论文部分内容阅读
摘 要：便携式灭火器是人们扑灭火灾时最常用的工具之一，对于成功扑灭火灾、将损失降到最低起着至关重要的作用。但是在实际使用过程中灭火器存在未配备保险销或保险销脱落等问题，灭火器极易发生误喷，严重威胁人身与财产安全，因此对便携式灭火器进行改进就显得尤为必要。
关键词：消防灭火器 保险销 RFID技术 按压式圆珠笔工作原理
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0055-03
早在19世纪初，灭火器就已被发明生产。到了20世纪20年代，泡沫灭火器开始出现。随后二氧化碳灭火器、干粉灭火器、卤代烷灭火器、轻水泡沫灭火器等在社会需求的推动下相继出现。灭火器是扑救初起火灾使用的最基本、最有效的大众化灭火器材。灭火器不受水源、电源等的影响，具有轻便灵活，可移动，便于操作，可靠性能好等特点，广泛分布于高、低层工业与民用建筑物中。灭火器的使用方法简单，适用范围广，既可适用于专业消防工作人员，亦可适用于广大群众，既存在于城市农村、海陆空交通工具中，也广泛存在于家庭安全设备之中。解除灭火器保险销是启动灭火器的第一步，但是目前灭火器保险销的设计和使用中存在开启灭火器时，拔去保险销易被遗忘；使用步骤繁多；一次性开启，无法封存等问题，影响了灭火器的使用与保存。因此，对灭火器保险销进行改进具有十分重要的意义。
1 对灭火器保险销自动控制功能的改进
1.1 自动控制功能的原理——射频识别技术
自動控制功能所依据的原理是射频识别技术。该技术又被称为RFID，电子标签、无线射频识别、感应式电子晶片、接近卡、感应卡、非接触卡、电子条码等。其工作原理是阅读器依据天线发出一定频率的射频信号，电子标签在磁场中获得感应电能进而获得能量，发送出自身编码等信息。读取器接受信息后，进行解码加工，传送至电脑主机后等待处理。射频识别技术在日常生活中的应用非常广泛，并给日常生活带来了极大便利[1]。目前尚未出现将射频识别技术运用于消防灭火器的先例，笔者创造性地将RFID技术运用于灭火器保险销，以期促进消防领域的信息化发展。
1.2 自动控制功能的实现
通过在传统消防灭火器中应用RFID技术，可以实现消防灭火器保险销的自动控制功能。消防灭火器保险销的自动控制系统，不仅可以控制保险销的开启与关闭，还可以作为“火灾探测器”，探测现场是否发生火灾，并根据相应情况，将信息及时反馈至消防联动控制室，实现对火灾现场的远程控制。改进后的消防灭火器保险销安置于原有保险销处，灭火器提把上安装有电子标签（芯片），并放置于装有感应器（阅读器）的灭火器箱中。该感应装置安装于灭火器箱的顶部，同时设置有开关按钮。在没有火灾发生且装置处于开启的状态下，灭火器提把上所安装的电子标签，也即芯片，与消防灭火器箱中的感应器在磁场作用下相互影响。此时，消防灭火器中的保险销处于关闭状态，压把无法下压，灭火器因而无法喷射灭火物质，有利于灭火器中灭火物质的保存[2]。若现场突发火灾，在场人员感知火情后，迅速冲向灭火器箱，拿出其中的消防灭火器开始灭火。在取走灭火器这个动作的实施过程中，灭火器提把上的电子标签与感应器之间的感应联系被迫中断，电子标签无法继续向感应器发射信号，在相关电路及编程等信息技术支持下，灭火器提把上的电子标签发出电信号迫使灭火器保险销自动开启。此时，灭火器的压把可以自由下压喷射灭火物质用于灭火。电子标签与感应器之间的异常反应，促使感应器将感应信号转换为电信号传达至消防联动控制室。消防联动控制室在接收火警信号后，迅速动作，向自动灭火系统、火灾报警控制器、防排烟系统、因特网数据中心、消防应急广播、火灾警报装置、消防通信设备等系统传达相应指令，展开相应灭火控火行动。在搬运灭火设备及其他不需要自动控制的情况下，可以按下开关按钮，实现对自动控制系统的关闭。
