达等；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。下面分别介绍激光雷达的各种应用。在对地形背景中的静止目标的探测，多普勒雷达及可见光或红外热成像系统都有其困难的一面，而激光雷达的优点是每个像元既具有高的角分辨率，又可获得准确的距离数据，具有稳定的目标和背景特征，因而能在自动目标识别系统中准确地进行模型化处理。激光雷达由于光束窄，扫描速度有限，需要与红外、可见光、毫米波雷达一起工作，进而通过数据融合，提高系统性能。激光成像技术目前主要有扫描成像，激光照明距离选通成像、激光照明单次成像和相干激光雷达。随着激光二极管泵浦技术和新的固体激光材料研究的进展，高效、全固体化且人眼安全的小型固体激光雷达正在得到发展，已经实验用于外差多普勒激光雷达、距离成像和障碍物回避等领域[1]。
四、紫外探测技术
紫外探测技术是军民两用光电探测技术之一，紫外探测的军事应用主要有导弹制导，来袭导弹告警，生化战剂探测，军用气象和军用短程通信等。主要发展有三种类型紫外探测器，即光电倍增管、成像紫外传感器和AlGaN/GaN光电二极管成像阵列。短波紫外探测器领域的研究集中在实现“日盲”探测器上，即对280nm 以上的光子不灵敏探测器。紫外探测技术的应用范围正在不断扩大，从低速飞行器扩展到高速飞行器，从空中平台扩展到地面的坦克和装甲车以及水面舰艇，从探测导弹威胁信息扩展到探测飞机等其他威胁信息。随着紫外探测器和紫外摄像器件制造技术的不断发展紫外探测技术必将成为重要的军事装备技术之一[2]。
五、多传感器数据融合技术
当前，探测技术都向多传感器融合的方向努力，可以克服单一探测技术的不足，使被探测目标信息尽量丰富，准确、迅速、实时，使战时掌握信息优先权、主动权，赢得宝贵的先发制人的时间，从而赢得战争的胜利。正因为多传感器融合就必然采用数据融合技术，在当前由于新型先进的传感器和先进处理技术的涌现以及软硬件的改进，使实时数据融合越来越有可能实现而得到极快发展。单一平台装备的传感器类型可能包括。雷达、激光测距机/目标指示器/跟踪器、前视红外系统、电视、敌我识别器、雷达告警机、导弹逼近告警接收机、激光告警接收机等不同类传感器间的融合。多平台装备不同类型传感器，通过借助日益发展成熟的数据链路技术，能够显著扩大传感器探测的空域、频域和时域。
参考文献：
[1]倪树新，李一飞.军用激光雷达的发展趋势[J]红外与激光工程2003.04
光电探测器范文3
关键词：弹簧振子；周期；秒表法；光电门法
测量弹簧振子周期的方法一般有秒表法、光电门法、用电位传感器测量、利用Adobe Audition1.5软件测量、用集成开关型霍尔传感器测量五种，大多数学者是用一种方法进行研究，采用多种方法进行研究的人少之又少。为了分析弹簧振动周期的变化规律以及了解哪些因素影响弹簧振动的周期，需要采用多种方法测量弹簧振动的周期，找出哪种方法比较适合现代物理教学需要，哪些比较适合生产实践和工程需要，其具有重要的意义和价值。
一、弹簧振子周期测量的原理
物体在平衡位置附近往返运动叫做振动，简谐振动是人们经常见到的最简单最基本的振动，是指质点在线性回复力的作用下围绕平衡位置所做的运动，弹簧振子是简谐振动的一个典型例子。
若忽略空气阻力及其他能量的耗损，弹簧振子在外力的作用下（如用手拉）使物体离开平衡位置少许，然后释放，则弹簧振子将在平衡点附近来回运动，由牛顿第二定律得：
mg=-kx……（1）
令ω2=■，上式可写为：
■ω2x=0……（2）
由此可知，系统做的是简谐振动，其振动周期为：
T=2π■……（3）
实际上弹簧本身具有一定的质量m，它也参与了振动，对振子振动惯性有一定的贡献，对振动系统的周期有一定的影响。为此，把振子振动周期公式尝试修正为：
T=2π■……（4）
其中c是一待定的系数，0
若将弹簧振子沿竖直方向悬挂在一个稳固的支架上，则它仍能在重力的作用（是一个常力）及弹性力的作用下作简谐振动，只是平衡位置有所变动。新的平衡位置即是弹簧下端悬挂物体后的平衡位置。故仍可用（4）式来计算弹簧振子周期。
二、弹簧振子周期的测量方法
测量弹簧振子周期的方法有很多，现根据我们实验用到的秒表法和光电门法进行介绍。
1.秒表法
用秒表测量弹簧振子周期时，先将弹簧的一端固定在铁架台上，另一端挂上一只钩码，而且要尽可能使弹簧处于竖直方向上，铁架台的竖杆上装上一个标志物，高度与静止的钩码相同，目的是方便读数时有一个参照点。开始实验时，将钩码向下拉适当的距离后释放。待振动达到稳定状态后，在钩码某一次经过标志物时按动秒表开始计时。经过n次全振动后停止秒表计时。如果秒表的读数为t，则弹簧振子周期为T■。但是为了测量更为精确，最好多次测量，最后求出n次全振动所需要的时间，再求弹簧振子的周期。
2.光电门法
■
用光电门测量弹簧振子的周期，是通过对焦利秤测量液体表面张力系数的改进，即选用焦利秤小镜、砝码盘、砝码、细线、弹簧和单摆振动实验中的光电计时器组合而成。实验时，首先将光电计时器中的光电门和支架放在一个可以升降的平台上，光电门横向放置，在弹簧的下端固定一块挡光的薄铁片或铜片（长约为2cm，宽约为0.5cm），使薄铁片或铜片能上下穿过光电门，并使之在上下运动时不与光电门产生摩擦，如图1所示。在实验时，用砝码盘装砝码做实验，这个装置存在较大的误差。而用细线直接绑好砝码做实验，更接近弹簧振子，实验装置如图2所示。在实验时，应该轻轻向下拉动弹簧，放开后薄铁片或铜片将沿光电门上下振动，通过计时器可以测出弹簧振子的周期，由于弹簧在振动的过程中容易产生晃动，所以在拉动弹簧的时候，振幅不宜过大，目的是确保弹簧能在竖直方向振动，避免晃动时挡光片碰到光电门。
