ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰

电子工程世界 中字

火灾是当今世界上发生频率最高的灾害之一。截止2019年6月,仅仅是中国发生的室内火灾就高达13.2万起,伤亡上千人!并且有数据表明,全世界平均每1天发生的火灾就高达1万多起,造成数百人死亡。而且火灾造成的损失,随着时间的推进还在呈几何级地翻倍增长。由此产生了对火灾预防技术的迫切需求,作为室内火灾的重要防御措施,烟雾传感器被广泛应用,其技术研究也成为了业界关注的重点。

作为关乎生命安全的设备,不少国家已经出台相关的法律规定每一个房间都必须安装一个烟雾报警器。然而就算如此,根据美国国家消防管理局NFIRS系统的火灾统计,依旧有60%的人员死亡在烟雾报警器被禁用或者未安装的情况下,23%安装了烟雾报警器但是却因为某些原因被禁用,极有可能是干扰源过高或者未更换电池导致了死亡。再加之当今社会合成材料过多,相比过去人们的逃生时间减少了83%,这也对新一代烟雾传感器提出了更高的挑战。

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

烟感技术更迭,详析两代技术的优劣

如今的烟雾传感主要使用两种检测技术——光电和电离技术。传统的电离检测器使用放射源镅241(Am241),利用放射性衰变让空气中的颗粒离子化。它被放置在电场内部,用于测量电极之间的电流,一旦有烟雾进入电离室,就中断电流发出警报。这种装置的优点是十分擅长检测小颗粒,但是也存在不能忽视的弊端,就是使用的是放射性物质,引起环境污染,尽管使用过程是安全的,但是在生产、储存和报废处理方面却是十分困难的。此外,相关机构对市场上的4种离子烟雾探测器做的独立测试,发现离子烟雾探测器只能在有火苗的情况下报警,对于慢燃和阴燃的报警效果表现很差。

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

之后随着光电烟雾探测技术的发展创新,光电烟雾探测技术有着逐步取代离子烟雾探测技术的趋势。其大多采用的散射光原理工作,摒弃了放射源,受风流和环境湿度变化影响小、成本也低,适用于大颗粒的监测。光电型烟雾探测器里面有一个光学迷宫并且安装了红外对射管,当无烟时红外接收管接收不到红外发射管发出的红外光,但是如果当有烟尘进入光学迷宫时,烟尘通过折射、反射,接收管接收到红外光,智能报警电路判断是否超过阈值,如果超过阈值就会发出警报。对比之下,似乎光电烟雾传感器更胜一筹,不过要想最大限度发挥火灾预警作用,这还远远不够。如今市场上典型的光学检测器,都是用向前散射几何,其长度为5-10CM,LED与光电二极管之间有着近150°的角,导致数据收集的路径过长,再加上用于消除环境光干扰的模块,这让烟雾探测尺寸过大,并且反应时间长。

ADI开启“勿扰”模式,有效防患于未“燃”!

对此,ADI公司发布了一款集成光学模块ADPD188BI ,体积只有3.8mm×5mm×0.9mm。在单个封装内集成了两个LED、光电二极管和模拟前端(AFE)。两个不同颜色的LED(蓝光与红外光)意味着有两个不同的折射角, 因此测量值更可靠,能够区分不同大小的颗粒,有助于减少蒸汽和灰尘引起的误报,完美的解决了烟雾传感器所存在的干扰弊端。

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

ADPD188BI采用创新的反向散射方法缩短数据收集的路径,发射几微秒的LED短脉冲然后以近10°的小角度检测返回的光信号,这有效的减小了电路板的尺寸,能够集成更多的器件,得到更小的烟雾探测器,之后,跨阻放大器将产生的电流转换为电压,带通滤波器滤除直流分量,积分器滤除来自高达80 dB的灯或太阳辐射的环境光的直流分量。最后,由模数转换器将电压转换为数字信号。

此外,ADPD188BI配备了高性能AFE与采用的集成设计不仅可以改善电源管理、支持无线产品的设计,其提供的高达80 dB的环境光抑制和宽动态范围,也能有效的减小误报。在生产测试和装配时,简化的设计提高了制造流程效率,校准也更加容易,并且在架构上对于住宅和商业用途更加兼容。

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

其次ADPD188BI 的设计也符合新的UL217要求以及EN54/14604规范。相较于市面上的电离检测器,ADPD188BI在阴燃的情况下也是表现出色,在大部分阴燃的情况下会产生较多的大颗粒烟雾,准确的区分烟雾与蒸汽是目前部署烟雾探测器最具挑战的领域。而ADPD188BI 不同颜色的LED设计能够完美的解决这一挑战,并从系统中去除蒸汽对传感器的影响,这十分有利于家居环境的浴室与厨房环境。此外,在UL217的要求中新增加了一项新的测试,叫做“汉堡包干扰测试”,目的是必须能够识别出官方汉堡包燃烧测试和以聚氨酯等烟雾形式存在的实际威胁之间的细微差别,使用单色光源的传统烟雾报警器无法做到这一点,而ADPD188BI在测试中确保了每英尺未遮蔽1.5 %时不会误报。

ADI集成光学模块解决烟雾传感器的干扰弊端

俗话说“贼偷一半,火烧全光”,火灾是全世界人民共同面临的灾难性问题,给人类社会造成了不少财产乃至生命的损失。近年来,全球各地的城市社区火灾、居民家庭火灾起数及伤亡人数明显增多,火灾形势十分严峻,并且有逐年升高的趋势,因此做好消防工作普及烟雾传感器的行动已迫在眉睫。ADI公司的集成光学模块ADPD188BI 以低成本,小尺寸,低误报率,高续航的“姿态”强势出现,注定会加速此行动的部署脚步。

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