随着美国保险商实验室(UL)出台新规定,烟雾报警器标准有了很大的提高。例如,烟雾报警器现在必须能够识别出官方汉堡包燃烧测试和以聚氨酯等烟雾形式存在的实际威胁之间的细微差别。使用单色光源的传统烟雾报警器无法做到这一点,因此开发了新的解决方案 ADPD188BI。

 

典型烟雾报警器包括探测器、具有算法的微控制器,以及扬声器、LED 指示灯或一氧化碳传感器等其他元件。烟雾报警器中的基准测量遵循所谓的减光原理,如图 1 的原理图所示。测量光源(L)和探测器(D)之间因存在颗粒而导致的暗光或消光,然后使用新的 UL 法规进行评估。

 

图 1. 基准测量。

 

经典烟雾报警器以离散方式设计,并通过向前散射发挥作用,其中特定波长的 LED 光(通常在红外范围内)被粒子散射到光电二极管上。如图 2 所示,LED 和光电二极管之间的距离通常是几厘米。

 

图 2. 具有红外 LED 的向前散射系统。


但是,不管是烟雾报警器的离散式设计,还是测量方法,都有缺陷。主要缺陷是单色 LED 会导致更高的误报率,因为它会使区分不同的粒子变得更困难。此外,离散实施范围很大,功耗高。大量校准工作也是必要的。光学元件的技术日新月异,现在可以将 LED 和光电二极管以及光学前端集成到一个小外壳

 

图 3.ADPD188BI 的功能框图。

 

ADI 公司创建了这样一种技术:ADPD188BI。它有两个 LED(蓝色和红外)、一个光电二极管,以及直接集成到单个单元中的模拟前端。使用波长不同的二极管意味着有两个不同的折射角,因此测量值更可靠。I2C 或 SPI 上的数字输出支持与微控制器连接。关联框图如图 3 所示。有了集成 LED、光电二极管和模拟前端,由于条件固定,就可以更轻松地校准系统。校准通常是单点校准,可纳入客户的下线测试。图 4 显示了左侧具有紧密集成的 LED、模拟前端有光电二极管的 ADPD188BI 的原理图。如图中所示,完整信号链在单个 5 mm × 3.8 mm 芯片上实现。

 

图 4.ADPD188BI 的原理图。

 

ADPD188BI 的工作原理是发射几微秒的 LED 短脉冲,然后被粒子散射回光电二极管。跨阻放大器将产生的电流转换为电压,带通滤波器滤除直流分量,积分器滤除来自高达 80 dB 的灯或太阳辐射的环境光的直流分量。之后,模数转换器将电压转换为数字信号。

 

这一原理有很多优势。使用两个 LED 可获得高动态范围和高 SNR,从而减少误报;此外,LED 短脉冲导致低功耗。两个二极管的双线测量也使探测更精确;也就是说,不仅正常烟雾和燃烧汉堡包之间有差别,正常烟雾和蒸汽之间也有差别。因此,也可在厨房和浴室安装并使用烟雾报警器。此外,由于条件预定以及物理尺寸减小,系统集成也意味着校准更容易。该系统不仅符合 UL 的前瞻性条例,而且使较小的无烟室设计能够更轻松地集成到任何房间。在此基础上,ADPD188BI 通过新的测量系统,满足未来对安全性、成本和可靠性的所有要求。