對火災和防火設施的研究，歷來是人類一切有效活動中不可缺少的一個方面。火災的發展過程，一般可分為3個階段：初起引燃階段、發展階段和衰減熄滅階段。為了盡量減少火災所造成的損失，要求防火設施在火災的初起引燃階段能自動發出火災報警信號，以便將火撲滅在未成災害之前。感煙火災探測器就是適應這一要求的有效設備。在發達國家，感煙火災探測器已成為住房保險必需品，指令性安裝在每個投保住宅單元的廳、房和廚房等處。在國內，目前這類產品尚少。隨著改革開放，高層建筑群不斷增多，對防火設備的需求量大為增加，使這類產品的進口量有增無減。為了滿足國內需求，我們剖析了一些進口產品，用國產的元器件研制成一種新型紅外光電感煙火災探測器。

1　外形結構
　　探測器的外形是一個扁圓形的塑膠盒子，170 mm×70mm。如把放置電路板和傳感器暗室那部分看作盒身，另一部分看作盒蓋，則盒身為黑色，盒蓋為乳白色。在盒身底面，配備2個活動螺孔，以便將探測器嵌裝在天花板上。用手一使勁，就可把白蓋拉脫開。盒身里有1塊半圓形的電路板和一個暗室，2者各占一半。暗室是1個60mm的空腔，周圍用欄柵狀的小條條圍著，外邊再圍上1塊多孔的金屬防蟲網，網孔徑1mm。暗室頂部裝著1個長方形小盒子，其中分為2格，格與格之間互不直接連通。格中分別裝上1個紅外發射二極管和1個紅外接收二級管，2管的中心工作波長應相同。格子的開口面向著空腔。電路板上裝有一些電子元器件、1塊9V堿性電池、1個微動開關和1個用壓電陶瓷片做的蜂鳴器。
　　當按下微動開關，或合上白盒蓋，再吹一口煙噴入暗室，稍息，蜂鳴器就發出刺耳的“嘟……”的響聲。
　　下面分述本探測器的電路原理。

2　發射電路
　　圖1為本探測器的發射電路原理圖。圖中，CC4047用作方波發生器。方波周期T≈4.4R1C1。如取C1=0.33μF,R1=6.2 ΜΩ，則T=9s。C2、R2組成微分電路。方波經微分后，變為前沿陡峭的尖脈沖波，再經與非門1倒相整形，用負向脈沖推動三極管BG1的間歇導通，使與其串接的紅外發射二極管D1發射周期性的紅外光脈沖。門1輸出的負脈沖同時還作用于接收電路和電源欠壓報警電路。

圖1　發射電路原理圖

3　接收電路
　　圖2為接收電路原理圖。圖中，D2為紅外接收二極管，它與電阻R5組成檢測電路。無煙霧進入暗室時，D2接收不到紅外光，其反向電阻RD2達上百兆歐姆，遠比R5大，故分壓得VD2為高電平。有煙霧進入暗室時，由于煙霧粒子(線長為μm級)對D1所發射的紅外光的折射和散射，使D2接收到紅外光，RD2呈指數律減小，故VD2也顯著減小。在正常接收情況下，VD2會小于或非門2的門檻電壓VT2，從而使門2開通，輸出由門1送來的與發射脈沖同步的正脈沖，這就是報警脈沖。在這里，或非門2同時起著比較作用和開關作用。比較電壓即其門檻電壓VT2；開關作用則由VD2來控制。三極管BG2、電容C3和或非門3等構成記憶電路，用以實現信號的轉換和控制。在報警脈沖的高電平期間，BG2飽和導通，電容C3通過BG2放電。當電容C3的電壓VC3小于門3的門檻電壓VT3時，門3輸出高電平。隨著報警脈沖的不斷到來，BG2不斷導通，使得VC3總小于VT3，結果門3輸出高電平保持不變，??動報警電路報警。這種記憶電路還可防干擾，避免瞬間出現的干擾脈沖造成的誤報警。本探測器同時用聲、光報警。與非門4和5組成單穩態多諧振蕩電路，用門3輸出的報警高電平通過微動開關K來觸發，振蕩頻率f=1/2.2R9C4，這就是聲響頻率。門5輸出，驅動三極管BG4和BG5，使壓電陶瓷片HTD發聲，紅色發光二極管D3發紅色閃光。

圖2　接收電路原理圖

4　電源欠壓報警電路
　　當電源電壓下降到一定程度時，由于發射電流減小，靈敏度降低，會使電路不能正常報警。設置電源欠壓報警電路，將對此情況作出反應。圖3為電源欠壓報警電路。

圖3　電源欠壓報警電路

    圖中，或非門6和或非門2相似，起著開關和比較作用。BG5是N溝道結型高阻場效應管，當電源電壓降低時，R15上的分壓隨之下降，BG5的VGS減小，溝道電阻呈指數律急劇減小，使VD5減小。當VD5＜VT6時，門6開通，輸出由門1送來的與發射脈沖同步的正脈沖，這就是欠壓報警脈沖。欠壓報警為斷續聲響。
5　結束語
　　本探測器的參數為：整機靜態電流10 μA，聲報警電流14 mA，脈沖間隔時間8 s，報警持續時間10 s，當電源電壓降到7.5V時欠壓報警。這些測試結果表明本探測器已達到外國同類產器的水平。此外，本探測器的設計考慮到可靠性、使用方便和擴展功能等情況，設置了光報警、外接電源輸入線、報警信號輸出線，因此使本探測器的功能更完備。就價格而論，一個同類的進口產品的完稅價高達數百港元，而本探測器全部采用國產元器件，走國產化之路，售價自然可大大降低。
　　本探測器的整機電路如圖4所示。