对烟雾传感器的研究

1、深圳大学研究生课程论文题目 对烟雾传感器的研究 成绩 专业 光学 课程名称、代码 光传感技术 131016020311 年级 2012级 姓名 刘佳敏 学号 2120160104 时间 2012 年 12 月 任课教师 李学金 深圳大学课程论文-对烟雾传感器的研究对烟雾传感器的研究电子科学与技术学院光学专业 刘佳敏 学号：2120160104【摘要】烟雾传感器使用安装在少烟，禁烟场所探烟雾离子，能够准确地检测烟雾，当烟雾浓度超过限量时，传感器发生声光告警，并向采集器输出告警信号。离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器

2、。光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，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，如果超过则发出警报。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。【关键字】烟雾传感器；火灾；报警；环保；净化1、烟雾传感器基本概况、分类及其原理介绍1.1基本概况烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范、检测空气质量的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广

3、泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 功能特点 光学迷宫 采用低功耗cmos微处理器 特殊防潮设计 独立/联网/无线输出方式（可选） 具有手动测试、手动复位功能 工作性能稳定可靠 单面pcb工艺 采用超薄式结构设计 结构设计独特，防尘、防虫、抗外界光线干扰 技术参数 工作温度：-10+50 报警浓度：0.6515.5%ft 工作湿度：1090% 工作电源：12vdc/9vdc 信号输出：常开/常闭 安装方式：吸顶 外壳：阻燃树脂 产品尺寸：直径105mm 厚度32mm1.2分类及原理1.2.1 离子式烟雾传感器 该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一

4、种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。 1.2.2 光电式烟雾传感器 光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外

5、对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，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，如果超过则发出警报。 光电感烟探测器可分为减光式和散射光式，分述如下：(1) 减光式光电烟雾探测器 该探测器的检测室内装有发光器件及受光器件。在正常情况下，受光器件接收到发光器件发出的一定光量；而在有烟雾时，发光器件的发射光到受到烟雾的遮挡，使受光器件接收的光量减少，光电流降低，探测器发出报警信号。 (2) 散射光式光电烟雾探测器 该探测器的检测室内也装有发光器件和受光器件。在正常情况下，受光器件是接收不到发光器件发出的光的，因而不产生光电流。在发生火灾时

6、，当烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，使发光器件发射的光产生漫射，这种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了烟雾信号转变为电信号的功能，探测器收到信号然后判断是否需要发出报警信号。总结1、两种传感器的比较： 离子烟雾报警器对微小的烟雾粒子的感应要灵敏一些，对各种烟能均衡响应；而前向式光电烟雾报警器对稍大的烟雾粒子的感应较灵敏，对灰烟、黑烟响应差些。当发生熊熊大火时，空气中烟雾的微小粒子较多，而闷烧的时候，空气中稍大的烟雾粒子会多一些。如果火灾发生后，产生了大量的烟雾的微小粒子，离子烟雾报警器会比光电烟雾报警器先报警。这两种烟雾报警器时间间隔不大，但是这类火灾的

7、蔓延极快，此类场所建议安装离子烟雾报警器较好。另一类闷烧火灾发生后，产生了大量的稍大的烟雾粒子，光电烟雾报警器会比离子烟雾报警器先报警，这类场所建议安装光电烟雾报警器。 1.2.3 气敏式烟雾传感器 气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（r11、r12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。 它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从

8、而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。 其中气敏传感器有一下几种类型： (1)可燃性气体气敏元件传感器, 包含各种烷类和有机蒸气类(voc)气体, 目前大量应用于抽油烟机、泄漏报警器和空气清新机; ( 2)一氧化碳气敏元件传感器, 一氧化碳气敏元件可用于工业生产、环保、汽车、家庭等一氧化碳泄漏和不完全燃烧检测报警; (3)氧传感器, 氧传感器应用很广泛, 在环保、医疗、冶金、交通等领域需求量很大; (4)毒性气体传感器,主要用于检测烟气、尾气、废气等环境污染气体。 气敏式烟雾传感器的典型型号有mq-2气体传感器。该传感器常用于家庭和工厂的气体泄漏装

