新型红外光电感烟火灾探测器的研制
点型光电感烟火灾探测器工作原理
点型光电感烟火灾探测器工作原理
点型光电感烟火灾探测器是一种用于检测室内火灾的安全设备。
它通过光电器件和光
散射原理来实现火灾的检测。
该探测器通常由光电二极管、光敏电阻、光屏蔽器、光散射室和信号处理电路等组成。
工作原理如下：
1. 光散射检测：探测器内有一束红外光（光源通常是一个红色LED）通过光散射室射
入探测室内。
在正常情况下，光束不会被散射，而是直接射入光电二极管，此时光敏
电阻的阻值较低。
2. 火灾发生：当室内发生火灾时，烟雾粒子会进入探测室内，阻挡光束的传播。
这些
烟雾粒子会散射光线，一部分光线进入光电二极管，另一部分光线被光屏蔽器挡住。
散射光线的光敏电阻阻值会增加。
3. 火灾识别：探测器的信号处理电路会监测光敏电阻的阻值变化。
当阻值超过设定的
阈值时，探测器会发出火警信号，同时触发报警器，通知人们发生火灾。
点型光电感烟火灾探测器适用于检测室内烟雾密度较低的火灾，如电器设备起火或早
期火灾。
它具有响应速度快、误报率低、可靠性高的特点，被广泛应用于各种建筑和
场所的火灾安全监测系统中。
光电型烟雾探测器的设计报告
（2）复位电路：
单片机有多种复位电路，本系统采用自动复位（上电复位）与手动复位方式，电路如下图。当上电时，C3充电，电源经过电容器C3加到RESET引脚，使单片机复位；在正常工作时，按下复位键时单片机复位。
图3-2复位电路图
3.1
在许多检测技术的应用场合，传感器输出的信号比较弱，而且其中还包括了工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。只有传感器输出的信号经过前置放大电路对其进行的放大、滤波、电平调整，才能满足单片机对输入信号的要求。
报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以AT89C51单片机为控制核心，发光二极管与光敏二极管构成烟雾传感器，ADC0808进行A/D转换，配合外围电路构成烟雾报警系统。报警器系统结构如图2-1。
图2-1可燃烟雾报警器系统结构框图
该系统的工作由烟雾信号采集及放大电路将采集到的烟雾浓度信息转化为放大的模拟电信号。模数转换电路再将该模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析。当输入A/D转换器的放大信号不为零时，启动报警电路。反之则为正常工作状态。
CPL P1.0
CLR EA
POP Acc
POP PSW
SETB EA
RETI
END
五、结论
本次设计以AT89C51单片机作为智能系统的主控制单元，辅之以适当的软、硬件模块设计完成以单片机为核心的智能火灾报警系统设计，实现火灾报警。本文的主要功能是基于单片机的硬件应用研究型设计，设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统。通过多个传感器感知火灾发生时周围环境的变化，及时采得数据，通过处理给予正确的报警信号，及时发现火灾，挽救生命财产损失。
点型光电广谱感烟火灾探测器的研制
同 粒 径 、 同颜 色 、 同 温 度 的 广 谱 烟 雾达 到 了 良好 的 均 衡 灵 不 不
敏 响应性能 。
向散 射 感 烟 角 Ｂ ＯＣ 为 １ ９ ～ １ ５ ； 宜 的后 向 散 射 感 ２ 。 ３ 。适 烟 角 ＡＯＣ为 ４ 。 ６ 。 最 佳 后 向 散 射 感 烟 角 ＡＯＣ ３～ ２，
见 ， 结 论 过 于 宽 泛 ， 确 度 令 人 置 疑 ； 者 开 发 的 点 型 但 精 笔
