Các hệ thống an ninh và an toàn trong cuộc sống

4.1.
Các hệ thống an ninh và an toàn trong cuộc sống.
Marc Thuillard,Siemen,Cerberus,Mannedorf,Switzerland.
4.1.1
Giới thiệu chung.

Chơng này miêu tả các cảm biến thông minh đợc sử dụng trong lĩnh vực an
ninh và an toàn trong cuộc sống."An toàn trong cuộc sống" bao gồm báo
cháy,báo hiệu khí ga,các hệ thống tắt và sơ tán."An ninh" liên quan đến báo
hiệu trộm,kiểm soát ra vào và hệ thống CCTV.
Ngay từ ban đầu các cơ thể sống đã cần đợc cảm thấy thoải mái và an
toàn.Trong khi các mối nguy hiểm sinh ra từ bốn nhân tố cơ bản của khoa học
Hy Lạp cổ đại là đất,nớc,không khí và lửa,thì chính con ngời lại càng làm cho
các mối đe doạ đó tăng lên.Ví dụ nh chiến tranh,thù hận sắc tộc,chia rẽ đảng
phái,cớp bóc,xâm lợc,khủng bố.Ngoài ra còn có rất nhiều mối đe doạ khác
nữa.
Ngời ta cũng nhận ra rằng sự huy động lực lợng phòng bị một cách kịp thời
dựa vào hệ thống báo hiệu sớm có thể giảm nhẹ hoặc thậm chí loại bỏ đợc các
thiệt hại.Vào thời kỳ cổ đại,lính canh là ngời giữ vai trò chủ đạo trong phơng
thức này.Theo thời gian con ngời ngày càng chú trọng vào các công nghệ để
hỗ trợ hoặc thậm chí thay thế ngời lính gác trong nhiệm vụ báo hiệu sớm.Phát
minh nổi bật nhất trong thời kỳ cổ đại là chiếc chìa khoá,với chức năng ngăn
chặn những cuộc thâm nhập không mong muốn.Cho đến ngày nay nó vẫn đợc
phát triển trong các hệ thống kiểm soát vào ra hiện đại.
Cùng với sự ra đời của điện,hệ thống báo hiệu sớm đầu tiên cũng đã xuất
hiện.Tất cả các hệ thống đều muốn phát hiện ra mối nguy hiểm càng sớm càng
tốt.Hầu hết các công nghệ đều sử dụng sự tiếp xúc để kích thích đóng mở
đồng hồ báo hiệu,ví dụ nh khi một tên trộm dẫm lên hay bớc qua một sợi dây
căng xung quanh một dinh thự đang đợc bảo vệ.
Sự phát triển của các "cảm biến" có một tiêu chuẩn chặt chẽ trong thế giới
động vật.Chính những loài vật đã có những hệ thống cảm nhận để phát hiện