三、实验结果与讨论
我们利用胡克定律测量出弹簧一、弹簧二劲度系数分别为24.4690kg/m和39.4132kg/m(在计算时取g=9.7876m/s2)。
利用光电门法和秒表法分别测量两根弹簧的周期进行实验测量。在测量时，利用质量很轻的细绳绑定砝码，这两根弹簧的理论值均采用公式（4）来计算得到。弹簧一的结果如表1所示，弹簧二的结果如表2所示。
表1弹簧一周期的实验值与理论值
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表2 弹簧二周期的实验值与理论值
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从表1和表2可看出，弹簧一和弹簧二的周期随着砝码质量的增加而增大。当砝码质量远远大于弹簧的质量时，测得的弹簧振子周期越接近理论值，此时可以忽略弹簧的质量。测量值与理论值存在一定的误差，在误差允许的范围，测量结果基本正确，利用光电门法测量，测得结果都比理论值偏小，但是两者比较接近。而用秒表法测量，测得结果绝大多数比理论值偏大，偏大的原因可能是在测量时人的反应存在误差。测量值与理论值之间存在误差，原因可能是利用细绳绑砝码做实验，细绳的质量会影响振子周期的测量结果，也有可能是由于系统的误差造成的。但是质量增大到一定程度后，即质量越大，这时细绳的质量与砝码的质量相比就可以忽略了，所得的测量值与理论值就更接近。
四、总结
通过前面的理论计算和用两种实验方法测量弹簧振子周期，我们发现，用这两种方法得到的实验值与理论值相差并不是很大，在误差允许的范围内，其结果是正确的，但利用光电门测量弹簧振子的周期更准确。
弹簧振子在过去和现代生产实践中都有广泛的应用，而振动的周期是描述振动系统运动的一个十分重要的基本物理量。如何正确测量出弹簧振子的周期具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]许敏明，蒙成举.力学实验学习指导书[M].桂林：广西师范大学出版社，2011：114-117.
光电探测器范文4
关键词:光电 定向 四象限探测器
1、引言
随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］. 本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。
本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。通过实验，可以掌握四象限光电探测器原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。并利用实验仪进行设计性实验等内容，将光学定向应用到各领域中[2]。
2、实验原理
2.1、系统介绍
光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电
制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。该系统主要由发射部分，光电探测器，信号处理电路，A/D转换和单片机，最后通过计算机显示输出。该系统结构框图如图1：
图1 系统结构框图
2.1.1激光器发射部分
光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括LED、LD等）、光功率自动控制电路（APC）等部分组成。用NE555组成的脉冲发生电路来驱动650nm的激光器。
2.1.2接收部分
接收部分主要由四象限探测器组成。四象限光电探测器是一种常用的精跟踪探测器，其基本原理是光电效应，利用半导体材料吸收光子能量引起的电子跃迁，将光信号转换为电信号．通常是利用集成光路光刻技术将完整的PN结光电二极管的光敏面分割成几个具有相同形状和面积、位置对称的区域，每个区域可以看作1个独立的光电探测器，其背面仍为一整片．理想情况下每个区域都具有完全相同的性能参量．象探测器光敏面形状有圆形和矩形.如图2所示[3].
（a）圆形光敏面QPD （b）矩形光敏面QPD
图2 四象限探测器实物图
如图3（a）所示，四象限光电探测器光敏面有4部分A，B，C，D．假设入射光斑为圆形且能量分布均匀，如图3
（b）所示，照射在光敏面上的光斑
被4个象限分成4个部分，4个象限的光斑面积分别为SA，SB，SC和SD．此时，由于光生伏特效应，在4个象限中产生与光信号对应的电信号，其对应电流大小分别为IA，IB，IC和ID．如图2（c）所示，当光斑中心在四象限光电
探测器上的位置改变时，光敏面各象限上的光斑面积也会改变，从而引起四象限探测器各象限输出电流强度的变化，通过一定的信号处理方法可以得到光斑能量中心位置相关信息．如图4所示.
