本文对吸气式感烟火灾探测器（俗称空气采样式烟雾探测器）之相对刻度技术作了详细探讨，保护区域内部的空气质量总是一直在变化的，周边工厂排放的废气、汽车的尾气、风吹起的扬尘等因素都可能导致户外的空气质量发生变化，进而影响到室内的空气。而室内生产线的机台的运转、人员的活动、空调通风系统等等也会进一步恶化或改善空气当中的空气质量。而这些空气当中不论是从户外进入或在室内产生的各种悬浮颗粒则成为烟雾探测器平时所探测到的烟雾浓度背景值。

　　绝对刻度系统警报阀值的问题

　　下图是一个典型的烟雾背景值曲线图，背景值有时处于较高的之位置，有时则较低。对于绝对刻度系统而言，警报阀值是一个固定值，因此对一个警报阀值为0.058%/m的系统，当烟雾背景值为0.003%/m时，若有火灾发生时其产生的烟雾浓度需达到0.055%/m才可以产生警报；而当烟雾背景值处于0.048%/m的位置时，则若发生火灾时仅需产生0.01%/m的烟雾浓度就可以发出警报。因此对于一个绝对刻度的系统，由于烟雾背景值的波动，其对火灾的探测能力实际上是一直在变动的。绝对刻度系统在空气较干净的时候灵敏度较低，需要较大的烟雾才能发现火灾；在空气较差的时候灵敏度又太高，容易因为烟雾背景值的波动而产生误报。

　　图：绝对刻度烟雾背景曲线图

　　在日常运行时，不论是季节性或偶然的因素，使得有持续一段时间空气较差（烟雾背景值较高）的情况发生时，绝对刻度系统可能因为频繁的误报，导致用户将警报阀值调高来解决误报问题。只是，调整警报阀值却也改变了系统初始设计时的探测性能。

　　绝对刻度系统的警报阀值是固定值，但对火灾的探测能力却一直在变化。

　　系统灵敏度

　　EN54-20、FIA Code of Practice、NFPA76、GB15631等规范将空气采样式烟雾探测器的探测灵敏度分成A、B、C三大类，包括：

　　类别A，非常高灵敏度（Very High Sensitivity）：烟雾灵敏度优于0.8%/m

　　类别B，增强灵敏度（Enhanced Sensitivity）：烟雾灵敏度介于0.8～2%/m之间

　　类别C，普通灵敏度（Normal Sensitivity）：烟雾灵敏度劣于2%/m

　　此处的烟雾灵敏度指的是采样孔的灵敏度，采样孔灵敏度与探测主机的警报阀值设置及其连接采样管路上的采样孔数量有关。对于一个平衡的系统，简单的采样孔灵敏度估算方式是警报阀值x采样孔数量。

　　举例来说，对于一个主机阀值为0.05%/m，采样孔数量为40个的系统来说，其采样、样孔灵敏度为0.05%/m×40=2%/m，系统性能属于类别B增强灵敏度，此系统若要成为类别A的非常高灵敏度，则警报阀值需调整为0.02%/m或更高，这样采样孔灵敏度则成为0.02%/m×40=0.8%/m，而此系统的警报阀值若调整为0.2%/m时，则采样孔灵敏度则变成0.2%/m×40=8%/m，这时的系统灵敏度为普通灵敏度，此时的采样孔灵敏度可能还不如一个传统的点型（局限型）烟雾探测器。

　　因此，对于一套40个采样孔的空气采样式烟雾探测系统，当警报阀值是设置为0.02%/m以下的类别A非常高灵敏度系统因为误报问题而将警报阀值调整为0.02～0.05%/m之间时，则其探测性能就变成了类别B的增强灵敏度系统了。而若是因为误报问题而将警报阀值调整为大于0.05%/m时，则此系统就已成为了一套类别C的普通灵敏度系统。

　　当人们因为误报问题而“人为”调整警报阀值（调不灵敏）或许是短期间不得不然的做法，但与此同时，虽然误报减少了，调整后的系统与原先设置空气采样式极早期火灾预警系统所要求的探测性能极可能不一致（变差），而且很可能是永远的不一致（变差），因为很少有人会在空气变好、烟雾背景值变低了之后再“人为”的把警报阀值调回来的。

