“煙霧探測(cè)器”前世今生，煙霧探測(cè)器的工作原理

火災(zāi)是當(dāng)今世界上發(fā)生頻率最高的災(zāi)害之一。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全世界平均每1天發(fā)生的火災(zāi)就高達(dá)1萬(wàn)多起，造成數(shù)百人死亡。而且火災(zāi)造成的損失，隨著時(shí)間的推進(jìn)還在呈幾何級(jí)地翻倍增長(zhǎng)。

由此產(chǎn)生了對(duì)火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)技術(shù)的迫切需求，尤其是火災(zāi)煙霧探測(cè)技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和較為廣泛的應(yīng)用。

煙霧探測(cè)器的工作原理

煙霧探測(cè)器，又叫煙霧報(bào)警器，是通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，由總線供電，與火災(zāi)報(bào)警控制器聯(lián)網(wǎng)、通訊組成一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)使用的傳感器類型來(lái)劃分，火災(zāi)煙霧探測(cè)器可分為離子煙霧報(bào)警器和光電煙霧報(bào)警器。

煙霧探測(cè)器的發(fā)展歷史

煙霧探測(cè)器自誕生至今，已經(jīng)走過(guò)了一百多年的歷史。

第一臺(tái)用電的自動(dòng)火災(zāi)探測(cè)器，是由愛(ài)迪生的合伙人、美國(guó)物理學(xué)家兼數(shù)學(xué)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(dāng)時(shí)一字之差的一個(gè)烏龍事件造成的——他的專利被錯(cuò)誤的標(biāo)記為“便攜式電動(dòng)輪胎報(bào)警”（ Portable Electric Tire-Alarm），正確的應(yīng)該是“Portable Electric Fire-Alarm”便攜式電動(dòng)火災(zāi)報(bào)警器。

隨后的1902年，英國(guó)工程師George Andrew Darby（喬治·安德魯·達(dá)比）在英國(guó)伯明翰申請(qǐng)了第一臺(tái)歐洲電熱探測(cè)器的專利。他的發(fā)明被稱為“黃油哨兵”，并被視為是現(xiàn)代煙霧探測(cè)器的前身。

他的發(fā)明構(gòu)造很簡(jiǎn)單：兩片電板，中間夾著一塊黃油，當(dāng)煙霧騰升而起時(shí)，它們就會(huì)融化黃油，令兩片電板互相接觸形成通路，從而引發(fā)警報(bào)。與其說(shuō)它在探測(cè)煙霧，不如說(shuō)它在探測(cè)溫度。

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

直到20世紀(jì)40年代末，瑞士物理學(xué)家耶格（Walter Jaeger）誤打誤撞地發(fā)明了真正的煙霧探測(cè)器。這個(gè)計(jì)劃一開(kāi)始是為礦場(chǎng)設(shè)計(jì)一種能夠探測(cè)瓦斯毒氣的報(bào)警器。

他們根據(jù)電離后的離子受煙霧粒子影響會(huì)使電離電流減小的原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)“電離室”，利用放射性物質(zhì)將這個(gè)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(cè)的電路，令電流保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平上。

他預(yù)計(jì)進(jìn)入傳感器的氣體會(huì)與電離的空氣分子結(jié)合，從而改變儀器電路中的電流。不料，小濃度的氣體對(duì)傳感器的電導(dǎo)率沒(méi)有影響。他的設(shè)備不符合其設(shè)計(jì)目的。耶格沮喪地點(diǎn)燃了一支香煙，卻意外地發(fā)現(xiàn)儀器上的儀表已經(jīng)記錄了電流下降。他的香煙中的煙霧顆粒顯然已經(jīng)完成了瓦斯毒氣無(wú)法做到的事情。

同時(shí)期的1939年，瑞士物理學(xué)家恩斯特·梅里（Ernst Meili）設(shè)計(jì)了一種能夠探測(cè)礦井中可燃?xì)怏w的電離室裝置。耶格（Walter Jaeger）和恩斯特·梅里（Ernst Meili）的實(shí)驗(yàn)，為現(xiàn)代煙霧探測(cè)器的誕生鋪平道路，并在此基礎(chǔ)上建立了完整的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

國(guó)際消防界普遍以此作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的新起點(diǎn)。隨后經(jīng)過(guò)大約十年的研究、制造和改良，煙霧探測(cè)器在1951年投入市場(chǎng)，首次在美國(guó)銷售。但是由于價(jià)格昂貴、體積較大、安裝時(shí)需要鋪設(shè)相應(yīng)的線路，所以只在大型工廠和商業(yè)中心使用。

1965年，第一臺(tái)家用的低成本煙霧探測(cè)器由美國(guó)企業(yè)家皮爾薩奧(Duane D. Pearsall)開(kāi)發(fā)出來(lái)。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(kāi)始批量生產(chǎn)這些家用煙霧探測(cè)器裝置。

1972年Donald Steele和Robert Emmark發(fā)明光電（光學(xué)）煙霧探測(cè)器由電子信號(hào)實(shí)驗(yàn)室的，并于1972年獲得專利。

光電煙霧探測(cè)器技術(shù)簡(jiǎn)介

由于離子感煙技術(shù)使用的是放射性物質(zhì)，引起環(huán)境污染，盡管使用過(guò)程是安全的，但是在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和報(bào)廢處理方面卻是十分困難的。隨著光電煙霧探測(cè)技術(shù)的發(fā)明，光電煙霧探測(cè)技術(shù)逐漸取代離子煙霧探測(cè)技術(shù)的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。因?yàn)楣怆姛熿F探測(cè)器具有無(wú)放射性污染、受風(fēng)流和環(huán)境濕度變化影響小、成本低、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

光電煙霧探測(cè)器是基于煙霧粒子對(duì)光線產(chǎn)生散射、吸收（或遮擋）原理的煙霧探測(cè)器。減光式（或遮光式）光電煙霧探測(cè)器應(yīng)用較少。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和應(yīng)用的大多數(shù)為散射光式光電煙霧探測(cè)器，它是基于光散射的原理：光電煙霧探測(cè)技術(shù)絕大多數(shù)采用散射光原理工作，基本原理為：在敏感空間無(wú)煙霧粒子存在時(shí)，探測(cè)器外殼之外的環(huán)境光線被迷宮阻擋，基本上不能進(jìn)入敏感空間，紅外光敏二極管只能接收到紅外光束經(jīng)多次反射在敏感空間形成的背景光，因此不產(chǎn)生光電流，電路處在正常監(jiān)視工作狀態(tài)。

當(dāng)煙霧顆粒進(jìn)入由迷宮所包圍的敏感空間時(shí)，煙霧顆粒吸收入射光并以同樣的波長(zhǎng)向周圍發(fā)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(fā)生變化，形成光電流，從而實(shí)現(xiàn)了將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的功能。當(dāng)光電流大到一定程度時(shí)，探測(cè)器即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。