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自供电野火探测器如何有效防止致命火灾

(来源:网站编辑 2020-09-06 22:59)
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当野火再次侵袭加利福利亚州的时候,科学家表示,他们已经发现一种更容易的方式去探测和警示致命火灾:一种仅需要树叶摇晃就可供电的森林火灾传感器。这一装置像汤匙一样大小,生产价格仅需 20 美元。

理论上价格比卫星监测或者人工巡检更加便宜。

今年美国已经发生超过 37000 场野火,席卷了将近 11000 平方公里的土地。通常情况下,消防员采用载人瞭望塔、飞机、地面巡逻和卫星的方式来监测火灾。但是这些方式成本高且需要大量人力。

像家用的低成本消防传感器需要定期更换电池,假设发生在加利福利亚,你需要定期更换 81000 次电池,如果电池中的有害物质泄漏出来会造成环境污染。

新型火灾探测器不需要更换电池,它通过微小运动就产生能量的 “摩擦发电机”。该设计由一组大小略有不同的同心圆柱体组成,其中一个涂有铜膜,另一个涂有特氟龙,通过联锁和橡皮筋相连。因为底部被加重,当挂在摇摆的树枝上时,圆柱体上下移动,从而将不稳定动能转化为电能。

该研究的负责人密歇根州立大学机械工程师曹昌勇说:“这种设计可以借助树枝的轻微摆动来发电。这一装置依赖微风来发电,但是森林火灾会产生气流,也就意味着电源是不需要担心的。”该团队在《Advanced Functional Materials》中的文章表示,该技术既防火又防水,而且由于没有电池,因此不会有有害物质泄漏的风险。

当将这一设备挂在树上时,自供电型野火探测器会利用风中的摇摆来发电,从而供电给温度和一氧化碳传感器。

原型机配备两种不同传感器:一个测量温度,一个测量野火释放的一氧化碳浓度。该团队设想最终设计将采用无线发射器,这样就可以将每个传感器的数据上传到控制中心和卫星上,以此来向紧急服务部门发出警示。研究人员说,为了提高这一设备的火灾探测能力,其他的传感器如果需要也可以添加。额外的传感器还可以吸收有毒气体或者监测空气污染。

设备具有数 10 米的探测范围。曹说,实际中,我们也不需要实现区域全覆盖,我们可以采用 100 米的间隔,如果火灾发生,我们可以确认火灾位置,也有足够时间和安全距离来采取行动。他还补充道,这一发电机可以足够快的发电,满足每三分钟进行一次上报。

曹说,与目前的火灾监控方法相比,该装置具有几个优点,从长远来看,不仅操作更便宜,而且更容易,同时也会比卫星周期性覆盖某一区域提供更加持续的监测。不像卫星,该系统不受当地天气或者火灾烟雾和灰尘影响。

佐治亚理工学院的材料科学家王忠林表示,这种装置具有 "巨大的潜力"。他说,摩擦式纳米发电机是技术革命——从制造自供电心率监测器到无电池防盗探测器——而且这种新设备在森林火灾监测方面也有潜力实现同样的功能。

斯旺西大学的野外消防科学家斯特凡 · 多尔称赞这种传感器是一个 "令人兴奋的发展"。但他指出,这项技术还没有在该领域进行测试。此外,他还补充道,这些装置 "确实与其他设备无法比较的",光学技术能够发现火塔或飞机,卫星传感器可以探测火灾造成的红外热型号。他说,一个问题是你可能需要 100 个新的传感器来覆盖 1 平方公里的土地,而这仅仅是 "在火灾易发地区,汪洋大海般中的一滴海水"。

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