技术文章—细究火灾烟雾探测的几种解决方案差异

当前巴西的森林大火无情的侵蚀着亚马逊丛林，让全世界关注这个占全球森林20%的面积、生活着世界上50%以上物种的世界之肺的命运。据称，这场大火是当地农民们为了在雨林中开垦适应种植的田地引火烧毁丛林导致的。事实上，类似的大火新闻报道总是层出不穷：前不久的巴黎一把大火烧毁了法国文化标志建筑巴黎圣母院让世界扼腕；两年前发生在英国伦敦西部一栋24层公寓大楼大火，在全世界直播画面中，数十人被烧死的悲惨让人心紧……

在科技文明十分发到的今天，我们总是会发现最原始的威胁依然存在于我们身边，我们的现代科技真的无能为力吗？对此，大量的消防科技开发企业一定是不同意的！事实上，全球很多国家大量铺设了消防设施，其中包括防范火灾的烟雾探测装置广泛应用于我们的生活环境中，成功避免了大量的火灾事故。然而，数据显示导致死亡的火灾现场60%没有配备烟雾报警器，23%的导致死亡的火灾现场都安装了烟雾报警器，但却因为频繁错误报警而被认为禁用。

传统的电离烟雾探测解决方案与光电探测方案对比分析

烟雾探测器传统上是采用电离报警器构建。然而，现在开始向光电烟雾报警器发展。相比光电烟雾报警器，电离报警器能够更快速地检测到快速燃烧的火灾，通常要快30秒到90秒。检测速度之所以存在这种差异，是因为烟雾扩散到烟雾腔中会有一个时间延迟。

但是，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分钟到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。美国保险商实验室(UL)将于2020年发布新版UL-217和UL-268标准，北美的所有烟雾报警器都必须符合这些标准。商业和住宅烟雾探测器正在重新设计，以满足这些新标准。

光电烟雾报警器使用多个波长的光源，因而可以区分微粒大小。借助多个波长，烟雾报警器得以区分不同类型的烟雾和常见的干扰源，从而提高烟雾报警器排除干扰源和避免误报的能力。ADI集成光学模块ADPD188B集成一个模拟前端、光电二极管、蓝光和红外LED，以实现烟雾和气雾剂检测，并利用2个LED波长有助于区分颗粒大小以减少误报。此外，其模拟前端 (AFE) 和集成设计可以改善电源管理，从而延长电池寿命。

此外，电离检测器使用辐射源（镅-241）让空气离子化，放入电场和测量电流，烟雾会中断电流。此类方案适合用于测量小颗粒，但是由于方案使用放射源容易引发健康方面的额担忧，而且检测慢燃/阴燃火源的效果不佳。光电检测器向取样容器(LED)发射光，测量散射光（光电二极管）从而实现烟雾探测。这类解决方案适合用于测量大颗粒，通常需要使用烟室来抑制环境光，减少/避免灰尘和昆虫/蜘蛛进入，而烟室降低系统性能、增加响应时间。因此，当今典型的光学检测器采用向前散射，长度为几厘米，收集数据需要较长路径。

而基于ADPD188BI用于烟雾和气雾剂检测的光学模块采用了反向散射，使用两种颜色来支持确定颗粒大小。全集成发光二极管、光电二极管、AFE、ADC、发光二极管驱动器和时序内核，从而使得体积更小（3.8mmx5mmx0.9mm），具有高度环境光抑制性能。除了满足UL217第8版和其他机构的要求外，还具有两种颜色支持粗略颗粒尺寸测定，能实现更多的设计和集成选项，包括无烟室设计，简化组装流程和供应链管理。更关键的是，该解决方案能区分不同的颗粒大小来排除生活中可能出现的干扰，大大提高探测准确度，从而避免频繁误报。

基于ADPD188BI的光电式烟雾检测系统测试

根据UL-217第8版烟雾探测器规范中列出的全套烟雾测试，对ADPD188BI进行评估。任何在北美销售的烟雾探测器都必须通过这些测试才能获得UL认证。通过表征系统对这些烟雾源的响应，这些测试向烟雾探测器制造商显示采用ADPD188BI的最终烟雾探测器设计的预期性能，并为分类和阈值设置算法提供指导。

所有测试均在美国伊利诺伊州迪尔菲尔德的保险商实验室进行。测试的操作和参考数据的收集均由UL人员完成。所有ADPD188BI硬件和软件均由ADI公司人员维护和操作。在UL试验室内，每个烟雾警报器位置处的烟雾遮蔽水平由安装在烟雾探测器测试位置附近的光电管光束组件监测，该组件与烟雾源相距预定距离（根据所进行的UL测试确定）。UL参考光束测量烟雾遮蔽水平与时间的关系，用每英尺遮蔽百分比表示。收集光束数据并加上时间标记，以与ADPD188BI传感器数据相关联。

ADPD188BI烟雾检测器经过以下测试：

纸张燃烧测试 – UL217 par. 51.2

木头燃烧测试 – UL217 par. 51.3

明燃的聚氨酯泡沫试验 – UL217 par. 51.4

阴燃烟雾测试 – UL217 par. 52

阴燃聚氨酯泡沫试验 – UL217 par. 53

烹饪干扰烟雾测试 – UL217 par. 54

灰尘测试 – UL217 par. 68

炫目测试 – EN14604（欧洲标准）

庚烷测试 - 以前的UL217要求，在版本8中被聚氨酯测试取代，仍然包括在一些欧洲规范中。

结论

ADPD188BI是一种利用双波长技术进行光学烟雾和气雾检测的光学模块，ADPD188BI模块中集成的ADPD1080模拟前端具有出色的光抑制性能，因此它能通过EN14604眩目测试，并支持实现成本更低的无腔烟雾探测器设计。

该器件已在美国保险商实验室按照UL217烟雾探测器认证标准进行了测试。收集每个测试的数据，并将参考光束响应与ADPD188BI的蓝光和红外响应时间对准来生成曲线。在所有测试中，ADPD188BI响应与参考数据符合得很好，证明该传感器能够检测UL217全套测试中的所有烟雾。