第3.7节-烟雾传感器

•2011年3月8日，美国洛杉矶以南海域（丽浪多市海滩）突现大片死鱼，死鱼主要包括沙丁鱼、凤尾鱼和鲭鱼等，当地官员估计死鱼数量至少有数百万尾。当地一名警方发言人说，死鱼大约有一英尺那么深，国王码头（KingHarborMarina）几十条私人船只周围到处是死鱼。•当局正在调查死鱼原因，目前还未发现赤潮或污染的迹象，初步评估认为是缺氧所致。美国加州海湾突现数百万条死鱼感烟探测器的一般知识功能分类产品介绍感烟火灾探测器的选用KYB-1型离子式矿用烟雾报警器用途工作原理整机电路技术性能使用和调整方法第2.3.7节烟雾传感器（一）感烟探测器一般知识1.功能火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。在火灾初期，由于温度较低，物质多处于阻燃阶段，所以产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一，感烟式火灾探测器是能对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。它响应速度快，能及早地发现，是使用量最大的一种火灾探测器。（一）感烟探测器一般知识2.感烟式火灾探测器的分类根据警戒范围不同点型线型区域型工作原理离子感烟式光电感烟式红外光束感烟式烟粒子对光线的吸收和散射作用遮光型散光型：对射型、反射型（二）光电式感烟传感器1.工作原理•探测器的检测室内亦装有发光元件和受光元件。在正常情况下，受光元件是接受不到发光元件发出的光的，因此不产生光电流，传感器不动作。•在火灾烟雾进入探测器的检测室时，由于烟粒子的作用，使发光元件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光元件所接受，使受光元件阻抗发生变化，产生光电流。从而实现了将烟信号转成电信号的功能，探测器发出报警号。•发光元件为大电流发光效率高的红外发光二极管；受光元件大多数采用半导体硅光电池。（二）光电式感烟传感器1.工作原理光电式感烟传感器由发光元件、受光元件和遮光体组成的检测室、检测电路、振荡电路、信号放大电路、抗干扰电路、记忆电路、与门开关电路、确认电路、扩展电路和稳压电路等组成。（二）光电式感烟传感器2.组成及各部分作用震荡电路的作用光电感烟探测器是利用一套光学系统作为传感器的。而光学器件是有一定寿命的，为了延长光学器件的寿命，特别是发光元件的寿命，一般不采用直流方案，而采用交流方案，即使发光元件发光时间缩短，间歇时间增长，同时又不影响探测器工作，振荡电路就是为此而设置的。发光元件串接于振荡电路中，当电路起振时，发光元件发出周期性的脉冲光束。一般脉冲宽度在100ms左右，脉冲幅度可根据需要进行调整；而脉冲间隔时间一般在5s左右，这样就可使发光元件的有效工作时间大大增加。（二）光电式感烟传感器2.组成及各部分作用信号放大电路信号放大电路是在检测室进烟以后，发光元件发出的平行光束发生散射，使受光元件接受到光，阻抗降低，光电流增加，信号经放大后送出。抗干扰电路抗干扰电路是为了保证受光元件长期、稳定、可靠地工作，不受其它光（非火灾信号）的干扰，因此，放大器作为一个独立单元，全部装在一个屏蔽盒内，避免了各种干扰因素的干扰，提高了探测器的可靠性。（二）光电式感烟传感器2.组成及各部分作用记忆电路当探测器发出火灾报警信号以后，要求此信号能长期保持，即使是烟雾浓度降低或消失，火警信号也不能自动消失，记忆电路就起这种作用。当火灾发生的时间、地点确认以后，认为火警信号不必存在时，可由人工复原，将火警信号清除。记忆电路对火灾探测器是一个重要电路单元，是不能忽视的，规范上也有明确要求。（二）光电式感烟传感器2.组成及各部分作用与门电路为了提高探测器的可靠性，更有效地探测火灾，减少误报警，设置与门电路是非常必要的。振荡电路不仅为发光元件提供电源，同时也周期性地为开关电路提供信号。但是，在正常监视状态下，受光元件接受不到光，因此无信号输出，与门开关电路处于截止状态，探测器也就无火警信号输出。当探测器检测室内进入烟后。由于烟颗粒的作用，使发光元件发出的平行光束发生散射，此时受光元件接受到一定的光量，因此有信号输出，此信号与振荡器送来的周期脉冲信号复合后，开关电路导通，探测器发出火警信号。（二）光电式感烟传感器2.