nguy hiểm(hoặc thức ăn) mà công nghệ hiện đại cũng không thể thực hiện đ-
ợc.Rất nhiều các nguyên lý tạo nên nền tảng cho sự phát triển của cảm biến đã
đợc thực hiện trong tự nhiên.Ví dụ nh việc sử dụng sóng siêu âm của dơi,khả
năng cảm nhận hồng ngoại của rắn đuôi chuông,và cả sự cảm nhận mùi vị vốn
là bản năng của rất nhiều loài vật.
Trong phần này chúng ta sẽ thảo luận về những công nghệ và nguyên lý của
cảm biến dành cho việc cảnh báo sớm các tình huống nguy hiểm trong các toà
nhà,ví dụ nh hoả hoạn,rò rỉ khí ga hay trộm cắp.Nh vậy chúng ta sẽ nói đến
cảm biến cháy,cảm biến khí ga,cảm biến về sự xâm nhập và cảm biến ra
1
vào.Chúng ta có thể định nghĩa cảm biến là một thiết bị có thể biến đổi các
dấu hiệu của những tình huống nguy hiểm thành các tín hiệu có thể phân tích
đợc.Các máy dò tìm thờng bao gồm các bộ cảm biến,và chính các máy dò tìm
sẽ xử lý thông tin của những bộ cảm biến này.
Những nguyên tắc vật lý và hoá học làm nền tảng cho các cảm biến hiện đại
hầu hết là dễ hiểu.Thử thách chính trong thiết kế máy dò tìm không phải là tìm
ra các nguy hiểm,mà là việc phát hiện và triệt tiêu các tín hiệu vào giả.
Trong phần lớn các trờng hợp,mối nguy hiểm và các hiện tợng giả là rất giống
nhau và có thể có chung một nguồn gốc.Một máy dò tìm tốt phải phân biệt đ-
ợc các phân tử khói từ một ngọn lửa thật với những hạt bụi.Một cái máy vi tính
có thể tạo ra sự dao động nhiệt độ(Schlieren),và một cái máy dò hồng ngoại
thụ động có thể tởng nhầm đó là một tên trộm.Sự phản xạ ánh sáng mặt trời có
thể tạo ra các tín hiệu giả cho một cái máy dò ánh sáng.Các nguồn giả còn có
thể ảnh hởng đến các máy dò địa chấn dùng để phát hiện sự xâm nhập từ trên
mái,các máy dò siêu âm và vi sóng trong hệ thống báo hiệu trộm,và máy dò
khí.Trong hệ thống điều khiển ra vào,cần phải nhận ra những ngời có quyền ra
vào trong mọi thời điểm và loại bỏ những ngời khác.Việc này cần đợc thực
hiện với độ tin cậy cao.
Một thử thách nữa cho những kỹ s là phải thiết kế các máy dò tìm có độ
"thông minh" cao.Đây là một khái niệm rộng liên quan đến độ nhậy trong việc

phát hiện ra các tình huống nguy hiểm đúng lúc và loại bỏ các hiện tợng
giả.Điều này cần phải đạt đợc với yêu cầu kinh tế(giá thấp) trong một điều
kiện môi trờng khó khăn.Việc thiết kế máy dò tìm cần phải tuân theo các quy
tắc cơ học,điện tử và phần mềm.
Mặc dù chủ đề chính của cuốn sách này là cảm biến thông minh,chúng tôi
thấy cần phải mở rộng vấn đề,trong đó bao gồm việc giới thiệu các khía cạnh
của hệ thống cảnh báo và của hệ thống điều khiển khẩn cấp đợc kích hoạt bởi
những sensor trên.Vì cậy chúng tôi sẽ dành vài đoạn để nói về hệ thống tắt và
trung tâm tiếp nhận cảnh báo.Đây là toàn bộ quá trình từ khi nguy hiểm đợc
phát hiện đến khi nó đợc loại bỏ.
Nội dung của phần này dựa rất nhiều vào những kiến thức đợc xây dựng ở
công ty chúng tôi trong nhiều năm qua,nó đã đợc ứng dụng để phát triển các
hệ thống an toàn và an ninh.Trong thực tế,chính sự phát minh ra máy dò tìm
ion hoá đã mở đầu cho nền công nghiệp này.Chúng tôi muốn cám ơn các đồng
nghiệp trong công ty,đã có những đóng góp và lời khuyên có giá trị,đặc biệt là
R.Beckers(trung tâm tiếp nhận cảnh báo), U.Krienen, M.Schumacher (cảm
biến nhận dạng),M.Muller(hệ thống tắt) và H.Kupfer.
4.1.2
2
Cảm biến về lửa.
4.1.2.1
Đặc tính vật lý của lửa,bụi khói,khí và ánh sáng.
Đặc điểm của những ngọn lửa cháy âm ỉ là khói và khí,cùng với sự phát xạ
và gia tăng nhiệt độ khi ngọn lửa bùng cháy.Các máy phát hiện lửa sử dụng
một trong những hiệu ứng vật lý này để phát hiện ra hoả hoạn sớm nhất để
giảm thiểu tối đa sự phá huỷ.Cùng với sự phát triển của xu hớng công nghệ,
cảm biến lửa cũng đã trải qua những thay đổi và nâng cấp quan trọng.
Trong vòng hơn 50 năm,các máy phát hiện khói đều thuộc loại ion hoá.
Khói đợc phát hiện bằng cách đo sự thay đổi của độ dẫn trong một buồng ion
hoá có các phần tử khói.Từ 10 năm trở lại đây,các máy phát hiện khói quang

