CN1028924C - 电离型烟雾探测器 - Google Patents

Abstract

一种电离型烟雾探测器由以下各部分组成：烟雾探测部分，包括一个中间电极和一个外电极，它们确定了外电离腔，被探测的烟雾引入其中；基准电阻部分，用于根据外电离腔形成基准电阻；传感器输出部分，它在第一恒流电路和第一固定电阻间的连接点产生传感器输出；火焰判断部分，包括基准电压产生电路，当传感器输出超过基准电压时，产生判断输出；火焰信号发送部分，根据上述判断输出发送一个火焰信号。

Description

本发明涉及一种电离型烟雾探测器。

常规电离型烟雾探测器包括烟雾探测部分，该部分有一个内电离腔和一个外电离腔，内电离腔在内电极和中间电极之间，其功能相当于一个基准电阻元件，外电离腔在中间电极和外电极之间;还包括传感器输出部分，用于检测烟雾探测部分中的外电离腔上的电压变化并将电压变化作为传感器的输出而输出;还包括火焰判断电路，用于当传感器输出达到一个火焰判断电平时产生火焰判断输出;以及包括火焰信号发送部分，用于根据火焰判断输出发送火焰信号，从而实现火焰监测。此外，在常规电离型烟雾探测器中还有恒压电路，即使探测器与任何具有不同电源电压的各种火焰接收器相连，也能确保稳定的火焰监测。

常规电离型烟雾探测器的灵敏度以如下方式进行调整：（1）在其栅极与中间电极相连的MOS（金属氧化物半导体）型场效应晶体管导通时做出火焰判断的情况下，调整连接于MOS型场效应管的原极的电阻的阻值;（2）在通过比较器做出火焰判断的情况下，调整为火焰判断提供基准电压的分压电阻的阻值。

然而，不管用上述哪一种灵敏度调整法，调整过程都是很麻烦的，因为对每一个探测器来说都必须选择一个不同的电阻值。此外，在常规探测器中，MOS型场效应管导通的电压，或者比较器产生火焰判断输出即从外电离腔得到的传感器输出的电压因每个探测器而不同。因此，为了检验传感器在无烟条件下输出偏离初始值的情况，对每个探测器来说都必须从当前传感器的输出中减去初始值，这是很麻烦的过程。

此外，常规电离型烟雾探测器的恒压电路包括一个晶体管，一个与该晶体管的基极相连的齐纳二极管，以及一个连接于该晶体管的集电极和基极之间的电阻。

然而，当从火焰接收器提供一个高电压时，流经恒压电路的齐纳二极管的电流比提供一个低电压时的大。因此，应限制可连接于火焰接收器的探测器的数目，否则需提高在主电源发生故障时备用的电池电源的容量。

本发明的目的是为了解决先有技术中的上述问题，并提供一种电离型烟雾探测器，在其中，灵敏度能被简单调整，并且即使在电源电压不同时火焰监测期间的电流消耗也不发生变化。

本发明的一种电离型烟雾探测器由以下部分构成：

烟雾探测部分，包括位置相对的一个中间电极和一个外电极，在这两个电极之间确定一个外电离腔，探测到的烟雾被送进该外电离腔，还包括基准电阻装置，用来根据所述外电离腔形成基准电阻;

传感器输出装置，包括一个第一晶体管，其栅极与所述烟雾探测部分的中间电极相连以及包括与所述的第一晶体管的源极相连的串联电路，该串联电路由第一固定电阻和第一恒流电路组成，该恒流电路具有第一可变电阻以供调整输出，所述传感器输出装置从所述串联电路的第一恒流电路与第一固定电阻之间的一个连接点产生传感器输出;

火焰判断装置，包括一个基准电压产生电路，它具有第二可变电阻以供基准电压调整，并且当所述传感器输出装置的传感器输出超过由所述基准电压产生电路产生的基准电压时，火焰判断装置产生一个判断输出;以及

火焰信号发送装置，用于根据所述火焰判断装置的判断输出发送火焰信号。

图1是本发明的一个实施例的电离型烟雾探测器的电路原理图。

图2是另一实施例的电路原理图。

以下将参照附图描述本发明的最佳实施例。图1中，火焰判断电路24通过传感器输出部分20与烟雾探测部分10相连，而火焰信号发送部分40通过振荡电路60和恒压电路30与火焰判断电路24相连。检验电路50也与火焰判断电路24相连。此外，浪涌电压吸收电路70与火焰信号发送部分40相连，接线端1至3通过二极管整流桥DB与火焰信号发送部分40相连。输入端4与检验电路50相连， 接线端5通过电阻R10与传感器输出部分20的输出端相连，接线端6与二极管整流桥DB相连，接线端7与火焰判断电路24相连。

