光电感烟火灾探测器的电路设计Word格式文档下载.docx
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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。
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