Onderzoekers hebben een nieuw lasergebaseerd systeem ontwikkeld dat een efficiënte en goedkope manier biedt om branden te detecteren in uitdagende omgevingen zoals industriële faciliteiten of grote bouwplaatsen. Met verdere ontwikkeling, het systeem zou uiteindelijk branden kunnen detecteren die zich op meer dan een kilometer afstand bevinden.

"Ons nieuwe systeem maakt het mogelijk om brand te detecteren in stoffige, brandgevoelige ruimtes, waar huidige systemen beperkte prestaties vertonen of niet kunnen werken, " zei senior wetenschapper Mikael Lassen van de Danish Fundamental Metrology A/S, een lid van het onderzoeksteam. "Het kan in verschillende industrieën worden gebruikt, zoals afvalverwerkingsinstallaties, stroomvoorzieningsinstallaties, voedselverwerkende fabrieken en textielfabrieken."

Een multi-institutionele groep onderzoekers beschrijft het nieuwe systeem in het tijdschrift Optical Society Toegepaste optica . Het systeem detecteert een brand of temperatuurverandering door goedkope optische componenten te gebruiken om veranderingen in een spikkelpatroon te creëren en te detecteren.

"Spikkelpatroonanalyse is een volledig nieuwe oplossing voor het detecteren van brand- en hitteveranderingen, "zei Lassen. "Het is niet alleen snel en relatief goedkoop, maar werkt ook in grote, ruwe omgevingen."

Het onderzoek maakt deel uit van een Eurostars-project dat tot doel heeft een systeem te ontwikkelen dat kleine temperatuurstijgingen kan identificeren om vroegtijdige en betrouwbare detectie van brand te bieden. Naast de Deense fundamentele metrologie, het project omvatte onderzoekers van Elotec A/s in Noorwegen en LAP-Sikkerhed ApS en The Danish Institute of Fire and Security Technology, allemaal in Denemarken.

Valse alarmen voorkomen

De meeste branddetectie- en preventiesystemen die tegenwoordig worden gebruikt, werken niet goed voor ruwe industriële locaties of voor grote gebieden. Standaard rookmelders geven vaak vals alarm vanwege het stof en de verontreinigende stoffen in deze omgevingen en kunnen de submicron deeltjes die vrijkomen tijdens de vroege stadia van brand niet detecteren.

Hoewel optische detectiesystemen die gebaseerd zijn op het meten van amplitudeveranderingen in een optisch signaal geavanceerder zijn, ze zijn ook gevoelig voor trillingen en kunnen branden niet altijd detecteren door stof en stoom. Voor sensoren die straling van vlammen detecteren, straling van andere bronnen zoals zonlicht, kunstlicht, lassen of andere ongevaarlijke bronnen kunnen aanleiding geven tot vals alarm.

In het nieuwe werk Lassen en zijn collega's pasten een heel andere optische benadering toe om branden te detecteren door dynamische spikkelpatronen te meten. Deze veranderende patronen worden geproduceerd door interferentie wanneer laserlicht een ruw oppervlak raakt. Wanneer er brand ontstaat, de warmtestroom maakt de laserstraal jitter op een manier die detecteerbaar is wanneer het laserlicht wordt gereflecteerd naar een detector bij de laserbron. De onderzoekers gebruikten statistieken en machine learning om het ruispatroon van het dynamische spikkelpatroon dat door dat laserlicht werd gecreëerd te analyseren. De aanwezigheid van breedbandige witte ruis duidde op een brand, terwijl geluidsbronnen die beperkt zijn tot een smal bereik van golflengten kunnen worden uitgesloten als mechanische invloed zoals trillingen.

Afvalfabriek testen

Om het nieuwe branddetectiesysteem te valideren, de onderzoekers testten een op afstand bediend proof-of-concept prototype in de Energnist I/S afvalfabriek in Kolding, Denemarken. Door de extreem harde lawaaierige en stoffige omgeving, de fabriek heeft normaal gesproken drie tot vier valse alarmen per maand.

"Het systeem detecteerde branden met een nauwkeurigheid van 91 procent, wat een zeer goed resultaat is, rekening houdend met de barre omgeving, "zei Lassen. "Omdat het niet afhankelijk is van de absolute intensiteit van de lichtstraal, het is robuust tegen algemene demping door stof en rook."

Om het prototype om te zetten in een definitief product, is aanvullende productontwikkeling nodig, zoals het voltooien van de behuizing, het optimaliseren van elektronica en algoritmen, en het ontwerpen van de gebruikersinterface. De onderzoekers zijn ook van plan om de optische detector en de laser te upgraden naar een krachtiger exemplaar om de gevoeligheid te vergroten en het detectiebereik eerst uit te breiden tot 500 tot 600 meter en uiteindelijk tot meer dan 1 kilometer.