　　总而言之，绝对刻度系统存在下列几个问题：

　　1、绝对刻度系统的警报阀值是固定值，但对火灾的探测能力却一直在变化；

　　2、警报阀值的调整需要“人”的参与，不同的人做的设定可能不同，而且在不同的时间点进行设置，其设定值也可能不同；

　　3、高灵敏度系统容易误报，因误报问题更改阀值之后很可能就改变了系统的探测性能而成为普通灵敏度系统；

　　人工智能系统警报阀值的问题

　　为了解决上述绝对刻度系统的问题，有厂家提出了所谓的人工智能警报阀值自动调整系统，这种人工智能系统将过去8个小时的烟雾数据视为常态分布曲线，计算其平均值及标准差，其警报阀值为Fire Level=mean+n×SD。其中mean为平均值，SD为标准差（Standard Deviation）。根据统计学的理论，烟雾浓度到达警报阀值处的机率为固定值，因此其误报率为固定值。

　　不过这种方式有以下两个问题：

　　问题1：系统灵敏度无法固定

　　由于警报阀值为mean+n×SD，这里面的n为设定值，但是标准差SD为历史数据的统计计算结果，因此当环境很干净，烟雾浓度变化不大时，SD值就变小；而当环境较为肮脏，烟雾浓度变化较大时，SD就变大。这样就导致nxSD的数值大小一直在变，也就是警报阀值大小是一直在边化的，因此有时候系统灵敏度可能是高灵敏度，而有时候又变为普通灵敏度。这样就无法达到EN54-20对于灵敏度类别的要求。

　　图：干净环境时标准差很小，警报阀值很接近平均值，系统非常灵敏

　　图：环境在肮脏的时候标准差很大，警报阀值远离平均值，系统变得不灵敏度

　　问题2：误报率可能不减反增

　　同样是标准差Sigma导致的问题，在保护环境当中的背景烟雾浓度的变化比较小的时候，标准差SD就会变小，此时警报阀值就会很接近平均值。若在这个时候不论是什么因素使得烟雾背景值增加了，这时就很容易因为标准差Sigma来不及反应新的烟雾变化情况导致误报（因为标准差SD是过去8小时数据的计算结果，其变化）。而导致烟雾浓度背景值增加的原因很可能只是半夜时室外经过的汽车尾气进入保护区域，或是生产线停机半天之后再开机等类似情形。也就是说只要在环境在稳定了一段时间之后，由于在环境稳定的这段期间标准差会变小，这时候只要有任何使环境烟雾浓度增加的状况出现时，就很容易导致误报。

　　AVA相对刻度技术

　　与之不同的，AVA使用相对刻度的技术来解决上述绝对刻度系统以及人工智能系统带来的这些问题。

　　AVA空气采样探测主机会持续搜集烟雾背景值的变化，并计算过去一段时间的背景烟雾浓度的平均值，以此平均值作为烟雾浓度及警报阀值的基准点。当火灾发生时，因物质燃烧使空气当中增加的烟雾颗粒会使探测主机的探测到的烟雾浓度从背景平均值（基准点）的基础上往上增加，当烟雾浓度从背景平均值“增加”的幅度超过警报阀值时，探测主机发布火灾警报。

　　事实上，AVA探测主机的显示的烟雾浓度及警报阀值是相对值，是“相对”于过于一段时间的烟雾背景平均值，因此我们称之为相对刻度系统。

　　图：相对刻度烟雾背景曲线图

　　从上图可以看到，相对刻度系统警报阀值是相对于烟雾背景值，火灾探测能力固定不变。

　　因此AVA相对刻度系统的警报阀值为相对刻度阀值，如下图所示，当AVA系统的警报阀值为0.04%/m时，烟雾浓度需要增加0.04%/m才能使系统发出警报，火灾探测能力是固定不变的。

