光电感烟火灾探测器的电路设计.docx

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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

　　光电光电感烟火灾探测器分为减光式和散射光式，分述如下：

1.1　减光减光式光电感烟火灾探测器

　　该探　　　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。

1.2　散射减光式光电感烟火灾探测器

　　该探　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100μA，探测器的电源为24V直流电压，探测器的输入阻抗为240kΩ，呈高阻状态。

在报警时，工作电流不大于80mA，并等效于一个7V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24V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3s低电平期间，电容C2在存储能量，只在100μs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100μA，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900nm。

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7～8V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。