图3 四象限探测器工作示意图
图4四象限探测器工作光路
根据输出电流强度可以计算出光斑能量中心位置．用σx和σy分别表示x和y
轴上根据四象限光电探测器输出信号经过一定的算法处理后的归一化偏移量，σx和σy与光斑能量中心实际偏移量的对应关系利用加减算法得［6－7］
x0KxK(SASB)(SBSD) SASBSCSD
(SASB)(SBSD) SASBSCSDy0KyK
式中K 为比例常数，光斑能量中心偏移量σx和σy仅与光斑在探测器上的面积有关，只要得到了各象限面积之间的比例关系，即可得到光斑能量中心位置的坐标．光斑在探测器上移动如图3（d）所示
2.2单脉冲定向原理
利用单脉冲光信号确定目标方向的原理有以下四种：和差式、对差式、
和差
比幅式和对数相减式。
2.2.1 和差式
这种定向方式是参考单脉冲雷达原理提出来的。
在图5中，四象限探测器与直角坐标系坐标轴x,y重合，目标（近似圆形的光斑）成像在四象限探测器上。当目标圆形光斑中心与探测器中心重合时，四个光电二极管接收到相同的光功率，输出相同大小的电流信号，表示目标方位坐标为：x＝0，y＝0.当目标圆形光斑中心偏离探测器中心，如图3，四个光电二极管输出不同大小电流信号，通过对输出电流信号进行处理可以得到光斑中心偏差量x1和y1。若光斑半径为r，光斑中心坐标为x1和y1，为分析方便，认为光斑得到均匀辐射功率，
总功率为P。在各象限探测器上得到扇形光斑面积是光斑总面积的一部分。若设各象限上的光斑总面积占总光斑面积的百分比为A、B、C、D。则由求扇形面积公式可推得如下关系[4]：
当2Xsin1(1) rX14x1时,ABCD1 rr
r即x1(ABCD) 4
r同理可得 y1(ABCD) 4
可见，只要能测出A、B、C、D和r的值就可以求得目标的直角坐标。但是在实际系统中可以测得的量是各象限的功率信号，若光电二极管的材料是均匀的，则各象限的光功率和光斑面积成正比，四个探测器的输出信号也与各象限上的光斑面积成正比。如图6，可得输出偏差信号大小为
Vx1KP(ABCD)
Vy1KP(ABCD)
对应于 x1k(ABCD)
y1k(ABCD)
图6 和差定向原理 式中krKP, K为常数，与系统参数有关。 4
2.2.2 对差式
将图4的坐标系顺时针旋转45o，于是得
x2＝x1cos45o+y1sin45o＝2kAC
y2＝-x1cos45o+y1sin45o＝2kBD
2.2.3 和差比幅式
上述两种情况中输出的坐标信号均与系数k有关。而k又与接收到的目标辐射功率有关。它是随目标距离远近而变化的。这是系统输出电压Vx1、Vy1并不能
够代表目标的真正坐标。采用下式表示的和差比幅运算可以解决这一问题。 x3k(ABCD)(ABCD)k(ABCD)(ABCD)
k(ABCD)(ABCD)k(ABCD)(ABCD)y3
式中不存在k系数。与系统接收到的目标辐射功率的大小无关，所以定向精度很高。
2.2.4 对数相减式
在目标变化很大的情况下，可以采用对数相减式定向方法。坐标信号为
x4＝lgkABlgkCD=lgABlgCD
y4＝lgkADlgkCB=lgADlgCB
光电探测器范文5
【关键词】火灾探测器；发展
中图分类号：X928.7文献标识码：A 文章编号：
火灾探测器是在人类长期和火灾的斗争中产生和发展起来的，在火灾自动报警系统中起探测火灾和报告着火部位的作用。
火灾探测器性能比较
由于建筑结构和功能的多元化，为了准确、及时地探测火灾并进行报警，选择火灾探测器时必须充分考虑火灾探测器的性能、建筑空间形状、火灾特点和可能发生的危险。下面就一些常用火灾探测器的性能和适用场合作一比较。
感温探测器
感温探测器一般分为定温式、差温式和差定温式三种类型。它们共同的工作原理是:物质在燃烧过程中，释放出大量的热，使环境温度升高，探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转化为电信号，传输给火灾报警控制器，根据感温探测器采集的温度信号，判定它是否超过某一阐值，发出火灾报警信号。单一的感温探测器由于灵敏度低，探测速度慢，尤其对阴燃不响应，误报率高。
感烟探测器
感烟探测器分为离子感烟探测器和光电感烟探测器，其原理和性能有所区别。
（1）离子感烟探测器
离子感烟探测器是利用烟气进入电离室后，烟粒子吸附在离子上，使室内的电离状态发生变化，离子电流减小的原理而制成的。烟的浓度越大，离子电流减小越明显。通过电子线路处理，探测器一方面发出声光报警信号，同时把信号传送给报警控制器。
离子感烟探测器能在物质阴燃发生气溶胶（即小颗粒的烟雾）就能发出报警信号，但它对阴燃响应较慢，其中用到放射性元素镅，有害人体健康，对工厂来说，必须有专门的地方来处理这种辐射性材料。在日本几乎不用离子感烟探测器，其生产数量不到感烟探测器的1%（也就是说，99%的感烟探测器都是光散射型的）。
（2）光电感烟探测器
光电感烟火灾探测器分为减光式和散射式。减光式光电感应探测器工作原理是当发生火灾时，探测器检测室内发光元件的发射光受到烟雾遮挡，因而使受光元件接收的光量减少，光电流下降，探测器发出报警信号。目前减光式光电感应探测器应用较少。散光式光感烟探测器工作原理则是在火灾发生时，烟雾进入探测器的检测室，由于烟粒子的作用，使发光元件发出的光产生漫反射，漫反射光被受光元件所接收，使受光元件的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转换成电信号的功能，探测器发出报警信号。散光式光感烟探测器目前应用较广泛。
