本实用新型适用于作业环境中有大量浮游粉尘及爆炸性气体的有火灾危险的场所。

目前，国内尚无应用于矿山井下的烟雾探测装置。1985年引进英国P3270型烟雾传感器由于结构原因，在矿山内使用时不能排除粉尘的干扰，经常产生非火灾误报；且因放射能量大、价格昂贵等而受到限制。为此，需要研制一种适用于矿井环境的烟雾探测装置。

本实用新型能在有大量浮游粉尘及爆炸性气体的有火灾危险的恶劣环境中长时连续监测到火灾初期阴燃阶段产生的不可见气溶胶微粒及可见烟雾（粒径为0.01～0.3μm的亚微粒子及10μm以下的微粒子），与电源监控箱及环境监测系统配用还能输出电信号进行就地监视、断电、声光报警、启动消火装置及集中监视和遥测。对火灾进行探测和早期预报，从而保证生产安全，人身安全及设备安全。

本适用新型的主要技术指标：

1.输入电压：    15～24V    DC

2.工作电流：    ＜100mA    DC

3.报警电流：    ＜130mA    DC

4.报警方式：（1）现场：光报警

（2）集中监测中心站开关信号输出：

无报警时：0，±0.1mA    DC

有烟或自检报警时：＋2，±0.1mA    DC

（亦可根据配套装置和系统的要求，输出信号在1～20mA范围内可调）

5.响应时间：＜30秒

6.烟尘粒度检测范围：0.01～10μm

7.检测、补偿双电离室微量检测放射源放射性活度：

Am241    185KBq

8.外形尺寸：φ140×180mm

9.质  量：1.3kg

10.防爆型式：ibI（＋150℃）本质安全型

11.使用环境条件：温度：0～40℃

湿度：≤98％

大气压力：85～110KPa（相当于海拨高度－1000～＋1500m）

可用于有瓦斯、粉尘爆炸危险及粉尘浓度较大的场所。

本实用新型的结构：

烟雾探测装置由图1中的上外罩1、铭牌2、补偿电离室3、补偿源4、印制电路板5、电缆接头6、补充接收电极7、中间电极8、绝缘环9、检测源10、集尘螺帽11、冲击淘析器12、烟尘旋风分离罩13、检测电离室14、三通吸气管15、报警灯16、中隔盘17、压环18、偏心轴19、气泵20、无刷电机21、手把22；及图2中的自检按钮23、复位按钮24等部分以及密封件、紧固件组成。

本实用新型的装配方式：

在图1中铭牌2和手把22用铆钉铆在上外罩1上。上外罩1的边缘因套在其上的压环18的螺纹与中隔盘17连结而被压紧在中隔盘17上。补偿电离室3、中间电极8、检测电离室14、无刷电机21、电缆接头6、报警灯16、自检按钮23、复位按钮24等均各有导线焊接在印制电路板5上，印制电路板5再用螺钉固定在中隔盘17上部。

在检测源10上装入补充接收电极7及绝缘环9，在补偿源4上套入绝缘环9和中间电极8后，从上至下穿过中隔盘17的中心孔，与位于中隔盘17下方的检测源10等用螺纹连接在一起，再将检测电离室14从下方用螺钉固定在中隔盘17上。它们与印制电路板5上的补偿电离室3装配在一起就构成了检测、补偿双电离室。

三通吸气管15的两端吸气管通过中隔盘17开口在检测电离室14内，另一端管口用软管与气泵20相连。气泵20用偏心轴19与无刷电机21相连，并用螺钉固定在无刷电机21上。

本实用新型的特点：

1.第二级烟尘分离机构，由图1中的检测电离室14和冲击淘析器12组成。图4即为第2级烟尘分离机构。冲击淘析器由冲击淘析架37、冲击板A38、冲击板B39、冲击板C40，及3个相同厚度的隔离园环41和螺钉42组成。各冲击板与隔离园环外径相同。装配顺序是：冲击板B39、隔离园环41、冲击板A38、隔离园环41、冲击板C40、隔离园环41、冲击板A38依次装入冲击淘析架37构成冲击淘析器，再用螺钉42把冲 击淘析架37和检测电离室36（即图1中的14、以下同）连结成一体。其功能是使环境中的含尘烟气被吸入检测电离室36之前，在第二级烟尘分离机构中经过各级冲击板，由于微粒的惯性碰撞及布朗扩散的粒度分级原理使粒径大于10微米的粉尘不能进入检测电离室36，而大量比重轻、具有亚微粒子特点的火灾烟尘（其中大部分粒径为0.6μm左右）因作布朗扩散运动可被吸入检测电离室36，从而实现了粉尘和烟尘的分离。排除了粉尘对检测烟尘的干扰。

