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，170mm×70mm。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60mm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1mm。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9V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=0.33μF,R1=6.2ΜΩ，则T=9s。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RD2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6和或非门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10μA，声报警电流14mA，脉冲间隔时间8s，报警持续时间10s，当电源电压降到7.5V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。
图4探测器的整机电路 |
