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烟雾探测技术概览及ADI烟感产品ADPD188BI的介绍

本文总结整理了Analog Devices, Inc. 工程师撰写的数篇技术文章,对目前的烟雾探测技术,国际标准,Analog Devices 的产品做了一个简单介绍。

两种主要的烟雾探测技术

烟雾探测器系统中主要采用以下两种烟雾探测技术:

  1. 电离系统:在两个导电板之间掺加了少量放射性材料。如此对空气进行离子化,使得电流流动。在烟雾进入腔室中时,它会减少电流流动,并触发警报。有些欧美国家禁止使用电离探测器,因为它们无法保证精准探测到萌发初期的火灾。
  2. 光电烟雾探测器:使用光来检测火灾。在探测器内部,有一个光感测腔室,使用光来探测烟雾。当检测到烟雾时,它会将LED光折射到光电探测器中。光束到达此传感器时,即触发警报。

烟雾探测器传统上是采用电离报警器构建,而目前正在开始向光电烟雾报警器发展。电离报警器与光电烟雾报警器相比,

  • 电离报警器: 能够更迅速地检测到快速燃烧的火灾,通常要快30秒-90秒。原因在于烟雾扩散到烟雾腔中会有一个时间延迟。
  • 光电烟雾报警器: 对阴燃火灾的响应速度要快得多,通常快10分钟-50分钟。光电烟雾报警器也不易发生滋扰报警,例如烧焦吐司或淋浴蒸汽等并不会引发报警。

有关烟雾探测的国际标准

国际

  • ISO7240:2018年发布的全球标准,其中第7部分 (采用散射光、透射光或电离的点式烟雾探测器) 与烟雾有关。
  • 中国:关于点式烟雾探测器的标准。是依照ISO7240的2003年版本。

美国&加拿大

  • UL 268:用于火灾报警系统的烟雾探测器 (第7版计划于2021年6月30日生效)
  • UL 217:烟雾报警  (第8版计划于2021年6月30日生效)

欧洲

  • EN 14604:烟雾报警设备(2006)
  • BS EN 54:火灾探测和火灾报警系统(2015)   第29部分:多传感器火灾探测器——使用烟雾和热传感器组合的点式探测器

ADI的集成光学模块ADPD188BI

这里我们向您推荐ADI的集成光学模块ADPD188BI,在单个封装内集成光电二极管和模拟前端 (AFE) 和两个 LED。高性能 AFE 提供高环境光抑制能力,并降低功耗以延长电池寿命,而两个 LED则有助于减少蒸汽和灰尘引起的误报。

ADPD188BI的集成式设计使用两种颜色来区分不同大小的颗粒,从而提高烟雾检测和分类的能力,并排除干扰源。支持反向散射设计,LED 更接近光电二极管,从而减小电路板尺寸,使得烟雾探测器可以更小更适应住宅和商业用途建筑。

 

主要优势

  • 烟雾到二进制(Smoke-to-bits)的解决方案
    • 集成LED,光电二极管和AFE
    • LED波长:470 nm, 850 nm
    • 温度范围:-40°C到+85°C
  • 更少的滋扰警报
    • 双波长,动态范围宽,信噪比高
    • 符合最新的UL 217/UL 268烟雾测试
  • 减少碳电路板尺寸
    • 3.8 mm × 5.0 mm × 0.9 mm
    • 小尺寸使更多的工业设计选项成为可能
  • 低功耗
    • 平均25 μW (四种脉冲配置)
  • 工厂校准
    • 更简单,成本更低的生产流程
  • 更高的可靠性
    • 减少组件数量
    • 消除LED供应链管理要求

工作原理

ADPD188BI模块包含两个光学检测器。

  • 光电检测器1 (PDET1):具有0.4mm2的有效面积,连接到ASIC的通道3
  • 光电检测器2 (PDET2):具有0.8mm2的有效面积,连接到ASIC的通道4

这两个光电二极管可以组合成一个有效面积为1.2 ㎟的检测器。该模块将双通道光电检测器与两个独立的LED和混合信号光度测量前端ASIC组合成一个紧凑的光学测量器件。双波长ADPD188BI采用470 nm蓝光LED和850 nm红外LED。在散射测量中,不同波长的组合可以区分不同类型的烟雾、灰尘和水蒸气的粒度。板载ASIC包括模拟信号处理模块、ADC、数字信号处理模块、I2C和SPI通信接口,以及三个可独立编程的脉冲LED电流源。

核心电路激励LED并测量相应的光学返回信号。数据可以直接从输出寄存器读取,或通过先进先出(FIFO)缓冲器读取。

利用这种高集成度光学解决方案可实现低功耗、小尺寸解决方案,减少恶劣环境中由于灰尘、蒸汽和其他干扰源造成的烟雾误报。

光学元件

光电二极管

ADPD188BI集成了一个1.2 ㎟深结光电二极管。光学检测区域为双通道检测器,连接到ASIC中的通道PD3和通道PD4。光电二极管可从时隙A或时隙B访问。

LED

ADPD188BI模块集成了一个蓝光LED和一个红外LED。

LED主波长
LED颜色 驱动器 典型波长(nm)
蓝光 LED1 470
红外 LED3 850

 

除集成LED外,ADPD188BI还能驱动外部LED。

 

应用领域

  • 楼宇自动化系统
  • 轨道交通火灾报警系统
  • 锂电池包火灾报警系统  

原文链接 (ADI网站)

楼宇烟雾探测技术:关于各种规范和认证

ADPD188BI 

烟雾报警系统2.0

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