điện sử dụng phơng pháp đo sự tán xạ của ánh sáng từ các phân tử khói trong
một buồng quang đã bắt đầu thay thế các máy ion hoá.
Các máy phát hiện lửa không chỉ bao gồm hai loại trên.Sự hấp thụ ánh sáng
đợc ứng dụng trong máy dò chùm tuyến tính.Các máy phát hiện lửa cũng có
thể dựa vào sự bức xạ nhiệt của ngọn lửa.Các máy phát hiện ánh lửa đo sự phát
xạ của lửa trong vùng từ hồng ngoại đến tử ngoại.Các máy dò nhiệt sẽ đa ra lời
cảnh báo khi có sự gia tăng đáng kể của nhiệt độ.Ngoài ra, nhiều hiệu ứng
khác cũng có thể đợc sử dụng để phát hiện lửa:vi cân bằng thạch anh,sự thay
đổi tốc độ lan truyền âm thanh,và sự dao động của áp suất, sự khúc xạ của ánh
sáng,...Tuy nhiên không có một nguyên lý nào,dù đợc thử nghiệm thành công
trong phòng thí nghiệm,đợc phát triển thành sản phẩm số lợng lớn trong hoạt
động thơng mại.Trong thực tế,độ tin cậy,giá thành và khả năng dò tìm của các
máy phát hiện lửa và khói đã đặt ra một tiêu chuẩn cao cho việc thơng mại hóa
các phơng pháp dò tìm mới.
Đáp ứng của một máy dò tìm đối với ngọn lửa phụ thuộc vào nguyên lý dò
và loại khói.Hình 4.1-1 so sánh độ nhậy của một máy dò tìm kiểu tán xạ ánh
sáng và một máy dò ion hoá nh là một hàm của kích thớc phân tử.Máy dò ion
hoá đáp ứng tốt hơn máy dò quang ở kích thớc phân tủ nhỏ,còn với kích thớc
phân tử lớn thì ngợc lại.
Đáp ứng của một máy dò tìm còn phụ thuộc vào thiết kế chính xác của nó.
Với máy dò tán xạ ánh sáng,độ nhạy của nó với những loại khói khác nhau là
khác nhau,ví dụ nh sự liên quan tới góc tạo bởi chùm sáng và trục của máy dò.
3

Hình 4.1-1.Độ nhạy của các hai máy dò khói.

Hình 4.1-2 so sánh đáp ứng của bốn loại máy dò với những loại lửa khác
nhau.Hai máy dò quang phản ứng với ngọn lửa cháy âm ỉ tốt hơn là máy dò
ion hoá,còn máy dò ion hoá phản ứng tốt hơn với những phân tử khói nhỏ của
ngọn lửa.Bằng cách kết hợp nguyên lý quang học và máy dò nhiệt,ta có thể tạo