图5是检测电离室43，由不锈钢薄片冲制呈杯形结构，下部有特定的锥角a，底面中心部份为一向上凸起的园台，在此园台内开有若干个均布的园形吸气孔；在检测电离室43上部边缘上开有均布的方形缺口，便于与图1中的中隔盘17用螺钉连接。在检测电离室43底部均布地焊有内螺纹的螺柱，便于与图4中的冲击淘析架37连接。烟尘可由吸气孔而进入检测电离室43内部。

图6是冲击淘析架44。它的形状如同一个内部具有阶梯形状的盆，上方开口直径略大于各冲击板及隔离园环的外径。盆底中心有一个具有锥度的孔，盆边缘上有均布的方形槽，便于与图5中的检测电离室43用螺钉连接成一体。

图7是冲击板A45。它是一个具有中心园孔的薄园片，中心园孔与外径具有一定的比例。

图8是冲击板B46。它是一个具有均布腰形孔的薄园片，腰形孔的各园弧直径与外径具有一定的比例。

图9是冲击板C47。它是一个具有均布腰形孔的薄园片，腰形孔的各园弧直径与外径具有比例关系。但其形状和比例与图8的 冲击板B46不同。

2.第一级烟尘分离机构由烟尘旋风分离罩13、中隔盘17、检测电离室14、冲击淘析器12和集尘螺帽11组成。

烟尘旋风分离罩13用下部的螺纹与集尘螺帽11旋紧，并使烟尘旋风分离罩13上的链条另一端用螺钉固定在集尘螺帽11上；它的上端开口处与中隔盘17下部相配合的螺纹相接。这样在烟尘旋风分离罩13和中隔盘17、检测电离室14、冲击淘析器12之间的位置为粉尘、烟尘旋风分离空间。

图10为烟雾探测装置中第一级烟尘分离机构的主要零件烟尘旋风分离外罩48。其内部呈两端开口的园柱漏斗形，下部有特定的锥度，内表面极为光滑，便于粉尘下滑。在园柱形上部均布有若干个与园柱的母线及底平面成一定α角度的吸气孔，含有粉尘及烟尘的环境气体被吸入后则可形成具有一定离心力的旋风，使粉尘沿此外罩的内表面下滑到图1中的集尘螺帽11中，而烟尘则在此外罩的中心部分往上升，从而经过图1中的冲击淘析器12而进入检测电离室14内。在园锥台下部有一园盘，可以防水。此外罩的上下两端外部均有螺纹便于与图1中隔盘17及集尘螺帽11连接。

3.图3为烟雾探测装置的电路原理方框图。由极性保护电路25、稳压电路26、检测电路27、补偿电路28、信号处理电路29、比较触发电路30、信号保持电路31、信号输出电路32、模拟自检电路33、警报解除电路34、报警确认电路35等组成。该装置为本质安全型。

图11为烟雾探测装置的电路原理图。由具有一定特点的信号处理电路49、模拟自检电路50、警报解除电路51等部分组成。 其各部分由虚线方框所示。

信号处理电路49由图1中的检测源9、检测电离室14、补充接收电极7、补偿源4、补偿电离室3及有高度绝缘屏蔽保护的中间电极8组成信号检测单元。其中间电极8能取出随烟雾变化而引起的电离电流变化的微弱电信号，同时输入到两个F3140高阻运算放大器N1、N2中。

图11中的F3140高阻运算放大器N2的电路连接方式采用输出端与信号输入端连接，能将输入的原始电信号通过同相运算处理后直接反馈到F3140高阻运算放大器N1的同相输入端，并在该端的四周形成一个与输入电压信号等值变化的电压区域，对输入电信号实现有源保护。（具体连接方式见图13）。

图11中的F3140高阻运算放大器N1与LM324低功耗运算放大器N3及有关匹配电阻、电容等组成了阻抗变换和前置放大电路，实现了信号检测电路与后级电路间的阻抗匹配变换，进一步抑制了杂散电流对输入信号的干扰，实现了对信号的前置放大。

模拟自检电路50由图1中的检测源9、补偿源4、中间电极8、图2中的自检按钮23及电阻等组成。能在自检按钮按下后，将框图50中1MΩ电阻与中间电极8取出信号的屏蔽信号接通，使比较电位下降到与有烟雾时中间电极8取出的电信号相同，即是说人为地为信号处理电路及各后级电路提供超限报警电信号。用以简便地检查烟雾探测装置除信号检测电路之外的各级电路能否正常工作。

