Działanie czujek dymu punktowych oparte jest na rozproszeniu fali elektromagnetycznej padającej na cząstki gazu w komorze pomiarowej. Większość z nich oparta jest na efekcie Tyndalla. Powstaje on, gdy wielkość cząstki w strumieniu wiązki światła jest mniejsza od długości fali światła. W czujkach jonizacyjnych również wykorzystuje się rozproszenie Mie oraz Rayleigha, które zależne jest od parametru X określonego wzorem:
X=2Pi*r/ λ
r – promień cząstki, na którą pada fala elektromagnetyczna λ – długość fali elektromagnetycznej
Rodzaj rozproszenia, który występuje, zależy od parametru X. Przy wartości tego parametru równej lub mniejszej 0,3 występuje rozproszenie Rayleigha, w którym rozkład kątowy rozproszenia jest stały i niezależny od zmiany parteru X. Charakterystykę tą opisuje funkcja fazowa. θ – kąt rozproszenia. Rysunek pierwszy przedstawia graficzną reprezentację rozproszenia Rayleigha.
Występujące zjawiska fizyczne w czujkach dymu.
Charakteryzuje się dwoma osiami symetrii. Pierwsza względem x oraz druga względem osi y. Wartość fali rozproszonej zależy wprost proporcjonalnie do szóstej potęgi wartości promienia cząstki oraz odwrotnie proporcjonalnie do czwartej potęgi długości fali elektromagnetycznej
W przypadku, gdy wartość parametru X w czujnikach dymu jest większa od 0,3 powstaje zjawisko rozpraszania Mie, które jest zależne od tego parametru. Kątowy rozkład amplitud fali rozproszonej wyznaczany jest poprzez równanie Maxwella dla rozchodzącej się fali elektromagnetycznej, rozpraszanej na cząstkach sferycznych. Na rysunku 2 przedstawiono charakterystyki kątowe rozpraszania Mie dla różnych wartości parametru X. Wraz ze wzrostem tego parametru powstaje jeden dominujący „listek” rozproszenia w przód oraz „listki” boczne związane z rozproszeniem od różnych części cząstki, na której powstaje rozproszenie.
Rozproszenie Mie dla różnych wartości parametru X zachodzące w czujce dymu Konstrukcję tego typu detektora dymu przedstawiono na rysunku 2. Składa się on z labiryntu, którego zadaniem jest tłumienie światła z otoczenia zewnętrznego. Przy jednoczesnym zachowaniu swobodnego przepływu powietrza przez komorę monitorowanego pomieszczenia. W celu zapobiegnięcia przedostania się większych obiektów do komory pomiarowej, stosuje się siatkę wokół labiryntu z perforacją większą niż wielkości cząsteczek dymu. Kluczowym elementem jest tu układ optyczny. Składa się on co najmniej z jednego źródła światła oraz jednego detektora. Najczęściej jest to LED oraz fotodioda.
Elementy te w czujce dymu optycznej są tak rozmieszczone, aby światło emitowane przez LED nie docierało do fotodiody [rysunek 3.9] podczas braku cząstek np. dymu w komorze. Długość fali emitowanej jest najczęściej w okolicach 900 nm, niektóre detektory posiadają też drugie źródło światła o długości 400 nm. Dzięki temu efekt Tyndala jest silniejszy dla cząstek zarówno małych 0,3 µm, jak i dużych, nawet do 10 µm. Komora pomiarowa jest oświetlana co określone jednostki czasu. Jeżeli w momencie emisji światła, fotodioda odbierze wystarczająco silny sygnał, to mikroprocesor zliczy powstały impuls.
W celu wyeliminowania fałszywych alarmów przez czujkę dymu układ powtarza algorytm wielokrotnie w określonym czasie. Odpowiednia liczba takich impulsów (uzależniona od wybranej czułości czujki dymu) generuje alarm.