ra một máy dò chung cho tất cả các loại lửa.
4

Hình 4.1-2.Đáp ứng của các máy dò khói.
Thời gian gần đây đã xuất hiện các máy dò khói cảm nhận khí bị oxy hoá từ
các vật liệu đang cháy.Tuy nhiên, hiện nay, cha có một máy dò nào đạt đợc
các tiêu chuẩn về hoạt động và độ tin cậy.Máy dò khói đợc bảo đảm hoạt động
tốt từ -30 đến 75 độ C và có tuổi thọ khoảng hơn 10 năm.Cả hai chỉ số trên
đều không đạt đợc các yêu cầu hiện nay đối với cảm biến khí. Tuy nhiên, đã
có những nghiên cứu quan trọng và những nỗ lực phát triển công nghệ mới cho
việc dò tìm khí, và chúng ta có thể hy vọng vào những tiến bộ của các thiết bị
trong một tơng lai gần.
Trong những đám cháy không mong muốn,khói có thể sinh ra theo những
cơ chế khác nhau, ví dụ nh do đám cháy bùng hay cháy âm ỉ.Hiện tợng nhiệt
phân sinh ra khi có sự truyền nhiệt của một nguồn nhiệt bên ngoài. Sự khác
nhau giữa nhiệt phân và cháy âm ỉ là:trong cháy âm ỉ, quá trình oxy hoá tự nó
diễn ra.Trong khi tất cả các vật liệu đều có thể bị nhiệt phân thì chỉ có ít trong
chúng có thể cháy âm ỉ, trong đó có những thứ rất quen thuộc nh giấy, xốp và
gỗ.
Trong một phạm vi nào đó, các đặc tính vật lý của khói và sự gia tăng nhiệt
độ có thể liên quan đến dạng của ngọn lửa.Nhiệt phân và cháy âm ỉ thờng sinh
ra những đám khói với một lợng lớn muội khói không nhìn thấy đợc và cả
những muội khói nhìn thấy đợc mầu đen.Nhiệt độ của quá trình nhiệt phân và
cháy âm ỉ thờng nhỏ hơn rất nhiều nhiệt độ của ngọn lửa cháy bùng.
Sự tán xạ ánh sáng phụ thuộc vào kích thớc, số lợng, và chiết suất của các
phân tử.Tính toán sự tán xạ của ánh sáng và sự hấp thụ của những hình cầu
nhỏ với kích thớc và sự phân bố cho trớc là một vấn đề kinh điển trong quang
học.Việc áp dụng giả thuyết Mie và Rayleigh tỏ ra rất hiệu quả trong việc dự
đoán sự tán xạ ánh sáng trong các chơng trình mô phỏng của máy tính.Ngợc
5

lại, để tìm ra các đặc tính của khói từ những đo lờng quang học là cực kỳ khó
khăn.Trong cuốn sách viết về sự hấp thụ ánh sáng của mình, Bohren và
Huffman đã so sánh việc mô tả các phân tử từ những đo lờng quang học nh là
việc xác định một loài thú đã tuyệt chủng từ những bớc chân hoá thạch của nó!
Tính toán sự tán xạ ánh sáng trong thực tế là rất khó khăn bởi vì các phân tử
khói có thể liên kết thành những hình dạng rất phức tạp.Một ví dụ điển hình là
sự "già đi" của khói.Đặc trng của nó là sự liên kết của các phân tử khói dẫn
đến sự giảm tỷ khối của phân tử.
Sự tán xạ và hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào bớc sóng và sự phân cực của
nguồn sáng.Hình 4.1-3 cho ta biết sự tán xạ ánh sáng trong một hình cầu với
chiết suất cho trớc.Từ ví dụ này có thể rút ra một số quy tắc cơ bản sau:
Phân tử lớn:
Phân tử lớn có mặt cắt tán xạ với một số hình tròn.Sự tán xạ ánh sáng
phụ thuộc rất nhiều vào góc tán xạ.
Tất cả các tia sáng đều tán xạ theo hớng thuận.


