基于新型声光传感的高铁动车组火灾报警设备

基于新型声光传感的高铁动车组火灾报警设备

杜承业，庄鑫晟，张悦

（大连科技学院，辽宁 大连 116052）

摘要：本论文旨在提供一种新型声光传感的高铁动车组火灾报警设备设计方案，以解决日常生活中提出市场上的高铁动车组用的火灾报警设备不具有可滑动隐藏的声光结构，使发声、灯光组装件出现故障，导致火灾报警设备无法正常使用的问题。

关键词：声光传感，高铁动车组，火灾报警设备

引言：

我国铁路经过了几代人的不懈奋斗，如今已经成为了世界上高铁运营里数最长，运营速度最快，运营列车数量最多的国家。我国铁路在蓬勃发展的同时列车上的设备也在不断地更新。目前市场上的高铁动车组用的火灾报警设备不具有可滑动隐藏的声光结构，通常的高铁动车组用的火灾报警设备的都是外置于车厢内部，且外壳基本为塑化材质制成，暴露在外，容易因乘客托举行李或其他外界受力情况造成破损，使的发声、灯光组装件出现故障，导致火灾报警设备无法正常使用。

为此，我们提出一种新型火灾报警设备：该新型声光传感的高铁动车组火灾报警设备，通过反弹器可将滑动的声光结构内嵌时进行卡合限位，弹簧组可在声光结构外置工作时进行抵住，节点火灾报警子系统采用烟温复合探测加数字信号传输方式，最大限度提高系统可靠性和使用寿命，后期也方便工作人员进行检修的工作。

1.方案设计：

本设备由以下部分组成：用于检测列车内部温度、湿度以及高温光线变化的声光传感器，用于提供备用电源的蓄电池，报警设备以及滑动组件构成，内部装有数据处理单元与通信模块，并配备了应急处理措施系统，可以出发列车内的火灾处理设施。

2.设计思路：

（1）考虑到现实生活中许许多多的电子设备所造成的复杂的电磁干扰环境，节点火灾报警子系统采用烟温复合探测加数字信号传输方式，最大限度提高了系统可靠性和使用寿命。

（2）智能火灾探测器采集现场烟雾、温度模拟量信息，经预置的火灾探测算法处理，直接得到火警/正常状态判断结果，并通过安全阈值与区域火灾报警控制器实现数据共享，及时提醒列车组成员。任何监测点的火警信号都可被火灾报警控制器探测到，一旦发生火灾， 控制器能够准确定位火灾事故地点，及时发出声光报警警报，TCMS也能通过VCU得到该节车厢的火灾报警汇总信息。

（3）对声光结构 4 进行隐藏，从而避免塑化材质制成发声、灯光组装件， 因外界受力情况造成破损，同时通过反弹器 303 可将滑动的声光结构 4 内嵌时进 行卡合限位，防止高铁动车开启移动时，声光结构 4 出现松动的情况，如遇火灾 等情况温度传感器、烟雾报警器，通过网络或线缆反馈至声光结构 4，使 LED 闪 光灯组件 403 与功放组件 404 进行工作，达到提醒现场人员注意的目的，工作人 员可通过按压声光结构 4 使反弹器 303 松开配合弹簧组 103，使声光结构 4 向外 侧进行滑动移动，从而增强闪光以及声音的传感提示的效果，如下图所示。

图1   火灾报警设备结构图

3.硬件设计：

声光传感器：作为主要的检测火灾是否发生的装置，它可以同时检测火焰和烟雾。它能够通过声音感知火焰特定的声波频率，同时也可以通过检测车厢内烟雾的浓度与密度来感知是否发生了火灾。当二者同时超过了安全阈值，传感器会触发报警系统，向列车乘客和工作人员发出声音和光的警报信号。

报警器：能够发出区别于环境声、光的警报信号装置。

电源：主电源联通车厢电源，并且拥有备用电源，连接蓄电池，防止发生意外事故。

滑动组件：本设备一般镶嵌于车厢墙壁内部，通过弹簧与拉杆进行内嵌式卡位，防止在乘客上下搬卸行李箱时误触到报警设备，造成不必要的损坏，发出警报时，列车组成员可以通过按压的形式使报警设备弹出，从而增强闪光以及声音警示的效果。