9、置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。 总结2气敏式烟雾传感器与离子式烟雾传感器的比较： 火灾烟雾是由气、液、固体微粒群组成的混合物，具有体积、质量、温度、电荷等物理特性。离子型烟雾探测器是通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化装置。当烟雾粒子进入电离室，改变了电离室空气的电离状态，从而宏观表现为电离室的等效电阻增加引起电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。而气敏式传感器是探测空气中某些可燃气体的成分，所以在火灾探测方面，气敏式传感器性能并不如离子式传感器。探测空气中可燃气体的含量。有效地探测煤气、液化石油气、然气、一氧化碳等多种

10、可燃性气体的微量泄漏。适用于石油、化工、煤炭、电力、冶金、电子等工业企业，以及煤气厂、液化石油气站、氢气站等生产和贮存可燃性气体的场所。2、烟雾传感器的应用2.1在防火方面的应用烟雾传感器用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险及火灾危险的场所，能对烟雾进行就地检监测、遥测和集中监视，能输出标准的开关信号，并能与国内多种生产安全监测系统及多种火灾监控系统配套使用，亦可单独使用于带式输送机巷火灾监控系统；具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对火灾初期各类燃烧物质阴燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报。2.1.1 触发器件

11、在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件，主要包括手动报警按钮和火灾探测器。手动报警按钮是手动方式产生火灾报警信号的器件，火灾探测器是能对火灾参数(如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号的器件。对于宾馆类建筑，为了精确预报失火位置，最大限度减小探测器的误报率，选用感烟探测器、感温探测器来组成区域火灾探测器网络。客房内卧室、书房、餐厅、会客室使用带蜂鸣器底座探测器，客房内任意区域探测器向控制室发出火灾报警信号同时触发蜂鸣器发出蜂鸣声，提醒处于熟睡或工作状态的客人快速撤离。 1)感烟探测器 感烟式火灾探测器是利用一个小型烟雾传感器响应悬浮在其周围附近大气中的

12、燃烧和（或）热解产生的烟雾气溶胶（固态或液态微粒）的一种火灾探测器。一般有离子式和光电感烟火灾探测器。本系统选用光电式感烟探测器。光电式感烟探测器有由一个烟雾检测室，里面设有一个光源和一个感光元件。光源的光线一般不能照射到感光元件上，但是当有烟雾进入后，光线在烟雾中产生散射，从而有部分光线射到感光元件上，烟雾越浓，散射到感光元件上的光线就越多，感光元件再把光信号转换为电信号进行输出火灾控制器。 2)感温探测器 在火灾初起阶段，使用热敏元件来探测火灾的发生时一种有效的手段。感温式火灾探测器可以根据其作用原理分为定温式火灾探测器、差温式火灾探测器和差定温火灾探测器三种。本系统选用空气管线型差温火灾

13、探测器。它由空气管和膜盒以及电路部分组成，当环境温度缓慢变化时，空气管内空气受热膨胀后，能从膜盒的漏气孔泄出，因此不会推动波纹片，电接点不会闭合；当环境温度上升很快，空气管内的空气受热膨胀迅速，来不及从膜盒的漏气孔泄出，膜盒内压力增加，推动波纹片位移，使接点闭合，从而产生火灾报警信号。 2.1.2 火灾报警装置 在火灾自动报警系统中，用以接受、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其他辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。本系统采用火灾声光报警器，这是一种安装在现场的声光报警设备，当现场发生火灾并确认后，安装在现场的火灾声光报警器可由消防控制中心的火灾报警控制器启动，发出强烈的声光报