Phân tử nhỏ:
6
Tán xạ ánh sáng phụ thuộc mạnh vào sự phân cực.
Tỷ lệ tán xạ thuận trên tán xạ ngợc nhỏ hơn so với phân tử lớn.
Những quy tắc đơn giản này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế máy
phát hiện khói theo kiểu tán xạ quang.Ví dụ nh quy tắc là có nhiều tia sáng bị
tán xạ ở góc nhỏ (tán xạ thuận) hơn là ở góc lớn (tán xạ ngợc).Phụ thuộc vào
hạt khói, tỷ lệ giữa tán xạ thuận và tán xạ ngợc có thể lên đến 50.Nh vậy,
mạch điện để khuyếch đại tín hiệu trong máy dò sử dụng tán xạ ngợc sẽ phức
tạp hơn.Sự khác nhau giữa tán xạ thuận và tán xạ ngợc đợc minh hoạ trên hình
4.1-4.
Việc thiết kế mọt máy dò quang phụ thuộc vào đáp ứng cần thiết đối với
những loại khói khác nhau.Sự lựa chọn góc tán xạ sẽ xác định đáp ứng của

máy dò.Chẳng hạn nh là một cái máy dò tìm sử dụng góc tán xạ lớn (tán xạ
ngợc) sẽ nhậy hơn đối với các phân tử nhỏ.


Hình 4.1-4
7
Sự tán xạ của ánh sáng do các phân tử đợc miêu tả trong phơng trình Mie và
Rayleigh.Trong khi sự tán xạ do phân tử nhỏ có thể đợc mô tả bằng giả thuyết
Rayleigh thì tán xạ do phân tử lớn lại thờng nằm trong miền giá trị của giả
thuyết Mie.Đờng kính trung bình của phân tử khói thờng nằm trong vùng
chuyển tiếp giữa miền Rayleigh và miền Mie.Sự phân bố kích thớc phân tử của
hạt khói phụ thuộc vào loại lửa và vật liệu cháy âm ỉ hay cháy bùng.Với ngọn
lửa cháy bùng, phần lớn các phân tử có kích thớc dới 0.3
à
m, trong khi đó
kích thớc phân tử khói của ngọn lửa cháy âm ỉ thờng lớn hơn.Hình .1-5 mô tả
sự phân bố kích thớc phân tử thờng gặp.
4.1.2.1.1.Tán xạ Rayleigh.
Giả thuyết rayleigh miêu tả sự tán xạ của ánh sáng của các phân tử nhỏ, với
bán kính r nhỏ hơn rất nhiều so với bớc sóng

(2

r/

<1).Hình 4.1-5 mô
tả tóm tắt các kết quả chính của giả thuyết Rayleigh.

Hình 4.1-5
8

Hình 4.1-6
4.1.2.1.2.Giả thuyết Mie về sự tán xạ.
Miền Mie đợc đặc trng bởi sự dao động nhanh của mặt cắt tán xạ, là hàm
của chiết suất, bớc sóng,góc tán xạ và bán kính phân tử.Sự phân bố của các
phân tử khói thờng là rộng.Tuy nhiên không tồn tại sự khác biệt về chất giữa
những phân tử lớn mầu trắng và những phân tử nhỏ mầu đen.Hình 4.1-7 biểu
diễn tơng quan giữa phạm vi mặt cắt tán xạ của ngọn lửa cháy bùng và một
ngọn lửa cháy yếu trên sợi cotton nh là một hàm của góc tán xạ.Tỷ lệ
trắng/đen cao hơn với góc tán xạ lớn.Trong thực tế, điều đó có nghĩa là máy
dò tìm sử dụng tán xạ ngợc nhậy với những phân tử nhỏ mầu đen hơn là máy
dò tán xạ thuận.Ưu điểm chính của tán xạ thuận là mặt cắt tán xạ nhỏ. Điều
này đòi hỏi một xung ánh sáng mạnh hơn, hoặc là một sự khuyếch đại nhiều
hơn ở đầu thu.
4.1.2.1.3.Sự hấp thụ.
Hình 4.1-8 thể hiện mặt cắt hấp thụ của nớc.Trong vùng bị chi phối bởi sự
tán xạ, mặt cắt hấp thụ giảm rất nhanh.Miền Mie đợc đặc trng bởi sự dao
động.Với những phân tử lớn,mặt cắt hấp thụ xấp xỉ 2 (do đó đợc gọi là nghịch
lý triệt tiêu).
Mặt cắt triệt tiêu giảm chậm hơn mặt cắt tán xạNh vậy máy dò triệt tiêu sẽ
nhậy hơn máy dò tán xạ ánh sáng.Hình 4.1-9 so sánh đáp ứng của máy dò triệt
tiêu với máy dò tán xạ.Máy dò triệt tiêu nhậy với những ngọn lửa sinh ra do
đốt gỗ hay Heptan hơn là với những ngọn lửa cháy âm ỉ.
9


