煙霧傳感器詳解

文 | 傳感器技術(shù)（WW_CGQJS）

某天早晨7：46，從濟(jì)南發(fā)車開(kāi)往溫州的G63次高鐵列車平穩(wěn)行駛在軌道中，但沒(méi)過(guò)多久，有乘客察覺(jué)列車行駛速度變慢了，“時(shí)速?gòu)?00多公里降到100多公里?！蓖谲嚿系年愊壬@樣說(shuō)。后來(lái)經(jīng)調(diào)查，原來(lái)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(dòng)車、列車、飛機(jī)等交通工具中都裝有煙霧報(bào)警傳感器。在動(dòng)車、列車行駛過(guò)程中，如果被煙霧傳感器察覺(jué)到有煙霧存在，它便會(huì)第一時(shí)間向駕駛室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，與此同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)車內(nèi)控制系統(tǒng)自動(dòng)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(cè)環(huán)境是否有煙霧和煙霧的濃度，例如檢測(cè)起火時(shí)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(gè)模擬值，從而對(duì)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(jī)發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號(hào)。

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(bào)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(yùn)用到各消防報(bào)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(chǎng)的作用下各自向正負(fù)電極移動(dòng)。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(yùn)動(dòng)，電流，電壓就會(huì)有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是無(wú)線發(fā)射器發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào)，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報(bào)警信息傳遞出去。

此類探測(cè)器會(huì)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(cè)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(hào)減弱，且此信號(hào)變化與煙霧粒子量成比例。離子探測(cè)器適用于開(kāi)放性火災(zāi)的探測(cè)。

光電式煙霧傳感器

光電煙霧報(bào)警器內(nèi)有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對(duì)管，無(wú)煙時(shí)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(shí)，通過(guò)折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報(bào)警電路判斷是否超過(guò)閾值，如果超過(guò)發(fā)出警報(bào)。

光電感煙探測(cè)器可分為減光式和散射光式：

1、減光式光電煙霧探測(cè)器

該探測(cè)器的檢測(cè)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(shí)，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(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2、散射光式光電煙霧探測(cè)器

該探測(cè)器的檢測(cè)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(shí)，當(dāng)煙霧進(jìn)入檢測(cè)室時(shí)，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(shí)現(xiàn)了煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的功能，探測(cè)器收到信號(hào)然后判斷是否需要發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

該型傳感器內(nèi)部構(gòu)造(探測(cè)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(cè)腔會(huì)阻擋光的發(fā)射而產(chǎn)生散射，光電接收器會(huì)接收到由于光的散射而產(chǎn)生變化的信號(hào)，繼而產(chǎn)生電流信號(hào)的改變。

氣敏式煙霧傳感器

氣敏傳感器是一種檢測(cè)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(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂（R11、R12）的檢測(cè)、呼氣中乙醇的檢測(cè)、人體口腔口臭的檢測(cè)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(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)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(cè)、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過(guò)接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)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(jī)蒸氣類(VOC)氣體, 目前大量應(yīng)用于抽油煙機(jī)、泄漏報(bào)警器和空氣清新機(jī)；

2、一氧化碳?xì)饷粼鞲衅? 一氧化碳?xì)饷粼捎糜?a 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(cè)報(bào)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(cè)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(hào)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(cè)。

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(bào)警器對(duì)微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些，對(duì)各種煙能均衡響應(yīng)；而前向式光電煙霧報(bào)警器對(duì)稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，對(duì)灰煙、黑煙響應(yīng)差些。當(dāng)發(fā)生熊熊大火時(shí)，空氣中煙霧的微小粒子較多，而悶燒的時(shí)候，空氣中稍大的煙霧粒子會(huì)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(bào)警器會(huì)比光電煙霧報(bào)警器先報(bào)警。這兩種煙霧報(bào)警器時(shí)間間隔不大，但是這類火災(zāi)的蔓延極快，此類場(chǎng)所建議安裝離子煙霧報(bào)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(bào)警器會(huì)比離子煙霧報(bào)警器先報(bào)警，這類場(chǎng)所建議安裝光電煙霧報(bào)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(cè)器是通過(guò)相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來(lái)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(lái)確定空氣中的煙霧狀況。

