電離煙霧探測與光電探測解決方案那種更好用
2020-11-30 電子發燒友電離煙霧探測與光電探測解決方案那種更好用
電子工程世界 發表於 2019-10-12 10:27:29
當前巴西的森林大火無情的侵蝕著亞馬遜叢林，讓全世界關注這個佔全球森林20%的面積、生活著世界上50%以上物種的世界之肺的命運。據稱，這場大火是當地農民們為了在雨林中開墾適應種植的田地引火燒毀叢林導致的。事實上，類似的大火新聞報導總是層出不窮：前不久的巴黎一把大火燒毀了法國文化標誌建築巴黎聖母院讓世界扼腕；兩年前發生在英國倫敦西部一棟24層公寓大樓大火，在全世界直播畫面中，數十人被燒死的悲慘讓人心緊……
在科技文明十分發到的今天，我們總是會發現最原始的威脅依然存在於我們身邊，我們的現代科技真的無能為力嗎？對此，大量的消防科技開發企業一定是不同意的！事實上，全球很多國家大量鋪設了消防設施，其中包括防範火災的煙霧探測裝置廣泛應用於我們的生活環境中，成功避免了大量的火災事故。然而，數據顯示導致死亡的火災現場60%沒有配備煙霧報警器，23%的導致死亡的火災現場都安裝了煙霧報警器，但卻因為頻繁錯誤報警而被認為禁用。
傳統的電離煙霧探測解決方案與光電探測方案對比分析
煙霧探測器傳統上是採用電離報警器構建。然而，現在開始向光電煙霧報警器發展。相比光電煙霧報警器，電離報警器能夠更快速地檢測到快速燃燒的火災，通常要快30秒到90秒。檢測速度之所以存在這種差異，是因為煙霧擴散到煙霧腔中會有一個時間延遲。
但是，光電煙霧報警器對陰燃火災的響應速度要快得多，通常快10分鐘到50分鐘。光電煙霧報警器也不易發生滋擾報警，例如燒焦吐司或淋浴蒸汽等並不會引發報警。美國保險商實驗室（UL）將於2020年發布新版UL-217和UL-268標準，北美的所有煙霧報警器都必須符合這些標準。商業和住宅煙霧探測器正在重新設計，以滿足這些新標準。
光電煙霧報警器使用多個波長的光源，因而可以區分微粒大小。藉助多個波長，煙霧報警器得以區分不同類型的煙霧和常見的幹擾源，從而提高煙霧報警器排除幹擾源和避免誤報的能力。ADI集成光學模塊ADPD188B集成一個模擬前端、光電二極體、藍光和紅外LED，以實現煙霧和氣霧劑檢測，並利用2個LED波長有助於區分顆粒大小以減少誤報。此外，其模擬前端 （AFE） 和集成設計可以改善電源管理，從而延長電池壽命。
此外，電離檢測器使用輻射源（鋂-241）讓空氣離子化，放入電場和測量電流，煙霧會中斷電流。此類方案適合用於測量小顆粒，但是由於方案使用放射源容易引發健康方面的額擔憂，而且檢測慢燃/陰燃火源的效果不佳。光電檢測器向取樣容器（LED）發射光，測量散射光（光電二極體）從而實現煙霧探測。這類解決方案適合用於測量大顆粒，通常需要使用煙室來抑制環境光，減少/避免灰塵和昆蟲/蜘蛛進入，而煙室降低系統性能、增加響應時間。因此，當今典型的光學檢測器採用向前散射，長度為幾釐米，收集數據需要較長路徑。
而基於ADPD188BI用於煙霧和氣霧劑檢測的光學模塊採用了反向散射，使用兩種顏色來支持確定顆粒大小。全集成發光二極體、光電二極體、AFE、ADC、發光二極體驅動器和時序內核，從而使得體積更小（3.8mmx5mmx0.9mm），具有高度環境光抑制性能。除了滿足UL217第8版和其他機構的要求外，還具有兩種顏色支持粗略顆粒尺寸測定，能實現更多的設計和集成選項，包括無煙室設計，簡化組裝流程和供應鏈管理。更關鍵的是，該解決方案能區分不同的顆粒大小來排除生活中可能出現的幹擾，大大提高探測準確度，從而避免頻繁誤報。
基於ADPD188BI的光電式煙霧檢測系統測試
根據UL-217第8版煙霧探測器規範中列出的全套煙霧測試，對ADPD188BI進行評估。任何在北美銷售的煙霧探測器都必須通過這些測試才能獲得UL認證。通過表徵系統對這些煙霧源的響應，這些測試向煙霧探測器製造商顯示採用ADPD188BI的最終煙霧探測器設計的預期性能，並為分類和閾值設置算法提供指導。
所有測試均在美國伊利諾州迪爾菲爾德的保險商實驗室進行。測試的操作和參考數據的收集均由UL人員完成。所有ADPD188BI硬體和軟體均由ADI公司人員維護和操作。在UL試驗室內，每個煙霧警報器位置處的煙霧遮蔽水平由安裝在煙霧探測器測試位置附近的光電管光束組件監測，該組件與煙霧源相距預定距離（根據所進行的UL測試確定）。UL參考光束測量煙霧遮蔽水平與時間的關係，用每英尺遮蔽百分比表示。收集光束數據並加上時間標記，以與ADPD188BI傳感器數據相關聯。
ADPD188BI煙霧檢測器經過以下測試：
紙張燃燒測試 – UL217 par. 51.2
木頭燃燒測試 – UL217 par. 51.3
明燃的聚氨酯泡沫試驗 – UL217 par. 51.4
陰燃煙霧測試 – UL217 par. 52
陰燃聚氨酯泡沫試驗 – UL217 par. 53
烹飪幹擾煙霧測試 – UL217 par. 54
灰塵測試 – UL217 par. 68
炫目測試 – EN14604（歐洲標準）
庚烷測試 - 以前的UL217要求，在版本8中被聚氨酯測試取代，仍然包括在一些歐洲規範中。
結論
ADPD188BI是一種利用雙波長技術進行光學煙霧和氣霧檢測的光學模塊，ADPD188BI模塊中集成的ADPD1080模擬前端具有出色的光抑制性能，因此它能通過EN14604眩目測試，並支持實現成本更低的無腔煙霧探測器設計。
該器件已在美國保險商實驗室按照UL217煙霧探測器認證標準進行了測試。收集每個測試的數據，並將參考光束響應與ADPD188BI的藍光和紅外響應時間對準來生成曲線。在所有測試中，ADPD188BI響應與參考數據符合得很好，證明該傳感器能夠檢測UL217全套測試中的所有煙霧。
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