光电感烟火灾探测器的电路设计

光电感烟火灾探测器的电路设计
电光电感烟火灾探测器分为减光式和散射光式，分述如下：
减光减光式光电感烟火灾探测器
探减光式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光器件的一定量的光；而在火灾时，探测器的检测室进入了大量烟雾，发光器件的发射光受到烟雾遮挡，使受光器接收的光量减少，光电流降低，探测器发出报警信号。

原理示意图见图1，
目１前这种形式的探测应用较少。

散射减光式光电感烟火灾探测器
探减光探测器的检测室内也装有发光器件和受光器\}
图1 减光式光电感烟火灾探测器原理图
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。

在火灾发生时，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，从而实现了将烟雾信号转变为电信号
的功能，探测器发出报警信号。

原理示意图如图2。

作为发光器件，目前大多采用大电流发光效率高的红外发光管，受
光器件多采用半导体硅光电管。

受光器件阻抗是随烟雾浓度的增加而降
低的，变化曲线如图3所示。

烟浓度以减光率表示，单位m，即每米内
光减少的百分数。

2光电感烟火灾探测器的电路设计
光电感烟火灾探测器的电路原理图如图4所示。

图2 散射光式光电感烟火灾探测器原理图
图3 受光器件阻抗随烟浓度变化曲线
图4 电路原理框图
对该探测器的设计除了符合国际要求外，我们还要求探测器在正常监视状态下工作电流不大于100 μA，探测器的电源为24 V直流电压，探测器的输入阻抗为240 kΩ，呈高阻状态。

在报警时，工作电流不大于80 mA，并等效于一个7 V左右的稳压管，呈低阻状态。

因此，探测器静态功耗很小，同时也有利于区别探测器的两种不同工作状态，以便
与座电路相匹配，实现频率的远距离传输。

2.1 倒相电路(图5)
图5 倒相电路
按国标规定，探测器输入24 V直流电压。

桥式倒相电路的优点在于接入电源时不必分正负端，可以随意接入电压的两根线，而输出是有确定极性的＋E电压，给施工安装带来很大方便。

2.2 稳压、限流电路(图6)
图6 稳压、限流电路
上电后，Q1、Q2均处于导通状态，形成I4电流对C2充电。

由于R1和R2阻值的选择使I4电流较小，C2取值又较大，所以B点电位缓慢上升。

此时，Z1处于不稳压状态，I2很小。

由于Q2导通，A点电位随B 点电位上升而上升。

当A点电位上升到Z1管的稳压值附近时，Z1管的动态电阻增大，I2电流突然增大。

在这瞬间，I1电流基本稳定，这样
I3电流相应减小，Q1、Q2相继截止，C2开始放电。

经过一段时间后，B 点电位下降，当B点电位降到一定值时，Q1、Q2又重新导通，I3逐渐增大，I2减小，使Z1管又处于不稳压状态。

如此周而复始，Z1管间隙工作在稳压点附近。

B点电位虽略有起伏，但还是较为稳定。

B点电压波形见图7。

图7 B点波形图
2.3 振荡电路(图8)
图8 振荡电路
由NPN型Q3管，PNP型Q4管与阻容反馈支路C3、R4构成一个无稳态振荡电路。

当B点电位达到某一值时，通过偏置电阻R3使Q3导通，从而在R4上建立偏置电压，高速开关管Q4迅速导通，C点电位升高。

从C点流出I5、I6电流，I6用于驱动接收放大电路，I5则通过阻容正反馈回路C3、R4流入Q3的基极，巩固Q3的导通。

当C3充电到一定值时，将D点电位下拉，Q3截止，Q4也相应截止。

当B点电位又上升到某一值时，Q3、Q4继续导通，形成一个无稳态振荡电路。

C点电压波形如图9所示。

图9 C点电压波形图
从图中可以看出,在3 s低电平期间，电容C2在存储能量，只在100 μs内释放能量，从而实现了探测器在正常监视状态下平均工作电流为100 μA，呈高阻状态。

我们也曾尝试,采用CMOS时基电路7555取代振荡电路，可以得到图9的波形。

但由于该芯片本身有一定静态功耗，另外它没有储存能量的功能，总工作电流为几个mA，不附合技术条件的要求。

2.4 接收放大电路(图10)
图10 接收放大电路
从图中看出光电转换是由红外接收管PE完成。

PE与红外发光管LED 相匹配，波长均为900 nm。

PE由B点供电，一直处于导通状态。

LED由F点脉冲供电，所以为间断的。

当有烟雾时，PE应该接收到LED的发光信号。

对LED采用脉冲供电方式，除省电外，还有抗瞬间尖峰脉冲干扰的作用。

光电管PE接收到信号后送运放A1(3140)的同相端，A1在此作比较器用，A1的反相端接的R10与可调电阻R11，可以根据探测器所需的不同灵敏度调节P点电位。

A1输出电压UH直接送抗干扰电路。

运放A1的电源也是由F点供给脉冲电压，平均耗电极少，这就是为何μA级电流能驱动工作电流为mA级的器件的原因所在。

2.5 抗干扰电路(图11)
A2、A3连成了计数器形式，当连续两次收到接收放大电路输出的正脉冲信号时，Q2输出一个确定的火灾信号，否则认为是干扰而不处理，所以，该电路对瞬时及短时易过性的干扰有较强的抑制作用。

R14、R15、C7组成了一个积分电路，在第一个正脉冲到来后，若没有连续收到第二个正脉冲，则将计数器复位。

A2、A3的电源由B点电压供电。

2.6 报警接口电路(图12)
在抗干扰电路未输出正脉冲的火警信号时，可控
图11 抗干扰电路
硅的控制端为低电平，可控硅不导通。

当正脉冲到来时，可控硅的控制端为正脉冲触发，可控硅导通，Z3稳压管开始工作，电压E被稳定在7～8 V左右，报警电流增至几十mA，探测器呈低阻状态，符合技术条件的要求。

另外，Z4、R17组成的抗干扰电路，这样,低于火警信号电压幅值的干扰信号就不能使可控硅触发。

图12 报警接口电路
光电感烟火灾探测器总电路图如图13。

1)光电感烟火灾探测器的电路有其自己的特色，它解决了用μA级电流驱动mA级器件工作的难点，在解决其它类似问题上有一定的参考价值。

2)该电路设有抗干扰措施，提高了火灾报警的可
图13 总电路图
靠性。

3)该电路采用的元器件均是市场上通用的，成本低，也适合以后电路集成之用。