烟雾探测部分10有一个由内电极10a和中间电极10b确定的内电离腔CHI，其作用相当于一个基准电阻元件，还有一个由中间电极10b和外电极10c确定的外电离腔CHO。

传感器输出部分20包括一个结型场效应晶体管（J-FET）Q1，其栅极与中间电极10b相连，包括一个连接于晶体管Q1的源极的第一固定电阻R1、电容C1以及恒流电路22。恒流电路22包括一个结型场效应晶体管（J-FET）Q2、电阻R2以及用于调整输出的可变电阻VR1。

烟雾探测部分10有一个由内电极10a和中间电极10b确定的内电离腔CHI，其作用相当于一个基准电阻元件，还有一个由中间电极10b和外电极10c确定的外电离腔CHO。

传感器输出部分20包括一个结型场效应晶体管（J-FET）Q1，其栅极与中间电极10b相连，包括一个连接于晶体管Q1的源极的第一固定电阻R1、电容C1以及恒流电路22。恒流电路22包括一个结型场效应晶体管（J-FET）Q2、电阻R2以及用于调整输出的可变电阻VR1。

火焰判断电路24包括晶体管Q3、Q4、Q6，第二固定电阻R3，第三固定电阻R4，其它固定电阻R6，R7，R8，R11，二极管D3，用于调整基准电压的可变电阻VR2，以及电容C2。说得更详细一点，火焰判 断电路24包括由第二固定电阻R3、第三固定电阻R4和可变电阻VR2串联而成的分压电路，包括用于判断火焰的第一晶体管Q3，其发射极连接到分压电路的第二固定电阻R3和第三固定电阻R4之间的连接点上，其基极连接到传感器输出部分22的点P，包括第二晶体管Q4，当第一晶体管Q3导通时，第二晶体管Q4传递火焰判断输出，以及包括串联于第一晶体管Q3的发射极的第三晶体管Q6，它根据从第二晶体管Q4传递的火焰判断输出进行工作，从而对第一晶体管Q3构成一个正反馈电路。

在火焰判断电路24中，当传感器输出部分20的传感器输出超过由电阻R3、R4和可变电阻VR2决定的基准电压而晶体管Q3导通时，晶体管Q3、Q4和Q6共同作用，形成正反馈电路。因此，确保了由第一晶体管Q3的导通引起的开关状态。

恒压电路30包括晶体管Q9、Q10，电阻R17至R20，电容C6、C7，以及齐纳二极管Z1。该恒压电路30将由火焰接收器或发送器（图中未示出）提供的源电压转换成一个预定的恒定电压，并将该电压提供给烟雾探测部分10、传感器输出部分20、火焰判断电路24和振荡电路60。更具体地说，齐纳二极管Z1连接于晶体管Q9的基极和由结型场效应晶体管Q10构成的恒流电路，电阻R20连接在晶体管Q9的集电极和基极之间。

火焰信号传输部分40包括可控硅整流器（开关元件）Q11;工作指示灯LED;一个串联电路，由齐纳二极管Z2与电阻R23串联而 成并并联于工作指示灯LED;晶体管Q12，其基极连接到上述串联电路的中间节点;电阻R21;R22;以及电容C8。

发送部分40的开关元件Q11根据来自火焰判断电路24的火焰判断输出状况进行工作，并且发送一个火焰信号。在火焰信号传送期间，由于探测器与具有较高电压的火焰接收器相连，或者来自火焰接收器的电压升，而将高于齐纳二极管Z2的齐纳电压的一个电压施加到工作指示灯LED和电阻R22组成的串联电路上时，齐纳二极管Z2导通，并使晶体管Q12导通，从而加在工作指示灯LED上的电压下降到齐纳二极管Z2的齐纳电压。结果，可以防止工作指示灯LED被损坏。

检验电路50包括晶体管Q5，当检验信号从外部加在输入端4上时，该晶体管Q5导通，还包括电阻R5，R9，电容C3，二极管D1，以及簧片开关RS，当从外部施加一个磁场时，该簧片开关RS导通。晶体管Q5和簧片开关RS并联于火焰判断电路24中的由电阻R4和可变电阻VR2构成的串联电路。

振荡电路60包括晶体管Q7、Q8，电阻R12至R16，电容C4、C5，以及二极管D2。当源电压加在探测器上时，振荡电路60使火焰信号发送部分40中的工作指示灯LED点亮和熄灭，于是指示灯闪烁。

