用于电气安全的火感电子元件、微电子火感器装置和火感机保护系统的制作方法

1.本发明属于电气安全技术领域，特别涉及了电子/电气设备内部热管理和火情预防的保护装置。


背景技术：

2.随着科技的进步和发展，电子和电气设备已深入到我们生活方方面面，影响着我们的日常。而更高功率、更高能量密集的设备进化，也带来了安全性问题。在某些新兴技术领域设备的安全稳定运行问题早已成为了技术发展的瓶颈（如动力电池技术，数据存储安全等）。技术发展路径原因，电安全和火安全技术相互独立且各成体系。但从技术深层角度，这两个领域是紧密关联和同源的。如果解决电设备内部微观空间、微观结构的安全问题，解决了隐藏其内部深处的各种电子、电气器部件及构造物的热管理失控问题和电气火灾问题，那将从根本上解决设备安全和运行稳定性问题。
3.传统的火安全技术大多从宏观消防角度出发，存而不论更根本的内部局部空间和隐患源的安全和治理问题（也因技术所限），而是事后、表面入手解决。“微火、初火、局部火”错过了最佳扑灭时机，而蔓延和扩大到外部和宏观空间，再通过“笨重”的消防设备和装置进行被动的扑救；原本易控易治的“小火”早以进化成了危险凶狠的“大火”和“火灾”。错过了最佳的阻止灾难发生的黄金时期，其后果和损失不可估量、呈指数递增。
4.因此，需要从根本上颠覆传统的安全认知，把事后、被动、宏观消防的安全方案升级为事先、主动、微观源的安全控制，即设备内空间、内结构热管理和火安全的进阶综合安全方案。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了用于电气安全的火感电子元件、微电子火感器装置和火感机保护系统。
6.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：一种用于电气安全的火感电子元件，嵌入式设置于电子/电气设备内部结构重要或关键监控点处，包括探火组件和测量组件，所述探火组件包括敏感单元和转换单元，所述敏感单元由灭火微胶囊构成，所述灭火微胶囊包括对温度敏感的温感外壳以及包覆于温感外壳内部的灭火物质，所述转换单元包括电容电极板，所述敏感单元和转换单元构成电容传感模型，所述测量组件连接电容电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，灭火微胶囊在高温热作用下雾化-增压-汽化-喷射地循序开启，温感外壳在热作用下激活并破裂，释放其内载的灭火物质，降温和/或熄火，敏感单元受热变化导致电容参数发生变化，测量组件实时采集电容值变化并将其转换为电信号输出。
7.进一步地，所述敏感单元包括但不限于由灭火微胶囊经模压、铸塑、缠绕和/或涂布工艺制作成型，根据不同空间限制、功能要求和工程设计具有不同的形状、大小和容量，
并通过粘合、涂布、机械件和/或封装的方式安装集成到探火组件；所述灭火微胶囊为具有胶囊结构的纳米或微米级别固态微颗粒；所述温感外壳采用单层、多层或复合结构，温感外壳的成分为有机材料、无机材料、复合材料或高分子材料及其复合物，具有稳定的结构和性能，所述灭火物质的质量分数为60%以上，包括至少一种在热作用下发生相变并易汽化的灭火和/或冷却物质；所述高温热作用为温感外壳开放温度，其范围在80-300℃。
8.进一步地，所述电容传感模型为变介质型电容模型，所述转换单元包括上、下电极板，所述敏感单元设置在上、下电极板之间作为电容的介质，所述测量组件连接上、下电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，敏感单元受热变化导致电容介电常数发生变化，电容值发生变化并被测量组件所获取到。
9.进一步地，所述电容传感模型为变面积型电容模型, 所述转换单元包括一个定极板、一个动极板和弹簧构件，所述弹簧构件的一端固定，另一端与动极板连接，并联动动极板左右平行于定极板移动；在敏感单元作用下弹簧构件受力收缩、动极板处于变位状态，所述测量组件连接电容两电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，敏感单元结构受热变化导致弹簧构件逐渐复位，电容动极板复位而电容极板面积发生变化，电容值发生变化并被测量组件所获取到。
10.进一步地，所述电容传感模型为变极距型电容模型，所述转换单元包括一个定极板、一个动极板和弹簧构件，所述弹簧构件一端固定，另一端连接动极板，并联动动极板上下移动，所述敏感单元设置在定极板、动极板之间，在敏感单元的作用下弹簧构件处于受力状态、动极板变位，所述测量组件连接电容两电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，敏感单元受热变化导致弹簧构件逐渐复位，电容动极板复位而电容介电常数和极距同时发生变化，电容值发生变化并被测量组件所获取到。
11.一种用于电气安全的微电子火感器装置，包括如权利要求1所述的火感电子元件，还包括微处理器以及与之连接的通信模块，所述微处理器与火感电子元件中的测量组件的输出端连接，并通过通信模块与后端通信/消防系统建立通信连接，微处理器根据测量组件输出的信号判断监控点是否发生热失控或火灾，并将判断结果通过通信模块发送给后端通信/消防系统，后端通信/消防系统根据接收到的判断结果执行相应操作。
12.进一步地，所述微处理器预先设定信号瞬时预警值t1和相邻时刻信号差预警值t2，当测量组件输出的信号值超过t1或者测量组件相邻时刻输出的信号差值超过t2时，微处理器判断监控点发生热失控或火灾。