而氣敏式傳感器是探測(cè)空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測(cè)方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式傳感器。探測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的含量。有效地探測(cè)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(chǎng)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(bào)警器采用光電式或離子式煙霧傳感器的報(bào)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(bào)警器。聯(lián)網(wǎng)煙霧報(bào)警器可用于對(duì)各類早期火災(zāi)發(fā)出的煙霧及時(shí)做出報(bào)警，產(chǎn)品體積小巧，并且可把無(wú)線發(fā)射和火災(zāi)煙霧傳感器有機(jī)地結(jié)合。聯(lián)網(wǎng)煙霧報(bào)警器主要適用于酒店、庫(kù)房、賓館、餐廳、旅社、工廠、油田井隊(duì)、活動(dòng)板房等公共場(chǎng)所。當(dāng)探測(cè)到空氣中的煙霧達(dá)到一定的濃度時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，有效預(yù)防火災(zāi)，避免生命的損失，財(cái)產(chǎn)損耗。

聯(lián)網(wǎng)煙霧報(bào)警器可單獨(dú)使用，在使用時(shí)先在欲監(jiān)控的廳室的天花板上固定它的安裝底座，本報(bào)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(cè)到防范空間的煙霧濃度和持續(xù)時(shí)間達(dá)到報(bào)警值時(shí)，立即蜂鳴器鳴響報(bào)警。聯(lián)網(wǎng)煙霧報(bào)警器與無(wú)線防盜報(bào)警系統(tǒng)配套時(shí)，安裝和使用與單獨(dú)使用一樣。

聯(lián)網(wǎng)煙霧報(bào)警器報(bào)警時(shí)，還會(huì)同時(shí)發(fā)射無(wú)線信號(hào)給無(wú)線防盜報(bào)警主機(jī)，報(bào)警主機(jī)無(wú)論是處于布防還是撤防狀態(tài)都會(huì)做出報(bào)警反應(yīng)。這種使用方式，報(bào)警范圍更廣，家中無(wú)人時(shí)發(fā)生火警也能及時(shí)掌握，以便第一時(shí)間做出反應(yīng)。

煙霧傳感器在賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

賓館是供國(guó)內(nèi)外旅客住宿、就餐和舉行各種會(huì)議、宴會(huì)的場(chǎng)所。現(xiàn)代化的賓館一般都具有多功能、綜合性的特點(diǎn)，集餐飲、住宿、娛樂(lè)、購(gòu)物為一體，很容易引發(fā)火災(zāi)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和對(duì)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(jì)損失及不良的社會(huì)影響起著重要的作用。

對(duì)于賓館類建筑，為了精確預(yù)報(bào)失火位置，最大限度減小探測(cè)器的誤報(bào)率，選用感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器來(lái)組成區(qū)域火災(zāi)探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)?？头?jī)?nèi)臥室、書房、餐廳、會(huì)客室使用帶蜂鳴器底座探測(cè)器，客房?jī)?nèi)任意區(qū)域探測(cè)器向控制室發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)同時(shí)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(cè)器是利用一個(gè)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(cè)器。一般有離子式和光電感煙火災(zāi)探測(cè)器。

以光電式感煙探測(cè)器為例，光電式感煙探測(cè)器有由一個(gè)煙霧檢測(cè)室，里面設(shè)有一個(gè)光源和一個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(lái)，汽車火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)家和人民的生命財(cái)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(diǎn)，社會(huì)各界對(duì)此廣泛關(guān)注。

特別是城市公交車和長(zhǎng)途大巴車由于采用空調(diào)系統(tǒng)使得人們處于一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，給火災(zāi)處理和人員逃離都帶來(lái)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(yùn)用，將其災(zāi)情早期發(fā)現(xiàn)并控制消滅在隱患萌芽中。

對(duì)于火災(zāi)煙霧方面的監(jiān)測(cè)，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(lái)，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(cè)器相結(jié)合的探測(cè)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于汽車火災(zāi)煙霧探測(cè)領(lǐng)域。

因火災(zāi)發(fā)生時(shí)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(guò)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(wú)到有，由小到大，然后逐漸減小的規(guī)律性變化過(guò)程，而且CO比空氣密度小，更容易更早漂浮實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。因此CO適合于火災(zāi)早期探測(cè)，這對(duì)于較早的時(shí)間捕捉到火災(zāi)發(fā)生信息非常重要。

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