基于動(dòng)車組煙霧報(bào)警器的研究

(吉林化工學(xué)院，吉林吉林，132000)

1 引言

在高速行駛的動(dòng)車組列車上，由于人員密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果極其嚴(yán)重。旅客無論在動(dòng)車組內(nèi)哪個(gè)角落吸煙，都會(huì)引發(fā)火情，輕則影響大家的交通出行，重則威脅到其他旅客和動(dòng)車組的安全。廣大旅客朋友在享受高鐵旅行帶來的舒適與便捷時(shí)，更應(yīng)注意旅行安全，不要在動(dòng)車組內(nèi)吸煙。

安裝在動(dòng)車組內(nèi)的煙霧傳感器是保證動(dòng)車組運(yùn)行安全的關(guān)鍵設(shè)備。它分布在動(dòng)車組的客室、司機(jī)室、乘務(wù)員室、乘客區(qū)、吧臺(tái)、廁所等區(qū)域，負(fù)責(zé)對(duì)全車各部位進(jìn)行煙霧探測(cè)監(jiān)控，為您的出行增添安全保障。

2 煙霧報(bào)警器工作原理

動(dòng)車組上的煙霧報(bào)警器的主要部件就是氣敏傳感器，它是利用半導(dǎo)體氣敏電阻元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化，借此來檢測(cè)待定氣體的成分或者測(cè)量其濃度。氣敏傳感器應(yīng)用較廣泛的是用于防災(zāi)報(bào)警，如可制成液化石油氣、天然氣、城市煤氣、煤礦瓦斯以及有毒氣體等方面的報(bào)警器，也可用于對(duì)大氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及在醫(yī)療上用于對(duì)O2、CO2等氣體的測(cè)量。生活中則可用于空調(diào)機(jī)、烹調(diào)裝置、酒精濃度探測(cè)等方面。

本報(bào)警器采用半導(dǎo)體氣敏元件作為傳感器，實(shí)現(xiàn)“氣-電”轉(zhuǎn)換，555時(shí)基電路組成觸發(fā)電路和報(bào)警音響電路；由于氣敏元件工作時(shí)要求其加熱電壓相當(dāng)穩(wěn)定，所以利用7805三端集成穩(wěn)壓器對(duì)氣敏元件加熱燈絲進(jìn)行穩(wěn)壓，使報(bào)警器能穩(wěn)定地工作在180～260V的電壓范圍內(nèi)。本電路省電且可靠性高。電路原理見圖1所示，由555時(shí)基電路組成自激多諧振蕩器，并巧妙地利用它的復(fù)位端進(jìn)行觸發(fā)。這樣可節(jié)省元件。當(dāng)氣敏器件接觸到可燃?xì)怏w時(shí)，其阻值降低，使時(shí)基電路復(fù)位端電位上升，當(dāng)它集成塊1/3工作電壓時(shí)就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，具有靈敏度高的特點(diǎn)。

圖1 煙霧報(bào)警器電路圖

3 氣敏電阻元件的測(cè)量電路

氣敏電阻也可作為電子線路元件用于儀表線路溫度補(bǔ)償和溫差電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)?。利用NTC熱敏電阻的自熱特征可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，構(gòu)成RC振蕩器穩(wěn)幅電路，延遲電路和保護(hù)電路。在自熱溫度遠(yuǎn)大于環(huán)境溫度時(shí)阻值還與環(huán)境的散熱條件有關(guān)，因此在氣體分析儀、熱導(dǎo)分析、流量計(jì)、流速計(jì)中常利用熱敏電阻這一特性，制成專用的檢測(cè)元件。PTC熱敏電阻常常應(yīng)用在保護(hù)電器設(shè)備的過熱、沒有觸點(diǎn)的繼電器、控制在恒溫、控制自動(dòng)增益的時(shí)候、電機(jī)啟動(dòng)的控制、延遲時(shí)間、彩電的自動(dòng)消磁、補(bǔ)償溫度和火災(zāi)報(bào)警等一些方面。