组成及各部分作用确认电路为了在现场判明探测器是否动作，现代的火灾探测器上均设置确认电路。即当探测器工作以后，确认电路工作，点燃确认灯，在现场即可清楚地看到发光的灯光，表明探测器工作，不需到报警器上去查看，同时也给调试开通整个系统带来方便。（二）光电式感烟传感器2.组成及各部分作用（二）光电式感烟传感器3.缺点光电感烟探测器原理对粒径为0.1～50μm的烟雾敏感，因此受矿山浮游粉尘的干扰很大，易产生非火灾误报，影响检测的可靠性。（1）失报因粉尘进入主光电室粘附在发光、受光元件上，造成遮光而发生失报，需要经常清扫。（2）非火灾误报在以下情况下易发生非火灾误报：1）受到5000勒克斯以上的强光或闪光照射；2）电气噪音、冲击电压、雷达电波干扰时；3）环境浮游粉尘、小虫进入后产生散射光及环境温湿变化、结露或喷雾时。（1）增大受光体积，改变主光电室的发光、受光部及透镜形状。增加散射光的照射角度，从圆光到锥光到扇光方式。提高散射光的输出特性，增强太阳电池的输出效率，使总的输出信号增大。（2）增设并改进防虫网、防尘迷宫等抗干扰结构。（二）光电式感烟传感器4.发展方向•产品：SYSTEMSENSOR100系列普通型光电感烟探测器JTY-GD-2151（广州市经东科技发展有限公司）（二）光电感烟传感器5.产品•技术指标:静态电流小；双发光二极管显示，360度可见；内置式测试干簧管：用一磁铁可现场进行模拟测试报火警功能；密封结构可防尘、昆虫和抗背压；系统供电电压：12/24VDC；静态额定值：电压8.5～35VDC电流≤120μA红外光束感烟探测器工作原理：红外光束感烟探测器是线型探测器，它是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟探测器的主要区别在于线型感烟探测器将光束发射器和光电接受器分为两个独立的部分，使用时分装相对的两处，中间用光束连接起来。（二）光电感烟传感器5.产品•产品：红外光束感烟探测器（北京沃得沃安装工程有限公司）对射式光束感烟探测器主要使用于空间较大、较高，不适合使用烟感、温感探测器的场所。如：大型超市，大厂房等地。该探测器需成对使用。（二）光电感烟传感器5.产品•名称：红外光束感烟探测器（北京沃得沃安装工程有限公司）•该探测器在接入报警控制系统时需通过该厂生产的IM5i/B型信号输入模块来实现。•发射器和接受器需水平、相对安装，位置应准确。若配置专用安装支架后可以进行适量的位置调整。（二）光电感烟传感器5.产品•与该类型配套的探测器有2种型号：JTY-HS-60（发射器和接受器相距60m范围之内）；JTY-HS-100（发射器和接受器相距100m范围之内）。KYB-1型矿用烟雾报警器是一种用于煤矿井下因机械摩擦、电气设备故障而起火，以及煤炭自燃火灾的监测、预报仪器，特别能加强矿工安全意识，避免人身事故发生，对煤矿安全生产起到了促进作用。仪器既可作为独立的烟雾检测和报警设施，又可用于各种监测系统，作为监测环境参数（烟雾）的一个传感单元。1.用途（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器检测烟雾时，仪器除设置就地声光报警单元外，还可将无电位的本安型开关量电信号传输到井下各个分站，以及传输到地面主机显示测点发生的烟雾值。当然，也可把各个测点的烟雾开关量信号传输到井下某集中观测点，由声光报警器报警、以便及时发现、处理或预防火灾事故。仪器主要装设在井下采、掘工作面，采空区、回风道、机电硐室或胶带运输巷，以及其它需要监测的地点。如果把仪器与某种灭火装置配套使用，可以实现自动喷水灭火。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器1.用途（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器2.工作原理图1电离室工作原理如图1，放射源放射微量的α射线，使空气电离，在电离室内的正、负极板间产生离子电流。当包含较大微粒的烟雾进入电离室后，在烟雾微粒的作用下，使离子电流减弱。由于离子电流的强弱对应于烟雾浓度的高低，故可检测出被测点的火源温度。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器2.