14、警信号，以达到提醒现场人员注意的目的。考虑到探测器报警的可靠性，系统采用预警和火警两级报警方式。当区域内同种或两种探测器单回路报警时，系统发出一级报警，这需要工作人员进一步确认；当双回路报警或手动装置报警时，系统认为火灾发生，发出火灾警报，并通过消防控制系统启动灭火系统进行灭火。2.1.3 联动控制系统 宾馆类建筑的火灾自动报警系统的联动设备主要由室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统、防排烟系统、以及火灾报警装置和消防应急照明等部分组成。 1）消防联动控制设备对室内消火栓系统应控制消防水泵的启、停，且应显示启泵按钮的位置和显示消防水泵的工作、故障状态。 2）消防联动控制设备对自动喷水和水喷雾灭火

15、系统应控制系统的启、停，且应显示消防水泵的工作、故障状态和显示水流指示器、报警阀、安全信号阀的工作状态。此外，对水池、水箱的水位也应进行显示监测；为防止检修信号阀被关闭和所造成不必要的损失，作者认为应采用带电气信号转换的控制信号阀进行显示监测系统的控制信号阀之开启状态。 3）防烟和排烟系统中，在电动防火阀处设控制模块。经火灾报警候开启相应防烟分区内的加压送风口或排烟口的电动防火阀，关闭有关部位的空调送风系统，并返回动作信号。联动控制台与防烟和排烟风机控制箱之间应设多线制联动控制线，以便在联动控制中能自动和手动控制防烟和排烟风机的启停。显示风机状态信号和消防供电电源的工作状态。空调送风系统亦如此

16、。 4）确认火灾后，联动控制台在启动上述联动系统的同时，通过报警装置发出警报，提醒客人及工作人员尽快撤离。 2.2在环保方面的应用2.2.1、无烟烟灰缸当今社会环保意识深入广大人民群众，现在很多产品都打着环保的招牌来吸引顾客，确实环保对于如今大多数追求生活品味的人来说需求很大，环保绿色产品在市场 上的销路都比较大，因此开发绿色产品已经成为科技人员的追求目标。市场上能够清除烟雾的烟灰缸成品比较少，能够自动感应启动的几乎没有。这个能够自动感应的除雾烟灰缸，该产品利用了市场上比较流行的灵敏性很好的mq2传感器，因此该产品的灵敏性相当不错，而且我们采用了几层过滤，极大 程度上分解烟雾的有害物质，是使室

17、内的空气达到环保的最理想产品。在家居和办公室里，由于男主人抽烟太多，往往引起室内因雾弥漫，特别是冬天，室内通风不太好时，将给室内人员的身体健康带来损坏。传统烟灰缸只能盛烟灰而 不能吸掉对人体和环境有害的烟雾，本装置通过利用烟雾传感器，当烟雾扩散时，烟雾传感器感应到烟雾时，继电器打到no，风扇开始工作，马达转动，风扇产生 吸力将烟雾吸入到装有活性炭和负离子的过滤外壳中，排出清新干净的气体，极大地改善室内环境，具有环保的现时意义。图1.无烟烟灰缸工作电路系统工作流程：电路如图所示， mq2为烟雾传感器，fan为5v电机。电路采用交流供电，220v交流市电从插头引入电路，经电源变压器降压后变为直流，

18、直流电压直接供传感器 mq2的加热丝h-h工作，加热丝给传感器mq2预热一定时间后，才能正常检测烟雾。稳压电压同时供控制电路工作，接在继电器、通电指示灯和风扇上。 当mq2所处的环境烟雾在允许范围内时，其两端输出电极h-h间导电率很低，则加在电极间两端hh电压很低，则输出电压升高，晶体管9013导通，此 时加在继电器jrc4100f两端的电压达到它的启动电压（v），继电器跳转，通电指示灯熄灭；风扇fan电路接通，风扇工作，开始吸收烟雾。风扇产 生吸力将烟雾吸入装有活性炭过滤筛的壳体，先经过一层活性炭过滤后，再经过负离子发生器，从而除掉有害物质。过滤筛可以拆下来清理或更换，活性炭也可以更 换。当