浪涌电压吸收电路70包括齐纳二极管Z3、Z4和电容C9。一对电源/信号线（图中未示出）连接到接线端1和2或3上。

现在说明该实施例的工作过程。在火焰监测期间，通过一对电源/信号线将来自火焰接收器或发送器（图中未示出）的源电压加在接线端1和2或3上，并通过恒压电路30将该源电压转换成预定的恒定电压，然后将它送至烟雾探测部分10、传感器输出部分20、火焰判断电路24和振荡电路60。

在恒压电路30中，恒流电路包括晶体管Q10和电阻R20，其作用是使电流恒定，以便使流经齐纳二极管Z1的电流保持恒定，因而恒压电路30的电流消耗保持恒定。于是，即使当从火焰接收器或类似部件提供的电压发生变化时，恒压电路30的电流消耗也不变。

在振荡电路60中，当电容C4被充电，并且所得到的充电电压达到由电阻R15的阻值与电阻R16的阻值之比决定的基准电压与晶体管Q7的发射极-集电极电压之和时，晶体管Q7导通，并且相应地，晶体管Q8也导通。因此电容C4上的电荷被释放，所得到的放电电流使火焰信号发送部分40的工作指示灯LED点亮。电容C4以这种方式重复充电放电，结果工作指示灯LED间歇点亮，表示火焰监测正在进行之中。

在火焰监测期间，传感器输出部分20的结型场效应晶体管Q1由来自烟雾探测部分10的烟雾探测输出保持导通，使得在恒流电路22的作用下恒定电流流经电阻R1。因此，场效应晶体管Q1的漏极电流保持恒定以致在电阻R1和恒流电路22之间连接点P处的电位变化与因烟雾进入而引起的烟雾探测部分10的外电离腔CHO 的电阻变化即场效应晶体管Q1的栅极电压变化成1∶1的关系。

当火焰产生的烟雾进入外电离腔CHO，并且在电阻R1和恒流电路22之间连接点P处的电位升高到这样一种程度，以致电容C1的充电电压达到由电阻R3、R4、可变电阻VR2决定的基准电压与晶体管Q3的基极-发射极电压之和时，晶体管Q3导通。晶体管Q3导通时，晶体管Q4和Q6便导通，使得晶体管Q3、Q4、Q6构成正反馈电路以便火焰判断电路24能非常可靠地进行工作。

根据火焰判断电路24工作时产生的输出，火焰信号发送部分40的可控硅整流器（开关元件）Q11导通，通过接线端1和2或3发送火焰信号。同时，火焰信号将工作指示灯LED从闪烁状态切换到连续发光状态。

然后，当火焰接收器或类似部件提供的电压升高，使流经电阻R22和工作指示灯LED的串联电路的电流增大到这样一种程度，以致同一串联电路两端的电压降超过齐纳二极管Z2和齐纳电压时，齐纳二极管Z2导通，阻止流经工作指示灯LED的电流过度增大。

为了调整探测器的灵敏度，在测量接线端7和6之间电压的同时，通过调节火焰判断电路24的可变电阻VR2，先将接线端7和6之间的电压即作为火焰判断基准的基准电压调整至第一预定电压V1。

然后，在没有烟雾进入烟雾探测部分10的外电离腔CHO的条 件下，在测量接线端5和6之间电压的同时，通过调节恒流电路22的可变电阻VR1，将接线端5和6之间的电压即传感器输出部分20的输出电压调整至第二预定电压V2（V1＞V2）。通过这样的调整，就有可能根据由置于烟雾探测部分10内电极10a上的诸如镅241的放射源的放射量不同或外电离腔CHO的尺寸不同补偿传感器输出的变化量。

由于通过使用可变电阻VR2而将火焰判断用的基准电压调整至第一预定电压V1，所以可以在多个探测器中设置相同的基准电压。这样便简化了探测器生产过程中及其他场合下灵敏度的调整。此外，通过测量接线端5和6之间的电压能直接读出传感器输出电压，并且通过测量接线端7和6之间的电压能直接读出基准电压。因此，也简化了常规的检验步骤及类似过程。

为了检验探测器是否工作在正常状态，就需要从接收器或传输器（图中未示出）向接线端4施加一个检验电压，然后检验电路50中的晶体管Q5导通。另外，用一块磁铁（图中未示出）代替检验电压，从探测器壳（图中未示出）的外部接近簧片开关RS，簧片开关RS便导通。

当晶体管Q5或簧片开关RS导通时，电阻R5并联于电阻R4和可变电阻VR2构成的串联电路，火焰判断用的基准电压被迫降低。

这时，如果电阻R1和恒流电路22之间的连接点P的电位介于 正常范围内，则火焰判断电路24工作，使火焰信号传输部分40的可控硅整流器Q11导通，并且还使工作指示灯LED变到连续发光状态。由此可以看到，探测器能够正常地探测烟雾。