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二 。
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光 电广 谱 感 烟 火 灾 探 测 器 ， 于 成 本 、 源 、 产 周 期 等 鉴 货 转 方 面 的考 虑 ， 定 选 用 国 内 货 源 充 足 、 格 低 廉 、 值 波 决 价 峰 长 为 （ ０ 士５ ）ｒ 圆 形 透 明 Ｉ Ｅ 封 装 的 红 外 光 发 ９０ ０ ｉ ｍ、 ＲＬ Ｄ 射 ／ 收 配 对 管 作 为光 电感 烟器 件 ， 接 而公 知 的光 电 散 射 感 烟 角 结 论 对 此 又 缺 乏 针 对 性 ， 果 盲 目照 搬 将 有 较 大 的 如 风 险 。 因 此 ， 定 先 行 开 展 “ 外 光 最 佳 前 ＼ 向 散 射 感 决 红 后 烟角” 的基 础 实 验 研 究 。
可变 散 射 角 感 烟实 验 装 置 （ 图 １所 示 ） 见 。通 过 开 展 红 外
光对 不 同粒 径 、 同颜 色 、 同浓 度 的典 型 烟 雾 颗 粒 不 同 不 不
散 射 角 感 烟 特 性 及 其 量 化 规 律 的 实 验 研 究 ， 立 了 峰 值 确 波 长 为 （ ０ ±１ ０ ｍ 红 外 光 适 宜 和 最 佳 的 前 向散 射 感 ９ ０ ０ ）ｎ 烟 角 和 后 向散 射 感 烟 角 的基 础 研 究 成 果 （ 图 ２所 示 ） 见 ，
光电感烟火灾探测器原理
光电感烟火灾探测器原理
光电感烟火灾探测器是一种常见的火灾探测设备，它的原理基
于光电感应技术。
其工作原理主要包括光源发射、光电传感和火灾
报警三个方面。
首先，光电感烟火灾探测器内部包含一个发射光源和一个接收
光源的光电传感器。
当没有烟雾时，光源发射的光线会直线传播到
接收光源处，传感器会保持静默状态。
其次，当有烟雾进入探测器内部时，烟雾颗粒会散射光线，一
部分光线会被接收光源接收到。
这时，光电传感器会检测到接收光
线的变化，一旦检测到烟雾引起的光线散射，传感器就会触发火灾
报警系统。
最后，一旦光电感烟火灾探测器触发报警，它会发出警报信号，同时激活火灾报警系统，通知人们火灾的发生，以便及时采取应急
措施。
总的来说，光电感烟火灾探测器的原理是利用光电传感器检测
烟雾颗粒对光线的散射，从而实现对火灾的及时探测和报警。
这种
原理使得光电感烟火灾探测器在火灾预防和安全保障方面发挥着重要作用，被广泛应用于各种场所，如家庭、办公室、商场等。
一种新的红外线探测报警器的设计
一
专题论述
种新昀红 １ 线搽测报警器的 设计 ７ 『
皇甫 玉宛 毕 论峰 谢 永 勋 。 （ ． 马 实业股份 有 限公 司电仪厂 ２ 平 能化 集 团氯碱股 份公 司 ３神 马股份 帘子 布公 司电仪 厂 ） １神 冲 ．
［ 摘 要 ］ 文介 绍 了 本 一种新 的简易防盗报 警器 ， 非常适合 用于家庭 ， 仓库等地方 ， 设计 中把红外 线主动式和被 动式探 测技术结合起 来， 泛采 用低 功耗元 器件 ， 广 同时优化 了设计 电路 ， 强抗干扰功 能， 高了设备报警的准确率 ， 增 提 简单 、 实用 ， 成本低 。 ［ 关键词 ］ 功耗 红外线 报 警器 低
Ｓ０ Ｄ ２型热释 电红外探测器的组成和工作原理 Ｓ ０ 型热 释电红外探测 器由热释 电敏感元件 （ Ｄ２ 两个 ） 场效应 管 、 、
高阻值电阻和滤波片（Ｔ等组成 。 Ｄ ２ Ｆ） Ｓ ０ 型热释 电红外探测器的内部电 气连接如图 ３ １ － 所示 。
