烟雾报警系统2.0版
美国保险商实验室（UL）是美国和加拿大烟雾探测标准的制定方，目前已发布修订版标准规范（第8版），将于2020年5月生效。与现有标准相比，新标准提出了更高的技术难度。
全新的烟雾探测器测试
标准的重大变化之一是引入汉堡包错误警报测试。在新测试中，我们将汉堡包置于烤箱内，并将烤箱温度设置为高至最终能够点燃汉堡包的温度。在产生一定程度的烟雾前，探测器不得发出警报。不得误报的要求将决定探测系统的最大灵敏度。该测试的设置目的是减少因烹饪活动导致的误报警数量，因为误报率高造成居民切断报警器是火灾相关事件中人员死亡的主要原因之一。
聚氨酯（PU）燃烧测试是新标准的另一项增补测试，这个测试也被称为沙发垫燃烧测试。由于不同类型的烟雾具有不同的光散射横截面和物理特性，在相似减光度下传感器对聚氨酯燃烧烟雾的响应弱于对其他类型烟雾的响应。因此，探测特定浓度聚氨酯燃烧烟雾的能力将决定大多数（即使不是所有）光探测系统的最小灵敏度。实际上，传感器难以将聚氨酯燃烧烟雾与汉堡包燃烧烟雾区分开来。在过去，为探测器设置通过/未通过标准的较为简单，以最低限度达到测试机构的要求为准。而即将出台的新标准大幅压缩了制造和校准容差度，可能会使算法更加复杂。聚氨酯燃烧测试和汉堡包误报警测试采用不同时间尺度，并创建出一种简单的算法，能够测量烟量变化斜率或速率，是区分这两种着火类型，符合UL认证要求的捷径。然而，这样的算法在实际应用中效果如何仍然存疑。
在锅炉间测试中，通过标准或被设定为从测试开始经过的时间，或被定义为特定的减光系数。典型的减光度传感器如图1所示。一端是光源，另一端是光探测器。UL测试中的光束用钠蒸汽灯发出，直径4英寸，长5英尺。光束路径上的微粒会吸收光，或将光散射出光束路径，从而减少抵达探测器的光量。对于不同类型的烟雾，光散射系统和减光度之间的关系有所不同。在汉堡包误报警测试和聚氨酯燃烧测试中，即使减光度差别高达3倍，光散射系统仍然几乎无法区分这两种燃烧。
典型的烟雾探测器
典型的烟雾报警器由探测器、嵌有算法的微控制器以及扬声器、LED指示灯和CO传感器等附加组件构成。光电烟雾报警器一般使用分立LED（常为近红外光，850nm或880nm）和分立光电二极管。两者摆放方向一般呈135°角，距离几厘米。
图1：基准测量
特定波长的LED光被微粒散射到光电二极管上。如图2所示，LED和光电二极管的距离通常为几厘米。
图2：使用红外LED的正向散射系统
然而，采用分立设计的烟雾报警器及其测量方法都存在一定弊端。主要弊端在于单色LED会导致较高的误报警率，因为单色LED会加大区分两种燃烧产生的不同微粒的难度。此外，分立设计体积较大，相关的功耗也较高。而且还需要大量的调试校准工作。目前，光学组件已经发展到较先进的技术水平，可以将LED、光电二极管和光学前端集成到小型封装内。
应对新挑战
ADI已经开发出帮助解决这些问题的相关技术：ADPD188BI。该技术直接将两个LED（蓝光和红外）、光电二极管和模拟前端相集成。数字输出通过I²C或SPI连接到微控制器。ADPD188BI的原理图如图3所示。从图中可以看到，完整的信号链在单片尺寸为5mm×3.8mm的芯片上成功实现。
图3：ADPD188BI原理图
ADPD188BI的工作方式是发出数毫秒长的短LED脉冲。部分光被烟雾微粒散射回光电二极管（参见图4所示的ADPD188BI横截面）。模拟前端（AFE）包含跨阻放大器、带通滤波器、积分器、ADC、LED驱动器和数字控制（参见图3的中间部分）。AFE可以通过多种选项为不同应用和用例进行优化。此外，AFE还能够斥距灯光或太阳光等环境光，斥距比高达80dB。
图4：ADPD188BI的横截面
这个功能带来了众多优势。缩短LED和PD之间的距离大幅提升了光的使用效率，在达到灵敏度要求的同时，降低系统功耗，从而延长电池使用寿命。该装置采用两种不同的LED颜色。微粒的光散射量是波长的函数。两种颜色的LED在区分汉堡包燃烧烟雾和聚氨酯燃烧烟雾方面作用有限，但可以用于区分相对较小的烟雾颗粒（直径为100nm至300nm）和大得多的阴燃塑料颗粒或蒸汽颗粒（直径为10μm）。ADPD188BI内高度可配置的AFE提供了极宽泛的动态范围，且这种动态范围不仅可通过软件进行配置，也能在运行中进行调节。此外，也可以在运行中对系统的信噪比进行轻松调节，优化功耗或性能。例如，可以在探测到烟雾的时候动态地提高采样率或信噪比，以更准确地区分干扰源或真正的火灾。此外，系统通过集成，也能校准部件环路响应（LED驱动器 LED PD AFE），并将校准系数刻录到AFE中，从而将部件间偏差限制在不超过±10%，减少或避免在烟道中开展成本高、用时长的灵敏度校准。ADPD188BI提供的特性与功能有助于提升烟雾探测器的性能，从而更准确地区分干扰源和火灾事件。除了优异的性能以外，ADPD188BI还拥有额外的优势：集成LED后无需单独采购和库存LED；小尺寸便于将烟雾探测功能集成在智能楼宇组件中。
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