动态散斑图可在恶劣环境下检测火灾

    来自丹麦和挪威的多机构研究人员小组开发了一种基于激光的系统，该系统可以检测恶劣环境中的火灾。新系统不测量光量或其波长，而是测量由于火的热对流而导致的折射率随机波动。实际上，这意味着只要检测到一小部分光，周围灰尘颗粒的光阻挡就不会成为问题，并且仍然可以检测到没有可见火焰的火灾。

    该系统通过使用光学组件创建并检测斑点图案的变化来检测起火或温度变化。当激光打到粗糙表面时，干涉会产生动态斑点图案。发生火灾时，热流会使激光束抖动。当激光反射到激光源处的检测器时，将检测到此移动。  

       研究人员使用统计数据和机器学习来分析由激光产生的动态斑点图案的噪声图案。宽带白噪声的存在表明发生了火灾，而可以将噪声源限制在狭窄的波长范围内，这可以排除为机械影响，例如振动。 

    独立的激光系统包括一个基于Linux的Red Pitaya系统，一个650 nm的激光二极管和一个正本征-负光电探测器。激光传播通过被监视区域，并反射出产生斑点图案的后向反射镜。每3秒测量一次时间迹线和频率噪声频谱，并推导八个描述符以识别潜在的火灾。

一种新的基于激光的系统使用廉价的光学硬件来检测工业设施或大型建筑工地等环境中的火灾。研究人员在左侧的废物工厂图片中测试了原型。由丹麦基础计量学A / S的Mikael Lassen提供。

为了验证新的火灾探测系统，研究人员在丹麦科灵的Energnist I / S垃圾处理厂测试了一种远程操作的概念验证原型。丹麦基础计量学A / S的研究员Mikael Lassen说：“该系统检测到的火灾的准确度为91％，考虑到恶劣的环境，这是非常好的结果。” “由于它不依赖于光束的绝对强度，因此对于灰尘和烟尘引起的一般衰减具有鲁棒性。”

将原型转换为最终产品将需要团队完成系统的外壳，优化电子设备和算法并设计用户界面。研究人员还计划升级光学检测器和激光器，以提高灵敏度并将传感范围最初扩展到500至600 m，最终扩展到1 km以上。

机械噪声干扰以及粉尘和蒸汽的损失会掩盖基于激光的标准火灾探测系统的探测信号，该探测信号通常取决于测量光信号幅度的变化。Lassen说：“散斑图样分析是检测火和热变化的全新解决方案。” “它不仅速度快，成本相对较低，而且可以在恶劣的大型环境中工作。”

 该项目的研究人员来自丹麦基础计量学A / S，LAP-Sikkerhed ApS，丹麦消防和安全技术学院以及挪威的Elotec AS。

这项研究发表在应用光学公司（Applied Optics）上，该出版物由光学学会（OSA）发布（https://doi.org/10.1364/AO.58.007760）。