火焰传感器及其应用

检测火焰的方法有多种，例如可用红外线传感器检测火焰发出的红外线。但红外传感器的响应波长范围太宽，对检测目标以外的光和热、太阳光、点燃的烟头等都能感测到。
在火灾发生初期，先有小的火焰出现，这时的火光含有200nm左右狭窄的紫外线频带，只要检测到这段频带的紫外线，就说明有火焰发生，具有这种功能的传感器就是被称为UVtron的充气放电管，管内有两个电极，外观如图1。图2是这种火焰传感器的光谱灵敏度特性。可以看出，它对红外线及可见光完全没有响应，只对200nm的火焰紫外线有高灵敏度。
下面以日本产UVtrol(型号R2868)说明其工作原理：当其接收到紫外线时，管内会产生连续的脉冲放电，放电时管内阳极和阴极导通，从阴极输出宽度为10us的脉冲信号。这个脉冲信号的密度随入射紫外线的光量而变化，两者关系见图3。

在没有紫外线入射的场合，UVtron也可能每小时出现几次到几十次的放电脉冲，即背景放电，其原因是α线、β线、γ线等宇宙射线引起管内气体电离而放电；或是周围带静电的物体产生高电场使管内气体电离而放电。
UVtron在水平方向和垂直方向都有宽的指向特性，因而适合在大范围内监视火焰的发生。利用UVtron的火灾报警器电路如图4。要使UVtron工作，需给阳极加上350V电压，由反相器U1a、U1b、三极管Q1及变压器T1等构成开关电源，经D2整流后供给阳极直流高压。电路供电电压Vcc=5V。
为了防止因背景放电产生误动作，由U2a(单稳多谐振荡器)、U2b(单稳多谐振荡器)、U3(十进计数器)构成误动作防止电路。当火焰紫外线入射时，产生的脉冲间隔在1秒之内，而背景放电产生的脉冲。其间隔在10秒至数百秒，所以，如果在2秒内有连续5个脉冲出现，可判定为有火焰。输出脉冲经三极管Q2后，一路触发U2a，产生2秒脉冲；另一路同时由U3计数，当计数达到5个以上时，U2b被触发，其“Q”端输出高电平，使Q3导通而驱动继电器或蜂鸣器。R7、D3、C5构成上电复位电路，使U2的复位端为0，避免在接通电源时产生不需要的脉冲。
在安装UVtron时需注意：1．阳极和阴极不能接错，UVtron引脚长的一端为阳极；2．焊接引脚时温度不能过高，以免引起玻壳破裂，一般焊接时应使温度低于300℃，持续时间不超过5秒：3．安装地点要避免受到电焊弧光、紫外灭菌灯、卤素灯、氙灯以及金属卤化物灯的直射：4．由于UVtron在放电时自身也产生紫外线，因而若在5米范围内安装多个UVtron时，要注意避免相互间的影响。