将传统消防灭火器保险销改进设计为具有自动控制功能的新型消防灭火器保险销，在实际使用中，可能会存在一些诸如误报警、误喷损失的问题。对于误报警，有以下几种解决方案：（1）在感应器与消防联动控制室之间的电路中，安插一个电路延时器，在延时器延长的时间内，经由人工判断，决定是否将电信号传达至消防联动控制室；（2）对感应器到消防联动控制室之间的电路进行重新布局，将其设计为具有判断功能的电路，在对电信号进行判断后，决定是否将电信号传达至消防联动控制室。对于将保险销自动开启的灭火器携带至火场过程中可能造成的误喷损失有如下几种解决方案：（1）在灭火器压把与提把的外围安装一个可拆取的塑料敞形器具，该敞形器具可以作为整个灭火器在携带过程中的受力支撑点；（2）将原有消防灭火器的提把与压把设计为油枪加油式（上提提把，即可喷射灭火物质），在油枪式的消防灭火器中，可以将压把作为整个灭火器在携带过程中的受力支撑点。
2 对灭火器保险销手动控制功能的改进
2.1 手动控制功能的原理—— 按压式圆珠笔工作原理
手动控制功能依据的原理是按压式圆珠笔工作原理，即手指压缩推杆，在推力的作用下，推杆推压笔杆，笔芯被压缩弹簧压缩。此时，圆珠笔尖伸出笔杆，圆珠笔处于可以写字的状态。定位挡块的棘爪从上面的窗口移动到下面的窗口，并且与窗口靠近，即使手指的推力撤去后，定位挡块也不会移动，笔芯也不会缩回。此时若用手指按压定位挡块的按钮，定位挡块的棘爪将会从下面的窗口脱离回到上面的窗口，笔尖也会随之缩回笔杆中。通过对圆珠笔不同部位施加压力，使圆珠笔完成伸缩动作[3]。
2.2 手动控制功能的实现
将按压式圆珠笔工作原理应用到灭火器保险销中，通过按压弹簧装置按钮实现对新型消防灭火器保险销的手动控制功能。在不使用灭火器的时候，为了使灭火器处于关闭状态，未对弹簧装置按钮施加压力，按钮根部的弹簧装置处于舒张状态，定位挡块位于前一个窗口处。按钮同时穿过压把与提把，无法通过对压把施加压力使其下压，此时，灭火器保险销处于关闭状态。 在出现火情，需要使用灭火器的情况下，从灭火器箱中拿起灭火器的同时，对按钮施加压力，按钮在外力作用下被压缩，回到孔洞内，按钮根部的弹簧处于压缩状态，弹性势能增加。定位挡块的棘爪在压力与弹簧弹力的双重作用下从前一个窗口向后一个窗口移动，移动至一定位置后，定位挡块停在第二个窗口。即使外加压力撤去后，定位挡块也不会向前滑动。此时，灭火器保险销处于开启状态。在完成对灭火器的使用后，可以按下处于后一窗口的定位挡块，定位挡块在弹簧弹力的作用下，回到前一窗口。此时，按钮在惯性作用下突出孔洞并处于孔洞外，再一次穿过压把与提把间的孔洞，压把无法下压，灭火器保险销处再次处于关闭状态。
3 对灭火器保险销规格及制作材料的改进
新型消防灭火器保险销由两部分构成，分别是保险销筒与按压装置。保险销筒与按压装置在灭火器保险销中起着不同的重要作用，因而，对于它们的尺寸材料，应当根据它们各自在保险销中发挥的具体功能进行不同的考虑。
3.1 新型消防灭火器保险销的尺寸
3.1.1 保险销筒
保险销筒是新型消防灭火器保险销的固定装置，在整个保险销中起着支撑作用，对灭火器保险销的开启与关闭动作均在这一个狭小空间完成。按压装置嵌套在保险销筒内，在按压装置与保险销筒的相互配合及共同作用下，实现手动控制灭火器保险销的开闭。
