**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Rauchdetektor mit mindestens einer Quelle (1, 18) elektromagnetischer Strahlung, je einem von elektromagnetischer Strahlung durchsetzten Mess- (22) und Referenzstrahlungsweg (20) gleicher geometrischer Länge und Form, aber verschieden langen, der Aussenatmosphäre wenigstens teilweis zugänglichen Strahlungswegen, wobei die nicht atmosphärisch zugänglichen Strahlungswegteile durch strahlungsdurchlässige Fenster (48, 50) abgeschlossen sind, und je ein Strahlungsempfänger (2, 3,24,26) vorgesehen ist, der von der Strahlung nach Durchlaufen des jeweiligen Strahlungsweges beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Strahlungswegen zur Strahlungswegverlängerung Umlenk Reflektoren(106,106',l08, 108', 110, 110', 112, 112', 114, 114', 116, 116') vorgesehen sind, deren Anzahl so gewählt ist, dass in beiden Strahlungswegen die Summe,
gebildet aus der Anzahl der der Verschmutzung ausgesetzten Fensterflächen, und der der Verschmutzung ausgesetzten, vorn verspiegeleten Reflektoren sowie aus der doppelten Anzahl der der Verschmutzung ausgesetzten hinten verspiegelten Reflektoren in beiden Strahlungswegen gleich gross ist, so dass die Strahlungsschwächung durch Verstaubung der Fensterflächen und Reflektoren in beiden Strahlungswegen gleich grotss ist.
2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Messstrahlengang gleich viele der Verschmutzung durch die zu überwachende Luft ausgesetzte Umlenk Reflektoren vorgesehen sind wie im Referenzstrahlungsweg.
3. Rauchdetektoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Messstrahlengang gleich viele der Verschmutzung durch die zu überwachende Luft ausgesetzte Fensterflächen vorgesehen sind wie im Referenzstrahlungsweg.
4. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass Mess- und Referenzstrahlungsweg in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind.
5. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess-und auch der Referenzstrahlungsweg mittels der Umlenk-Reflektoren (106, 106', 108,108', 110,110,112,112', 114,114', 116, 116')aufjeeinem Zickzackweg geführt werden.
6. Rauchdetektoren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsempfänger (2, 3, 24,26) in Zweigen einer Brückenschaltung angeordnet sind, wobei die Brückendiagonale eine Schaltung aufweist, die bei Erreichen eines vorbestimmten Schwellenwertes der Spannung über die Brückendiagonale der Schaltung Alarm auslöst.
7. Rauchdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung temperaturunabhängig ausgebildet ist.
8. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Strahlungsempfängers (3,24) des Referenzstrahlungsweges an den einen Eingang eines Komparators (5) und dass der Ausgang des Strahlungsempfängers (2,24) des Messstrahlungsweges an den anderen Eingang des Komparators (5) angeschlossen sind, wobei der Komparator (5) ein Alarmsingal auslöst, wenn die Spannungsdifferenz an den beiden Eingängen eine vorgewählte Schwelle überschreitet.
9. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vorbestimmten Abfall der Intensität der Strahlung am Strahlungsempfänger (3, 24) des Referenzstrahlungsweges ein Störungssignal erzeugt wird.
10. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Signals eines oder beider Strahlungsempfänger (2,3,24,26) ein Störungssignal erzeugt wird.
11. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass für beide Strahlungswege eine einzige Strahlungsquelle (1, 18) vorgesehen ist, deren Strahlung zuje einem Teil in den Mess- und Referenzstrahlengang geleitet wird.
12. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Strahlungsweg eine getrennte Strahlungsquelle vorgesehen ist.
13. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Regelschaltung (6) das Signal des Strahlungsempfängers (3, 24) des Referenzstrahlungsweges konstant gehalten wird und die Intensität der Strahlungsquelle (1, 18) des Messstrahlungsweges mit dem gleichen Verstärkungsfaktor nachgeregelt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rauchdetektor mit mindestens einer Quelle elektromagnetischer Strahlung, je einem von elektromagnetischer Strahlung durchsetzten Mess-und Referenzstrahlungsweg gleicher geometrischer Länge und Form, aber verschieden langen, der Aussenatmosphäre zugänglichen Strahlungswegen, wobei die nicht atmosphärisch zugänglichen Strahlungswegteile durch strahlungsdurchlässige Fenster abgeschlossen sind und je ein Strahlungsempfänger vorgesehen ist, der von der Strahlung nach Durchlaufen des jeweiligen Strahlungsweges beaufschlagt wird. Solche Rauchdetektoren sind bekannt und werden vornehmlich zur Feststellung von Rauch und anderen Ärosolen sowie Gasen in einer zu überwachenden Atmosphäre eingesetzt und lösen bei Überschreiten einer vorgewählten Rauchbzw. Ärosoldichte z.B. einen Brandalarm aus.