光电感应探测器是通过探测粒径较大的烟雾粒子来探测火灾，它对粒径小于0.4um的不可见烟不响应。
气体探测器
气体探测器适用于散发可燃气体和可燃蒸汽的场所。由于火灾烟气是火灾中对人构成威胁最大的因素，而CO是火灾烟气的主要产物。在商场这类人员密集的场所宜布置CO探测器，防止在发生火灾情况下，人们在发现浓烟时已吸入过量CO中毒而无力逃生。但由于CO易与还原性气体发生化学反应，因而在有还原性气体的场所可能发生误报警。
红外火焰探测器和紫外火焰探测器
火灾发生时火焰的辐射能中有30%--40%以电磁辐射的形式消耗，这些磁辐射包括紫外线（UV）、可见光、红外线，它们包含着丰富的火灾信息用于火灾探测。但能够辐射出红外线的不仅仅是火灾的火焰，一些高温物体的表面，如炉子、烘箱、卤素白炽灯、太阳等都能辐射出与“火焰”红外线频带相吻合的红外线。因而这些并非火灾的红外源就十分容易使单波段红外火焰探测器产生误报警。同时，火灾中辐射出的紫外线也是火灾的重要特征，目前研究的紫外火焰探测器是利用火灾火焰的紫外线辐射到光电倍增管的阴极上吸收紫外线而引发光电效应，从而探测火灾信号的。当被监视场所有明火(火焰)燃烧时，由于火焰中有大量的紫外辐射，当紫外火焰探测器中的紫外光敏管接收到波长为0.185-0.245pm的紫外辐射时，就会有由光电效应产生的信号送给报警控制器，发出火灾报警信号，从而实现了火灾的光电转换，完成了紫外火焰探测的功能。
现有部分火灾探测器缺陷解决途径
综上所述，任何一种火灾探测器，都只是针对火灾中同时出现的多种物理量中的一种进行探测，则不可避免地受到环境中某些相似因素的影响，从而导致误报警。解决误报警问题己成为提高火灾探测准确性的关键所在。但这个关键的突破不在技术本身，而在基础和应用研究方面。为了减少和降低误报警，有以下几条比较有效的途径。
①避免和减少环境因素对误报警的影响。该方法着眼于报警因素，通过改进探测器结构设计和规定使用条件入手来降低误报警。
②考察参量变化与实际火灾过程的比较。该方法着眼于识别方式，通过模拟方式监测某单一物理参量的变化历程，并与实验所得火灾过程相应物理参量变化曲线相比较，由此判断火灾是否发生。其依据是：某物理参量在火灾过程中发生的变化与因环境因素而发生的变化大不一样。这种方法需要大量的火灾实验数据为基础。
③改单一物理参量监测为多参量复合监测，降低误报警。火灾发生时同时表现出许多物理现象，因此，对多参量同时进行监测，并以这些数据作为火灾判断的依据，从而会大幅度降低火灾误报警。实行多参量复合监测要依据所在建筑及火灾特点(或火灾数据)取舍物理量，既可降低火灾误报警，又能保证经济和技术上可行。
④寻找适当的信号处理算法，在提高灵敏度的同时又将误报率降到极限。信号处理算法可分为复合趋势算法，模糊逻辑算法和人工神经网络算法。部分新型探测技术简介随着现代科学技术的发展，火灾探测技术有了突飞猛进的发展。出现了下列几种新的探测方式。
图像探测方式
图像摄像方式火灾探测报警系统主要由图像采集系统以及分析软件组成。采集系统与普通的图像处理系统相似，也就是摄像头经采集卡输入计算机中监视图像，由计算机完成图像的预处理，存储、特征提取、结果判定和控制输出。目前研制出的图像火灾探测器有烟雾图像探测器、火焰图像探测器、激光图像感烟火灾探测器等。
高灵敏度吸气式感烟探测器
高灵敏度吸气式感烟探测器是主动式的探测器系统。内置的抽气装置在管网中形成了一个稳定的气流，通过所铺设的管路不断地从被保护区域抽取空气样品并送到探测器室进行检测。所采集到的空气样品经过过滤网来滤除空气样品中的灰尘或其他颗粒，以防止他们对测量结果产生干扰。在测量室内安装有一个静谧的激光发射装置及一个特殊反射镜，激光器发射出平行的激光光束，照射到空气样本上，如样本中有烟粒子存在，光束将产生前向散射，散射光线经凹面反光镜射入高灵敏度激光接收仪，所产生的电子信号经过处理计算，并根据测得散射光信号脉冲数，测量出空气样本中的烟粒子量。测得的信号，经“人工神经网络”微处理器处理后，与预先设定的报警闭值比较，如果达到警报级别则发出火警预报。其他杂乱光线透过中心光栏后由平面反光镜反射出测量室。
分布式光纤感温探测报警系统
分布式光纤感温探测报警系统利用激光光纤拉曼散射效应和光时域反射OTDR原理实现连续空间温度场的温度测量与位置确定。控制器向探测器注入高能窄激光脉冲，该激光脉冲在光线中传输时，除与传输介质相互作用，产生与激发光波长相同的瑞利散射光，还与介质分子发生非线性拉曼散射，产生与激发光波长不同的拉曼散射光。探测器不同位置上的背向散射回波，在不同时刻返回激光注入端。根据激光注入光线与背向拉曼光返回系统的时间差和光纤介质中光传输的速度的乘积之半等于散射区域注入端的光通道长度的关系，即OTDR原理，可以确定某时刻的拉曼光回波信号所对应的散射区位置。
光纤测温系统有如下性能特点：
探测器的本质安全特性
探测器的温度传感和信号传输均在一根光纤内以光信号形式实现，探测器不带电，具有本质安全特性，无需任何处理即可方便应用在诸如储油罐、储气罐、易燃易爆危险品仓库、化工生产车间等严格防爆场所;探测器信号不受电磁辐射、各种射线的干扰，可以安全稳定地应用在诸如雷达站、微波通讯站、变电所、电厂、核电站等严重电磁污染或放射性污染的场所和设备的安全保护。
