傳感器的重要應(yīng)用—火災(zāi)探測器

來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

現(xiàn)如今傳感器的應(yīng)用范圍可以說是越來越廣了。不管是科研還是生活方面，傳感器總能占有一席之地。其中不得不提的就是在各項搶險救災(zāi)中屢展英姿的火災(zāi)探測器了，火災(zāi)探測器是消防火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，對現(xiàn)場進行探查，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的設(shè)備?；馂?zāi)探測器是系統(tǒng)的“感覺器官”，它的作用是監(jiān)視環(huán)境中有沒有火災(zāi)的發(fā)生。一旦有了火情，就將火災(zāi)的特征物理量，如溫度、煙霧、氣體和輻射光強等轉(zhuǎn)換成電信號，并立即動作向火災(zāi)報警控制器發(fā)送報警信號。

火災(zāi)探測器是火災(zāi)探測系統(tǒng)最重要的組成部分之一，它至少含有一個能連續(xù)或以一定頻率周期探測物質(zhì)燃燒過程中所產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)現(xiàn)象的傳感器, 并且至少能向控制和指示設(shè)備提供一個適合的信號。傳統(tǒng)火災(zāi)探測器的探測原理是基于火災(zāi)過程中的物理參量, 如粒子密度, 溫度, 火焰的電學(xué)、光學(xué)特性變化來進行火災(zāi)識別, 這種識別模式很難可靠地發(fā)現(xiàn)早期火災(zāi), 如感煙探測器不能探測到酒精火焰, 感溫探測器不易探測到陰燃火。在現(xiàn)代高大空間建筑中, 當(dāng)存在遮擋和環(huán)境干擾的時候, 常規(guī)的感煙、感溫探測器由于火災(zāi)燃燒產(chǎn)物在空間傳播受空間高度和面積的影響, 很難對火災(zāi)發(fā)生快速響應(yīng)。近年來, 由于氣體傳感技術(shù)有了長足的進步, 氣體傳感器和傳統(tǒng)火災(zāi)探測器結(jié)合形成多元參數(shù)復(fù)合探測技術(shù), 以及開發(fā)研究新型火災(zāi)氣體傳感器, 已成為火災(zāi)探測領(lǐng)域的趨勢.

其基本功能就是對物質(zhì)燃燒過程中產(chǎn)生的各種氣、煙、熱、光(火焰)等表征火災(zāi)信號的物理、化學(xué)參量做出有效響應(yīng), 并轉(zhuǎn)化為計算機可接收的電信號, 供計算機分析處理?；馂?zāi)探測器一般由敏感元件 傳感器、處理單元和判斷及指示電路組成, 其中敏感元件 傳感器可以對一個或幾個火災(zāi)參量起監(jiān)視作用,做出有效響應(yīng), 然后經(jīng)過電子或機械方式進行處理, 并轉(zhuǎn)化為電信號 。

而它的類型又分以下幾種：

感煙火災(zāi)探測器

感煙火災(zāi)探測器是一種響應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體或液體微粒的火災(zāi)探測器，是使用量最大的一種火災(zāi)探測器。因為它能探測物質(zhì)燃燒初期所產(chǎn)生的氣溶膠或煙霧粒子濃度，因此，有的國家稱感煙火災(zāi)探測器為“早期發(fā)現(xiàn)”探測器。

常見的感煙火災(zāi)探測器又有離子型、光電型等幾種。

離子感煙探測器

由內(nèi)外兩個電離室為主構(gòu)成。外電離室（即檢測室）有孔與外界相通，煙霧可以從該孔進入傳感器內(nèi)；內(nèi)電離室（即補償室）是密封的，煙霧不會進入。火災(zāi)發(fā)生時，煙霧粒子竄進外電離室，干擾了帶電粒子的正常運行，使電流、電壓有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，探測器就會產(chǎn)生感應(yīng)而發(fā)出報警信號。

光電感煙探測器

內(nèi)部有一個發(fā)光元件和一個光敏元件，平常由發(fā)光元件發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就會顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，通過放大電路發(fā)出報警信號。

吸氣式感煙探測器

一改傳統(tǒng)感煙探測器等待煙霧飄散到探測器被動進行探測的方式，而是采用新的理念，即主動對空氣進行采樣探測，當(dāng)保護區(qū)內(nèi)的空氣樣品被吸氣式感煙探測器內(nèi)部的吸氣泵吸入采樣管道，送到探測器進行分析，如果發(fā)現(xiàn)煙霧顆粒，即發(fā)出報警。

在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是嚴(yán)重威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。引起火災(zāi)的原因有很多種，常見的原因如電器使用不當(dāng)、吸煙起火、生活用火不當(dāng)?shù)取?/p>

