各種類型煙霧傳感器的應(yīng)用及原理解析

某天早晨7：46，從濟南發(fā)車開往溫州的G63次高鐵列車平穩(wěn)行駛在軌道中，但沒過多久，有乘客察覺列車行駛速度變慢了，“時速從200多公里降到100多公里?！蓖谲嚿系年愊壬@樣說。后來經(jīng)調(diào)查，原來是有乘客在車廂廁所內(nèi)吸煙造成列車減速行駛。

現(xiàn)在動車、列車、飛機等交通工具中都裝有煙霧報警傳感器。在動車、列車行駛過程中，如果被煙霧傳感器察覺到有煙霧存在，它便會第一時間向駕駛室發(fā)出報警信號，與此同時也會出現(xiàn)車內(nèi)控制系統(tǒng)自動讓列車行駛速度降低或者甚至停車狀況的發(fā)生。

煙霧傳感器用于檢測環(huán)境是否有煙霧和煙霧的濃度，例如檢測起火時的濃煙。煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進(jìn)行控制。煙霧傳感器利用煙霧敏感元件受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向主機發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號。

煙霧傳感器的種類

煙霧傳感器主要有離子式煙霧傳感器、光電式煙霧傳感器和氣敏式煙霧傳感器。

離子式煙霧傳感器

該煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各消防報警系統(tǒng)中。

它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子，在電場的作用下各自向正負(fù)電極移動。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室。干擾了帶電粒子的正常運動，電流，電壓就會有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是無線發(fā)射器發(fā)出無線報警信號，通知遠(yuǎn)方的接收主機，將報警信息傳遞出去。

此類探測器會產(chǎn)生由不帶電的粒子經(jīng)電離后形成帶電的粒子（離子），故稱之為離子型煙霧探測器。

電極之間的空氣受直流電壓調(diào)制，借助輻射源產(chǎn)生傳到而形成離子，并產(chǎn)生電流。煙霧粒子附著離子后，電流信號減弱，且此信號變化與煙霧粒子量成比例。離子探測器適用于開放性火災(zāi)的探測。

光電式煙霧傳感器

光電煙霧報警器內(nèi)有一個光學(xué)迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當(dāng)煙塵進(jìn)入光學(xué)迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報。

光電感煙探測器可分為減光式和散射光式：

1、減光式光電煙霧探測器

該探測器的檢測室內(nèi)裝有發(fā)光器件及受光器件。在正常情況下，受光器件接收到發(fā)光器件發(fā)出的一定光量；而在有煙霧時，發(fā)光器件的發(fā)射光到受到煙霧的遮擋，使受光器件接收的光量減少，光電流降低，探測器發(fā)出報警信號。

2、散射光式光電煙霧探測器

該探測器的檢測室內(nèi)也裝有發(fā)光器件和受光器件。在正常情況下，受光器件是接收不到發(fā)光器件發(fā)出的光的，因而不產(chǎn)生光電流。在發(fā)生火災(zāi)時，當(dāng)煙霧進(jìn)入檢測室時，由于煙粒子的作用，使發(fā)光器件發(fā)射的光產(chǎn)生漫射，這種漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生光電流，從而實現(xiàn)了煙霧信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓δ?，探測器收到信號然后判斷是否需要發(fā)出報警信號。

該型傳感器內(nèi)部構(gòu)造（探測腔）設(shè)置了光學(xué)傳感器（發(fā)射光源和光電接收器），煙霧進(jìn)入探測腔會阻擋光的發(fā)射而產(chǎn)生散射，光電接收器會接收到由于光的散射而產(chǎn)生變化的信號，繼而產(chǎn)生電流信號的改變。

氣敏式煙霧傳感器

氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R11、R12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。