將灭火器保险销筒设计为一个长13 mm，宽9.0 mm，高9.0 mm的长方体，并在长方体内部设计出一个长13 mm，直径为7.5 mm的空心圆柱，并且要求长方体侧面圆心与长方体侧面正方形的中心重合，圆心与中心重合后能够加强内部圆柱的稳固性与整体性，使保险销筒不致在高温或水压冲击下变形，失去支撑结构，不利于保险销的使用。在长方体内部紧挨圆柱体处设计一条平行于长方体长边的凹槽，该凹槽长13 mm，宽0.5 mm，高0.5 mm。该凹槽是为了契合按压装置底部的突槽，将按压装置的运动固定在一条轨道中，使按压装置在受外界压力的过程中，不致因受力不均发生左右偏转，而造成定位挡块无法准确停在前一或后一窗口中的情况。同时，在长方体的顶面设计处两个长2.0 mm，宽1.0 mm的长方形窗口并与内部圆柱相连通。该窗口距长方体顶面的左右宽边分别是3 mm与8 mm，距长边均为4 mm。长方体顶面的两个窗口是为了在定位挡块的移动过程中固定定位挡块，使其在受外界压力作用下停在前一窗口或后一窗口，突出按钮或缩回按钮，实现对灭火器保险销的手动控制[4]。
3.1.2 按压装置
按压装置是整个新型灭火器保险销的核心部位，通过对按压装置施加压力，使按钮突出或缩回，穿过压把与提把，实现对灭火器保险销的手动控制。按压装置整体为长9.0 mm，直径为7.0 mm的圆柱体。在距按钮2.0 mm处设计一个斜槽，斜槽与水平面的角度为53°，斜槽长5.0 mm，宽1.0 mm，斜槽底部距按压装置顶部5.0 mm。按压装置的弹片位于斜槽的右侧，弹片与斜槽平行且长0.7 mm，厚1.5 mm。弹片的顶端是突出的长方体，其高为1.0 mm，长为0.7 mm，宽为1.5 mm。在斜槽整体的右侧设计出一个直径为5.0 mm的空心圆柱，在空心圆柱中放置弹性较好的弹簧装置，通过弹簧装置的自然伸缩属性来推动按压装置整体的移动，并且在整个按压装置底部设计出一个长5.0 mm，宽0.5 mm，高0.5 mm的突槽。通过凹槽、突槽的相互契合，使按压装置在使用中不致发生偏转，从而定位挡块能够准确停滞于窗口中来控制按钮的突出与收缩。
3.2 新型消防灭火器保险销的材料
灭火器保险销适用于温度高、温差大、水力冲击力强的环境中，因而，制作灭火器保险销的材料必须具备耐高温、耐冲击、机械强度高等一系列属性，且使用价格低廉。聚醚醚酮，因其具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及良好的电性能等属性，比较符合制作灭火器保险销的标准。故而，最终选用聚醚醚酮来制作灭火器保险销。
灭火器保险销中的压缩弹簧，应当选择由不锈钢来制造。不锈钢弹簧，能够在电子、耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的环境中工作，具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的耐热耐腐蚀性能。使用由不锈钢制造的弹簧，能够满足灭火器保险销的耐高温、耐酸碱腐蚀的需要，使灭火器保险销在高温、温差大、腐蚀性强的环境中也能正常工作。此外，不锈钢弹簧具有较好的弹性，既能满足按压装置的弹性需要，又能避免因意外造成灭火器保险销的开启或关闭。
总之，改进后的灭火器保险销具有操作步骤简单、节省操作时间、可实现预警多功能联动、自动与手动双重控制和保险销能够循环利用、高效环保等特点，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王晓华，周晓光.射频识别技术及其应用[J].现代电子技术，2005（11）：30-31.
[2] 魏东.灭火技术及工程[M].北京：机械工业出版社，2012：57-59.
[3] 刘俏良.一种按压式多功能圆珠笔[P].中国专利：CN202123841U，2012-01-25.
