煙霧探測(cè)器的原理是什么？

1930年代，瑞士物理學(xué)家沃爾特·耶格(Walter Jaeger)試圖發(fā)明一種可以檢測(cè)瓦斯毒氣的東西，但卻失敗了。不過(guò)，他的設(shè)備卻對(duì)他點(diǎn)燃的香煙中散發(fā)出的煙霧顆粒做出了反應(yīng)。第一批商用煙霧報(bào)警器中使用的傳感器的工作原理與耶格的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相同。

該煙霧探測(cè)器由一對(duì)跨越氣隙的電極組成，位于其中一個(gè)電極孔下方的是一小塊镅-241，它會(huì)通過(guò)衰變的方式發(fā)射α粒子。當(dāng)镅衰變并拋出這些粒子時(shí)，它們會(huì)與構(gòu)成空氣的氮原子和氧原子碰撞，并敲掉它們的一些電子。這導(dǎo)致在兩個(gè)電極板之間產(chǎn)生一些帶電的氣體分子。

借助電源（通常是 9 伏電池）來(lái)維持極板之間的電勢(shì)，那些帶電的分子會(huì)被吸引到電極上。一旦它們移向電極，最終結(jié)果就是產(chǎn)生微小的電流，大約100皮安。

然而，當(dāng)某物燃燒并將煙霧顆粒釋放到空氣中時(shí)，一旦這些煙霧顆粒進(jìn)入兩個(gè)電極之間，它們就會(huì)開(kāi)始吸收或阻擋來(lái)自镅的α粒子。這將阻止大部分氮和氧的電離，從而阻止板之間的電流流動(dòng)。一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的電子電路可以監(jiān)測(cè)電流，并在電流停止時(shí)發(fā)出警報(bào)。

你可能會(huì)認(rèn)為，為了檢測(cè)煙霧而利用放射性同位素，對(duì)人體來(lái)說(shuō)好像有點(diǎn)危險(xiǎn)。但事實(shí)上，α粒子很容易被阻擋，它甚至無(wú)法穿過(guò)警報(bào)器的塑料外殼。但是，許多人仍然感覺(jué)沒(méi)有安全感。畢竟，我們可以用眼睛看到煙霧顆粒，因此可能有一種方法可以使用光傳感器來(lái)檢測(cè)煙霧。

1972年，唐納德·斯蒂爾(Donald F. Steele)和羅伯特·埃內(nèi)馬克(Robert B. Enemark)設(shè)計(jì)了一種光學(xué)煙霧探測(cè)器，其工作原理與現(xiàn)代光電煙霧探測(cè)器基本相同。他們的想法是在檢測(cè)室中放置一個(gè)光源和兩個(gè)感光傳感器，并設(shè)計(jì)了一系列光阱以防止環(huán)境光進(jìn)入。

傳感器的布置使得只有其中一個(gè)可以“看到”光源，第二個(gè)傳感器與光源之間有一系列擋光葉片。然而，當(dāng)煙霧顆粒進(jìn)入腔室時(shí)，來(lái)自光源的光會(huì)被這些顆粒散射。于是，第二個(gè)傳感器就可以“看到”來(lái)自光源的光，并發(fā)出警報(bào)。

那么，第一個(gè)傳感器有什么用呢？如果第一個(gè)傳感器未檢測(cè)到光，則表明光源出現(xiàn)故障。早期設(shè)計(jì)使用的光源是白熾燈，它們不是由電池供電的，所以安裝位置選擇較少。這可能是早期電離煙霧探測(cè)器比光學(xué)煙霧探測(cè)器更受歡迎的原因。

如今，我們使用了一種更簡(jiǎn)單、功耗更低的紅外LED和單個(gè)光電傳感器的布置。光電傳感器位于檢測(cè)室中，中間還有東西進(jìn)行阻擋，因此它“看不到”LED閃爍的光。

此外，外部的可見(jiàn)LED還會(huì)閃爍，以指示它已通電并正常工作。如果光電傳感器中看不到光點(diǎn)，則空氣一定是干凈的。但是，如果腔室中有煙霧，則煙霧顆粒會(huì)散射光，其中一些會(huì)被光電傳感器接收到。

不過(guò)，這通常不會(huì)立即觸發(fā)警報(bào)，它會(huì)開(kāi)始一系列額外且更頻繁的檢測(cè)，以防止誤報(bào)。例如，如果一團(tuán)灰塵碰巧飄進(jìn)了腔室，我們肯定不會(huì)希望警報(bào)因此響起。因此，它將執(zhí)行一個(gè)例行程序，快速連續(xù)地檢查幾次散射光。

審核編輯：劉清