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当烟雾腾升而起时

当烟雾腾升而起时

  火灾是当今世界上发生频率最高的灾害之一。根据相关统计,全世界平均每1天发生的火灾就高达1万多起,造成数百人死亡。而且火灾造成的损失,随着时间的推进还在呈几何级地翻倍增长。

  由此产生了对火灾自动探测技术的迫切需求,尤其是火灾烟雾探测技术也取得了长足的发展和较为广泛的应用。

  烟雾探测器,又叫烟雾报警器,是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的,由总线供电,与火灾报警控制器联网、通讯组成一个报警系统。根据使用的传感器类型来划分,火灾烟雾探测器可分为离子烟雾报警器和光电烟雾报警器。

  第一台用电的自动火灾探测器,是由爱迪生的合伙人、美国物理学家兼数学家Francis Robbins Upton于1890年获得专利。不幸的是,他的这一成就常常为人们所忽略了。

  这是由于当时一字之差的一个乌龙事件造成的——他的专利被错误的标记为“便携式电动轮胎报警”( Portable Electric Tire-Alarm),正确的应该是“Portable Electric Fire-Alarm”便携式电动火灾报警器。

  随后的1902年,英国工程师George Andrew Darby(乔治·安德鲁·达比)在英国伯明翰申请了第一台欧洲电热探测器的专利。他的发明被称为“黄油哨兵”,并被视为是现代烟雾探测器的前身。

  他的发明构造很简单:两片电板,中间夹着一块黄油,当烟雾腾升而起时,它们就会融化黄油,令两片电板互相接触形成通路,从而引发警报。与其说它在探测烟雾,不如说它在探测温度。

  这是一个很巧妙的设计,不幸的是也有非常多的弊端:首先,它很容易误报,烈日炎炎的夏天,警报可能就会响个不停;而且,黄油的安装很不方便,还会滴得到处都是。后来有很多发明家前仆后继,都没能找出更好的解决方法。于是,这个难题一拖就是三十年。

  直到20世纪40年代末,瑞士物理学家耶格(Walter Jaeger)误打误撞地发明了真正的烟雾探测器。这个计划一开始是为矿场设计一种能够探测瓦斯毒气的报警器。

  他们根据电离后的离子受烟雾粒子影响会使电离电流减小的原理,设计了一个“电离室”,利用放射性物质将这个小室的空气电离出各种悬浮的离子。这些离子可以连通两侧的电路,令电流保持在一个稳定的水平上。

  他预计进入传感器的气体会与电离的空气分子结合,从而改变仪器电路中的电流。不料,小浓度的气体对传感器的电导率没有影响。他的设备不符合其设计目的。耶格沮丧地点燃了一支香烟,却意外地发现仪器上的仪表已经记录了电流下降。他的香烟中的烟雾颗粒显然已经完成了瓦斯毒气无法做到的事情。

  同时期的1939年,瑞士物理学家恩斯特·梅里(Ernst Meili)设计了一种能够探测矿井中可燃气体的电离室装置。耶格(Walter Jaeger)和恩斯特·梅里(Ernst Meili)的实验,为现代烟雾探测器的诞生铺平道路,并在此基础上建立了完整的火灾自动报警系统。

  国际消防界普遍以此作为火灾自动报警系统的新起点。随后经过大约十年的研究、制造和改良,烟雾探测器在1951年投入市场,首次在美国销售。但是由于价格昂贵、体积较大、安装时需要铺设相应的线路,所以只在大型工厂和商业中心使用。

  1965年,第一台家用的低成本烟雾探测器由美国企业家皮尔萨奥(Duane D. Pearsall)开发出来。这是一种可以轻松安装、可更换的电池供电单元。并于1975年开始批量生产这些家用烟雾探测器装置。

  由于离子感烟技术使用的是放射性物质,引起环境污染,尽管使用过程是安全的,但是在生产、储存和报废处理方面却是十分困难的。随着光电烟雾探测技术的发明,光电烟雾探测技术逐渐取代离子烟雾探测技术的趋势越来越明显。因为光电烟雾探测器具有无放射性污染、受风流和环境湿度变化影响小、成本低、高可靠性等优点。

  光电烟雾探测器是基于烟雾粒子对光线产生散射、吸收(或遮挡)原理的烟雾探测器。减光式(或遮光式)光电烟雾探测器应用较少。

  现在国内外生产和应用的大多数为散射光式光电烟雾探测器,它是基于光散射的原理:光电烟雾探测技术绝大多数采用散射光原理工作,基本原理为:在敏感空间无烟雾粒子存在时,探测器外壳之外的环境光线被迷宫阻挡,基本上不能进入敏感空间,红外光敏二极管只能接收到红外光束经多次反射在敏感空间形成的背景光,因此不产生光电流,电路处在正常监视工作状态。

  当烟雾颗粒进入由迷宫所包围的敏感空间时,烟雾颗粒吸收入射光并以同样的波长向周围发射光线,部分散射光线被红外光敏二极管接收后,使受光元件阻抗发生变化,形成光电流,从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能。当光电流大到一定程度时,探测器即发出报警信号。

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