它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。

其中氣敏傳感器有以下幾種類型：

1、可燃性氣體氣敏元件傳感器， 包含各種烷類和有機蒸氣類（VOC）氣體， 目前大量應(yīng)用于抽油煙機、泄漏報警器和空氣清新機；

2、一氧化碳?xì)饷粼鞲衅鳎?一氧化碳?xì)饷粼捎糜?a href="http://www.ttokpm.com/v/" target="_blank">工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、汽車、家庭等一氧化碳泄漏和不完全燃燒檢測報警；

3、氧傳感器， 氧傳感器應(yīng)用很廣泛， 在環(huán)保、醫(yī)療、冶金、交通等領(lǐng)域需求量很大；

4、毒性氣體傳感器，主要用于檢測煙氣、尾氣、廢氣等環(huán)境污染氣體。

氣敏式煙霧傳感器的典型型號有MQ-2氣體傳感器。該傳感器常用于家庭和工廠的氣體泄漏裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。

離子式煙霧傳感器與光敏式煙霧傳感器的比較

離子煙霧報警器對微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些，對各種煙能均衡響應(yīng)；而前向式光電煙霧報警器對稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，對灰煙、黑煙響應(yīng)差些。當(dāng)發(fā)生熊熊大火時，空氣中煙霧的微小粒子較多，而悶燒的時候，空氣中稍大的煙霧粒子會多一些。

如果火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的煙霧的微小粒子，離子煙霧報警器會比光電煙霧報警器先報警。這兩種煙霧報警器時間間隔不大，但是這類火災(zāi)的蔓延極快，此類場所建議安裝離子煙霧報警器較好。另一類悶燒火災(zāi)發(fā)生后，產(chǎn)生了大量的稍大的煙霧粒子，光電煙霧報警器會比離子煙霧報警器先報警，這類場所建議安裝光電煙霧報警器。

氣敏式煙霧傳感器與離子式煙霧傳感器的比較

火災(zāi)煙霧是由氣、液、固體微粒群組成的混合物，具有體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。離子型煙霧探測器是通過相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來確定空氣中的煙霧狀況。

而氣敏式傳感器是探測空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測煤氣、液化石油氣、然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。適用于石油、化工、煤炭、電力、冶金、電子等工業(yè)企業(yè)，以及煤氣廠、液化石油氣站、氫氣站等生產(chǎn)和貯存可燃性氣體的場所。

煙霧傳感器在火災(zāi)預(yù)防聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

聯(lián)網(wǎng)煙霧報警器采用光電式或離子式煙霧傳感器的報警器工作穩(wěn)定可靠，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。聯(lián)網(wǎng)煙霧報警器可用于對各類早期火災(zāi)發(fā)出的煙霧及時做出報警，產(chǎn)品體積小巧，并且可把無線發(fā)射和火災(zāi)煙霧傳感器有機地結(jié)合。聯(lián)網(wǎng)煙霧報警器主要適用于酒店、庫房、賓館、餐廳、旅社、工廠、油田井隊、活動板房等公共場所。當(dāng)探測到空氣中的煙霧達(dá)到一定的濃度時，立即發(fā)出報警信號，有效預(yù)防火災(zāi)，避免生命的損失，財產(chǎn)損耗。

聯(lián)網(wǎng)煙霧報警器可單獨使用，在使用時先在欲監(jiān)控的廳室的天花板上固定它的安裝底座，本報警器內(nèi)接上電池，再將它旋入安裝底座。工作狀態(tài)下，一旦探測到防范空間的煙霧濃度和持續(xù)時間達(dá)到報警值時，立即蜂鳴器鳴響報警。聯(lián)網(wǎng)煙霧報警器與無線防盜報警系統(tǒng)配套時，安裝和使用與單獨使用一樣。

聯(lián)網(wǎng)煙霧報警器報警時，還會同時發(fā)射無線信號給無線防盜報警主機，報警主機無論是處于布防還是撤防狀態(tài)都會做出報警反應(yīng)。這種使用方式，報警范圍更廣，家中無人時發(fā)生火警也能及時掌握，以便第一時間做出反應(yīng)。