In der französischen Patentschrift 2 193 486 wird das Licht einer Lichtquelle geteilt und als Mess- und Referenzstrahl verwendet. Der Referenzstrahl ist gegenüber der Aus senatmosphäre abgeschlossen, währenddem die Aussenluft mit ihren Verunreinigungen in den Messstrahlengang gelangen kann. Mess- und Referenzweg sind gleich lang gemacht, doch sind keine Mittel vorgesehen, um die Reflektoren des Mess- und Referenzstrahls in gleichem Masse der Verschmutzung auszusetzen. Bei stärkerer Verschmutzung kann daher Fehlalarm ausgelöst werden, wenn der Messstrahl durch Schmutz genügend geschwächt wird Dies trifft umso eher zu, als bei dieser Konstruktion ein kurzer Extinktionsweg zur Verfügung steht. Daran ändert auch die Tatsache nichts, dass -in asymmetrisches Testlicht eingeschaltet werden kann, um die Funktion der Apparatur zu überprüfen.
In der schweizerischen Patentschrift 561 942 wird ein Schwebeteilchen- und/oder Gaskomponenten-Detektor nach dem Strahlungsschwächungsprinzip geschützt. Dieser Detektor verfügt über wenigstens eine elektromagnetische Strahlungsquelle, deren Strahlung durch das zu untersuchende Medium geleitet wird und dann auf wenigstens einen photoelektrischen Wandler trifft. Mess- bzw. Referenzstrahl benützen die gleichen Reflexionsstellen in verschiedener Reihenfolge, weshalb die Strahlen verschieden lange Wege zurücklegen.
Bei Vorhandensein von Rauch erfahren Mess- und Referenzstrahl eine unterschiedliche Schwächung, was für die Alarmgabe ausgewertet wird. Da die Strahlen die gleichen Flächen für die Reflexion benützen, kann der Grad der Verstaubung der reflektierenden Flächen als Störfaktor eliminiert werden.
Nachteilig ist hierbei jedoch die Winkelabhängigkeit der Strahlungsschwächung bei Reflexion an verstaubten Flächen.
Im USA-Patent 3 976 891 ist ein Rauchdetektor mit nur geringem Einfluss der Verschmutzung beschrieben. Das Licht einer Lampe wird in zwei Hälften aufgeteilt. Mess- und Referenzweg sind gleich gebaut, jedoch die Weglänge im zu untersuchenden Medium verschieden lang gemacht. Durch die gewählte Anordnung sind die Elemente des Mess- und Refe
renzstrahles gleichermassen der Verstaubung unterworfen, womit ebenfalls die Verstaubung als Störfaktor eliminiert wird. Die entsprechenden lichtelektrischen Wandler befinden sich in Brückenschaltung, sodass bei Rauch eine Verstimmung der Brücke eintritt, was für die Alarmgabe ausgewertet wird. Diese Erfindung arbeitet mit einem kleinen Messweg.
Dadurch muss die elektrische Schaltung äusserst empfindlich gemacht werden, weil das Nutzsignal klein ausfällt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ebenfalls einen Rauchdetektor mit Mess- und Referenzstrahl zu schaffen. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Rauchdetektor anzugeben, bei welchem
1. der geometrische Messstrahlungsweg und der Referenzstrahlungsweg gleich lang sind, wobei Unterschiede des Messund Referenzsignales infolge des Eindringens von Rauch, z.B. mit einer Brückenschaltung, nachgewiesen werden können;
2. die Reflektoren und Fensterflächen des Mess- und Referenzstrahlenganges möglichst in gleicher Weise der verschmutzten Luft ausgesetzt sind, um Verschmutzungseffekte möglichst gegenseitig zu kompensieren, womit Fehlalarme infolge der Verschmutzung einer optischen Komponente unterdrückt werden können,
3. ein Absinken des Nutzsignales verunmöglicht wird, auch wenn die Reflexionsflächen verschmutzt werden.