[4] 谢宝群.一种按压式发电照明圆珠笔[P].中国专利：CN204488286U，2015-07-22.
关键词：消防灭火器 保险销 RFID技术 按压式圆珠笔工作原理
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0055-03
早在19世纪初，灭火器就已被发明生产。到了20世纪20年代，泡沫灭火器开始出现。随后二氧化碳灭火器、干粉灭火器、卤代烷灭火器、轻水泡沫灭火器等在社会需求的推动下相继出现。灭火器是扑救初起火灾使用的最基本、最有效的大众化灭火器材。灭火器不受水源、电源等的影响，具有轻便灵活，可移动，便于操作，可靠性能好等特点，广泛分布于高、低层工业与民用建筑物中。灭火器的使用方法简单，适用范围广，既可适用于专业消防工作人员，亦可适用于广大群众，既存在于城市农村、海陆空交通工具中，也广泛存在于家庭安全设备之中。解除灭火器保险销是启动灭火器的第一步，但是目前灭火器保险销的设计和使用中存在开启灭火器时，拔去保险销易被遗忘；使用步骤繁多；一次性开启，无法封存等问题，影响了灭火器的使用与保存。因此，对灭火器保险销进行改进具有十分重要的意义。
1 对灭火器保险销自动控制功能的改进
1.1 自动控制功能的原理——射频识别技术
自動控制功能所依据的原理是射频识别技术。该技术又被称为RFID，电子标签、无线射频识别、感应式电子晶片、接近卡、感应卡、非接触卡、电子条码等。其工作原理是阅读器依据天线发出一定频率的射频信号，电子标签在磁场中获得感应电能进而获得能量，发送出自身编码等信息。读取器接受信息后，进行解码加工，传送至电脑主机后等待处理。射频识别技术在日常生活中的应用非常广泛，并给日常生活带来了极大便利[1]。目前尚未出现将射频识别技术运用于消防灭火器的先例，笔者创造性地将RFID技术运用于灭火器保险销，以期促进消防领域的信息化发展。
1.2 自动控制功能的实现
通过在传统消防灭火器中应用RFID技术，可以实现消防灭火器保险销的自动控制功能。消防灭火器保险销的自动控制系统，不仅可以控制保险销的开启与关闭，还可以作为“火灾探测器”，探测现场是否发生火灾，并根据相应情况，将信息及时反馈至消防联动控制室，实现对火灾现场的远程控制。改进后的消防灭火器保险销安置于原有保险销处，灭火器提把上安装有电子标签（芯片），并放置于装有感应器（阅读器）的灭火器箱中。该感应装置安装于灭火器箱的顶部，同时设置有开关按钮。在没有火灾发生且装置处于开启的状态下，灭火器提把上所安装的电子标签，也即芯片，与消防灭火器箱中的感应器在磁场作用下相互影响。此时，消防灭火器中的保险销处于关闭状态，压把无法下压，灭火器因而无法喷射灭火物质，有利于灭火器中灭火物质的保存[2]。若现场突发火灾，在场人员感知火情后，迅速冲向灭火器箱，拿出其中的消防灭火器开始灭火。在取走灭火器这个动作的实施过程中，灭火器提把上的电子标签与感应器之间的感应联系被迫中断，电子标签无法继续向感应器发射信号，在相关电路及编程等信息技术支持下，灭火器提把上的电子标签发出电信号迫使灭火器保险销自动开启。此时，灭火器的压把可以自由下压喷射灭火物质用于灭火。电子标签与感应器之间的异常反应，促使感应器将感应信号转换为电信号传达至消防联动控制室。消防联动控制室在接收火警信号后，迅速动作，向自动灭火系统、火灾报警控制器、防排烟系统、因特网数据中心、消防应急广播、火灾警报装置、消防通信设备等系统传达相应指令，展开相应灭火控火行动。在搬运灭火设备及其他不需要自动控制的情况下，可以按下开关按钮，实现对自动控制系统的关闭。
