基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法及系统，通过声波发射器向火场介质推送第一声波信号，再通过至少两个声波接收器分别接收至少两个第二声波信号，第二声波信号是第一声波信号在火场介质中传播后的声波信号；根据至少两个第二声波信号以及第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，利用声传播介质的密度和温度变化对声波强度具有衰减作用，该衰减程度以声强权重系数值表示，其与对应区域内的火场温度变化呈正相关，通过声强权重系数值及其变化趋势，可以实时探测到火场的烟气密度以及温度的变化情况，从而可以实现长时间对室内火灾任意时段的三维火场信息的实时探测及诊断。时段的三维火场信息的实时探测及诊断。时段的三维火场信息的实时探测及诊断。

【技术实现步骤摘要】
基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及消防安全系统领域，尤其涉及一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法及系统。

技术介绍

[0002]声波是一种空间纵波，是由声源引发的振动在临近空间介质中的传播。声波所覆盖的区域称作声场。通常情况下，声传播的主要介质是空气，而火场中的热烟气同样能成为声传播介质。声传播介质的密度和温度变化会对声波强度起衰减作用。由于室内火灾的高温环境，温度变化会导致气体密度变化，故火场内气体环境(空气和烟气)的密度变化十分明显。
[0003]当建筑室内发生火灾时，由于通风条件受限，高温烟气会自屋顶向下沉降积累，逐渐填充整个室内空间。当火势规模由初期增长发展至中后期阶段时，由于热烟气的遮挡及高辐射通量影响，常规的火场监控及探测设备如摄像头、探测器等难以正常运作，无法有效传递火场信息。然而，中后期火场的信息依然有着重要应用价值，特别是火场温度的发展及变化趋势，可为人员疏散、抢险救援等工作的统筹部署提供安全性判据。此外，火场的实时温度可用于判定部分火灾危险现象如轰燃、回燃等出现的概率。因此，对室内火灾各时段特别是中后期时段火场信息的实时探测与诊断，需探究一种新的信息传递媒介。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法及系统，旨在实现对室内火灾各时段火场信息的实时探测与诊断。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法，其中，包括步骤：
[0008]通过声波发射装置向火场介质推送第一声波信号；
[0009]通过至少两个声波接收装置分别接收至少两个第二声波信号，其中，所述第二声波信号是第一声波信号在所述火场介质中传播后的声波信号；
[0010]根据所述至少两个第二声波信号以及所述第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，通过所述声强权重系数值及所述声强权重系数值的大小变化趋势对所述火场介质中的火场情况进行分析。
[0011]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述通过声波发射装置向火场介质推送第一声波信号包括：
[0012]通过信号发生器产生周期性的第一电信号；
[0013]通过功率放大器将所述第一电信号进行放大，得到第二电信号；
[0014]通过声波发射器将所述第二电信号转换为第一声波信号并向火场介质推送制造声场。
[0015]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述第一声波信号的声强为预设的第一声强值，所述第一声强值超过100dB。
[0016]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述声波发射装置与所述至少两个声波接收装置的距离小于10m。
[0017]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述至少两个声波接收装置的位置均不相同。
[0018]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述根据所述至少两个第二声波信号以及所述第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值的步骤包括：
[0019]通过数据采集模块对所述至少两个第二声波信号进行声强数据采集，得到至少两个第二声强值；
[0020]通过数据处理模块对所述第一声强值以及所述至少两个第二声强值进行数据处理，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，其中，所述第一声强值根据所述第二声波信号确定。
[0021]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述数据处理模块包括云服务器和/或计算机终端。
[0022]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述声强权重系数值的计算方式为：
[0023][0024]其中，n为第二声强值的个数，为给定的拉格朗日乘数，α