煙霧傳感器在賓館火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用

賓館是供國內(nèi)外旅客住宿、就餐和舉行各種會議、宴會的場所?，F(xiàn)代化的賓館一般都具有多功能、綜合性的特點，集餐飲、住宿、娛樂、購物為一體，很容易引發(fā)火災(zāi)?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)，對于及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和對火災(zāi)進(jìn)行早期的撲滅，最大化地減小火災(zāi)造成人員傷亡、經(jīng)濟損失及不良的社會影響起著重要的作用。

對于賓館類建筑，為了精確預(yù)報失火位置，最大限度減小探測器的誤報率，選用感煙探測器、感溫探測器來組成區(qū)域火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)。客房內(nèi)臥室、書房、餐廳、會客室使用帶蜂鳴器底座探測器，客房內(nèi)任意區(qū)域探測器向控制室發(fā)出火災(zāi)報警信號同時觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，提醒處于熟睡或工作狀態(tài)的客人快速撤離。

感煙式火災(zāi)探測器是利用一個小型煙霧傳感器響應(yīng)懸浮在其周圍附近大氣中的燃燒和（或）熱解產(chǎn)生的煙霧氣溶膠（固態(tài)或液態(tài)微粒）的一種火災(zāi)探測器。一般有離子式和光電感煙火災(zāi)探測器。

以光電式感煙探測器為例，光電式感煙探測器有由一個煙霧檢測室，里面設(shè)有一個光源和一個感光元件。光源的光線一般不能照射到感光元件上，但是當(dāng)有煙霧進(jìn)入后，光線在煙霧中產(chǎn)生散射，從而有部分光線射到感光元件上，煙霧越濃，散射到感光元件上的光線就越多，感光元件再把光信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行輸出火災(zāi)控制器。

車載煙霧傳感器在汽車火災(zāi)預(yù)防中的關(guān)鍵應(yīng)用

近年來，汽車火災(zāi)事故時有發(fā)生，給國家和人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失，教訓(xùn)是深刻的，目前汽車火災(zāi)事故已經(jīng)成為媒體輿論的焦點，社會各界對此廣泛關(guān)注。

特別是城市公交車和長途大巴車由于采用空調(diào)系統(tǒng)使得人們處于一個相對封閉的環(huán)境，給火災(zāi)處理和人員逃離都帶來了很多的不便，控制火災(zāi)的發(fā)生和先期的預(yù)警就顯得尤為重要。因此，抓好火災(zāi)預(yù)防必須借助于高科技防火災(zāi)產(chǎn)品在其汽車領(lǐng)域上的運用，將其災(zāi)情早期發(fā)現(xiàn)并控制消滅在隱患萌芽中。

對于火災(zāi)煙霧方面的監(jiān)測，通常主要采用煙霧傳感器與溫度傳感器，其中煙霧傳感器主要有離子式、光電式和氣敏式等幾類。

近年來，隨著氣體傳感技術(shù)的發(fā)展，氣體傳感器和傳統(tǒng)火災(zāi)探測器相結(jié)合的探測技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于汽車火災(zāi)煙霧探測領(lǐng)域。

因火災(zāi)發(fā)生時氣體燃燒產(chǎn)物主要為CO和CO2，CO做為極早期火災(zāi)的特有標(biāo)志，由于一般情況下CO在空氣中的含量極低，但是在火災(zāi)過程中，幾乎每種物質(zhì)均要產(chǎn)生不充分燃燒的CO，特別是陰燃階段的火災(zāi)更是如此。

由火災(zāi)孕育到劇烈燃燒CO經(jīng)歷由無到有，由小到大，然后逐漸減小的規(guī)律性變化過程，而且CO比空氣密度小，更容易更早漂浮實現(xiàn)早期預(yù)警。因此CO適合于火災(zāi)早期探測，這對于較早的時間捕捉到火災(zāi)發(fā)生信息非常重要。
來源：中科院半導(dǎo)體所