将传统消防灭火器保险销改进设计为具有自动控制功能的新型消防灭火器保险销，在实际使用中，可能会存在一些诸如误报警、误喷损失的问题。对于误报警，有以下几种解决方案：（1）在感应器与消防联动控制室之间的电路中，安插一个电路延时器，在延时器延长的时间内，经由人工判断，决定是否将电信号传达至消防联动控制室；（2）对感应器到消防联动控制室之间的电路进行重新布局，将其设计为具有判断功能的电路，在对电信号进行判断后，决定是否将电信号传达至消防联动控制室。对于将保险销自动开启的灭火器携带至火场过程中可能造成的误喷损失有如下几种解决方案：（1）在灭火器压把与提把的外围安装一个可拆取的塑料敞形器具，该敞形器具可以作为整个灭火器在携带过程中的受力支撑点；（2）将原有消防灭火器的提把与压把设计为油枪加油式（上提提把，即可喷射灭火物质），在油枪式的消防灭火器中，可以将压把作为整个灭火器在携带过程中的受力支撑点。
2 对灭火器保险销手动控制功能的改进
2.1 手动控制功能的原理—— 按压式圆珠笔工作原理
手动控制功能依据的原理是按压式圆珠笔工作原理，即手指压缩推杆，在推力的作用下，推杆推压笔杆，笔芯被压缩弹簧压缩。此时，圆珠笔尖伸出笔杆，圆珠笔处于可以写字的状态。定位挡块的棘爪从上面的窗口移动到下面的窗口，并且与窗口靠近，即使手指的推力撤去后，定位挡块也不会移动，笔芯也不会缩回。此时若用手指按压定位挡块的按钮，定位挡块的棘爪将会从下面的窗口脱离回到上面的窗口，笔尖也会随之缩回笔杆中。通过对圆珠笔不同部位施加压力，使圆珠笔完成伸缩动作[3]。
2.2 手动控制功能的实现
将按压式圆珠笔工作原理应用到灭火器保险销中，通过按压弹簧装置按钮实现对新型消防灭火器保险销的手动控制功能。在不使用灭火器的时候，为了使灭火器处于关闭状态，未对弹簧装置按钮施加压力，按钮根部的弹簧装置处于舒张状态，定位挡块位于前一个窗口处。按钮同时穿过压把与提把，无法通过对压把施加压力使其下压，此时，灭火器保险销处于关闭状态。 在出现火情，需要使用灭火器的情况下，从灭火器箱中拿起灭火器的同时，对按钮施加压力，按钮在外力作用下被压缩，回到孔洞内，按钮根部的弹簧处于压缩状态，弹性势能增加。定位挡块的棘爪在压力与弹簧弹力的双重作用下从前一个窗口向后一个窗口移动，移动至一定位置后，定位挡块停在第二个窗口。即使外加压力撤去后，定位挡块也不会向前滑动。此时，灭火器保险销处于开启状态。在完成对灭火器的使用后，可以按下处于后一窗口的定位挡块，定位挡块在弹簧弹力的作用下，回到前一窗口。此时，按钮在惯性作用下突出孔洞并处于孔洞外，再一次穿过压把与提把间的孔洞，压把无法下压，灭火器保险销处再次处于关闭状态。
3 对灭火器保险销规格及制作材料的改进
新型消防灭火器保险销由两部分构成，分别是保险销筒与按压装置。保险销筒与按压装置在灭火器保险销中起着不同的重要作用，因而，对于它们的尺寸材料，应当根据它们各自在保险销中发挥的具体功能进行不同的考虑。
3.1 新型消防灭火器保险销的尺寸
3.1.1 保险销筒
保险销筒是新型消防灭火器保险销的固定装置，在整个保险销中起着支撑作用，对灭火器保险销的开启与关闭动作均在这一个狭小空间完成。按压装置嵌套在保险销筒内，在按压装置与保险销筒的相互配合及共同作用下，实现手动控制灭火器保险销的开闭。
