Detektor Asap: Teknologi Penyelamat Jiwa, Sejarah, dan Inovasi Modern

Latar Belakang

Detektor asap merasakan partikel udara dan memberi peringatan kepada penghuni, memberikan detik kritis untuk melarikan diri sebelum asap masuk atau bakar menjadi mematikan. Memasang setidaknya satu detektor asap di rumah dapat mengurangi risiko kematian dalam kebakaran hingga 50%. Pada 1992, pembaca R&D Magazine menamai alarm asap rumah sebagai salah satu "30 Produk yang Mengubah Hidup Kami." Sejak awal abad 1970, detektor asap telah tersedia luas dan terjangkau. Sebelum adopsi, korban kebakaran rumah rata-rata 10.000 per tahun; pada awal abad 1990, angka itu turun menjadi kurang dari 6.000 per tahun.

Detektor asap perumahan ada dalam dua gaya utama. Model photoelectric menggunakan sinar optik; ketika partikel asap meraih sinar, sel photoelectric mendeteksi penurunan intensitas cahaya dan memicu alarm. Desain ini paling responsif terhadap api yang membakar lambat yang menghasilkan asap padat. Detektor asap kamera ionisasi (ICSD) menggunakan sejumlah kecil bahan radioaktif untuk mengionisasi udara di dalam kamera sensor. Asap mengganggu aliran ion antara elektroda, memicu alarm. ICSD lebih cepat mendeteksi api yang membakar dengan sedikit asap. Di Amerika Serikat, 80–90% unit perumahan mengandung ICSD.

Sebagian besar ICSD adalah unit mandiri yang didorong oleh baterai 9 volt, tetapi kode bangunan di banyak wilayah sekarang mewajibkan instalasi baru untuk dipasang ke sistem listrik rumah dengan cadangan baterai untuk padam listrik.

Sumber radiasi ICSD memancarkan partikel alfa yang mencabut elektron dari molekul udara, menciptakan ion positif dan negatif. Elektroda dengan muatan berlawanan di dalam kamera menarik ion ini, menciptakan arus kecil. Partikel asap menempel pada ion, mengganggu aliran arus. Kamera referensi, bebas asap, menyediakan dasar; perbedaan yang signifikan antara dua kamera memicu alarm.

Sejarah

Pada 1939, fisikawan Swiss Ermst Meili menemukan kamera ionisasi yang mampu mendeteksi gas mudah terbakar di tambang. Keberhasilannya datang dengan tabu dingin yang memperkuat sinyal listrik lemah ke tingkat yang dapat mengemudikan alarm.

Meskipun ICSD memasuki pasar AS pada 1951, awalnya terbatas pada pengaturan industri karena biaya. Pada 1971, ICSD perumahan menjadi tersedia secara komersial dengan sekitar $125 per unit, dengan beberapa ratus ribu unit terjual setiap tahun. Selama lima tahun berikutnya, kemajuan—seperti sirkuit solid-state, bunyi alarm hemat energi, dan pemantau baterai yang lebih cerdas—mengurangi harga hingga 80% dan mendorong penjualan hingga 8 juta unit pada 1976 dan 12 juta pada 1977. Perbaikan ini juga memungkinkan penggunaan baterai 9 volt umum dan mengurangi jumlah bahan radioaktif yang diperlukan.

Bahan Baku

Sebuah ICSD dirangkaikan dari perapian polyvinyl chloride atau polystyrene, bunyi alarm elektronik kecil, papan sirkuit cetak (PCB) dengan komponen elektronik standar, dan kamera sensor dan kamera referensi, masing-masing berisi elektroda dan sumber radioaktif.

Amerisium-241 (Am-241) telah menjadi sumber radioaktif yang disukai sejak akhir abad 1970. Ia sangat stabil, dengan umur paruh 458 tahun, dan dikapsulasi dalam foil emas dan perak untuk penanganan yang aman.

Proses Manufaktur

Produksi melibatkan dua langkah utama: memproduksi sumber Am-241 menjadi foil yang dapat digunakan dan merangkaikan ICSD lengkap. Setiap tahap menyertakan pengujian yang ketat untuk memastikan keandalan.

Sumber Radioaktif

• AmO₂ dicampur dengan emas, dibentuk menjadi briquette, dan dilebur di bawah tekanan dan panas di atas 1470 °F (800 °C). Briquette dibungkus dalam perak dan emas, lalu ditutup. Penggilingan dingin mengurangi foil menjadi sekitar 0,008 inci (0,2 mm) tebal, 0,8 inci (20 mm) lebar, dan dipotong menjadi strip 39 inci (1 m).
• Cakram sumber bundar (~0,2 inci/5 mm diameter) dicetak dari foil, dipasang di dalam penanggan logam, dan ditutup dengan rim logam yang digulung.

Kamera Sensor dan Referensi

• Cakram sumber dipasang di kamera sensor dan yang kedua di kamera referensi. Elektroda ditempatkan di kedua kamera dan dihubungkan ke kabel eksternal.

Papan Sirkuit Cetak

• PCB dibuat dari skema desain, dengan lubang dicetak dan jejak tembaga diletakkan di bagian belakang. Komponen—dioda, kapasitor, resistansi—disolderkan pada papan, dan kabel dipotong.
• Kamera sensor, kamera referensi, dan bunyi alarm dipasang pada PCB.
• Solder gelombang menyelesaikan penempatan komponen.

Perapian

• Perapian plastik, yang terdiri dari dasar pemasang dan tutup, diproduksi dengan pembentukan injeksi: serbuk plastik dan pigmen dipanaskan, dicetak di bawah tekanan, dan didinginkan.

Perakitan Akhir

• PCB ditempatkan pada dasar plastik, sebuah tombol uji dipasang, bracket pemasang ditambahkan, dan tutup dipasang untuk menyelesaikan unit.
• Detektor yang selesai dikotakkan dengan baterai dan buku panduan pemilik.

Pengembangan Baru

Inovasi terbaru meningkatkan efektivitas detektor. Salah satu model mencakup alarm lampu stroboskop yang memperingatkan penghuni yang tuna rungu bahkan ketika detektor berada di tempat lain di dalam bangunan.

Pada 1993, Newtron Products meredesain detektor tradisional untuk muat dalam kotak filter HVAC standar, memungkinkan pemeriksaan udara kontinu di seluruh bangunan. Saat asap terdeteksi, unit mematikan blower untuk mencegah penyebaran asap dan memancarkan alarm resonan saluran yang dapat didengar di seluruh struktur.

Deteksi berbasis suara adalah pendekatan baru yang muncul. Peneliti di Laboratorium Penelitian Bangunan dan Kebakaran Institut Standar dan Teknologi Nasional menemukan bahwa berbagai bahan bangunan—kayu, plastik, dan dinding gypsum—mengeluarkan suara khas saat mereka melebar dari pemanasan cepat. Transduktor piezoelektrik dapat menangkap tanda akustik ini sebelum bahan menyala, memberikan peringatan awal terhadap api awal seperti kabel listrik yang panas berlebih.