　　图：相对烟雾浓度背景曲线图

　　降低误报率

　　AVA探测主机每天24小时、每年365天，终年不断地搜集烟雾背景的变化情形，根据过去一段时间的变化每15分钟更新一次烟雾浓度背景平均值。因此当背景烟雾浓度发生变化时，AVA探测主机可以随之调整，这样就可以大幅度的减少因为环境空气变差、背景烟雾浓度较高时产生的误报机率。而当环境空气变好、烟雾背景浓度较低时探测主机也可以自动随之调整。AVA探测主机警报阀值永远是基于烟雾背景值的固定大小，无时无刻自动保持相同、一致的探测性能，完全不需要“人为”操作。不会有绝对刻度系统因调整阀值而造成探测性能产生变化的情形，也不会因为需要人为操作使临时参数变成永久参数，使得整套系统无法发挥其应有的最佳性能。

　　使调试变得非常简单

　　在以前空气采样式极早期烟雾探测系统的警报阀值一般必须依据保护现场实际的背景烟雾浓度变化曲线来调整，若是警报阀值调的太靠近烟雾背景值则虽然可以很灵敏度（容易探测到火灾）但却也容易误报，但若是调的远离烟雾背景值则虽然不容易误报，但也变得很不灵敏（发现火灾的时间太晚）。

　　虽说绝对刻度系统也有环境自动学习功能来简化调试工作，先不说此种学习时间固定（最多15天后即停止）的学习方式在环境发生变化之后无法做相应调整（譬如环境逐渐变脏或变干净），最大的问题是此种环境学习的警报阀值是无法控制的，因此是无法符合EN54-20、FIA Code of Practice、BS6266、GB15631或/及对于探测性能有要求的系统。譬如对于一个有25个采样孔的系统而言，若系统要求达到类别A非常高灵敏度的探测性能，那么理论需将警报阀值设置为0.032%/m（0.8%/m÷25=0.032%/m）。但是如果环境的正常烟雾背景波动变化可能就在0.01～0.03%/m之间变化，将警报阀值设为0.032%/m之对于绝对刻度系统的产品而言，由于历史烟雾曲线图并没有烟雾平均值等相关统计数据，因此调试而且灵敏度不同的工程师来调试时所设置的警报阀值可能各不相同。

　　在现在，对于AVA相对刻度系统而言，调试变的非常简单。由于警报阀值指的是相对刻度，因此调试人员不需考虑环境背景的变化情形，仅需依据系统所需的灵敏度及采样孔数量设置警报阀值即可。譬如，对于一个有25个采样孔的系统而言，若需达到类别A非常高灵敏度的性能，那么仅需将警报阀值设置为0.032%/m即可（0.8%/m÷25=0.032%/m）。

　　若需达到类别B的增强灵敏度性能，那么仅需将警报阀值设为优于0.08%/m即可（2%/m÷25=0.08%/m）。

　　其他环境是干净还是肮脏或是背景烟雾浓度的变化情形等因素就无需考虑，因为AVA探测主机会自动计算。因此，因为相对刻度技术，AVA产品的调试非常简单，几乎可以说是随插即用。

　　容易发现异常

　　相对刻度技术的另一个使用上非常显著的优点是“有数值即有异常”。由于烟雾浓度值是相对于平均值的大小，因此当前烟雾值只有在大于平均值的时候才会有大于0的数值显示，因此对于使用者来说判断现场烟雾浓度是否有异常变得非常容易，因为只要烟雾值大于0或者Bargraph灯有亮起均表示当前的烟雾浓度比过去一段时间有所增加。而对于绝对刻度系统，当前的烟雾浓度一直都有一个数值，Bargraph平时可能也都有几格是亮着的，这样对于使用者来说，要判断现在的烟雾浓度是否有异常还必须先记得或了解之前的烟雾值是多少，这点对日常实际的操作来讲是不切实际的。因此，相对刻度与绝对刻度系统相比，不论是日常例行性的现场巡检或是在报警时前往现场查看，相对刻度都更容易发现或辨别出烟雾异常增加情形，而这就代表着相对刻度系统更容易发现火灾隐患以及在萌芽发展阶段的火情。

　　结论

　　AVA相对刻度系统的优势

　　1、保持一致的性能

　　2、降低误报率

　　3、使调试非常简单

　　4、容易发现异常

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