低成本、可靠、无处不在的烟雾探测器是由半导体实现的复杂物理和光学的一个例子。
这一部分着眼于两种广泛使用的烟雾探测方法。
问:烟雾探测器是如何探测到烟雾的?
A:有两种不同的基本方法，一种是基于光电原理，另一种是基于电离原理．光电烟雾报警器(有时称为光学探测器)通常对长时间阴燃开始的火灾反应更灵敏，而电离烟雾报警器通常对熊熊的火焰反应更灵敏。由于两种类型的火灾都发生在家里，双模式的烟雾报警器比单模式的多50%左右。
让情况更加复杂的是，美国火灾协会指出，在一些全面火灾测试中，电离烟雾报警器和光电烟雾报警器之间的报警时间差异被发现是微不足道的。在其他全面的火灾测试中，反应时间的差异是显著的。此外，家中烟雾报警器的实际位置可能比烟雾报警器的类型更重要，这取决于火灾的位置。
问:光电装置是如何工作的?
A:从概念上讲，这很简单。最常见的排列方式(图1)， LED(1)产生一束小光束，通过感测室(2)。当感测室中没有粒子时，光束直接穿过感测室，没有击中光探测器(与正常路径相偏移)，从而表明一切正常。当粒子存在时，一些光被粒子反射(3)，当光探测器记录的光量达到一定的阈值水平时，报警声音。
在另一种光电排列方式中，光传感器被放置在光源的正对面，并且光总是到达传感器。当有烟雾颗粒存在时，接收到的光的强度降低;当它下降到一定的阈值量时，表示存在烟雾的报警标签。
对于任何一种设计，传感室的尺寸都是关键。通常，这些腔室长约10毫米，直径只有几毫米。一些先进的烟雾报警器使用两个不同波长的led来增强探测烟雾颗粒的能力。
问:电离方法是如何工作的?
答:这种技术远没有那么直观。它使用少量安全屏蔽的放射性物质，使两个金属板之间的空气分子带电或电离(图2)．这就在空气中产生了一个小电流，从一个极板流向另一个极板(2)。当烟雾或其他粒子进入室内时，它们会吸引这些离子并带走它们，从而减少电流。如果进入室内的粒子数量足够减少电流到一定数量(1)以下，设备将记录这些粒子为烟雾(3)，并发出警报。
问:等等，这是关于放射性物质的什么?它是在家里?
答:大多数电离探测器在正常情况下使用大约1微居里的镅241，这是一种人造放射性金属固体。在核反应堆或核武器试验中，钚吸收中子就会产生镅。它是一个阿尔法发射体，半衰期为432.6年。这种粒子辐射的使用有两个原因，而不是(电子)和(电磁)辐射:粒子有更多的电离力，因此电离足够的空气分子来产生可检测的电流;此外，它们的穿透能力较低，这意味着它们会被烟雾探测器的塑料甚至空气安全地阻挡。
大部分辐射都被阻隔在设备内部，设备内的辐射水平远低于我们每天接触到的自然本底辐射。尽管如此，一些市政当局对电离烟雾报警器的处置有特殊规定(通常是未知或忽略的)，而一些市政当局则禁止使用电离报警器。
问:烟雾报警器的可靠性和一致性如何?
答:它们都很好，但对于两种设计来说，好坏门槛的设定是一个权衡。它们可以被制造得足够敏感，可以探测到几乎任何程度的烟雾，但即使它们探测到了，它们也会探测到你不想让它们探测到的烟雾(比如熟食)，甚至是普通灰尘之类的东西。不那么灵敏的探测器会有更少的这种“讨厌的”警报，但在真正的火灾中，它们可能不会及时发出拯救生命或财产或发出信号。
一些较新的烟雾报警器在固件中嵌入了复杂的算法，可以评估上升速率和传感器的其他方面的变化，以减少麻烦警报。这被认为是一个重大的进步，因为反复发出骚扰警报的用户通常通过禁用他们的单位来解决“问题”。下一代烟雾探测器旨在减少恼人警报的数量，同时更快地发出真正的火灾信号。
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额外的引用
通用资源
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- 斑马。”2022年房屋火灾统计”
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集成电路-供应商网站
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- 微芯片技术。”烟雾探测器，一氧化碳探测器和喇叭驱动芯片”
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了下:传感器提示