19、烟雾逐渐减少，传感器mq2导电率升高，加在电极间两端hh的电压升高，输出电压变小，晶体管9013截止，则继电器jrc4100f两端电 压为零，继电器跳转为常态，风扇fan停止转动，通电指示灯变亮。无烟烟灰缸创作特色：绿色环保：让你的家、办公室，在吸烟的情况下也拥有21世纪人类的最佳选择。香烟点燃时所释放的烟雾能被活性碳过滤吸收，释放出清新空气，让您和家人免受二手烟的危害，关爱生命，关爱健康，提倡环保。外型美观：设计新颖，外型有头盔，石膏制作成的盘坐着的女人，加上一些其他的设计等形如一个真人，摆放办公室或家里还如艺术品。人性化设计：将香烟放入烟槽，烟缸立即开始工作，让你的周围永保清新空气。同时背

20、后有一个负离子发生器，是一个能产生对人体有益的负离子的装置。2.2.2烟雾浓度传感器在车内空气净化方面的应用在汽车驾驶室中，烟雾污染问题比较普遍。为了排除烟雾，保持车内空气清新，在一些高档汽车特别是安装了智能空调的轿车上通常都装有烟雾浓度净化装置。实际应用结果证实，以其重要的信号反馈元件光纤传感器为主的烟雾浓度传感器在改善汽车驾驶室环境方面发挥着重要作用。车辆在行驶过程中，乘客吸烟是经常发生的事情，香烟中的粒子会对车内的空气造成一定程度的污染，如果对其视而不见，当烟雾超过一定浓度时就会对驾乘人员产生很大影响，如眼睛与喉咙疼痛等，间接提高了交通事故的发生率。简单地说，该装置是从吸附及换气两个方面

21、来实现净化空气的功能的。吸附功能比较简单，通常是指在装置中使用一些过滤网（见图2），更高级一些的汽车为了去除异味在滤网中通常加入活性碳等物质，以进一步增加其吸附性能。图2. 用于空气净化的吸附滤网结构分析图3为空气净化器的烟雾进口示意简图，通过细逢的空气可以自由地流入净化器内部。图3. 空气净化器烟雾进口简图图4为净化器内部电路简图，烟雾由入口的细缝进入净化器内部，发光元件（led）间歇地发出人眼无法看到的红外线，在没有烟雾及细小浮尘的情况下，红外线射不到光敏元件上，电路不工作；当烟雾等颗粒进入到净化器内部并达到一定浓度时，烟雾的粒子对间歇闪射的红外光进行漫反射，部分反射及折射后的红外光射到光

22、敏元件上，传感器接收到此信号判断出车内存在烟雾，信号被反馈到智能空调系统的ecu，ecu控制鼓风电机开始工作，同时将空调送风模式自动切换到外循环（车外清洁空气进入车内进行换气），从而达到始终为驾驶舱提供清洁空气的目的。图4. 空气净化器内部电路示意图图5为烟雾浓度传感器的工作原理简图，烟雾等气体颗粒由进气口进入净化装置内部，在感光区域形成漫反射，此时的烟雾颗粒即成为了光信号的载体，正是由于它的存在，发光元件产生的光信号才会被反射到感光元件上，从而完成传感器对信号的监测、反馈及空调系统实施的全过程。图5. 烟雾浓度传感器工作原理示意图3、新型光电式烟雾传感器及其应用3.1传感器原理及结构3.1.

23、1传感器原理烟雾是由无数微粒组成的, 当一束强度为io 的平行单色光入射到这些微粒场时, 会受到颗粒团散射和吸收的影响, 光强将衰减为i (i 0) 也将保持不变,u 输出端为1 电平。有光照时,u两输入端的电压变为:(ua +ua )- (u b+ub ) = (ua - ub ) + (ua -ub)式中, ua、ub 为外界入射光引起的u 两输入端的电压变化。由于两接收管l 3、l 4 距离较近, 外界入射光对l 3、l 4 的影响几乎相同, 即uaub , 因而u 两输入端的电压仍为(ua - ub0) ,u 输出端仍为1 电平。发生火灾时, 烟雾进入l 2 与l 4 间的窗口, 使入