另一方面，如果连接点P的电位不是处在正常范围内，并且探测器由于外电离腔CHO的灰尘沉积或放射源表面污染使得电离电流减小从而不能正常探测烟雾，则火焰判断电路24不工作，因而不传送火焰信号，并且工作指示灯LED仍保持在闪烁状态。由此可以看到，探测器不能发出警报。

本发明不限于上述实施例，也可以做成例如图2所示的样子。该实施例的探测器类似于图1所示的实施例，包括：烟雾探测部分10，它具有内电离腔CHI和外电离腔CHO，包括传感器输出部分20，用于检测外电离腔CHO上的电压变化并将该电压变化作为传感器输出而输出，包括火焰探测电路24a，用于当传感器输出达到一个预定火焰判断电平时产生火焰判断输出，包括恒压电路30，包括火焰信号发送部分40，它根据火焰判断输出发送火焰信号，以及包括振荡电路60，用于使火焰信号发送部分40中的工作指示灯LED点亮和熄灭，于是指示灯闪烁。虽然类似于图1实施例中的检验电路50的检验电路这里并未画出，但是图2所示的实施例也包括这样的检验电路。

传感器输出部分20由结型场效应晶体管Q1、第一固定电阻R1和恒流电路22串联而成，Q1的栅极连接于烟雾探测部分10的中 间电极10b，R1连接于晶体管Q1的源极，恒流电路具有可变电阻VR1以供输出调整。传感器输出从上述串联电路的电阻R1和恒流电路22之间的中间连接点P取出。

火焰判断电路24a包括一个分压电路，它由固定电阻R3、R4和用于调整基准电压的可变电阻VR2构成，这些元件串联在一起，产生一个基准电压。电路24a还包括一个比较器CM3，在它的一个输入端获得来自传感器输出部分20的传感器输出信号，并在它的另一个输入端施加来自分压电路的基准电压。

然后与图1的实施例类似，通过调节用于调整输出的可变电阻VR1，将处于预定烟雾浓度的来自传感器输出部分20的传感器输出调整至预定的输出值，而通过调节用于调整基准电压的可变电阻VR2，将火焰判断电路24a中产生的基准电压调整至预定的基准电压。

此外，用于向外传送传感输出的外部输出端5连接到传感器输出部分20中的固定电阻R1和恒流电路22之间的中间连接点P。用于向外传送基准电压的外部输出端7连接到由火焰判断电路24中分压电路产生的基准电压所在的节点。

应该注意的是，虽然在每个实施例中，内电离腔CHI都用作烟雾探测部分10的基准电阻元件，但是也可以用高阻值电阻来代替内电离腔。

本发明的上述电离型烟雾探测器具有以下显著的优点：

（1）传感器输出部分20产生的传感器输出与烟雾探测部分10的检测输出（中间电极10b的输出电压的变化量）成比例，即1∶1的关系，并且可以很方便地对传感器输出部分20进行调整，以便对处于预定烟雾浓度（例如烟雾浓度为0%，5%或10%）的不同的探测器而言都产生相同的传感器输出。此外，通过调节火焰判断电路24或24a中的调整基准电压用的可变电阻VR2，对不同的探测器而言，可以很方便地将火焰判断电路24或24a中产生的用于火焰判断的基准电压调整为相同的值。因此，通过将不同探测器的传感器输出部分20的传感器输出设定为相同的值，并且将火焰判断用的基准电压也设定为相同的值，那么就可以很容易地识别使用中的探测器灵敏度的变化，即基准电压和传感器输出之差。

（2）由于恒压电路30包括一个恒流电路，它限制流经齐纳二极管Z1的电流，所以通过恒流电路使流经齐纳二极管Z1的电流保持在预定的恒定值上，而不管恒压电路30输入侧电压的高低。因此，即使当火焰监测期间从接收器输送给探测器的电压发生了变化，恒压电路30的电流消耗也不会变。此外，由于恒压电路30的电流消耗不受输入侧电压的影响，所以即使当火焰监测期间从接收器或类似部件输送给探测器不同的电压，恒压电路30的电流消耗也不会变，从而使探测器能适用于各种类型的接收器。

Claims (19)

1、一种电离型烟雾探测器，包括：

烟雾探测部分，包括位置相对的一个中间电极和一个外电极，在这两个电极之间确定一个外电离腔，探测到的烟雾被送进该外电离腔，还包括基准电阻装置，用来根据所述外电离腔形成基准电阻；