H×nh 4.1-7

H×nh 4.1-8
10

Hình 4.1-9
4.1.2.2
Nguyên lý cảm nhận khói.
4.1.2.2.1.Ion hoá.
Nguyên lý cơ bản của máy dò ion hoá đợc giải thích trên hình 4.1-10.Một
buồng đo lờng đợc giới hạn bởi hai điện cực và những phần cách điện.Một
nguồn bức xạ vô tuyến,thờng là Am,phát ra những hạt

.Không khí trong
buồng đo lờng bị ion hoá chủ yếu tạo ra các ion nhỏ đợc tích điện đơn lẻ ở cả
hai cực tính.Một điện áp nhỏ (khoảng 5V) đợc đặt vào giữa các điện cực. Khi
cha có khói,chỉ có một dòng điện nhỏ khoảng 20pA.Khi cho khói vào trong
buồng,một phần đáng kể các ion sẽ liên kết với các phân tử lớn.Lúc này các
phân tủ lớn đóng vai trò nh một điểm tái hợp của các ion nhỏ.Tốc độ trôi của
các phân tử khói lớn nhỏ hơn các phân tử khói nhỏ.Kết quả cuối cùng là sự suy
giảm của dòng ion.

11

Hình 4.1-10
Ap suất và nhiệt độ trong buồng ion hoá phụ thuộc lẫn nhau.Ta có thể giảm
nhỏ sự phụ thuộc này bằng cách thiết kế buồng ion hóa một cách cẩn
thận.Tham số tối u chính là năng lợng của nguồn bức xạ điện từ,nó sẽ xác định
kích thớc của phân tử

,kích thớc hình học của buồng và điện áp giữa hai

điện cực.Đối với một buồng ion hoá,thời gian tồn tại của các ion nhỏ có liên
quan đến trờng đặt lên nó.Với những trờng mạnh,các ion trôi nhanh trong
buồng tạo ra một dòng điện lớn.Hầu hết các ion sinh ra đều đến đợc điện
cực.Trong trờng hợp này,buồng ion hoá hoạt động nh một nguồn dòng. Còn
với những trờng yếu,dòng điện sẽ nhỏ hơn nhng độ nhậy lại tăng lên. Điện tr-
ờng trong buồng ion hoá cần đợc chon sao cho có một dòng điện đủ lớn đồng
thời vẫn đạt đợc độ nhậy cao.Kích thớc hình học của buồng đợc tối u hoá khi
có sự cân bằng thực sự giữa miền đơn cực và miền lỡng cực.
Mối quan hệ dòng áp của một buồng ion hóa bị ảnh hởng bởi thể tích của
buồng mà còn liên quan đến độ "sạch" của bề mặt nguồn bức xạ vô tuyến
(hình 4.1-11).Các đặc tuyến I-V khác nhau có thể dùng để nguyên nhân của sự
suy giảm dòng điện.
Việc đo lờng những dòng điện cỡ pA đòi hỏi điện trở cao.Trong nguyên lý
một buồng, một điện trở (khoảng 20G

) đợc dùng làm phần tử tham
khảo.Trong nguyên lý hai buồng,buồng thứ nhất hoạt động ở chế độ bão hoà
dùng để tham khảo.Buồng này không thẩm thấu với khói và có chức năng nh
một nguồn dòng.
Việc trình bầy mẫu một buồng khói là rất khó khăn và nằm ngoài phạm vi
của phần này.Một vài phơng trình mẫu có thể đợc dùng để giải thích các đặc
tính chính của một máy dò tìm ion hoá, cụ thể là tại sao loại máy này rất nhậy
với những ngọn lửâ cháy bùng.