②长距离、高密度、可定位多点温度探测报警。分布式光纤感温探测报警系统可在数公里长的探测器上进行高密度多点温度探测，并能精确确定探测点位置。
③有效的感温探测报警特性
分布式光纤感温探测报警系统是模拟量感温探测报警系统，具备模拟量系统过程可见的优点。系统能够对探测器所分布空间的温度场变化进行动态实时监测，指示位置和温度值。
信息融合技术
信息融合的概念并不是一个新的概念，人和动物都具有使用多个感知来改善他们的生存的能力。人类可以通过多种感知所获得的信息来准确地识别环境或物体的状况，并引导他们的下一步的动作，即使这些信息含有一定的不确定性、矛盾或错误的成分，他们也可以将各种传感器的信息综合起来，并使这些感觉信息相互补充、印证，完整地处理具有不同功能的多种传感器所获得的信息，实现由单个传感器所不能实现的识别功能，将这种方法应用于工 程实际中，就称为多传感器信息的融合。
结束语
火灾会给人们带来不可估量的损失，尤其是在人口密集的建筑物里，智能建筑火灾自动报警系统以智能的方式保护着人类的生命及财产安全，火灾探测器的选用做到经济合理，最大限度地发挥其功能，
这是我们研究的目的。
【参考文献】
光电探测器范文6
关键词：火灾自动报警 消防联动控制系统 电气设计
现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。为此，除对建筑物平面布置、建筑和装修材料的选用、机电设备的选型与配置有许多限制条件外，还需要设置现代化的消防设施。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对自动消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。电气工程设计、安装和使用是否正确不仅直接影响到建筑的消防安全而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥作用。因此，自动报警及消防联动的设计及设备选型显得尤为重要。
一、系统的组成
火灾自动报警与消防联动控制系统是建筑物防火综合监控系统，由火灾报警系统和消防联动控制系统组成。在实际工程应用中，系统的组成是多种多样的，设备量的多少、设备种类都会有很大的不同。但是，决定系统特征的是火灾自动报警和消防联动控制这两个系统的实现方式。
（一）火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统一般由探测器、信号线路和自动报警装置三部分组成。
1、火灾探测器和手动报警按钮
火灾探测器是整个报警系统的检测元件。它的工作稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标直接影响着整个消防系统的运行。
1）探测器的种类
火灾探测器的种类很多，大致有如下几种：
（1）离子感烟探测器。
（2）光电感烟探测器。
（3）感温探测器（包括定温式和差温式）。
（4）气体式探测器。
（5）红外线式探测器。
（6）紫外线式探测器。
2）常用的火灾探测器基本原理
（1）感烟火灾探测器
火灾发展过程大致可以分为初期阶段、发展阶段和衰减熄灭阶段。感烟火灾探测器的功能在于：在初燃生烟阶段，能自动发出火灾报警信号，以期将火扑灭在未成灾害之前。根据结构不同，感烟探测器可分为离子感烟探测器和光电感烟探测器。
①离子感烟探测器
离子式感烟探测器是由两个内含Am241放射源的串联室、场效应管及开关电路组成的。内电离室即补偿室，是密封的，烟不易进入；外电离室即检测室，是开孔的，烟能够顺利进入。在串联两个电离室的两端直接接入24V直流电源。当火灾发生时，烟雾进入检测电离室，Am241产生的α射线被阻挡，使其电离能力降低，因而电离电流减少，检测电离室空气的等效阻抗增加，而补偿电离室因无烟进入，电离室的阻抗保持不变，因此，引起施加在两个电离室两端分压比的变化，在检测电离室两端的电压增加量达到一定值时，开关电路动作、发出报警信号。
②光电感烟探测器
光电式感烟探测器由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。按照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。
a、一般光电式感烟探测器根据其结构特点可分为遮光型和散射型两种。
遮光型光电感烟探测器由一个光源（灯泡或发光二极管）和一个光电元件对应装在小暗室内构成。在无烟情况下，光源发出的光通过透镜聚成光束，照射到光电元件上，并将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出报警。当火灾发生有烟雾进入探测器，使光的传播特性改变，光强明显减弱，电路正常状态被破坏，则发出报警信号。
散射光电式感烟探测器的发光二极管和光电元件设置的位置不是对应的。光电元件设置在多孔的小暗室里。无烟雾时，光不能射到光电元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，有烟雾进入探测器，光通过烟雾粒子的反射或散射到达光电元件上，则光信号转换成电信号，经放大电路放大后，驱动自动报警装置发出报警信号。
