基于动车组烟雾报警器的研究

(吉林化工学院，吉林吉林，132000)

1 引言

在高速行驶的动车组列车上，由于人员密集，一旦发生火灾，后果极其严重。旅客无论在动车组内哪个角落吸烟，都会引发火情，轻则影响大家的交通出行，重则威胁到其他旅客和动车组的安全。广大旅客朋友在享受高铁旅行带来的舒适与便捷时，更应注意旅行安全，不要在动车组内吸烟。

安装在动车组内的烟雾传感器是保证动车组运行安全的关键设备。它分布在动车组的客室、司机室、乘务员室、乘客区、吧台、厕所等区域，负责对全车各部位进行烟雾探测监控，为您的出行增添安全保障。

2 烟雾报警器工作原理

动车组上的烟雾报警器的主要部件就是气敏传感器，它是利用半导体气敏电阻元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度。气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如可制成液化石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的报警器，也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于对O2、CO2等气体的测量。生活中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。

本报警器采用半导体气敏元件作为传感器，实现“气-电”转换，555时基电路组成触发电路和报警音响电路；由于气敏元件工作时要求其加热电压相当稳定，所以利用7805三端集成稳压器对气敏元件加热灯丝进行稳压，使报警器能稳定地工作在180～260V的电压范围内。本电路省电且可靠性高。电路原理见图1所示，由555时基电路组成自激多谐振荡器，并巧妙地利用它的复位端进行触发。这样可节省元件。当气敏器件接触到可燃气体时，其阻值降低，使时基电路复位端电位上升，当它集成块1/3工作电压时就发出报警信号，具有灵敏度高的特点。

图1 烟雾报警器电路图

3 气敏电阻元件的测量电路

气敏电阻也可作为电子线路元件用于仪表线路温度补偿和温差电偶冷端温度补偿等。利用NTC热敏电阻的自热特征可实现自动增益控制，构成RC振荡器稳幅电路，延迟电路和保护电路。在自热温度远大于环境温度时阻值还与环境的散热条件有关，因此在气体分析仪、热导分析、流量计、流速计中常利用热敏电阻这一特性，制成专用的检测元件。PTC热敏电阻常常应用在保护电器设备的过热、没有触点的继电器、控制在恒温、控制自动增益的时候、电机启动的控制、延迟时间、彩电的自动消磁、补偿温度和火灾报警等一些方面。

气敏电阻元件一般可分为烧结型、薄膜型、厚膜型。气敏电阻的材料是金属氧化物，金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性，测量电路如图2所示，气敏特性如图3所示。

4 常用烟雾报警器应用分析

在动车上，明文规定是禁烟的，为了保障他人的利益，也为了自己的安全，大多数人还是遵守规定的。但是即使如此，还是有些人罔顾安防，在禁烟区吸烟，导致车内安全隐患丛生。2016年某一天，一名旅客在成渝高速动车组上吸烟触发火情报警、导致列车降速运行，此人也相应被处罚款500元。这是成渝高铁开通来因吸烟被罚的第一人。

图2 气敏电阻元件的测量电路

图3 气敏电阻元件输出电压与温度的关系

动车组上，常用的烟雾报警的种类繁多，大体包括以下三种：

(1)光电式烟雾报警器

光电式烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。

在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发光的红外光无法到达红外光敏三极管。当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射(图中只画出几个微粒的反射示意)，使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。通过光电流的产生可以判断是否有烟雾，由光电流驱动报警电路，从而达到报警的目的，烟雾报警器工作原理如图4所示。

图4 光电式烟雾报警器工作原理

(2)离子式烟雾报警器

离子式烟雾报警器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到铁路运输报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。离子烟雾报警器是一种各方面比较均衡响应的报警器，它对细小的烟雾颗粒物的感应要敏锐一些，烟雾探测器探烟雾离子，当烟雾浓度超过限量时，发生声光告警。工作参数如下：

(a)电源：离子式(9V电池/12-24V)；

(b)工作电流：静电电流≤10uA，报警电流≤20mA；

(c)蜂鸣器音量强度：10英寸处为85分贝；

(d)工作温度：-10℃～+50℃；

(e)环境湿度：≤95%RH；

(f)报警方式：声光报警。

(3)气敏式烟雾报警器

气敏式烟雾报警器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂(R11、R12)的检测。气敏式烟雾报警器是探测空气中某些可燃气体的成分，所以在火灾探测方面，气敏式传感器性能并不如离子式烟雾报警器。

5 结论

动车组列车属全封闭列车，车内各种设备对烟雾极其敏感，因而在列车各部位加装了烟感装置是非常必要的。如果在动车上吸烟、焚烧杂物，都会导致烟感装置发出警报，进而影响列车正常运行，《铁路安全管理条例》明确规定动车组内严禁吸烟，原因就在于此。