12

Hình 4.1-11.Mối quan hệ dòng-áp của một buồng ion hóa
Chúng ta hãy quan tâm đến độ cân bằng n của một ion.Để đơn giản, chúng
ta giả thiết là các ion đều có cùng n,cùng độ linh động
à

và điện tích trung
bình trên các ion lớn là nhỏ.Thông số n có thể đợc tính nh sau:
I=an
ì
n+3

Er
ì
rnN
à
(4.1-1)
trong đó I là số ion đợc sinh ra trên một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời
gian,N là số phân tử khói có bán kính r trong một đơn vị thể tích và E là cờng
độ điện trờng.
Ta có thể thấy là sự liên kết của các ion nhỏ trên một phân tử lớn không
tích điện tỷ lệ với bình phơng của bán kính phân tử.
Phơng trình 4.1-1 giúp chúng ta hiểu đợc vì sao máy dò tìm ion hóa nhậy
với các phân tử nhỏ hơn là với các phân tủ lớn.Số lợng các ion bị hút về phía
phân tử khói tỷ lệ với 1/r.Nh vậy có thể kết luận là: với một khối lợng khói cho
trớc, các phân tử nhỏ dễ dò tìm hơn các phân tử lớn.
4.1.2.2.2.Tán xạ ánh sáng.
Nguyên lý chung.
Máy dò tìm khói quang học đo lợng ánh sáng bị tán xạ bởi bụi khói và các
phân tử. Một điot phát quang phát ra các xung ánh sáng một cách đều đặn.Tia
sáng bị tán xạ bởi các phân tử đợc đo bằng một tế bào đặt chếch một góc nào
đó so với trục của tia sáng tới.Tia tán xạ sau đó đợc tập trung vào bộ thu bằng
một thấu kính.Mặc dù nguyên lý cơ bản này khá đơn giản, nhng các thí
13
nghiệm cụ thể hơn lại cho thấy một số vấn đề khá thú vị.Đầu tiên là về mặt
điện tử.

Điện tử.
Hệ thống phát hiện khói là những hệ thống an ninh cần phải hoạt động tốt
trong những điều kiện môi trờng đôi khi tỏ ra rất khắc nghiệt (sự thay đổi của
nhiệt độ môi trờng,nhiễu điện từ,sự rung động cơ học,bụi).Việc dò tìm các tín
hiệu ánh sáng tán xạ dới những điều kiện môi trờng thay đổi vì thế đặt ra
những yêu cầu khắt khe cho việc thiết kế mạch điện tử.Hơn nữa,mức tiêu thụ
năng lợng của máy dò cần phải nhỏ,bởi vì trong trờng hợp nguồn cung cấp
chính bị hỏng máy dò phải đợc nạp bằng pin trong một vài giờ hoặc một vài
ngày.Tầm quan trọng của việc tiêu thụ ít năng lợng trở nên hiển nhiên khi
trong lĩnh vực lắp đặt công nghiệp số lợng máy dò có thể lên đến vài
nghìn.May mắn là việc phát hiện khói có thể tận dụng sự phát triển của các
thiết bị điện tử tiêu thụ ít năng lợng trong các công nghệ đòi hỏi các sản phẩm
phải hoạt động bằng pin(thông tin di động,máy tính xách tay,đồng hồ đeo
tay,...)
Ngày nay,trong các máy dò tìm thơng phẩm,các LED thờng phát xạ trong
vùng hồng ngoại gần bớc sóng 880mm (IRED).Gần đây ngời ta còn xuất bản
các nghiên cứu về LED phát ra ánh sáng xanh và đỏ.Do hiện tợng tán xạ phụ
thuộc vào phân tử và bớc sóng,ngời ta hy vọng sẽ phát triển đợc các loại máy
dò tìm sử dụng nhiều bớc sóng khác nhau với những đặc tính nổi trội (dò tìm
băng rộng,dò tìm các loại khói đặc biệt).Các máy dò tìm này có đợc buôn bán
trên thị trờng hay không là phụ thuộc vào giá thành, mức tiêu thụ năng lợng va
cờng độ ánh sáng phát ra.
LED hoạt đông theo kiểu xung hoặc theo kiểu burst.Trong kiểu xung, ngời
ta gửi đi những xung ngắn (~150
à
s) và mạnh,còn trong kiẻu burst là một
chuỗi xung.Ưu và nhợc điểm của hai phơng pháp này vẫn đang là chủ đề cho
nhiều cuộc tranh luận.Ngời ta đã phát triển những tế bào quang và những
mạch khuyếch đại công nghệ CMOS hoạt động trong khoảng nA để đo lờng
và xử lý ánh sáng tán xạ ở cờng độ thấp.Mạch điện sẽ biến đổi tín hiệu từ tế