i
为第i个第二声波信号的声强权重系数值，γ
ji
为第j个第二声强值与第i个第二声强值的协方差，γ
j0
为第j个第二声强值与第一声强值的协方差。
[0025]所述的三维火场信息探测与分析方法，其中，所述协方差的计算方式为：
[0026]γ
ji
＝E(Y
j-Y
i
)2[0027]其中，Y
i
为第i个第二声强值，Y
j
为第j个第二声强值，E为期望值。
[0028]一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析系统，其中，包括：
[0029]声波发射装置，用于通过信号发生器向火场介质推送第一声波信号；
[0030]至少两个声波接收装置，用于通过至少两个声波接收器分别接收至少两个第二声波信号，其中，所述第二声波信号是第一声波信号在所述火场介质中传播后的声波信号；
[0031]数据采集和处理装置，用于根据所述至少两个第二声波信号以及第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，通过所述声强权重系数值及其变化趋势对所述火场介质中的火场情况进行分析。
[0032]有益效果：本专利技术通过声波发射装置向火场介质推送第一声波信号，再通过至少两个声波接收器分别接收至少两个第二声波信号，第二声波信号是第一声波信号在火场介质中传播后的声波信号；根据至少两个第二声波信号以及第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，利用声传播介质的密度和温度变化对声波强度具有衰减作
用，该衰减程度以声强权重系数值表示，其与对应区域内的火场温度变化呈正相关，通过声强权重系数值及其变化趋势，可以实时探测到火场的烟气密度以及温度的变化情况，从而可以实现长时间对室内火灾任意时段，特别是中后期时段的三维火场信息的实时探测及诊断，为人员疏散、抢险救援等工作提供安全性评判依据。
附图说明
[0033]图1为采用本专利技术的基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法的较佳实施例系统的整体结构示意图。
[0034]图2为本专利技术的声波发射装置的结构示意图。
[0035]图3为无火焰和有火焰时的第二声波信号与第一声波信号的声谱图。
具体实施方式
[0036]本专利技术提供一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法及系统，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0037]请参见图1，本专利技术提供了一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法，包括步骤：
[0038]S10、通过声波发射装置10向火场介质产生推送第一声波信号。
[0039]S20、通过至少两个声波接收器20分别接收至少两个第二声波信号，其中，所述第二声波信号是所述第一声波信号在火场介质中传播后的声波信号。
[0040]S30、根据所述至少两个第二声波信号以及所述第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，通过所述声强权重系数值及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声场变化的三维火场信息探测与分析方法，其特征在于，包括步骤：通过声波发射装置向火场介质推送第一声波信号；通过至少两个声波接收装置分别接收至少两个第二声波信号，其中，所述第二声波信号是所述第一声波信号在所述火场介质中传播后的声波信号；根据所述至少两个第二声波信号以及所述第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值，通过所述声强权重系数值及所述声强权重系数值的大小变化趋势对所述火场介质中的火场情况进行分析。2.根据权利要求1所述的三维火场信息探测与分析方法，其特征在于，所述通过声波发射装置向火场介质推送第一声波信号包括：通过信号发生器产生周期性的第一电信号；通过功率放大器将所述第一电信号进行放大，得到第二电信号；通过声波发射器将所述第二电信号转换为第一声波信号并向火场介质推送制造声场。3.根据权利要求1所述的三维火场信息探测与分析方法，其特征在于，所述第一声波信号的声强为预设的第一声强值，所述第一声强值超过100dB。4.根据权利要求3所述的三维火场信息探测与分析方法，其特征在于，所述声波发射装置与所述至少两个声波接收装置的距离小于10m。5.根据权利要求1所述的三维火场信息探测与分析方法，其特征在于，所述至少两个声波接收装置的位置均不相同。6.根据权利要求3所述的三维火场信息探测与分析方法，其特征在于，所述根据所述至少两个第二声波信号以及所述第一声波信号，得到每个第二声波信号对应的声强权重系数值的步骤包括：通过数据采集模块对所述至少两个第二声波信号进行声强数据采集，得到至少两个第二声强值；通过数据处理模块对所述第一声...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫炎，熊才溢，范浩然，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：