图 ３ １ Ｄ ２型热释 电红外探测器内部 电气连接 图 － ０ Ｓ 敏感元件 采用热 释电材料锆钛酸铅（ Ｚ 制成 。 Ｚ Ｐ Ｔ） Ｐ Ｔ是一 种强介 电 质晶体 材料 。先把 Ｐ Ｔ Ｚ 材料制成小薄片 ， 再在薄片两面镀上小 电极 ， 形 成两个 串联 的有极性 的小 电容 （ ） ｃ 。由于环境温度 的变化（ Ｔ ， 晶 Ａ ）导致 体 自发产生极化 电荷 （ ｐ ， △ ） 则元件两 电极 间的电压 Ａ ＝ ｐ 。这种热 Ｕ Ａ／ Ｃ 释电信 号是有极性 的。 将两个极性相反的热释电敏感元相串接 ， 就可 以 使 由于环境 温度 的影响而 在两个传 感元上 产生 的热释 电信号 相互抵 消 ， 而起 到补偿作用 。当环境 温度 的变化趋于稳定后 ， 从 敏感元上不再 有信 号输 出。 只有 当外界有红外辐射时 ， 才会引起敏感元 本身产生温度 变化 ， 而产生 出一个相应 的电信号 。 从 双敏感元 的 Ｓ ０ Ｄ ２型热释 电红外探测 器产生 的热 释电信号 只与 它 本身温度的变化率成 正比 ，或者说热释电效应只对运动着 的人体有 反 应。 根据维司位移定律 ，绝对黑体对应 于最大 光谱 辐出量 Ｍ 的波 长 与其绝对温度成反比 ， 即 ｂ （） １ 式 中 ： 为黑体辐射辐 出量 的峰值波长（ ）Ｔ为绝对温度 （ ）ｂ ｍ ； Ｋ ； 为维 思位移 常数 ，＝ ８７８ ０ １ Ｋ ｂ ２ ９ ． ．ｘ ￣ ４ ｍ・ 。 由式（ ） １可见 ， 黑体辐射辐 出量 的峰值波长与绝对温度成反比。 般人 的体温 ｔ３ ｏ ， ＝ ６ 即绝对温度 Ｔ ３ ９ 。 Ｔ值代入上式 ， Ｃ ＝０Ｋ 将 可得
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。
红外线烟雾粉尘报警器设计
《电子技术课程设计》任务书一引言现代社会高速发展，人口密度很大，因此一旦发生火灾，一个小小的火灾报警器显得尤为重要。
为了保护人们的生命财产安全，林林总总的报警器也应运而生。
烟雾是火灾的前兆，在夜间人们往往不易发觉。
感烟式火灾报警电路能及时检测火灾产生时的烟雾并予以报警，有利于及早扑灭火灾。
另外，工厂粉尘浓度超标能引起爆炸。
根据科学界研究表明能引起爆炸的粉尘达470余种。
这里介绍一种红外线高灵敏度烟雾、粉尘报警器，它能对火灾和工厂粉尘进行监视报警，具有较高的实用价值。
二课程设计内容及要求题目：红外线烟雾粉尘报警器要求：电源电压DC12V，利用光电传感器作为烟雾和粉尘检测传感器，利用语音芯片完成声音报警。
注：①可以采用BT401型红外发光二极管、光敏管3DU4、晶体管或者OP等芯片制作。
1.综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。
2.一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。
课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。
3.课程设计设计说明书（报告）应包括有：①电路工作原理分析②电路元器件参数设计计算③电路调试说明④电原理图和PCB图（必须自己画）⑤元器件装配图（必须自己画）⑥元器件清单⑦自己的收获和体会⑧要求字数不得少于3500字⑨要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板(PCB)。
4.所有的文档和表格必须采用Word形式。
5.同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。
