煙霧報警系統(tǒng)2.0

隨著美國保險商實驗室(UL)出臺新規(guī)定，煙霧報警器標(biāo)準(zhǔn)有了很大的提高。例如，煙霧報警器現(xiàn)在必須能夠識別出官方漢堡包燃燒測試和以聚氨酯等煙霧形式存在的實際威脅之間的細(xì)微差別。使用單色光源的傳統(tǒng)煙霧報警器無法做到這一點，因此開發(fā)了新的解決方案ADPD188BI。

典型煙霧報警器包括探測器、具有算法的微控制器，以及揚聲器、LED指示燈或一氧化碳傳感器等其他元件。煙霧報警器中的基準(zhǔn)測量遵循所謂的減光原理，如圖1的原理圖所示。測量光源(L)和探測器(D)之間因存在顆粒而導(dǎo)致的暗光或消光，然后使用新的UL法規(guī)進(jìn)行評估。

圖1.基準(zhǔn)測量。

經(jīng)典煙霧報警器以離散方式設(shè)計，并通過向前散射發(fā)揮作用，其中特定波長的LED光（通常在紅外范圍內(nèi)）被粒子散射到光電二極管上。如圖2所示，LED和光電二極管之間的距離通常是幾厘米。

圖2.具有紅外LED的向前散射系統(tǒng)。

但是，不管是煙霧報警器的離散式設(shè)計，還是測量方法，都有缺陷。主要缺陷是單色LED會導(dǎo)致更高的誤報率，因為它會使區(qū)分不同的粒子變得更困難。此外，離散實施范圍很大，功耗高。大量校準(zhǔn)工作也是必要的。光學(xué)元件的技術(shù)日新月異，現(xiàn)在可以將LED和光電二極管以及光學(xué)前端集成到一個小外殼

圖3.ADPD188BI的功能框圖。

ADI公司創(chuàng)建了這樣一種技術(shù)：ADPD188BI。它有兩個LED（藍(lán)色和紅外）、一個光電二極管，以及直接集成到單個單元中的模擬前端。使用波長不同的二極管意味著有兩個不同的折射角，因此測量值更可靠。I2C或SPI上的數(shù)字輸出支持與微控制器連接。關(guān)聯(lián)框圖如圖3所示。有了集成LED、光電二極管和模擬前端，由于條件固定，就可以更輕松地校準(zhǔn)系統(tǒng)。校準(zhǔn)通常是單點校準(zhǔn)，可納入客戶的下線測試。圖4顯示了左側(cè)具有緊密集成的LED、模擬前端有光電二極管的ADPD188BI的原理圖。如圖中所示，完整信號鏈在單個5 mm × 3.8 mm芯片上實現(xiàn)。

圖4.ADPD188BI的原理圖。

ADPD188BI的工作原理是發(fā)射幾微秒的LED短脈沖，然后被粒子散射回光電二極管?？缱璺糯笃鲗a(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換為電壓，帶通濾波器濾除直流分量，積分器濾除來自高達(dá)80 dB的燈或太陽輻射的環(huán)境光的直流分量。之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

這一原理有很多優(yōu)勢。使用兩個LED可獲得高動態(tài)范圍和高SNR，從而減少誤報；此外，LED短脈沖導(dǎo)致低功耗。兩個二極管的雙線測量也使探測更精確；也就是說，不僅正常煙霧和燃燒漢堡包之間有差別，正常煙霧和蒸汽之間也有差別。因此，也可在廚房和浴室安裝并使用煙霧報警器。此外，由于條件預(yù)定以及物理尺寸減小，系統(tǒng)集成也意味著校準(zhǔn)更容易。該系統(tǒng)不僅符合UL的前瞻性條例，而且使較小的無煙室設(shè)計能夠更輕松地集成到任何房間。在此基礎(chǔ)上，ADPD188BI通過新的測量系統(tǒng)，滿足未來對安全性、成本和可靠性的所有要求。

作者簡介

自2015年2月至今，Christoph K?mmerer一直在德國ADI公司任職。他于2014年畢業(yè)于埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)，獲得物理學(xué)碩士學(xué)位。然后在利默里克市ADI公司擔(dān)任工藝開發(fā)實習(xí)生。2016年12月培訓(xùn)生項目結(jié)束后，Christoph正式成為ADI公司的現(xiàn)場應(yīng)用工程師，專門針對新興應(yīng)用領(lǐng)域。聯(lián)系方式：christoph.kaemmerer@analog.com。