“離子型煙霧探測器的工作原理圖很簡單，但實際產(chǎn)品的實現(xiàn)方法及應用并非網(wǎng)上資料說的那樣。”

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

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

維基百科文章上的視頻甚至給出了一個粗略的示意圖：

真正的煙霧探測器使用離子室（ion chamber），但不會直接測量大約 10 皮安的電離電流。直接測量這樣的電流需要一個非常特殊且昂貴的數(shù)千兆歐姆的電阻，即便如此，要準確且重復地進行這樣的測量也是困難的。 真正的煙霧探測器采用了一種簡單的雙離子室電路。在這個電路中，一個離子室暴露在空氣中，用于檢測煙霧，而另一個離子室則是密封的，作為參考。通過比較這兩個離子室的電流差異，煙霧探測器可以檢測到煙霧的存在。這種方法避免了直接測量微小電流的復雜性和不準確性，提供了一種更實用和可靠的煙霧檢測方式： 兩個離子室形成了一個電壓分壓器。在正常情況下，離子室表現(xiàn)為一個電流源，但在低電壓下，許多離子在被收集之前會重新結合，這導致離子室表現(xiàn)得像一個非常大的電阻。這種相對的離子電流變化會改變輸出電壓。也就是說，當電壓較低時，離子室不能像在高電壓下那樣有效地傳導電流。為了避免電壓分壓器被負載下拉（即避免因為負載過大而導致電壓下降），輸出需要通過一個 JFET 或低電容的 MOSFET 來緩沖。

在實際應用中，這兩個離子室被組合成一個單一的組件：

α源和安裝板連接到電源的一側，屏蔽罐連接到另一側。這樣就形成了兩個離子室，下方是 “密封” 的參考室，上方是感煙室。感煙室通過在探測器外殼上切割的縫隙暴露于煙霧中。參考室只有一個開口，即使沒有完全密封，煙霧進入也需要很長時間。 高阻抗緩沖器就放在感應室的正下方，輸入引腳向上彎曲與感應電極接觸，以防止電路板漏電。在我檢查的探測器中，有一個涂了一層蠟以進一步隔離，另一個則有一個驅動防護環(huán)。這兩個探測器都有一個簡單的比較器，當感應電極的電壓低于 5 伏時就會觸發(fā)警報。

測試電路是否工作的方式很簡單（不需要點火產(chǎn)生煙霧 ）。如下圖，加一個開關，一端連接到地。測試時按下開關，電流將不再流過離子室（模擬煙霧阻斷電流的場景），這時就應該出發(fā)報警：

小結

簡化的原理可能有用，畢竟大多數(shù)人只對基本原理感興趣，但大多數(shù)資料都是片面的，對實際的應用場景只字不提，這就有點令人討厭了；有些資料甚至給出了比現(xiàn)實更復雜的解釋。添加一段注解真的那么難嗎？

在實際場景中，很多離子型煙霧探測器已被光電型煙霧探測器替代。全面了解兩者的區(qū)別肯定沒什么壞處。以下是對兩者優(yōu)缺點和應用場景的對比：

光典型煙霧探測器：

優(yōu)點：

對稍大煙霧粒子感應靈敏：光電型煙霧探測器對稍大的煙霧粒子的感應較靈敏，適合悶燒情況下的火災檢測。

成本較低：光電煙霧報警器通常比離子型更便宜。

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

缺點：

對小顆粒煙霧響應差：對于粒徑小于0.4μm的粒子響應較差。

可能對灰煙、黑煙響應差：對灰煙和黑煙的響應不如對白煙的響應好。

離子型煙霧探測器：

優(yōu)點：

對微小煙霧粒子感應靈敏：離子型煙霧探測器對微小的煙霧粒子的感應要靈敏一些，適合快速燃燒的火災檢測。

均衡響應各種煙霧：對各種煙能均衡響應，適用于開放性火災的探測。

低電池警告：當電池開始失效時，離子型探測器會發(fā)出警告，因為它依賴于電流的維持。

缺點：

成本較高：離子型煙霧探測器通常比光電型更昂貴。

可能對日常活動敏感：由于對小顆粒煙霧敏感，可能會因日常烹飪活動而誤報。

健康擔憂：使用放射源（如镅-241）可能引發(fā)健康方面的擔憂。

總的來說，光電型煙霧探測器適合于檢測悶燒火災，而離子型煙霧探測器適合于檢測快速燃燒的火災。選擇哪種類型的煙霧探測器應根據(jù)具體的應用環(huán)境和需求來決定。

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

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審核編輯 黃宇