13.一种用于电气安全的火感机保护系统，包括如权利要求6所述的微电子火感器装置，还包括电路保护模块和报警保护模块，所述电路保护模块和报警保护模块分别与微电子火感器装置中的微处理器连接，当微处理器根据测量组件输出的信号判断监控点发生热失控或火灾，微处理器分别向电路保护模块和报警保护模块发送控制信号，驱动电路保护模块切断设备主电路、报警保护模块向设备控制台发出报警信号、点亮报警指示灯、发出报警音响。
14.采用上述技术方案带来的有益效果：本发明集监测和保护功能为一身的微型化嵌入式装置，对设备内部的微观结构，特别是对设备内部重要部件和／或隐患结构进行针对性的危险监控（热监控、火监控）和应急防护（降温、熄火），从更根本的微观层面解决了电子／电气设备的热管理和电气安全的问
题。更低成本、更低风险地把危险和隐患（热失控、内部件失火）遏制于根源和初始，把事故和灾难防范于未然。
附图说明
15.图1为实施例1的结构框图；图2为实施例1中变介质型电容模型示意图；图3为实施例1中变面积型电容模型示意图；图4为实施例1中变极距型电容模型示意图；图5为实施例3的结构框图。
具体实施方式
16.以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
17.本发明设计了用于电气安全的火感电子元件、微电子火感器装置和火感机保护系统。
18.实施例1如图1所示，一种用于电气安全的火感电子元件，嵌入式设置于电子/电气设备内部结构重要或关键监控点处，包括探火组件和测量组件，所述探火组件包括敏感单元和转换单元，所述敏感单元由灭火微胶囊构成，所述灭火微胶囊包括对温度敏感的温感外壳以及包覆于温感外壳内部的灭火物质，所述转换单元包括电容电极板，所述敏感单元和转换单元构成电容传感模型，所述测量组件连接电容电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，灭火微胶囊在高温热作用下雾化-增压-汽化-喷射地循序开启，温感外壳在热作用下激活并破裂，释放其内载的灭火物质，降温和/或熄火，敏感单元受热变化导致电容参数发生变化，测量组件实时采集电容值变化并将其转换为电信号输出。
19.在本实施例中，所述敏感单元包括但不限于由灭火微胶囊经模压、铸塑、缠绕和/或涂布工艺制作成型，根据不同空间限制、功能要求和工程设计具有不同的形状、大小和容量，并通过粘合、涂布、机械件和/或封装的方式安装集成到探火组件；所述灭火微胶囊为具有胶囊结构的纳米或微米级别固态微颗粒；所述温感外壳采用单层、多层或复合结构，温感外壳的成分为有机材料、无机材料、复合材料或高分子材料及其复合物，具有稳定的结构和性能，所述灭火物质的质量分数为60%以上，包括至少一种在热作用下发生相变并易汽化的灭火和/或冷却物质；所述高温热作用为温感外壳开放温度，其范围在80-300℃。
20.所述电容传感模型有多种可供实施的方案，如图2-4所示。
21.如图2所示，所述电容传感模型采用变介质型电容模型，所述转换单元包括上、下电极板，所述敏感单元设置在上、下电极板之间作为电容的介质，所述测量组件连接上、下电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，敏感单元受热变化导致电容介电常数发生变化，电容值发生变化并被测量组件所获取到。
22.如图3所示，所述电容传感模型为变面积型电容模型, 所述转换单元包括一个定极板、一个动极板和弹簧构件，所述弹簧构件的一端固定，另一端与动极板连接，并联动动极板左右平行于定极板移动；在敏感单元作用下弹簧构件受力收缩、动极板处于变位状态，所述测量组件连接电容两电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，敏感单元结构受
热变化导致弹簧构件逐渐复位，电容动极板复位而电容极板面积发生变化，电容值发生变化并被测量组件所获取到。
23.如图4所示，所述电容传感模型为变极距型电容模型，所述转换单元包括一个定极板、一个动极板和弹簧构件，所述弹簧构件一端固定，另一端连接动极板，并联动动极板上下移动，所述敏感单元设置在定极板、动极板之间，在敏感单元的作用下弹簧构件处于受力状态、动极板变位，所述测量组件连接电容两电极板；当监控点环境出现热失控或发生火情，敏感单元受热变化导致弹簧构件逐渐复位，电容动极板复位而电容介电常数和极距同时发生变化，电容值发生变化并被测量组件所获取到。
24.实施例2一种用于电气安全的微电子火感器装置，包括如权利要求1所述的火感电子元件，还包括微处理器以及与之连接的通信模块，所述微处理器与火感电子元件中的测量组件的输出端连接，并通过通信模块与后端通信/消防系统建立通信连接，微处理器根据测量组件输出的信号判断监控点是否发生热失控或火灾，并将判断结果通过通信模块发送给后端通信/消防系统，后端通信/消防系统根据接收到的判断结果执行相应操作。
25.在本实施例中，优选地，所述微处理器预先设定信号瞬时预警值t1和相邻时刻信号差预警值t2，当测量组件输出的信号值超过t1或者测量组件相邻时刻输出的信号差值超过t2时，微处理器判断监控点发生热失控或火灾。
26.实施例3如图5所示，一种用于电气安全的火感机保护系统，包括如权利要求6所述的微电子火感器装置，还包括电路保护模块和报警保护模块，所述电路保护模块和报警保护模块分别与微电子火感器装置中的微处理器连接，当微处理器根据测量组件输出的信号判断监控点发生热失控或火灾，微处理器分别向电路保护模块和报警保护模块发送控制信号，驱动电路保护模块切断设备主电路、报警保护模块向设备控制台发出报警信号、点亮报警指示灯、发出报警音响。
27.实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。