传感器输出装置，包括一个第一晶体管，其栅极与所述烟雾探测部分的中间电极相连以及包括与所述的第一晶体管的源极相连的串联电路，该串联电路由第一固定电阻和第一恒流电路组成，该恒流电路具有第一可变电阻以供调整输出，所述传感器输出装置从所述串联电路的第一恒流电路与第一固定电阻之间的一个连接点产生传感器输出；

火焰判断装置，包括一个基准电压产生电路，它具有第二可变电阻以供基准电压调整，并且当所述传感器输出装置的传感器输出超过由所述基准电压产生电路产生的基准电压时，火焰判断装置产生一个判断输出；以及

火焰信号发送装置，用于根据所述火焰判断装置的判断输出发送火焰信号。

2、根据权利要求1的一种探测器，还包括一个恒压电路，用于将外部提供的电压转换成预定的电压，并将该预定的电压送给所述传感器输出装置的第一晶体管和所述火焰判断装置。

3、根据权利要求2的一种探测器，其中所述的恒压电路包括第二晶体管，其发射极连接到所述火焰探测部分、所述传感器输出装置的第一晶体管和所述火焰判断装置;包括第一齐纳二极管，其一端连接到所述第二晶体管的基极;以及包括第二恒流电路，它连接在所述第二晶体管的集电极和基极之间，外部提供的电压加在所述第二晶体管的集电极和所述第一齐纳二极管的另一端之间。

4、根据权利要求3的一种探测器，其中所述火焰判断装置的基准电压产生电路包括第二和第三固定电阻和第二可变电阻，这些元件串联在所述恒压电路中的第二晶体管的发射极和所述第一齐纳二极管的另一端之间。

5、根据权利要求4的一种探测器，其中所述火焰判断装置包括第三晶体管，其基极连接于所述传感器输出装置的输出端、其发射极连接于所述第二固定电阻和第三固定电阻之间的连接点处;包括第四晶体管，当所述第三晶体管导通时该晶体管发送判断输出;以及包括第五晶体管，串联于所述第三晶体管的发射极、根据从所述第四晶体管传送来的判断输出而工作，从而对所述第三晶体管构成一个正反馈电路。

6、根据权利要求4的一种探测器，其中所述火焰判断装置包括一个比较器，它的一个输入端与所述传感器输出装置的输出端相连，它的另一个输入端与所述第二固定电阻和所述第三固定电阻之间的连接点相连。

7、根据权利要求1的一种探测器，其中所述火焰信号发送装置包括一个开关元件，它根据所述火焰判断装置的判断输出进行工作，用于发送火焰信号。

8、根据权利要求7的一种探测器，其中所述火焰信号发送装置具有一个与所述开关元件串联的指示灯。

9、根据权利要求8的一种探测器，其中所述火焰信号发送装置包括一个串联电路，它由第二齐纳二极管和第四固定电阻构成，该串联电路与所述的指示灯并联;还包括与所述指示灯并联的第六晶体管，其基极与所述第二齐纳二极管和第四固定电阻之间的连接点相连。

10、根据权利要求1的一种探测器，还包括第一输出端，它连接于所述传感器输出装置的第一恒流电路和第一固定电阻之间的连接点处。

11、根据权利要求4的一种探测器，还包括第二输出端，它连接于所述火焰判断装置的第二固定电阻和第三固定电阻之间的连接点处。

12、根据权利要求1的一种探测器，还包括一个检验电路，用于根据一个外部信号强迫降低由所述火焰判断装置的基准电压产生电路产生的基准电压。

13、根据权利要求12的一种探测器，其中所述检验电路包括一个与所述第二可变电阻并联的簧片开关，通过从外部引入一个磁场使其导通。

14、根据权利要求12的一种探测器，其中所述检验电路包括与所述第二可变电阻并联的第七晶体管，与所述第七晶体管的基极相连的保护电阻，以及与所述保护电阻相连的检验信号输入端。

15、根据权利要求1的一种探测器，其中所述烟雾探测部分的基准电阻装置包括一个放在所述中间电极对面的内电极，并且在所述内电极和中间电极之间确定内电离腔。

16、根据权利要求1的一种探测器，其中所述烟雾探测部分的基准电阻装置由一个电阻构成。

17、根据权利要求1的一种探测器，其中所述传感器输出装置的第一晶体管是一个结型场效应晶体管。

18、根据权利要求1的一种探测器，其中传感器输出装置的所述第一恒流电路包括一个结型场效应晶体管和第五固定电阻。

19、根据权利要求3的一种探测器，其中恒压电路的所述第二恒流电路包括一个结型场效应晶体管和第六固定电阻。

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