b、激光式感烟探测器。由激光发射机（包括脉冲电源和激光发生器）和激光接收器（包括光电接收器、脉冲放大及报警）组成。它利用激光方向性强、亮度高及单色性和相干性好的特点。在无烟情况下，脉冲激光束射到光电接收器上，转换成电信号，报警器不发出报警。一旦激光束在发射过程中有烟雾遮挡而减弱到一定程度，使光电接收器信号显著减弱，探测器发出报警信号。在种类繁多的激光光源中，半导体激光器由于具有所需激发电压低、效率高、脉冲功率大、器件体积小、耐震、寿命长和价格低廉等优点而受到重视。
c、紫外光和红外光感烟探测器。它们具有灵敏度高、性能稳定、可靠、探测方位准确等优点，因而得到普遍重视，并成为目前火灾探测器的重要设备和发展方向。
光电式感烟探测器发展很快，种类不断增多，就其功能而言，它能实现早期火灾报警，除应用于大型建筑物内部外，还特别适用于电气火灾危险性较大的场所，如计算机房、仪器仪表室和电缆沟、隧道等处。
（2）感温火灾探测器
感温探测器按结构原理不同有双金属片型、膜盒型、热敏电子元件型等三种。
①双金属片型是应用两种不同膨胀系数的金属片作为敏感元件的，一般制成差温和定温两种形式，定温式是当环境温度上升达到设定温度时，定温部件立即动作，发出报警信号；差温式是当环境温度急剧上升，其温升速率（℃/min）达到或超过探测器规定的动作温升速率时，差温部件立即动作，发出报警信号。
②膜盒型探测器由波纹板组成一个气室，室内空气只能通过气塞螺钉的小孔与大气相通。一般情况下（指环境温升速率不大于1℃/min），气室受热，室内膨胀的气体可以通过气塞螺钉小孔泄漏到大气中去。当发生火灾时，温升速率急剧增加，气室内的气压增大，波纹板向上鼓起，推动弹性接触片，接通电接点，发出报警信号。
③电子感温探测器由两个阻值和温度特性相同的热敏电阻和电子开关线路组成，两个热敏电阻中一个可直接感受环境温度的变化，而另一个则封闭在一定热容量的小球内。当外界温度变化缓慢时，两个热敏电阻的阻值随温度变化基本相接近，开关电路不动作。火灾发生时，环境温度剧烈上升，两个热敏电阻阻值变化不一样，原来的稳定状态破坏，开关电路打开，发出报警信号。
3）火灾探测器的选择
（1）根据火灾的特点选择探测器
①火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量热，很小或没有火焰辐射，应选用感烟探测器。
②火灾发展迅速，产生大量的热、烟和火焰辐射，可选用感烟探测器、感温探测器、火焰探测器或其组合。
③火灾发展迅速、有强烈的火焰辐射和少量烟和热、应选用火焰探测器。
④火灾形成特点不可预料，可进行模拟试验，根据试验结果选择探测器。
（2）根据安装场所环境特征选择探测器
①相对湿度长期大于95%，气流速度大于5m/s，有大量粉尘、水雾滞留，可能产生腐蚀性气体，在正常情况下有烟滞留，产生醇类、醚类、酮类等有机物质的场所，不宜选用离子感烟探测器。
②可能产生阴燃或者发生火灾不及早报警将造成重大损失的场所，不宜选用感温探测器；温度在0℃以下的场所，不宜选用定温探测器；正常情况下温度变化大的场所，不宜选用差温探测器。
③有下列情形的场所，不宜选用火焰探测器：
a、可能发生无焰火灾；
b、在火焰出现前有浓烟扩散；
c、探测器的镜头易被污染；
d、探测器的‘视线’易被遮挡；
e、探测器易被阳光或其他光源直接或间接照射；
f、在正常情况下，有明火作业以及X射线、弧光等影响。
高层民用建筑及其有关部位火灾探测器类型的选择参照下表。
项目
设 置 场 所
火灾探测器的类型
差温式
差定温式
定温式
感烟式
I级
II级
III级
I级
II级
III级
I级
II级
III级
I级
II级
III级
1
剧场、电影院，礼堂，会场，百货公司，商场，旅馆，饭店，集体宿舍，公寓，住宅，医院，图书馆，博物馆
×
2
厨房，锅炉房，开水间，消毒室等
×
×
×
×
×
×
×
×
×
3
进行干燥烘干的场所
×
×
×
×
×
×
×
×
×
4
有可能产生大量蒸汽的场所
×
×
×
×
×
×
×
×
×
5
发电机室，立体停车场，飞机库等
×
×
×
×
×
6
电视演播室，电影放映室
×
×
×
×
7
发生火灾时，温度变化缓慢的小间
×
×
×
8
楼梯及倾斜路
×
×
×
×
×
×
×
×
×
9
走道及通道
×
×
×
×
×
×
×
×
×
10
电缆竖井，管道井
×
×
×
×
×
×
×
×
×
11
电子计算机房，通讯机房
×
×
×
×
×
×
12
书库，地下仓库
×
×
13
吸烟室，小会议室
×
×
×
×
×
×
注：表示适于使用；表示根据安装场所等状况，限于能够有效地探测火灾发生的场所使用；×表示不适于使用。
（3）根据房间高度选择探测器
不同种类探测器的使用与房间高度的关系参照下表。
房间高度（m）
感烟探测器
感温探测器
火焰探测器
I级
II级
III级
12
不适合
不适合
不适合
不适合
适合
8
适合
不适合
不适合
不适合
适合
6
适合
适合
不适合
不适合
适合
4
适合
适合
适合
不适合
适合
h≤4
适合
适合
适合
适合
适合
探测器的灵敏度选择，应据探测器的性能及使用场所，正常情况下（无火警时）系统没有误报警为准进行选择。目前，国内高层建筑中，大部分使用光电感烟测器，只有在个别场所、厨房、发电机房、车库及有气体灭火装置的场所才用感温探测器。只用一种探测器，在联动的系统里易产生误动作，这将造成不必要的损失，无联动的系统里易误报。故应选用两种或两种以上种类探测器。他们是“与”的逻辑关系，当两种或两种以上探测器同时报警，联动装置才动作，这样才能确保不必要的损失