雷同者均计0分。
6.阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。
7.英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。
新型红外探测器的设计与制备
新型红外探测器的设计与制备随着科技的不断进步，红外探测器在工业、医疗、军事等领域得到了广泛的应用。
红外探测器可以通过探测物体发出的红外辐射或是反射红外辐射进行物体的检测和识别。
其中，红外辐射的波长范围为0.7至1000微米，可以较好地避开可见光和紫外线之间的频段，大大提高了探测器的灵敏度和精度。
目前，红外探测器的种类繁多，包括热电偶、热敏电阻、半导体和光电子四种类型。
其中，半导体和光电子红外探测器是应用最广的两种类型。
在半导体材料的研究中，有两种材料是被广泛研究的，分别是汞锗镉和铟镓砷。
汞锗镉材料的优点在于它的电子极化大且具有高移动速度的载流子，可以提高探测器的响应速度和探测效率。
而铟镓砷材料则是由于它的带隙宽度适中、折射率小、生长质量高以及制备简单等优点被广泛应用。
在红外探测器的制备过程中，有不同的方法和工艺流程。
首先需要筛选合适的半导体材料，其次是将半导体材料生长在高质量的衬底上，并对材料进行精细控制和优化。
最后是利用半导体加工技术将半导体片切割成相应尺寸的器件，并对器件进行金属电极电镀和退火等工艺处理。
近年来，由于人工智能、智能制造、互联网+等新兴技术的推动，新型红外探测器的需求量也在不断增加。
为满足市场需求，制备红外探测器的工艺流程和制备技术也在不断创新和改进。
一种新型的红外探测器设计方案是采用可调谐滤波器和增强型阴极射线管相结合的探测方案。
它结合了可调谐滤波器的宽范围探测能力和增强型阴极射线管的高度灵敏度，可以达到更高的探测灵敏度和更快的响应速度。
同时，这种设计方案还可以克服常规红外探测器存在的传感器降噪和信号处理难度大等问题，提高了探测器的实用性和应用范围。
在制备红外探测器的过程中，制备高质量的半导体材料是关键。
传统的生长方法主要是化学气相沉积、分子束外延和金属有机化学气相沉积，但存在着生长速度慢、杂质多、设备大而贵等缺陷。
近年来，新的生长方法如气相输运和分子束外延生长等技术不断创新，大大缩短了生长时间，提高了材料的质量。
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新型红外光电感烟火灾探测器的研制_电路图
对火灾和防火设施的研究，历来是人类一切有效活动中不可缺少的一个方面。
火灾的发展过程，一般可分为3个阶段：初起引燃阶段、发展阶段和衰减熄灭阶段。
为了尽量减少火灾所造成的损失，要求防火设施在火灾的初起引燃阶段能自动发出火灾报警信号，以便将火扑灭在未成灾害之前。
感烟火灾探测器就是适应这一要求的有效设备。
在发达国家，感烟火灾探测器已成为住房保险必需品，指令性安装在每个投保住宅单元的厅、房和厨房等处。
在国内，目前这类产品尚少。
随着改革开放，高层建筑群不断增多，对防火设备的需求量大为增加，使这类产品的进口量有增无减。
为了满足国内需求，我们剖析了一些进口产品，用国产的元器件研制成一种新型红外光电感烟火灾探测器。
1 外形结构
探测器的外形是一个扁圆形的塑胶盒子，170 mm×70 mm。
如把放置电路板和传感器暗室那部分看作盒身，另一部分看作盒盖，则盒身为黑色，盒盖为乳白色。
在盒身底面，配备2个活动螺孔，以便将探测器嵌装在天花板上。
用手一使劲，就可把白盖拉脱开。
盒身里有1块半圆形的电路板和一个暗室，2者各占一半。
