煙霧報(bào)警系統(tǒng)2.0——ADPD188BI的工作原理

隨著美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室（UL）出臺(tái)新規(guī)定，煙霧報(bào)警器標(biāo)準(zhǔn)有了很大的提高。例如，煙霧報(bào)警器現(xiàn)在必須能夠識(shí)別出官方漢堡包燃燒測(cè)試和以聚氨酯等煙霧形式存在的實(shí)際威脅之間的細(xì)微差別。使用單色光源的傳統(tǒng)煙霧報(bào)警器無(wú)法做到這一點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)了新的解決方案ADPD188BI。

典型煙霧報(bào)警器包括探測(cè)器、具有算法的微控制器，以及揚(yáng)聲器、LED指示燈或一氧化碳傳感器等其他元件。煙霧報(bào)警器中的基準(zhǔn)測(cè)量遵循所謂的減光原理，如圖1的原理圖所示。測(cè)量光源（L）和探測(cè)器（D）之間因存在顆粒而導(dǎo)致的暗光或消光，然后使用新的UL法規(guī)進(jìn)行評(píng)估。

圖1.基準(zhǔn)測(cè)量。

經(jīng)典煙霧報(bào)警器以離散方式設(shè)計(jì)，并通過(guò)向前散射發(fā)揮作用，其中特定波長(zhǎng)的LED光（通常在紅外范圍內(nèi)）被粒子散射到光電二極管上。如圖2所示，LED和光電二極管之間的距離通常是幾厘米。

圖2.具有紅外LED的向前散射系統(tǒng)。

但是，不管是煙霧報(bào)警器的離散式設(shè)計(jì)，還是測(cè)量方法，都有缺陷。主要缺陷是單色LED會(huì)導(dǎo)致更高的誤報(bào)率，因?yàn)樗鼤?huì)使區(qū)分不同的粒子變得更困難。此外，離散實(shí)施范圍很大，功耗高。大量校準(zhǔn)工作也是必要的。光學(xué)元件的技術(shù)日新月異，現(xiàn)在可以將LED和光電二極管以及光學(xué)前端集成到一個(gè)小外殼

圖3.ADPD188BI的功能框圖。

ADI公司創(chuàng)建了這樣一種技術(shù)：ADPD188BI。它有兩個(gè)LED（藍(lán)色和紅外）、一個(gè)光電二極管，以及直接集成到單個(gè)單元中的模擬前端。使用波長(zhǎng)不同的二極管意味著有兩個(gè)不同的折射角，因此測(cè)量值更可靠。I2C或SPI上的數(shù)字輸出支持與微控制器連接。關(guān)聯(lián)框圖如圖3所示。有了集成LED、光電二極管和模擬前端，由于條件固定，就可以更輕松地校準(zhǔn)系統(tǒng)。校準(zhǔn)通常是單點(diǎn)校準(zhǔn)，可納入客戶的下線測(cè)試。圖4顯示了左側(cè)具有緊密集成的LED、模擬前端有光電二極管的ADPD188BI的原理圖。如圖中所示，完整信號(hào)鏈在單個(gè)5 mm × 3.8 mm芯片上實(shí)現(xiàn)。

圖4.ADPD188BI的原理圖。

ADPD188BI的工作原理是發(fā)射幾微秒的LED短脈沖，然后被粒子散射回光電二極管?？缱?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/放大器/" target="_blank">放大器將產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換為電壓，帶通濾波器濾除直流分量，積分器濾除來(lái)自高達(dá)80 dB的燈或太陽(yáng)輻射的環(huán)境光的直流分量。之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

這一原理有很多優(yōu)勢(shì)。使用兩個(gè)LED可獲得高動(dòng)態(tài)范圍和高SNR，從而減少誤報(bào)；此外，LED短脈沖導(dǎo)致低功耗。兩個(gè)二極管的雙線測(cè)量也使探測(cè)更精確；也就是說(shuō)，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并使用煙霧報(bào)警器。此外，由于條件預(yù)定以及物理尺寸減小，系統(tǒng)集成也意味著校準(zhǔn)更容易。該系統(tǒng)不僅符合UL的前瞻性條例，而且使較小的無(wú)煙室設(shè)計(jì)能夠更輕松地集成到任何房間。在此基礎(chǔ)上，ADPD188BI通過(guò)新的測(cè)量系統(tǒng)，滿足未來(lái)對(duì)安全性、成本和可靠性的所有要求。

作者簡(jiǎn)介

自2015年2月至今，Christoph K?mmerer一直在德國(guó)ADI公司任職。他于2014年畢業(yè)于埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)，獲得物理學(xué)碩士學(xué)位。然后在利默里克市ADI公司擔(dān)任工藝開(kāi)發(fā)實(shí)習(xí)生。2016年12月培訓(xùn)生項(xiàng)目結(jié)束后，Christoph正式成為ADI公司的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，專門針對(duì)新興應(yīng)用領(lǐng)域。