Man vermeidet damit Messungen mit zu hoher Empfindlichkeit der elektrischen Auswertung;
4. mit Verwendung von vielen Reflektoren die statistischen Unterschiede der Verschmutzung der einzelnen Reflektoren sich gegenseitig ausmitteln, wobei allerdings auf gleichartige Störmungsverhältnisse um die Detektoren herum zu achten ist;
5. Nebeneffekte und Störungen ausgeschaltet werden, wobei beabsichtigt ist, den Strahlungsweg so lang zu machen, dass die Extinktion der Strahlung gegenüber den Störeffekten deutlich überwiegt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in beiden Strahlungswegen zur Strahlungswegverlängerung Umlenk-Reflektoren vorgesehen sind, deren Anzahl so gewählt ist, dass in beiden Strahlungswegen die Summe, gebildet aus der Anzahl der der Verschmutzung ausgesetzten Fen sterflächen und der der Verschmutzung ausgesetzten, vorn verspiegelten Reflektoren sowie aus der doppelten Anzahl der der Verschmutzung ausgesetzten hinten verspiegelten Reflektoren in beiden Strahlungswegen gleich gross ist, so dass die Strahlungsschwächung durch Verstaubung der Fensterflächen und Reflektoren in beiden Strahlengängen gleich gross ist.
Im folgenden werden an Hand der Figuren bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Rauchdetektors in beispielhafter Weise näher erläutert.
Figur la zeigt einen Rauchdetektor in perspektivischer Darstellung. Figur lb zeigt denselben Rauchdetektor im Querschnitt. Figuren 2a und 2b zeigen die Mess- bzw. Referenzstrahlungsebene einer Ausgestaltung eines Rauchdetektors.
Figuren 3a und 3b zeigen eine Modifikation zu den Figuren 2a und 2b; entsprechendes gilt für die Figuren 4a, 4b und 5a, 5b. Figur 6 zeigt ein Blockschema zur Nachregelung der Strahlungsintensität.
Figur la dient der besseren Vorstellung des Rauchdetektors. Figur 1 b zeigt den Rauchdetektor im Querschnitt. Nach Figur la bzw. lb besteht der Rauchdetektor im wesentlichen aus einem Sockel 10, mittels welchem er z.B. an einer Wand oder an einer Decke befestigt wird, und einer Haube 40. In der Haube befindet sich eine Hülle 30, welche den Raum für den Referenzstrahlungsweg 20, den Referenzraum , und denjenigen für den Messstrahlungsweg 22, den Messraum , enthält. Die Haube wird auf die Hülle 30 aufgesteckt. Der
Sockel 10 besitzt eine Aussparung 12 (Figur lb) für die elek tronische Auswerteschaltung. Dem Sockel 10 sind zwei Sup porte 14 und 16 aus dem gleichen Material angegossen, aus dem der Sockel 10 gefertigt ist. Die Supporte dienen der Hal terung für eine Quelle elektromagnetischer Strahlung 18. d.h.
einer Strahlungsquelle, und der Strahlungsempfänger 24 und 26, welche die elektromagnetische Strahlung in ein elektri sches Signal umsetzen. Die elektrischen Verbindungen der Strahlungsquelle 18 und der Wandler 24 und 26 mit der elektronischen Schaltung in der Aussparung 12 sind in den Figuren nicht dargestellt.
Die Strahlung der Strahlungsquelle 18 fällt auf zwei Re flektoren 28 und 32. Eine Blende 34 verhindert, dass die
Strahlung der Strahlungsquelle 18 direkt in den Referenz strahlengang bzw. in den Messstrahlengang gelangt. Der Re flektor 32 lenkt die Strahlung von der Strahlungsquelle 18 in den Messstrahlungsweg. Die Haube 40 besitzt mehrere Öff- nungen 36,38. . in der Zylinder- und Deckfläche. Durch diese und entsprechende Offnungen 42,44,46... in der
Hülle 30 tritt die zu überwachende Luft in den Messraum 22.