总之，探测器选择应根据实际环境情况选择合适的探测器，以达到及时、准确报警的目的。
4）手动报警按钮
报警区域内每个防火分区应至少设置一个手动火灾报警按钮，且从一个防火分区里的任何位置至最近一个手动火灾报警按钮的距离不应大于30m，并应设置在明显和便于操作的位置。手动报警按钮距地面1.5m。
2、自动报警装置
我国火灾自动报警装置的研究、生产和应用虽然起步较晚，但发展非常快，特别是最近几年，随着我国四化建设的迅速发展和消防工作的不断加强，火灾自动报警装置的生产和应用都有了较大的发展，生产厂家、产品种类和产量及应用单位都不断地增加。我国目前生产的火灾自动报警装置是包括报警显示、故障显示和发出控制指令的自动化成套装置。当接收到火灾探测器、手动报警按钮或其他触发器件发送来的火灾信号时，能发出声光报警信号，记录时间、自动打印火灾发生的时间、地点、并输出控制其他消防设备的指令信号，组成自动灭火系统。目前，生产、使用的自动报警装置，多采用多线制，分为区域报警控制器、集中报警控制器和智能型火灾报警控制器。
（1）区域报警控制器
区域报警器是一种由电子电路组成的自动报警和监视装置。它联结一个区域内的所有火灾探测器，准确、及时的进行火灾自动报警。因此，每台区域报警器和所管辖区域内的火灾探测器经正确连接后，就能构成完整、独立的自动火灾报警装置。
区域报警器的基本原理如下：
①接收探测器或手动报警按钮发出的火灾信号，以声光的形式进行报警；
②电子钟可以记忆首次发生火灾的时间；
③可以带动若干对继电器触点给出适当外接功能；可
④以配置备用直流电源，当市电断电时，直流备用电便自动投入；
⑤具有自检功能，当区域报警器与探测器之间有接触不良或断线时，报警器发出开路或短路的故障声、光报警信号并自动显示故障部位；
⑥具有“火警优先”功能，各类报警信号至区域报警器，经信号选择电路处理后，进行火灾、短路、开路判断，报警器首先发出火灾报警信号，指示具体着火部位，发出火警音响，记忆火警信号、开路、短路故障信号；
⑦通过通讯接口电路将三类信号送至集中报警控制器。区域报警控制器将接收到的探测器火警信号进行“与”“或”逻辑组合，控制继电器动用联动外部设备，如排烟阀、送风阀、防火门等。
目前国内各厂家生产的区域报警器的容量即监控部位多少不同。不同型号的区域报警器需与不同型号的探测器相连接。以西安262厂生产的JB-QB-2700/088A系列区域报警器为例，它有壁挂式、柜式两种，最大容量为256路，一路是一个部位号，一个探测器占一个部位号。
在工程设计中，选择区域报警控制器的容量应大于该区域的探测器数。如一建筑物以一层为一个区，共24个房间，每个房间一个探测器，共24个，则应选择30路区域报警控制器。若48个房间，则应选择50回路区域报警控制器。
（2）集中报警控制器
集中报警控制器的基本原理如下：
①把若干个区域报警器连接起来，组成一个系统，集中管理；
②可以巡回检测相连接的各区域报警器有无火灾信号或故障信号，并能及时指示火灾区部位和故障区域，同时发出声、光报警信号；
③其他功能、原理同区域报警控制器。
在系统中如只有探测器和集中报警器是不能工作的。因为集中报警器的巡检功能、火灾报警功能、自检功能等都是与区域报警器构成系统后才具备的。所以，只有区域报警器与集中报警器配合使用，才能构成自动火灾报警系统。
集中报警系统适用于大型、复杂工程。集中报警器最大容量可接40台区域报警器。
（3）智能型火灾报警控制器
智能型火灾报警控制器的基本原理如下：
①采用模拟量探测器，能对外界非火灾因素，诸如温度、湿度和灰尘等影响实施自动补偿，从而在各种不同使用条件下为解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；
②报警控制器采用全总线计算机通信技术，实现总线报警和总线联动控制，减少了控制输出与执行机构之间的长距离管线；
③采用大容量的控制矩阵和交叉查寻程序软件包，以软件编程代替硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性。
262厂生产的NA1000系列火灾报警控制器就属此类形式。
（4）自动报警装置的选择
火灾自动报警系统中，所选用的火灾报警装置应具有以下基本功能：
①能为火灾探测器供电；
②能接收来自火灾探测器或手动报警按钮的报警信号；
③能检测并发出系统本身的故障信号；
④能检查火灾报警器的报警功能；
⑤具有电源转换功能。
火灾报警控制器的选择，一般考虑下列因素：
①火灾探测器、火灾报警器宜选用同一厂家的配套产品；
②报警系统所需回路数量；
③是否需要自动消防联动控制功能；
④安装位置和安装方式等。
（二）消防联动控制系统的组成
消防联动控制范围很广，据实际工程的大小、等级高低的不同各异。联动控制设备有消火栓、水灭火、气体灭火、防火门、防火卷帘、排风机、空调设施、防火阀、排烟阀、电梯、诱导灯、事故灯、警铃、切断工作电源等。
二、系统选择
火灾自动报警系统的保护对象是建筑物或建筑物的一部分。不同的建筑物，其使用性质、重要程度、火灾危险性、建筑结构形式、耐火等级、分布状况、环境条件以及管理形式等各不相同。在设计中应仔细研究这些情况，根据不同的情况选择不同的火灾自动报警系统。
（一）系统确定