警报解除电路51由图1中的报警灯16，图2中复位按钮24及部分信号保持电路中的三极管V10、C4及其它阻容器件组成。 在烟雾探测装置报警状态下，按下复位按钮24则使整机电源负与信号保持电路的有关线路接通，使处于维持报警信号状态的V10截止，从而使报警电路停止工作，报警灯熄灭。整机电路重新恢复到未报警时的正常监视检测状态。即是说，能在消除火灾灾情后或为了解除模拟自检报警状态而人为地恢复本装置的正常监视工作状态。

图12为信号处理电路，由双点划线区分出的信号检测单元52、阻抗变换及有源保护单元53、前置放大单元54组成。

信号检测单元52的功能是：当检测到火灾发生初期由阴燃火或明火先期释放出的亚微粒子时，能产生一个随烟雾变化的相应电压信号送往阻抗变换及有源保护单元。

阻抗变换及有源保护单元53的功能是：在完成检测单元52与前置放大单元54间高阻到低阻的阻抗匹配变换并将从检测单位52中拾取的随烟雾变化的原始电压信号送往前置放大单元54的同时，将该原始电压信号以全反馈的方式直接反馈到阻抗变换的同相信号输入端，在该端的四周形成一个与随烟雾变化的原始电压信号呈等值变化的电压区域，有效地抑制外界杂散信号的干扰，形成有源保护。亦有效地排除了外界对微弱电信号的干扰，大大提高了信号的检测灵敏度及传输精度和可靠性。

前置放大单元54的功能是：对来自阻抗变换及有源保护单元53的电压信号进行放大处理。

图13为阻抗变换及有源保护单元。由两个C5、C6电容55、两个相同的F3140（N1、N2）集成运算放大器56、57、限流电阻58和连接导线上的连接点59、60、61、62、63、 64、65、66、67、68等组成。

信号处理电路的连接方式是：限流电阻58跨接在F3140（N1）运算放大器57的反相输入端59和此运算放大器57的输出端64之间。

从F3140（N1）运算放大器57的反相输入端59引出导线至本运算放大器57的同相输入端63附近制成一个导线园环62；把F3140（N2）运算放大器56的输出端68与它本身的反相输入端66及交点65相连，然后把由交点65处引出的抽头引至F3140（N1）运算放大器57的同相输入端63附近制成导线园环61。使信号输入线60的一头从园环61及园环62中穿过后再接到F3140（N1）运算放大器57的同相输入端63上；同时信号输入线60的另一头直接与F3140（N2）运算放大器56的同相输入端67相连接。采用该连接方式后，即可实现前述阻抗变换及有源保护的有效功能。

本实用新型的工作原理：

烟雾探测装置检测火灾烟雾是利用图1中的无刷电机21驱动气泵20将含有烟尘及一般粉尘的环境空气吸入烟尘旋风分离罩13，经过第一级烟尘、粉尘分离机构除去粗大的粉尘粒子后，再经过冲击淘析器12，第二级烟尘、粉尘分离机构除去微小的粉尘，只允许极细微的烟尘进入检测电离室14。位于双电离室中的检测源9和补偿源4是烟尘敏感元件，其上的放射性同位素镅——241源片所发射的α射线能使空气电离，在无烟时维持一平衡的电离电流，并使中间电极8保持一定电位。当环境空气中含有火灾燃烧生成物空气气溶胶及烟雾时，由于火灾产生的微粒具有轻而细的亚微粒子 特点（粒径为0.01～10μm），可以进入到检测电离室14而改变其电离电流的大小，从而改变中间电极8的电位并输出相应的电信号，经各级电路处理后，探测装置上报警灯16亮，同时可向监测系统输出开关信号，以实现远距离监控及遥测。

本实用新型的优点：

1.由于在信号处理电路中采用了有源保护等特殊的连接方式，有效地排除了杂散信号的干扰，大大提高了探测火灾烟雾的灵敏度，缩短了报警响应时间。能在火灾阴燃阶段实现早期预报。

2.本装置由于具有二级烟尘、粉尘分离机构，能克服一般国内外同类仪器难以区分粉尘和烟尘的特点，能排除粉尘干扰，避免非火灾误报，工作可靠性高。

3.本装置属于本质安全型，在易燃易爆的气体、粉体及潮湿恶劣的环境中能安全使用，进行监控和遥测。

4.设有模拟自检及警报解除等有关装置，可以简便地在现场检查及恢复探测装置的工作状态，易于操作维护。