基于動車組煙霧報警器的研究

(吉林化工學院，吉林吉林，132000)

1 引言

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

安裝在動車組內的煙霧傳感器是保證動車組運行安全的關鍵設備。它分布在動車組的客室、司機室、乘務員室、乘客區、吧臺、廁所等區域，負責對全車各部位進行煙霧探測監控，為您的出行增添安全保障。

2 煙霧報警器工作原理

動車組上的煙霧報警器的主要部件就是氣敏傳感器，它是利用半導體氣敏電阻元件同氣體接觸，造成半導體性質變化，借此來檢測待定氣體的成分或者測量其濃度。氣敏傳感器應用較廣泛的是用于防災報警，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警器，也可用于對大氣污染進行監測以及在醫療上用于對O2、CO2等氣體的測量。生活中則可用于空調機、烹調裝置、酒精濃度探測等方面。

本報警器采用半導體氣敏元件作為傳感器，實現“氣-電”轉換，555時基電路組成觸發電路和報警音響電路；由于氣敏元件工作時要求其加熱電壓相當穩定，所以利用7805三端集成穩壓器對氣敏元件加熱燈絲進行穩壓，使報警器能穩定地工作在180～260V的電壓范圍內。本電路省電且可靠性高。電路原理見圖1所示，由555時基電路組成自激多諧振蕩器，并巧妙地利用它的復位端進行觸發。這樣可節省元件。當氣敏器件接觸到可燃氣體時，其阻值降低，使時基電路復位端電位上升，當它集成塊1/3工作電壓時就發出報警信號，具有靈敏度高的特點。

圖1 煙霧報警器電路圖

3 氣敏電阻元件的測量電路

氣敏電阻也可作為電子線路元件用于儀表線路溫度補償和溫差電偶冷端溫度補償等。利用NTC熱敏電阻的自熱特征可實現自動增益控制，構成RC振蕩器穩幅電路，延遲電路和保護電路。在自熱溫度遠大于環境溫度時阻值還與環境的散熱條件有關，因此在氣體分析儀、熱導分析、流量計、流速計中常利用熱敏電阻這一特性，制成專用的檢測元件。PTC熱敏電阻常常應用在保護電器設備的過熱、沒有觸點的繼電器、控制在恒溫、控制自動增益的時候、電機啟動的控制、延遲時間、彩電的自動消磁、補償溫度和火災報警等一些方面。

氣敏電阻元件一般可分為燒結型、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，制成半導體后卻顯示氣敏特性，測量電路如圖2所示，氣敏特性如圖3所示。

4 常用煙霧報警器應用分析

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

圖2 氣敏電阻元件的測量電路

圖3 氣敏電阻元件輸出電壓與溫度的關系

動車組上，常用的煙霧報警的種類繁多，大體包括以下三種：

(1)光電式煙霧報警器

光電式煙霧報警器內有一個光學迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發射管發出的紅外光，當煙塵進入光學迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發出警報。

在沒有煙霧時，由于紅外對管相互垂直，煙霧室內又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發光的紅外光無法到達紅外光敏三極管。當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產生漫反射(圖中只畫出幾個微粒的反射示意)，使部分紅外光到達光敏三極管，有光電流輸出。通過光電流的產生可以判斷是否有煙霧，由光電流驅動報警電路，從而達到報警的目的，煙霧報警器工作原理如圖4所示。

圖4 光電式煙霧報警器工作原理

(2)離子式煙霧報警器

離子式煙霧報警器是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到鐵路運輸報警系統中，性能遠優于氣敏電阻類的火災報警器。離子煙霧報警器是一種各方面比較均衡響應的報警器，它對細小的煙霧顆粒物的感應要敏銳一些，煙霧探測器探煙霧離子，當煙霧濃度超過限量時，發生聲光告警。工作參數如下：

(a)電源：離子式(9V電池/12-24V)；

(b)工作電流：靜電電流≤10uA，報警電流≤20mA；

(c)蜂鳴器音量強度：10英寸處為85分貝；

(d)工作溫度：-10℃～+50℃；

(e)環境濕度：≤95%RH；

(f)報警方式：聲光報警。

(3)氣敏式煙霧報警器

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

5 結論

動車組列車屬全封閉列車，車內各種設備對煙霧極其敏感，因而在列車各部位加裝了煙感裝置是非常必要的。如果在動車上吸煙、焚燒雜物，都會導致煙感裝置發出警報，進而影響列車正常運行，《鐵路安全管理條例》明確規定動車組內嚴禁吸煙，原因就在于此。