火灾自动报警系统是触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其他辅助功能的装置组成的火灾报警系统，是人们为了早期发现通报火灾、并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾而设置在建筑中或其他场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。
报警系统的确定一般是整个系统中报警部位总点数，包括探测器数量、手动报警按钮数量及消火栓、自动门、自动阀、行程开关等总数量来确定。也就是说与建筑物大小、等级、使用功能有关。火灾自动报警系统的组成形式多种多样，特别是近年来，科研、设计单位与制造厂家联合开发了一些新型的火灾自动报警系统，如智能型、全总线型等，但在工程应用中，采用最广泛的是如下三种基本形式：区域报警系统、集中报警系统、控制中心报警系统。
1、区域报警系统
该系统一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应超过3台，区域报警控制器宜设于有人值班的房间、场所。
系统的组成见下图。
2、集中报警系统
报警区域较多、区域报警控制器超过3台时，采用集中报警系统。集中报警系统至少有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器集中报警控制器应设置有人值班的专用房间或消防班室内。
系统的组成见下图。
3、控制中心报警系统
工程建筑规模大、保护对象重要、设有消防控制设备和专用消防控制室时，采用控制中心报警系统。
系统的组成见下图。
以上各系统布线方式与探测器、报警器种类有关。采用二线制（即区域报警器到每一个探头为二线）。区域报警器单独使用为N+1式，到集中报警器为N+N/8+1+3+1式，设计、施工比较方便，而且降低造价。
除以上系统外，国内各厂家又相继推出总线制报警器。不同厂家总线制系统各异，但共同点都是总线制、地址编码形式。
（1）二总线制集中报警系统。区域报警器到探测器的线路传输只需二条总线，每一部位的控制器都有自己的编号，即一个部位一个编址单元。如JB-QB-50-2700/076型为例，它采用了先进的单片机技术，CPU主机将不断地向各编址单元发码。当编址单元接收到主机发来的信号后，加以判断：如果编址单元的码与主机的发码相同，该编址单元响应。主机接收到编址单元返回的地址及状态、信号，进行判断处理：如果编址单元正常，主机将继续向下巡检；经判断如果是故障信号，将发出故障区域声、光报警信号。发生火灾时，经主机确认后，火警信号被记忆，同时发出火灾区域声、光报警信号。
在实际工程应用中，如果用一台区域报警器控制一层楼，在二总线上可接50个编址单元；控制二层，每层二总线上可接35个编址单元；控制三层，每层二总线上可接25个编址单元。076型区域报警器的扩展型最多可设置200个编址单元。
（2）三总线制集中报警系统。该报警器是由单片机8031为中央控制单元，计算机管理的三线制报警器。三总线制系统通过三总线与被控的各区域报警器相联。三总线制在工程应用中有两种形式：楼层复示器——集中报警器系统、区域报警器——集中报警器系统。
①楼层复示器——集中报警器系统
楼层复示器可以对编址探测器发码、收码，显示本层的报警部位，具有断线故障自动报警功能。该系统适用于每层不超过32个报警部位，楼层无值班点，首层设有消防总值班室的建筑。
②区域报警器——集中报警器系统
由区域报警器和标准集中报警器组成的两级管理总线制火灾报警系统，适用于每层报警部位多少不一，并设有楼层服务台的中型宾馆等建筑物。
采用总线制报警系统布线简单，设计、施工方便，与其他报警系统相比多一些接口元件。
（二）消防联动控制系统
消防联动控制系统有无联动、现场联动、集中联动等几种形式。
在实际工程中，报警系统与消防联动系统的配合有以下几种形式：
1、区域——集中报警、横向联动控制系统。
此系统每层有一个复合区域报警控制器，他具有火灾自动报警功能，能接收一些设备的报警信号，如手动报警按钮、水流指示器、防火阀等，联动控制一些消防设备，如防火门、卷帘门、排烟阀等，并向集中报警器发送报警信号及联动设备动作的回授信号。此系统主要适用于高级宾馆建筑，每层或每区有服务人员值班，全楼有一个消防控制中心，有专门消防人员值班。
2、区域——集中报警、纵向联动控制系统。
此系统主要适用于高层“火柴盒”式宾馆建筑。这类建筑物标准层多，报警区域划分比较规则，每层有服务人员值班，整个建筑物设置一个消防控制中心。
3、大区域报警、纵向联动控制系统。
此系统主要适用于没有标准层的办公大楼，如情报中心、图书馆、档案馆等。这类建筑物的每层没有服务人员值班，不宜设区域报警器，而在消防中心设置大区域报警器，有专门消防人员值班。
4、区域——集中报警、分散控制系统。
此系统在联动设备的现场安装有“控制盒”，以实现设备的就地控制，而设备动作的回授信号送到消防中心。消防中心的值班人员也可以手动操作联动设备。此系统主要适用于中、小型高层建筑及房间面积大的场所。
此外，还有自动报警和消防控制于一体的灭火装置系统，如FJ-2714自动灭火装置。此系统主要适用于计算机房、发电机房、贵重物品仓库、档案库、书库等场所的火灾自动报警及自动灭火。气体灭火、药剂灭火具有能力强、效率高、对金属腐蚀性小、不导电、长期存储不变质、不污损灭火对象等优点，但造价高。
