集成光學(xué)模塊ADPD188BI的性能特點及在火災(zāi)煙霧探測中的應(yīng)用分析

火災(zāi)是當今世界上發(fā)生頻率最高的災(zāi)害之一。截止 2019 年 6 月，僅僅是中國發(fā)生的室內(nèi)火災(zāi)就高達 13.2 萬起，傷亡上千人！并且有數(shù)據(jù)表明，全世界平均每 1 天發(fā)生的火災(zāi)就高達 1 萬多起，造成數(shù)百人死亡。而且火災(zāi)造成的損失，隨著時間的推進還在呈幾何級地翻倍增長。由此產(chǎn)生了對火災(zāi)預(yù)防技術(shù)的迫切需求，作為室內(nèi)火災(zāi)的重要防御措施，煙霧傳感器被廣泛應(yīng)用，其技術(shù)研究也成為了業(yè)界關(guān)注的重點。

作為關(guān)乎生命安全的設(shè)備，不少國家已經(jīng)出臺相關(guān)的法律規(guī)定每一個房間都必須安裝一個煙霧報警器。然而就算如此，根據(jù)美國國家消防管理局 NFIRS 系統(tǒng)的火災(zāi)統(tǒng)計，依舊有 60%的人員死亡在煙霧報警器被禁用或者未安裝的情況下，23%安裝了煙霧報警器但是卻因為某些原因被禁用，極有可能是干擾源過高或者未更換電池導(dǎo)致了死亡。再加之當今社會合成材料過多，相比過去人們的逃生時間減少了 83%，這也對新一代煙霧傳感器提出了更高的挑戰(zhàn)。

煙感技術(shù)更迭，詳析兩代技術(shù)的優(yōu)劣

如今的煙霧傳感主要使用兩種檢測技術(shù)——光電和電離技術(shù)。傳統(tǒng)的電離檢測器使用放射源镅 241（Am241），利用放射性衰變讓空氣中的顆粒離子化。它被放置在電場內(nèi)部，用于測量電極之間的電流，一旦有煙霧進入電離室，就中斷電流發(fā)出警報。這種裝置的優(yōu)點是十分擅長檢測小顆粒，但是也存在不能忽視的弊端，就是使用的是放射性物質(zhì)，引起環(huán)境污染，盡管使用過程是安全的，但是在生產(chǎn)、儲存和報廢處理方面卻是十分困難的。此外，相關(guān)機構(gòu)對市場上的 4 種離子煙霧探測器做的獨立測試，發(fā)現(xiàn)離子煙霧探測器只能在有火苗的情況下報警，對于慢燃和陰燃的報警效果表現(xiàn)很差。

之后隨著光電煙霧探測技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，光電煙霧探測技術(shù)有著逐步取代離子煙霧探測技術(shù)的趨勢。其大多采用的散射光原理工作，摒棄了放射源，受風流和環(huán)境濕度變化影響小、成本也低，適用于大顆粒的監(jiān)測。光電型煙霧探測器里面有一個光學(xué)迷宮并且安裝了紅外對射管，當無煙時紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，但是如果當有煙塵進入光學(xué)迷宮時，煙塵通過折射、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，如果超過閾值就會發(fā)出警報。對比之下，似乎光電煙霧傳感器更勝一籌，不過要想最大限度發(fā)揮火災(zāi)預(yù)警作用，這還遠遠不夠。如今市場上典型的光學(xué)檢測器，都是用向前散射幾何，其長度為 5-10CM，LED 與光電二極管之間有著近 150°的角，導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集的路徑過長，再加上用于消除環(huán)境光干擾的模塊，這讓煙霧探測尺寸過大，并且反應(yīng)時間長。

ADI 開啟“勿擾”模式，有效防患于未“燃”！

對此，ADI 公司發(fā)布了一款集成光學(xué)模塊 ADPD188BI ，體積只有 3.8mm×5mm×0.9mm。在單個封裝內(nèi)集成了兩個 LED、光電二極管和模擬前端（AFE）。兩個不同顏色的 LED（藍光與紅外光）意味著有兩個不同的折射角， 因此測量值更可靠，能夠區(qū)分不同大小的顆粒，有助于減少蒸汽和灰塵引起的誤報，完美的解決了煙霧傳感器所存在的干擾弊端。

ADPD188BI 采用創(chuàng)新的反向散射方法縮短數(shù)據(jù)收集的路徑，發(fā)射幾微秒的 LED 短脈沖然后以近 10°的小角度檢測返回的光信號，這有效的減小了電路板的尺寸，能夠集成更多的器件，得到更小的煙霧探測器，之后，跨阻放大器將產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換為電壓，帶通濾波器濾除直流分量，積分器濾除來自高達 80 dB 的燈或太陽輻射的環(huán)境光的直流分量。最后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

此外，ADPD188BI 配備了高性能 AFE 與采用的集成設(shè)計不僅可以改善電源管理、支持無線產(chǎn)品的設(shè)計，其提供的高達 80 dB 的環(huán)境光抑制和寬動態(tài)范圍，也能有效的減小誤報。在生產(chǎn)測試和裝配時，簡化的設(shè)計提高了制造流程效率，校準也更加容易，并且在架構(gòu)上對于住宅和商業(yè)用途更加兼容。

其次 ADPD188BI 的設(shè)計也符合新的 UL217 要求以及 EN54/14604 規(guī)范。相較于市面上的電離檢測器，ADPD188BI 在陰燃的情況下也是表現(xiàn)出色，在大部分陰燃的情況下會產(chǎn)生較多的大顆粒煙霧，準確的區(qū)分煙霧與蒸汽是目前部署煙霧探測器最具挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。而 ADPD188BI 不同顏色的 LED 設(shè)計能夠完美的解決這一挑戰(zhàn)，并從系統(tǒng)中去除蒸汽對傳感器的影響，這十分有利于家居環(huán)境的浴室與廚房環(huán)境。此外，在 UL217 的要求中新增加了一項新的測試，叫做“漢堡包干擾測試”，目的是必須能夠識別出官方漢堡包燃燒測試和以聚氨酯等煙霧形式存在的實際威脅之間的細微差別，使用單色光源的傳統(tǒng)煙霧報警器無法做到這一點，而 ADPD188BI 在測試中確保了每英尺未遮蔽 1.5 %時不會誤報。

俗話說“賊偷一半，火燒全光”，火災(zāi)是全世界人民共同面臨的災(zāi)難性問題，給人類社會造成了不少財產(chǎn)乃至生命的損失。近年來，全球各地的城市社區(qū)火災(zāi)、居民家庭火災(zāi)起數(shù)及傷亡人數(shù)明顯增多，火災(zāi)形勢十分嚴峻，并且有逐年升高的趨勢，因此做好消防工作普及煙霧傳感器的行動已迫在眉睫。ADI 公司的集成光學(xué)模塊 ADPD188BI 以低成本，小尺寸，低誤報率，高續(xù)航的“姿態(tài)”強勢出現(xiàn)，注定會加速此行動的部署腳步。

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