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煙霧報警系統2.0

本文作者:Christoph Kämmerer       點擊: 2019-08-12 15:42
前言:
隨著美國保險商實驗室(UL)新規定出爐,煙霧報警器標準獲得了大幅的提升。例如,煙霧報警器現在必須能夠識別出官方漢堡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微差別。由於使用單色光源的傳統煙霧報警器無法做到這一點,因此,新的解決方案ADPD188BI 應運而生。
典型煙霧報警器包括探測器、具有演算法的微控制器,以及揚聲器、LED指示燈或一氧化碳感測器等其他元件。煙霧報警器中的基準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致的暗光或消光,然後使用新的UL法規進行評估。
 

圖1.基準測量。

經典煙霧報警器以離散方式設計,並透過向前散射發揮作用,其中特定波長的LED光(通常在紅外範圍內)被粒子散射到光電二極體上。如圖2所示,LED和光電二極體之間的距離通常是幾釐米。
 

圖2.具有紅外LED的向前散射系統。

但是,不管是煙霧報警器的離散式設計,還是測量方法都有其缺陷。主要缺陷是單色LED會導致更高的誤報率,因為它會使區分不同的粒子變得更困難。此外,離散實施範圍很大、功耗高。大量校準工作也是必要的。而光學元件的技術日新月異,現在的技術已經可以將LED和光電二極體以及光學前端整合至一個小外殼中。

圖3.ADPD188BI的功能框圖。

ADI 創建了這樣的一種技術:ADPD188BI。它有兩個LED(藍色和紅外)、一個光電二極體,以及直接整合到單個單元中的類比前端。使用波長不同的二極體意味著有兩個不同的折射角,因此測量值更可靠。I2C或SPI上的數位輸出支援與微控制器連接。關聯框圖如圖3所示。有了整合式LED、光電二極體和類比前端,由於條件固定,因此可以更輕鬆地校準系統。校準通常是單點校準,可納入客戶的下線測試。圖4顯示了左側具有緊密整合的LED、類比前端有光電二極體的ADPD188BI的原理圖。如圖中所示,完整訊號鏈在單個5 mm × 3.8 mm晶片上實現。
 

圖4.ADPD188BI的原理圖。

ADPD188BI的工作原理是發射幾微秒的LED短脈衝,然後被粒子散射回光電二極體。跨阻放大器將產生的電流轉換為電壓,帶通濾波器濾除直流分量,積分器濾除來自高達80 dB的燈或太陽輻射的環境光的直流分量。之後,模數轉換器將電壓轉換為數位訊號。

這一個原理具有很多的優勢。使用兩個LED可獲得高動態範圍和高SNR,從而減少誤報;此外,LED短脈衝可以帶來低功耗。兩個二極體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並使用煙霧報警器。此外,由於條件預定以及物理尺寸減小,系統集成也意味著校準更容易。該系統不僅符合UL的前瞻性條例,而且使較小的無煙室設計能夠更輕鬆地整合到任何房間內。在此基礎上,ADPD188BI透過新的測量系統,將可滿足未來對安全性、成本和可靠性的所有要求。

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