暗室是1个60 mm的空腔，周围用栏栅状的小条条围着，外边再围上1块多孔的金属防虫网，网孔径1 mm。
暗室顶部装着1个长方形小盒子，其中分为2格，格与格之间互不直接连通。
格中分别
装上1个红外发射二极管和1个红外接收二级管，2管的中心工作波长应相同。
格子的开口面向着空腔。
电路板上装有一些电子元器件、1块9 V碱性电池、1个微动开关和1个用压电陶瓷片做的蜂鸣器。
当按下微动开关，或合上白盒盖，再吹一口烟喷入暗室，稍息，蜂鸣器就发出刺耳的“嘟……”的响声。
下面分述本探测器的电路原理。
2 发射电路
图1为本探测器的发射电路原理图。
图中，CC4047用作方波发生器。
方波周期T≈4.4R1C1。
如取C1=0.33 μF,R1=6.2 ΜΩ，则T=9 s。
C2、R2组成微分电路。
方波经微分后，变为前沿陡峭的尖脉冲波，再经与非门1倒相整形，用负向脉冲推动三极管BG1的间歇导通，使与其串接的红外发射二极管D1发射周期性的红外光脉冲。
门1输出的负脉冲同时还作用于接收电路和电源欠压报警电路。
图1 发射电路原理图
3 接收电路
图2为接收电路原理图。
图中，D2为红外接收二极管，它与电阻R5组成检测电路。
无烟雾进入暗室时，D2接收不到红外光，其反向电阻R D2达上百兆欧姆，远比R5大，故分压得VD2为高电平。
有烟雾进入暗室时，由于烟雾粒子(线长为μm级)对D1所发射的红外光的折射和散射，使D2接收到红外光，RD2呈指数律减小，故VD2也显著减小。
在正常接收情况下，VD2会小于或非门2的门槛电压VT2，从而使门2开通，输出由门1送来的与发射脉冲同步的正脉冲，这就是报警脉冲。
在这里，或非门2同时起着比较作用和开关作用。
比较电压即其门槛电压VT2；开关作用则由VD2来控制。
三极管BG2、电容C3和或非门3等构成记忆电路，用以实现信号的转换和控制。
在报警脉冲的高电平期间，BG2饱和导通，电容C3通过BG2放电。
当电容C3的电压VC3小于
门3的门槛电压VT3时，门3输出高电平。
随着报警脉冲的不断到来，BG2不断导通，使得VC3总小于VT3，结果门3输出高电平保持不变，驱动报警电路报警。
这种记忆电路还可防干扰，避免瞬间出现的干扰脉冲造成的误报警。
本探测器同时用声、光报警。
与非门4和5组成单稳态多谐振荡电路，用门3输出的报警高电平通过微动开关K来触发，振荡频率f=1/2.2R9C4，这就是声响频率。
门5输出，驱动三极管BG4和BG5，使压电陶瓷片HTD发声，红色发光二极管D3发红色闪光。
图2 接收电路原理图
4 电源欠压报警电路
当电源电压下降到一定程度时，由于发射电流减小，灵敏度降低，会使电路不能正常报警。
设置电源欠压报警电路，将对此情况作出反应。
图3为电源欠压报警电路。
图3 电源欠压报警电路
图中，或非门**或非门2相似，起着开关和比较作用。
BG5是N沟道结型高阻场效应管，当电源电压降低时，R15上的分压随之下降，BG5的VGS减小，沟道电阻呈指数律急剧减小，使VD5减小。
当VD5＜VT6时，门6开通，输出由门1送来的与发射脉冲同步的正脉冲，这就是欠压报警脉冲。
欠压报警为断续声响。
5 结束语
本探测器的参数为：整机静态电流10 μA，声报警电流14 mA，脉冲间隔时间8 s，报警持续时间10 s，当电源电压降到7.5 V时欠压报警。
这些测试结果表明本探测器已达到外国同类产器的水平。
此外，本探测器的设计考虑到可靠性、使用方便和扩展功能等情况，设置了光报警、外接电源输入线、报警信号输出线，因此使本探测器的功能更完备。
就价格而论，一个同类的进口产品的完税价高达数百港元，而本探测器全部采用国产元器件，走国产化之路，售价自然可大大降低。
本探测器的整机电路如图4所示。