24、射到l 4 的光强减少,ua 变小而u b 不变, 使u a - u b 0,u 输出端由1 变0, 单片机测到该端为0 时进入报警程序。为进一步降低传感器功耗, 延长发射管寿命, 可由单片机输出口p1 控制l 1、l 2 在脉冲方式下工作, 即p1 为0 时(0.2 秒)q 1 通, l 1、l 2 发射, 同时单片机检测u 输出端p2 的电平状态,有烟雾时, p2= 0, 若连续3次测到p2= 0则进入报警程序。p1= 1 时(0.8 秒) ,q1 关断,l 1、l 2不发射, 传感器进行自检。传感器的自检：传感器好坏关系到能否及时发现火警, 因此传感器需经常自检以便及时发现问题。自检时单

25、片机输出口p1= 1,q2导通(模拟烟雾产生后的效果) , 单片机输入口p2 若测到p2= 0 则正常, 否则说明该传感器有故障, 单片机进入故障报警。传感器工作时序见图8。3.3传感器的应用由于该传感器成本极低(不到5 元) , 一间实验室可布置18 只传感器, 电路图见图10。图中p11、p21、p81 分别对应8 只传感器的p1 端, 其他端以此类推。p11、p41 相连后接单片机p312 口(设置成输出口) , p51、p81 相连后接单片机p313 口(设置成输出口) , p312、p313 口同时发检测脉冲(0 有效) 和自检脉冲(1 有效)。各传感器输出端p12、p22、p82

26、分别接单片机p110p117 口上(设置成输入口)。单片机其他空闲io 口可用于控制报警器、设备的关断、显示等。图10.传感器应用电路此烟雾传感器工作稳定、不怕光、易于调试、成本极低, 感烟灵敏度可调(调图9中p1) , 多个传感器能方便地与单片机相连, 可装于实验室、图书馆、学生宿舍等场合。4、烟雾传感器总结烟雾传感器使用安装在少烟，禁烟场所探烟雾离子，能够准确地检测烟雾，当烟雾浓度超过限量时，传感器发生声光告警，并向采集器输出告警信号。离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有

27、红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，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，如果超过则发出警报。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。 烟雾传感器用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险及火灾危险的场所，能对烟雾进行就地检监测、遥测和集中监视，能输出标准的开关信号，并能与国内多种生产安全监测系统及多种火灾监控系统配套使用，亦可单独使用于带式输送机巷火灾监控系统；具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对

28、火灾初期各类燃烧物质阴燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报。当今社会环保意识深入广大人民群众，现在很多产品都打着环保的招牌来吸引顾客，确实环保对于如今大多数追求生活品味的人来说需求很大，环保绿色产品在市场 上的销路都比较大，因此开发绿色产品已经成为科技人员的追求目标。市场上能够清除烟雾的烟灰缸成品比较少，能够自动感应启动的几乎没有。这里也研究讨论了烟雾传感器在空气净化方面的产品及应用。我们还设计了一种新型低成本烟雾传感器，研究了其结构、工作原理及其应用。【参考文献】1徐晓明，叶盛，胡洁。新型光电式烟雾传感器及其应用j仪器仪表学报，2002年，第2

29、3卷，第3期，117页-118页2王卫军。离子型烟雾传感器的研制j矿业安全与环保，2004年，第31卷，第6期，15页-17页3 masayoshi yamada seimei sha shiratori. smoke sensor using mass controlled layer-by-layer self-assembly of polyelectrolytes films j sensors and actuators b: chemical volume 64, issues 1-3, 10 june 2000, pages 124-1274 z.n adamian, h.v a

30、bovian, v.m aroutiounian. smoke sensor on the base of bi203 sesquioxide j sensors and actuators b: chemical volume 35, issues 1-3, september 1996, pages 241-243【abstract】install smoke sensors use less smoke, smoking places to explore smoke ions, can accurately detect smoke, sound and light alarm occurs when the smoke density exceeds th