bào quang thành một điện áp,sau đó đa vào một bộ ADC. Để loại bỏ các lỗi
sinh ra do sự bù khuyếch đại và dòng điện dò,ngời ta tiến hành 3 phép đo phân
biệt.Phép đo đầu và cuối đợc thực hiện mà không có một xung ánh sáng
nào,và máy phát hồng ngoại chỉ đợc đóng mạch trong phép đo thứ hai.Bộ lọc
đợc tích hợp trong ASIC có chức năng nh hình 4.1-12.
Bên cạnh điện tử và quang học,còn có nhiều vấn đề quan trọng cho máy
phát hiện khói,ví dụ nh là lới bảo vệ.
14

Hình 4.1-13.Máy dò khói tán xạ ánh sáng.
Máy phát hiện khói quang học đang dần thay thế máy ion hóa trên tất cả các
thị trờng.Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trên.Thứ nhất máy phát
hiện khói quang học đợc hởng lợi từ sự phát triển của ngành điện tử.Độ tin cậy
của các linh kiện trong máy dò nh LED đã tăng lên đáng kể.Ngoài ra, sự xuất
hiện của MP và ASIC giá rẻ đã cho phép xây dựng các chức năng mới nh tự
kiểm tra,định cỡ,hay bù trôi.Các thuật toán này đã làm tăng đáng kể độ tin cậy
của máy phát hiện khói tán xạ ánh sáng.
Những hệ thống có độ nhậy cao.
Một số hệ thống dò tìm độ nhậy cao,nh là hệ thống sử dụng máy dò quang.
Không khí đợc hút vào ống,sau đó đợc lọc để loại bỏ bụi bẩn.Một máy dò khói
độ nhậy cao sẽ xác định mức khói.Những hệ thống nhậy nhất sẽ đợc dùng để
bảo vệ những vật có giá trị nh là các phòng máy tính.
4.1.2.2.2.Sự tắt ánh sáng.
Việc đo lờng sự tắt ánh sáng giữ vai trò trung tâm trong phát hiện lửa.Sự tắt
ánh sáng liên quan đến khả năng nhìn thấy đợc.Các bài kiểm tra phụ đợc điều
khiển để xác định khả năng nhìn thấy của ánh sáng qua đám khói. Mặc dù khả
năng nhìn thấy của một vật có thể đợc xác định và đo đạc bằng các dụng cụ
khoa học,các bài kiểm tra vẫn đợc tiến hành với con ngời để đánh giá khả
năng nhìn của lính cứu hoả trớc sự thay đổi của mức khói.Các nhân tố nh sự
thích ứng của mắt có thể đợc xác định thông qua một bài kiểm tra với con ng-

15