此外，此新型声光传感报警设备采用抗振动设计，可以保证在列车运行时也能保持稳定工作，不会因列车的震动而失效，且因我国高铁南北温差较大，设备需要抵御车内气温以及湿度的变化，并且能够在恶劣的情况下运行。

主体外壳内嵌安装于高铁动车组车厢厢内部，接着将穿过组合 结构的连接线路与声光结构进行连接，然后利用金属垫片与连接块上的如硼磁铁 块进行吸附，接着通过安装螺栓将外沿盖与主体外壳进行安装连接，对声光结构 进行限位工作，然后通过滑动限位槽、限位滑动块可使控制机体进行滑动移动， 可使声光结构整体在日常情况内嵌于主体外壳内部，对声光结构进行隐藏，如遇 火灾等情况温度传感器、烟雾报警器，通过网络或线缆反馈至声光结构，使 LED 闪光灯组件与功放组件进行工作。

4.系统的软件设计

配备数据处理单元：能通过声光传感器传输回来的车厢情况，进行数据的处理分析，判断是否出现异常情况，实时的监控火灾的信息，是本设备的核心部位。

通信模块：配备通信模块可以把火灾信息及时的传递给列车的控制中心与安全人员，以便可以在第一时间掌握火灾情况。

自动应急措施：本新型声光传感火灾报警设备也连接了列车的紧急制动系统和灭火系统。当火灾被确认后，该模块会自动触发灭火系统，第一时间对火灾进行压制。

节点火灾报警子系统：考虑当今生活电子设备所发出的复杂的电磁干扰环境，节点火灾报警子系统采用烟温复合探测加数字信号传输方式，最大限度提高系统可靠性和使用寿命。

5.预测经济效益与推广前景

提高安全性：火灾报警设备能够及时检测到火灾，并发出警报，有助于减少火灾对人员和财产造成的伤害和损失，提高高铁动车组的安全性。

减少维修成本：新型声光传感技术比传统的火灾报警技术更为可靠和准确，因此减少了设备的故障率和维修成本。

增加运营效率：高铁动车组的运营效率得到了提高，因为火灾报警设备可以快速地检测到火灾并及时处理，避免了因火灾造成的延误和运营中断。

提高乘客舒适度：高铁动车组上的火灾报警设备可以提高乘客的舒适度，因为乘客可以更加安心地旅行，而不必担心火灾造成的安全问题。

基于新型声光传感的高铁动车组火灾报警设备可以提高安全性、减少维修成本、增加运营效率和提高乘客舒适度，具有显著的经济效益。

新型声光传感技术的优势：新型声光传感技术具有较高的灵敏度和准确性，能够快速、准确地检测到火源，大大提高了火灾报警的及时性。同时，声光传感技术还具有较低的误报率，降低了误操作对列车运行的影响。

推广前景：随着我国高铁动车组数量的不断增加，对火灾报警设备的需求也在持续增长。新型声光传感技术的高效、准确特点使其在高铁动车组火灾报警设备市场中具有较大的竞争优势。预计未来声光传感技术将在高铁动车组火灾报警设备市场中得到广泛应用，推动我国高铁动车组火灾报警设备技术水平的提升。

结语：新型声光报警设备是基于现今列车上的火灾报警设备暴露在外，容易因乘客托举行李或其他外界受力情况造成损坏，使装置出现故障，导致火灾报警设备无法正常使用的问题。新型声光传感技术的优势：新型声光传感技术具有较高的灵敏度和准确性，能够快速、准确地检测到火源，大大提高了火灾报警的及时性。同时，声光传感技术还具有较低的误报率，降低了误操作对列车运行的影响，对于提高高铁动车组的安全性有一定的实用价值与社会价值，具有良好的推广前景。

参考文献：

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[2]齐雪婷，马训鸣，刘霞等.基于CAN的分布式顶升控制系统设计[J].西安工程大学学报，2016，30（1）：118-123.

[3]林瑞炽. 高速列车火灾安全疏散研究[D].西南交通大学,2014.

项目信息：大连科技学院2023年大学生创新创业训练计划项目“基于新型声光传感的高铁动车组火灾报警设备”研究成果（编号：X202313207062）。