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“煙霧探測器”前世今生,煙霧探測器的工作原理
Autor: Heiman Technology Time :2019-08-12  Views:

火災是當今世界上發生頻率最高的災害之一。根據相關統計,全世界平均每1天發生的火災就高達1萬多起,造成數百人死亡。而且火災造成的損失,隨著時間的推進還在呈幾何級地翻倍增長。

由此產生了對火災自動探測技術的迫切需求,尤其是火災煙霧探測技術也取得了長足的發展和較為廣泛的應用。

煙霧探測器的工作原理

煙霧探測器,又叫煙霧報警器,是通過監測煙霧的濃度來實現火災防范的,由總線供電,與火災報警控制器聯網、通訊組成一個報警系統。根據使用的傳感器類型來劃分,火災煙霧探測器可分為離子煙霧報警器和光電煙霧報警器。

煙霧探測器的發展歷史

煙霧探測器自誕生至今,已經走過了一百多年的歷史。

第一臺用電的自動火災探測器,是由愛迪生的合伙人、美國物理學家兼數學家Francis Robbins Upton于1890年獲得專利。不幸的是,他的這一成就常常為人們所忽略了。

這是由于當時一字之差的一個烏龍事件造成的——他的專利被錯誤的標記為“便攜式電動輪胎報警”( Portable Electric Tire-Alarm),正確的應該是“Portable Electric Fire-Alarm”便攜式電動火災報警器。

隨后的1902年,英國工程師George Andrew Darby(喬治·安德魯·達比)在英國伯明翰申請了第一臺歐洲電熱探測器的專利。他的發明被稱為“黃油哨兵”,并被視為是現代煙霧探測器的前身。

他的發明構造很簡單:兩片電板,中間夾著一塊黃油,當煙霧騰升而起時,它們就會融化黃油,令兩片電板互相接觸形成通路,從而引發警報。與其說它在探測煙霧,不如說它在探測溫度。

這是一個很巧妙的設計,不幸的是也有非常多的弊端:首先,它很容易誤報,烈日炎炎的夏天,警報可能就會響個不停;而且,黃油的安裝很不方便,還會滴得到處都是。后來有很多發明家前仆后繼,都沒能找出更好的解決方法。于是,這個難題一拖就是三十年。

直到20世紀40年代末,瑞士物理學家耶格(Walter Jaeger)誤打誤撞地發明了真正的煙霧探測器。這個計劃一開始是為礦場設計一種能夠探測瓦斯毒氣的報警器。

他們根據電離后的離子受煙霧粒子影響會使電離電流減小的原理,設計了一個“電離室”,利用放射性物質將這個小室的空氣電離出各種懸浮的離子。這些離子可以連通兩側的電路,令電流保持在一個穩定的水平上。

他預計進入傳感器的氣體會與電離的空氣分子結合,從而改變儀器電路中的電流。不料,小濃度的氣體對傳感器的電導率沒有影響。他的設備不符合其設計目的。耶格沮喪地點燃了一支香煙,卻意外地發現儀器上的儀表已經記錄了電流下降。他的香煙中的煙霧顆粒顯然已經完成了瓦斯毒氣無法做到的事情。

同時期的1939年,瑞士物理學家恩斯特·梅里(Ernst Meili)設計了一種能夠探測礦井中可燃氣體的電離室裝置。耶格(Walter Jaeger)和恩斯特·梅里(Ernst Meili)的實驗,為現代煙霧探測器的誕生鋪平道路,并在此基礎上建立了完整的火災自動報警系統。

國際消防界普遍以此作為火災自動報警系統的新起點。隨后經過大約十年的研究、制造和改良,煙霧探測器在1951年投入市場,首次在美國銷售。但是由于價格昂貴、體積較大、安裝時需要鋪設相應的線路,所以只在大型工廠和商業中心使用。

1965年,第一臺家用的低成本煙霧探測器由美國企業家皮爾薩奧(Duane D. Pearsall)開發出來。這是一種可以輕松安裝、可更換的電池供電單元。并于1975年開始批量生產這些家用煙霧探測器裝置。

1972年Donald Steele和Robert Emmark發明光電(光學)煙霧探測器由電子信號實驗室的,并于1972年獲得專利。

光電煙霧探測器技術簡介

由于離子感煙技術使用的是放射性物質,引起環境污染,盡管使用過程是安全的,但是在生產、儲存和報廢處理方面卻是十分困難的。隨著光電煙霧探測技術的發明,光電煙霧探測技術逐漸取代離子煙霧探測技術的趨勢越來越明顯。因為光電煙霧探測器具有無放射性污染、受風流和環境濕度變化影響小、成本低、高可靠性等優點。

光電煙霧探測器是基于煙霧粒子對光線產生散射、吸收(或遮擋)原理的煙霧探測器。減光式(或遮光式)光電煙霧探測器應用較少。

現在國內外生產和應用的大多數為散射光式光電煙霧探測器,它是基于光散射的原理:光電煙霧探測技術絕大多數采用散射光原理工作,基本原理為:在敏感空間無煙霧粒子存在時,探測器外殼之外的環境光線被迷宮阻擋,基本上不能進入敏感空間,紅外光敏二極管只能接收到紅外光束經多次反射在敏感空間形成的背景光,因此不產生光電流,電路處在正常監視工作狀態。

當煙霧顆粒進入由迷宮所包圍的敏感空間時,煙霧顆粒吸收入射光并以同樣的波長向周圍發射光線,部分散射光線被紅外光敏二極管接收后,使受光元件阻抗發生變化,形成光電流,從而實現了將煙霧信號轉變為電信號的功能。當光電流大到一定程度時,探測器即發出報警信號。

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