“離子型煙霧探測(cè)器的工作原理圖很簡(jiǎn)單，但實(shí)際產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用并非網(wǎng)上資料說(shuō)的那樣。”

互聯(lián)網(wǎng)上的大部分資料都這樣描述離子型煙霧探測(cè)器的原理：

離子型煙霧探測(cè)器包含一個(gè)電離室，其中放置有少量的放射性物質(zhì)，通常是镅-241（Americium-241）。這種放射性物質(zhì)能夠發(fā)射α粒子，這些α粒子具有強(qiáng)大的電離能力，能夠使空氣中的分子電離，產(chǎn)生正負(fù)離子。在電離室內(nèi)，正負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下分別向相反電荷的電極移動(dòng)，形成電流。在沒(méi)有煙霧的情況下，這個(gè)電流是穩(wěn)定的。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室時(shí)，它們會(huì)吸附空氣中的離子，從而減少能夠攜帶電流的離子數(shù)量。這種干擾導(dǎo)致電流下降并激活警報(bào)。

維基百科文章上的視頻甚至給出了一個(gè)粗略的示意圖：

真正的煙霧探測(cè)器使用離子室（ion chamber），但不會(huì)直接測(cè)量大約 10 皮安的電離電流。直接測(cè)量這樣的電流需要一個(gè)非常特殊且昂貴的數(shù)千兆歐姆的電阻，即便如此，要準(zhǔn)確且重復(fù)地進(jìn)行這樣的測(cè)量也是困難的。 真正的煙霧探測(cè)器采用了一種簡(jiǎn)單的雙離子室電路。在這個(gè)電路中，一個(gè)離子室暴露在空氣中，用于檢測(cè)煙霧，而另一個(gè)離子室則是密封的，作為參考。通過(guò)比較這兩個(gè)離子室的電流差異，煙霧探測(cè)器可以檢測(cè)到煙霧的存在。這種方法避免了直接測(cè)量微小電流的復(fù)雜性和不準(zhǔn)確性，提供了一種更實(shí)用和可靠的煙霧檢測(cè)方式： 兩個(gè)離子室形成了一個(gè)電壓分壓器。在正常情況下，離子室表現(xiàn)為一個(gè)電流源，但在低電壓下，許多離子在被收集之前會(huì)重新結(jié)合，這導(dǎo)致離子室表現(xiàn)得像一個(gè)非常大的電阻。這種相對(duì)的離子電流變化會(huì)改變輸出電壓。也就是說(shuō)，當(dāng)電壓較低時(shí)，離子室不能像在高電壓下那樣有效地傳導(dǎo)電流。為了避免電壓分壓器被負(fù)載下拉（即避免因?yàn)樨?fù)載過(guò)大而導(dǎo)致電壓下降），輸出需要通過(guò)一個(gè) JFET 或低電容的 MOSFET 來(lái)緩沖。

在實(shí)際應(yīng)用中，這兩個(gè)離子室被組合成一個(gè)單一的組件：

α源和安裝板連接到電源的一側(cè)，屏蔽罐連接到另一側(cè)。這樣就形成了兩個(gè)離子室，下方是 “密封” 的參考室，上方是感煙室。感煙室通過(guò)在探測(cè)器外殼上切割的縫隙暴露于煙霧中。參考室只有一個(gè)開口，即使沒(méi)有完全密封，煙霧進(jìn)入也需要很長(zhǎng)時(shí)間。 高阻抗緩沖器就放在感應(yīng)室的正下方，輸入引腳向上彎曲與感應(yīng)電極接觸，以防止電路板漏電。在我檢查的探測(cè)器中，有一個(gè)涂了一層蠟以進(jìn)一步隔離，另一個(gè)則有一個(gè)驅(qū)動(dòng)防護(hù)環(huán)。這兩個(gè)探測(cè)器都有一個(gè)簡(jiǎn)單的比較器，當(dāng)感應(yīng)電極的電壓低于 5 伏時(shí)就會(huì)觸發(fā)警報(bào)。

測(cè)試電路是否工作的方式很簡(jiǎn)單（不需要點(diǎn)火產(chǎn)生煙霧 ）。如下圖，加一個(gè)開關(guān)，一端連接到地。測(cè)試時(shí)按下開關(guān)，電流將不再流過(guò)離子室（模擬煙霧阻斷電流的場(chǎng)景），這時(shí)就應(yīng)該出發(fā)報(bào)警：

小結(jié)

簡(jiǎn)化的原理可能有用，畢竟大多數(shù)人只對(duì)基本原理感興趣，但大多數(shù)資料都是片面的，對(duì)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景只字不提，這就有點(diǎn)令人討厭了；有些資料甚至給出了比現(xiàn)實(shí)更復(fù)雜的解釋。添加一段注解真的那么難嗎？

在實(shí)際場(chǎng)景中，很多離子型煙霧探測(cè)器已被光電型煙霧探測(cè)器替代。全面了解兩者的區(qū)別肯定沒(méi)什么壞處。以下是對(duì)兩者優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景的對(duì)比：

光典型煙霧探測(cè)器：

優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)稍大煙霧粒子感應(yīng)靈敏：光電型煙霧探測(cè)器對(duì)稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，適合悶燒情況下的火災(zāi)檢測(cè)。

成本較低：光電煙霧報(bào)警器通常比離子型更便宜。

不易受日常烹飪干擾：光電煙霧探測(cè)器不易因燒焦吐司或淋浴蒸汽等日常活動(dòng)而誤報(bào)。

缺點(diǎn)：

對(duì)小顆粒煙霧響應(yīng)差：對(duì)于粒徑小于0.4μm的粒子響應(yīng)較差。

可能對(duì)灰煙、黑煙響應(yīng)差：對(duì)灰煙和黑煙的響應(yīng)不如對(duì)白煙的響應(yīng)好。

離子型煙霧探測(cè)器：

優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)微小煙霧粒子感應(yīng)靈敏：離子型煙霧探測(cè)器對(duì)微小的煙霧粒子的感應(yīng)要靈敏一些，適合快速燃燒的火災(zāi)檢測(cè)。

均衡響應(yīng)各種煙霧：對(duì)各種煙能均衡響應(yīng)，適用于開放性火災(zāi)的探測(cè)。

低電池警告：當(dāng)電池開始失效時(shí)，離子型探測(cè)器會(huì)發(fā)出警告，因?yàn)樗蕾囉陔娏鞯木S持。

缺點(diǎn)：

成本較高：離子型煙霧探測(cè)器通常比光電型更昂貴。

可能對(duì)日?；顒?dòng)敏感：由于對(duì)小顆粒煙霧敏感，可能會(huì)因日常烹飪活動(dòng)而誤報(bào)。

健康擔(dān)憂：使用放射源（如镅-241）可能引發(fā)健康方面的擔(dān)憂。

總的來(lái)說(shuō)，光電型煙霧探測(cè)器適合于檢測(cè)悶燒火災(zāi)，而離子型煙霧探測(cè)器適合于檢測(cè)快速燃燒的火災(zāi)。選擇哪種類型的煙霧探測(cè)器應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和需求來(lái)決定。

參考文獻(xiàn)： https://10maurycy10.github.io/projects/motion_sensor_hacking/ 本文遵循 Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

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