將灭火器保险销筒设计为一个长13 mm，宽9.0 mm，高9.0 mm的长方体，并在长方体内部设计出一个长13 mm，直径为7.5 mm的空心圆柱，并且要求长方体侧面圆心与长方体侧面正方形的中心重合，圆心与中心重合后能够加强内部圆柱的稳固性与整体性，使保险销筒不致在高温或水压冲击下变形，失去支撑结构，不利于保险销的使用。在长方体内部紧挨圆柱体处设计一条平行于长方体长边的凹槽，该凹槽长13 mm，宽0.5 mm，高0.5 mm。该凹槽是为了契合按压装置底部的突槽，将按压装置的运动固定在一条轨道中，使按压装置在受外界压力的过程中，不致因受力不均发生左右偏转，而造成定位挡块无法准确停在前一或后一窗口中的情况。同时，在长方体的顶面设计处两个长2.0 mm，宽1.0 mm的长方形窗口并与内部圆柱相连通。该窗口距长方体顶面的左右宽边分别是3 mm与8 mm，距长边均为4 mm。长方体顶面的两个窗口是为了在定位挡块的移动过程中固定定位挡块，使其在受外界压力作用下停在前一窗口或后一窗口，突出按钮或缩回按钮，实现对灭火器保险销的手动控制[4]。
3.1.2 按压装置
按压装置是整个新型灭火器保险销的核心部位，通过对按压装置施加压力，使按钮突出或缩回，穿过压把与提把，实现对灭火器保险销的手动控制。按压装置整体为长9.0 mm，直径为7.0 mm的圆柱体。在距按钮2.0 mm处设计一个斜槽，斜槽与水平面的角度为53°，斜槽长5.0 mm，宽1.0 mm，斜槽底部距按压装置顶部5.0 mm。按压装置的弹片位于斜槽的右侧，弹片与斜槽平行且长0.7 mm，厚1.5 mm。弹片的顶端是突出的长方体，其高为1.0 mm，长为0.7 mm，宽为1.5 mm。在斜槽整体的右侧设计出一个直径为5.0 mm的空心圆柱，在空心圆柱中放置弹性较好的弹簧装置，通过弹簧装置的自然伸缩属性来推动按压装置整体的移动，并且在整个按压装置底部设计出一个长5.0 mm，宽0.5 mm，高0.5 mm的突槽。通过凹槽、突槽的相互契合，使按压装置在使用中不致发生偏转，从而定位挡块能够准确停滞于窗口中来控制按钮的突出与收缩。
3.2 新型消防灭火器保险销的材料
灭火器保险销适用于温度高、温差大、水力冲击力强的环境中，因而，制作灭火器保险销的材料必须具备耐高温、耐冲击、机械强度高等一系列属性，且使用价格低廉。聚醚醚酮，因其具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及良好的电性能等属性，比较符合制作灭火器保险销的标准。故而，最终选用聚醚醚酮来制作灭火器保险销。
灭火器保险销中的压缩弹簧，应当选择由不锈钢来制造。不锈钢弹簧，能够在电子、耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学侵蚀性介质腐蚀的环境中工作，具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的耐热耐腐蚀性能。使用由不锈钢制造的弹簧，能够满足灭火器保险销的耐高温、耐酸碱腐蚀的需要，使灭火器保险销在高温、温差大、腐蚀性强的环境中也能正常工作。此外，不锈钢弹簧具有较好的弹性，既能满足按压装置的弹性需要，又能避免因意外造成灭火器保险销的开启或关闭。
总之，改进后的灭火器保险销具有操作步骤简单、节省操作时间、可实现预警多功能联动、自动与手动双重控制和保险销能够循环利用、高效环保等特点，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王晓华，周晓光.射频识别技术及其应用[J].现代电子技术，2005（11）：30-31.
[2] 魏东.灭火技术及工程[M].北京：机械工业出版社，2012：57-59.
[3] 刘俏良.一种按压式多功能圆珠笔[P].中国专利：CN202123841U，2012-01-25.
[4] 谢宝群.一种按压式发电照明圆珠笔[P].中国专利：CN204488286U，2015-07-22.