传感器的重要应用—火灾探测器

来源：罗姆半导体社区

现如今传感器的应用范围可以说是越来越广了。不管是科研还是生活方面，传感器总能占有一席之地。其中不得不提的就是在各项抢险救灾中屡展英姿的火灾探测器了，火灾探测器是消防火灾自动报警系统中，对现场进行探查，发现火灾的设备。火灾探测器是系统的“感觉器官”，它的作用是监视环境中有没有火灾的发生。一旦有了火情，就将火灾的特征物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光强等转换成电信号，并立即动作向火灾报警控制器发送报警信号。

火灾探测器是火灾探测系统最重要的组成部分之一，它至少含有一个能连续或以一定频率周期探测物质燃烧过程中所产生的各种物理、化学现象的传感器, 并且至少能向控制和指示设备提供一个适合的信号。传统火灾探测器的探测原理是基于火灾过程中的物理参量, 如粒子密度, 温度, 火焰的电学、光学特性变化来进行火灾识别, 这种识别模式很难可靠地发现早期火灾, 如感烟探测器不能探测到酒精火焰, 感温探测器不易探测到阴燃火。在现代高大空间建筑中, 当存在遮挡和环境干扰的时候, 常规的感烟、感温探测器由于火灾燃烧产物在空间传播受空间高度和面积的影响, 很难对火灾发生快速响应。近年来, 由于气体传感技术有了长足的进步, 气体传感器和传统火灾探测器结合形成多元参数复合探测技术, 以及开发研究新型火灾气体传感器, 已成为火灾探测领域的趋势.

其基本功能就是对物质燃烧过程中产生的各种气、烟、热、光(火焰)等表征火灾信号的物理、化学参量做出有效响应, 并转化为计算机可接收的电信号, 供计算机分析处理。火灾探测器一般由敏感元件 传感器、处理单元和判断及指示电路组成, 其中敏感元件 传感器可以对一个或几个火灾参量起监视作用,做出有效响应, 然后经过电子或机械方式进行处理, 并转化为电信号 。

而它的类型又分以下几种：

感烟火灾探测器 

感烟火灾探测器是一种响应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器，是使用量最大的一种火灾探测器。因为它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，因此，有的国家称感烟火灾探测器为“早期发现”探测器。

常见的感烟火灾探测器又有离子型、光电型等几种。

离子感烟探测器

由内外两个电离室为主构成。外电离室（即检测室）有孔与外界相通，烟雾可以从该孔进入传感器内；内电离室（即补偿室）是密封的，烟雾不会进入。火灾发生时，烟雾粒子窜进外电离室，干扰了带电粒子的正常运行，使电流、电压有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，探测器就会产生感应而发出报警信号。

光电感烟探测器

内部有一个发光元件和一个光敏元件，平常由发光元件发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就会显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化转换成电流的变化，通过放大电路发出报警信号。

吸气式感烟探测器

一改传统感烟探测器等待烟雾飘散到探测器被动进行探测的方式，而是采用新的理念，即主动对空气进行采样探测，当保护区内的空气样品被吸气式感烟探测器内部的吸气泵吸入采样管道，送到探测器进行分析，如果发现烟雾颗粒，即发出报警。

在各种灾害中，火灾是严重威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。引起火灾的原因有很多种，常见的原因如电器使用不当、吸烟起火、生活用火不当等。

火灾对人身以及财产安全都会造成很大的影响，特别是人身安全这一块。一旦发生火灾，空气中的氧气就会逐渐减少，而氧气在人体呼吸中是不可或缺的角色，长时间缺氧会造成昏迷甚至死亡。另外火灾的高温也会使人虚脱，燃烧产生的烟尘会对呼吸系统以以及眼鼻黏膜造成损伤。

因此我们有必要把预防火灾落实到平时的生活以及工作中，把安全放在第一位，这就需要有完善的火灾预警报警系统，通过网络即时将信息进行传达，建立起一种常态的防火防灾模式。

为了预警火灾，必须要建立物联网火灾预警系统，将火灾在萌芽时候的信息发出警报并传送到远程。

在一个典型的火灾报警过程中，火灾探测器在整个火灾报警系统居于核心地位，火灾探测器的性能直接决定了火灾预警的准确性和及时有效性。而火灾探测器的核心就是氧气传感器，氧气传感器之于火灾报警系统就相当于传感器之于物联网的关系。传感器好比人的眼耳口鼻，但又不仅仅只是人的感官那么简单，它甚至能够采集到更多的有用信息。既然如此，就可说这些传感器是整个物联网系统工作的基础，正是因为有了传感器，物联网系统才有内容传递给“大脑”。

而火灾探测器的内部构造也大有花样：

敏感元件：敏感元件作为火灾探测器构造的一部分可将火灾燃烧的特征物理量转换成电信号。

电路：将敏感元件转换所得的电信号进行放大并处理成火灾报警控制器所需的信号。

转换电路

它将敏感元件输出的电信号变换成具有一定幅值并符合火灾报警控制器要求的报警信号。它通常包括匹配电路、放大电路和阈值电路。具体电路组成形式取决于报警系统所采用的信号种类，如电压或电流阶跃信号、脉冲信号、载频信号和数码信号等。

抗干扰电路

由于外界环境条件，如温度、风速、强电磁场、人工光等因素，会对不同类型的探测器正常工作受到影响，或者造成假信号使探测器误报。因此，探测器要配置抗干扰电路来提高它的可靠性。常用的有滤波器、延时电路、积分电路、补偿电路等。

保护电路

用来监视探测器和传输线路的故障。检查试验自身电路和元件、部件是否完好，监视探测器工作是否正常；检查传输线路是否正常（如探测器与火灾报警控制器之间连接导线是否通）。它由监视电路和检查电路组成。

指示电路

用以指示探测器是否动作。探测器动作后，自身应给出显示信号。这种自身动作显示通常在探测器上设置动作信号灯，称作确认灯。

接口电路

用以完成火灾探测器和火灾报警控制器问的电气连接，信号的输入和输出，保护探测器不致因安装错误而损坏等作用。

它是探测器的机械结构。其作用是将传感元件、电路印刷板、接插件、确认灯和紧固件等部件有机地连成一体，保证一定的机械强度，达到规定的电气性能，以防止其所处环境如光源、阳光、灰尘、气流、高频电磁波等干扰和机械力的破坏。

在火灾预警系统中，选择准确而灵敏的氧气传感器是十分重要的。我们都知道燃烧需要氧气，而密闭空间内氧气含量是一定的。当火灾发生后，火焰燃烧不断消耗氧气，导致空间内氧气浓度会迅速降低，反应灵敏的氧气传感器就会迅速测到氧气浓度低于规定的阈值，然后发送火灾信号到控制端。氧气报警传感器一般的报警设置是低报19.5%，高报23.5%。在一般环境中，人们吸进的空气，按体积计算，氧气占20.93%，二氧化碳占0.03%；呼出的气体中，二氧化碳上升到约占3.5%，氧气下降到约占17%。氧气浓度超过23%的危害不在于对人体有危害，而在于消防意义上的危害。 当氧气浓度超过23%，有些物质会引起燃烧，并且是剧烈燃烧。

氧气传感器KE-25非常适合用于火灾报警检测。氧气传感器 KE-25特性：长寿命；不受CO2，CO，H2S，NOx，H2影响；低成本；在常温下工作；信号输出稳定；无需外部电源；不需加热。

审核编辑 黄昊宇