火災(zāi)對人身以及財產(chǎn)安全都會造成很大的影響，特別是人身安全這一塊。一旦發(fā)生火災(zāi)，空氣中的氧氣就會逐漸減少，而氧氣在人體呼吸中是不可或缺的角色，長時間缺氧會造成昏迷甚至死亡。另外火災(zāi)的高溫也會使人虛脫，燃燒產(chǎn)生的煙塵會對呼吸系統(tǒng)以以及眼鼻黏膜造成損傷。

因此我們有必要把預(yù)防火災(zāi)落實到平時的生活以及工作中，把安全放在第一位，這就需要有完善的火災(zāi)預(yù)警報警系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)即時將信息進行傳達，建立起一種常態(tài)的防火防災(zāi)模式。

為了預(yù)警火災(zāi)，必須要建立物聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，將火災(zāi)在萌芽時候的信息發(fā)出警報并傳送到遠程。

在一個典型的火災(zāi)報警過程中，火災(zāi)探測器在整個火災(zāi)報警系統(tǒng)居于核心地位，火災(zāi)探測器的性能直接決定了火災(zāi)預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時有效性。而火災(zāi)探測器的核心就是氧氣傳感器，氧氣傳感器之于火災(zāi)報警系統(tǒng)就相當(dāng)于傳感器之于物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。傳感器好比人的眼耳口鼻，但又不僅僅只是人的感官那么簡單，它甚至能夠采集到更多的有用信息。既然如此，就可說這些傳感器是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，正是因為有了傳感器，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)才有內(nèi)容傳遞給“大腦”。

而火災(zāi)探測器的內(nèi)部構(gòu)造也大有花樣：

敏感元件：敏感元件作為火災(zāi)探測器構(gòu)造的一部分可將火災(zāi)燃燒的特征物理量轉(zhuǎn)換成電信號。

電路：將敏感元件轉(zhuǎn)換所得的電信號進行放大并處理成火災(zāi)報警控制器所需的信號。

轉(zhuǎn)換電路

它將敏感元件輸出的電信號變換成具有一定幅值并符合火災(zāi)報警控制器要求的報警信號。它通常包括匹配電路、放大電路和閾值電路。具體電路組成形式取決于報警系統(tǒng)所采用的信號種類，如電壓或電流階躍信號、脈沖信號、載頻信號和數(shù)碼信號等。

抗干擾電路

由于外界環(huán)境條件，如溫度、風(fēng)速、強電磁場、人工光等因素，會對不同類型的探測器正常工作受到影響，或者造成假信號使探測器誤報。因此，探測器要配置抗干擾電路來提高它的可靠性。常用的有濾波器、延時電路、積分電路、補償電路等。

保護電路

用來監(jiān)視探測器和傳輸線路的故障。檢查試驗自身電路和元件、部件是否完好，監(jiān)視探測器工作是否正常；檢查傳輸線路是否正常（如探測器與火災(zāi)報警控制器之間連接導(dǎo)線是否通）。它由監(jiān)視電路和檢查電路組成。

指示電路

用以指示探測器是否動作。探測器動作后，自身應(yīng)給出顯示信號。這種自身動作顯示通常在探測器上設(shè)置動作信號燈，稱作確認(rèn)燈。

接口電路

用以完成火災(zāi)探測器和火災(zāi)報警控制器問的電氣連接，信號的輸入和輸出，保護探測器不致因安裝錯誤而損壞等作用。

它是探測器的機械結(jié)構(gòu)。其作用是將傳感元件、電路印刷板、接插件、確認(rèn)燈和緊固件等部件有機地連成一體，保證一定的機械強度，達到規(guī)定的電氣性能，以防止其所處環(huán)境如光源、陽光、灰塵、氣流、高頻電磁波等干擾和機械力的破壞。

在火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中，選擇準(zhǔn)確而靈敏的氧氣傳感器是十分重要的。我們都知道燃燒需要氧氣，而密閉空間內(nèi)氧氣含量是一定的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，火焰燃燒不斷消耗氧氣，導(dǎo)致空間內(nèi)氧氣濃度會迅速降低，反應(yīng)靈敏的氧氣傳感器就會迅速測到氧氣濃度低于規(guī)定的閾值，然后發(fā)送火災(zāi)信號到控制端。氧氣報警傳感器一般的報警設(shè)置是低報19.5%，高報23.5%。在一般環(huán)境中，人們吸進的空氣，按體積計算，氧氣占20.93%，二氧化碳占0.03%；呼出的氣體中，二氧化碳上升到約占3.5%，氧氣下降到約占17%。氧氣濃度超過23%的危害不在于對人體有危害，而在于消防意義上的危害。 當(dāng)氧氣濃度超過23%，有些物質(zhì)會引起燃燒，并且是劇烈燃燒。

氧氣傳感器KE-25非常適合用于火災(zāi)報警檢測。氧氣傳感器 KE-25特性：長壽命；不受CO2，CO，H2S，NOx，H2影響；低成本；在常溫下工作；信號輸出穩(wěn)定；無需外部電源；不需加熱。

審核編輯黃昊宇