氣敏電阻元件一般可分為燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型。氣敏電阻的材料是金屬氧化物，金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性，測(cè)量電路如圖2所示，氣敏特性如圖3所示。

4 常用煙霧報(bào)警器應(yīng)用分析

在動(dòng)車上，明文規(guī)定是禁煙的，為了保障他人的利益，也為了自己的安全，大多數(shù)人還是遵守規(guī)定的。但是即使如此，還是有些人罔顧安防，在禁煙區(qū)吸煙，導(dǎo)致車內(nèi)安全隱患叢生。2016年某一天，一名旅客在成渝高速動(dòng)車組上吸煙觸發(fā)火情報(bào)警、導(dǎo)致列車降速運(yùn)行，此人也相應(yīng)被處罰款500元。這是成渝高鐵開通來因吸煙被罰的第一人。

圖2 氣敏電阻元件的測(cè)量電路

圖3 氣敏電阻元件輸出電壓與溫度的關(guān)系

動(dòng)車組上，常用的煙霧報(bào)警的種類繁多，大體包括以下三種：

(1)光電式煙霧報(bào)警器

光電式煙霧報(bào)警器內(nèi)有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對(duì)管，無煙時(shí)紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當(dāng)煙塵進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報(bào)警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報(bào)。

在沒有煙霧時(shí)，由于紅外對(duì)管相互垂直，煙霧室內(nèi)又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)光的紅外光無法到達(dá)紅外光敏三極管。當(dāng)煙霧進(jìn)入煙霧室后，煙霧的固體粒子對(duì)紅外光產(chǎn)生漫反射(圖中只畫出幾個(gè)微粒的反射示意)，使部分紅外光到達(dá)光敏三極管，有光電流輸出。通過光電流的產(chǎn)生可以判斷是否有煙霧，由光電流驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，從而達(dá)到報(bào)警的目的，煙霧報(bào)警器工作原理如圖4所示。

圖4 光電式煙霧報(bào)警器工作原理

(2)離子式煙霧報(bào)警器

離子式煙霧報(bào)警器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到鐵路運(yùn)輸報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。離子煙霧報(bào)警器是一種各方面比較均衡響應(yīng)的報(bào)警器，它對(duì)細(xì)小的煙霧顆粒物的感應(yīng)要敏銳一些，煙霧探測(cè)器探煙霧離子，當(dāng)煙霧濃度超過限量時(shí)，發(fā)生聲光告警。工作參數(shù)如下：

(a)電源：離子式(9V電池/12-24V)；

(b)工作電流：靜電電流≤10uA，報(bào)警電流≤20mA；

(c)蜂鳴器音量強(qiáng)度：10英寸處為85分貝；

(d)工作溫度：-10℃～+50℃；

(e)環(huán)境濕度：≤95%RH；

(f)報(bào)警方式：聲光報(bào)警。

(3)氣敏式煙霧報(bào)警器

氣敏式煙霧報(bào)警器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。它的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)、瓦斯氣體的檢測(cè)、煤氣的檢測(cè)、氟利昂(R11、R12)的檢測(cè)。氣敏式煙霧報(bào)警器是探測(cè)空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，所以在火災(zāi)探測(cè)方面，氣敏式傳感器性能并不如離子式煙霧報(bào)警器。

5 結(jié)論

動(dòng)車組列車屬全封閉列車，車內(nèi)各種設(shè)備對(duì)煙霧極其敏感，因而在列車各部位加裝了煙感裝置是非常必要的。如果在動(dòng)車上吸煙、焚燒雜物，都會(huì)導(dǎo)致煙感裝置發(fā)出警報(bào)，進(jìn)而影響列車正常運(yùn)行，《鐵路安全管理?xiàng)l例》明確規(guī)定動(dòng)車組內(nèi)嚴(yán)禁吸煙，原因就在于此。