工作原理使离子电流减弱的原因有两种：（1）首先，当含有烟雾的气体进入电离室后，烟雾的微粒吸附了部分带电离子，使产生的离子电流值有所下降；（2）同时，烟雾为例又会吸收掉部分α射线，从而使电离电源被削弱，使产生的离子数量有所下降。基于上述两种原因，当烟雾出现时，会大大降低离子电流强度，离子电流强度的大小反映火源探测点的温度，这就是烟雾检测火源温度的基本工作原理。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器3.防护措施为了提高仪器的检测精度，在传感器的入气口设置了20～60黄铜粉末冶金罩，既可保证气体顺利进入气室又可将矿尘粉粒滤掉。另外，为适应环境条件，还做了特殊的防水防潮处理。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器4.输出特性补偿电离室是一个封闭的气室，它用作补偿烟雾以及以外因素的影响所产生的误差，如图2中的曲线3；测定用的电离室特性变化如曲线1和曲线2。当电离室未与烟雾接触时，电离室的工作特性曲线1和曲线3按同一规律变化。烟雾进入测定电离室后，由于烟雾对离子电流的影响，使电流值由IK降至IK’，此时，电离室的工作特性为曲线2。图2KYB-1型离子式烟雾传感器输出特性曲线（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器5.整机电路•1）烟雾浓度与输出电压图3烟雾浓度与输出电压变化曲线电压输出特性曲线如图3所示。当不含烟雾的气体进入气室时，因为两个离子室离子电流相等、阻抗相等。所以输出电压稳定在4.5V左右。当烟雾气体进入测定室后，随着烟雾浓度的增高，离子电流不断减小，使输出电压失去平衡，从4.5V下降。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器5.整机电路•1）烟雾浓度与输出电压当烟雾浓度在I级（烟雾作用使照度每米降低5%）时，输出电压从4.5V降到2.5V；II级时，降至1.5V以下；III级降至0.5V。由此可见，在烟雾的作用下，输出电压的变化范围应在4V左右。其输出电压信号变化范围较大，在此变化范围内（烟雾从I级到III级）的离子电流变化却十分微弱（在10～11A左右变化），所以，烟雾传感器的输出采用电压信号。图3烟雾浓度与输出电压变化曲线（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器输出电压信号的范围虽然较大，但因传感器输出阻抗高达1011～1012Ω，所以，使用一般仪表（如万用表、数字电压表等的输入阻抗只有104～106Ω）仍无法直接分辨其读数值，为此，在传感器上又加上一个阻抗变换单元。经阻抗变换后，信号阻抗由输入的1011～1012Ω下降到103Ω，再把这一较低阻抗信号送入集成电路块，供烟雾检测传感器。由于阻抗经过变换后下降，增强了电路的抗干扰能力，阻抗变换电路又叫高阻放大器。图4阻抗变换电路5.整机电路•1）烟雾浓度与输出电压（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器基本工作过程如下：（1）烟雾传感器输出的电压信号经高阻放大器放大后，送入电压比较器，输出报警单元实现声光报警；另一路经继电器输出一开关量控制信号，接到外控设备。（2）整机自检单元，每隔45s自动接通一次，绿灯随之闪烁，证明电路正常工作。5.整机电路•2）整机电路工作原理图5KYP-1型离子式烟雾传感器整机电路原理框图（3）试警电路配有试验按钮，随时可检查一起的工作状况。（4）电源：机内设置电源（GNY-0.5V×8节）和外电源，如只使用内电源时，一次充足电可连续工作一个月以上，功耗较低。（5）声信号采用35mm压电蜂鸣器，增加反馈功能后，音响信号强度可达90dB(decibel)以上。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器5.整机电路•2）整机电路工作原理图5KYP-1型离子式烟雾传感器整机电路原理框图（1）高阻放大器采用场效应管实现放大，在无烟雾时输出电压信号4.5V，随烟雾浓度的增大，输出电压信号按图3曲线下降。（三）KYB-1型离子式矿用烟雾报警器5.整机电路•3）主要电气元件工作原理图3烟雾浓度与输出电压变