Die Hülle 30 dient als Streustrahlungsblende gegen aussen und zugleich als Insektenschutz. Der Referenzstrahlengang verläuft zum Teil im Referenzraum 20, der durch eine Trennwand 56 gegen die Atmosphäre ganz abgeschlossen ist. Um die Strahlung von der Strahlungsquelle 18 bzw. vor dem Reflektor 28 in den Referenzraum 20 ein- bzw. austreten zu lassen, sind zwei Fenster 48 und 50 luftdicht in den Referenzraum eingepasst, die einseitig der Verschmutzung durch Ärosole ausgesetzt sind. Diese Fenster sind räumlich nach aussen den Supporten 14 bzw. 16 zugekehrt, und die Konstruktion ist derart ausgeführt, dass die Luft ungehindert in den Raum eindringen kann, in welchem sich diese Supporte befinden.
Der Mess- und Referenzstrahlungsweg bekommen die gleiche Anzahl verschmutzter Fenster, wenn z.B. die Öffnung 52 ohne Fenster, jedoch die Öffnung 54 mit Fenster ausgeführt wird. Es besteht ein Interesse daran, die Abstände zwischen den Supporten 14 und 16 und dem Mess- bzw. Referenzraum 20 und 22 so klein wie möglich zu machen, um gleich lange
Strahlengänge zu erhalten. Als Strahlungsquelle 18 kann eine Glühlampe, eine LED oder ein LASER dienen. In der Figur lb ist nicht ersichtlich, wie durch mehrfache Reflexion der Strahlengang verlängert werden kann. Um dies zu erklären, sei auf die Figuren la, 2a bzw. 2b hingewiesen, wobei die Figur 2a den Schnitt a-a und die Figur 2b den Schnitt b-b von Fig. zeigt.
Die Figur 2a bzw. 2b dient der Erklärung des Strahlenganges in der Mess- bzw. Referenzstrahlungsebene. Mit 102 ist eine Strahlungsquelle dargestellt, entsprechend dem Reflektor 32 in Figur la. 104 stellt einen Strahlungsempfänger dar, entsprechend dem Strahlungsempfänger 26 von Figur lb. Die Strahlung wird an einer Anzahl Reflektoren 106,
108 . . . reflektiert und durchläuft einen Zickzackweg, bis sie zuletzt beim Strahlungsempfänger 104 eintrifft. Eine Anzahl von Trennwänden 120, 122... sorgt dafür, dass nicht-aufeinanderfolgende Reflektoren sich keine Streustrahlung zuwerfen. Die ganze Anordnung befindet sich, wie schon bei Figur la angedeutet, in einem zylindrischen Behälter 100, entsprechend der Hülle 30 von Figur la bzw. Ib. Dieser weist an seinem Umfang Öffnungen 130 und 132 auf, durch welche die zu überwachende Luft in den Messraum gelangt.
Zusätzlich sind in der Zeichnung nicht dargestellte Schikanen vorgesehen, welche verhindern, dass Streustrahlung durch die Öffnungen
130 und 132 in den Messraum fällt. In der Referenzstrahlungsebene sind - wie in Figur 2a - eine Strahlungsquelle 102', entsprechend dem Reflektor 28 in der Figur 2a bzw. lb, und ein Strahlungsempfänger 104', entsprechend dem Strahlungsempfänger 24 von Figur Ib, vorgesehen. Die Strahlung wird an einer Anzahl Reflektoren 106', 108', 110' . . . reflektiert und durchläuft einen Zickzackweg, bis sie zuletzt beim Strahlungsempfänger 104' eintrifft. Anstelle der Trennwände ist ein mit 140' bezeichneter, zickzackförmiger Raum für den Referenzstrahlengang vorhanden, welcher staubdicht gegen die Aussenatmosphäre verschlossen ist.
Die Strahlung tritt durch ein erstes Fenster 142', von der Strahlungsquelle ausgesendet, in den Referenzraum ein und verlässt ihn bei einem zweiten Fenser 144'. Sie trifft bei 110' auf einen Reflektor, wird reflektiert und gelangt wieder durch das 2. Fenster 144' in den Referenzraum. Das gleiche wiederholt sich bei anderen Reflektoren, z.B. 116'. Die Fenster werden nahe zu den Reflektoren gelegt, jedoch nicht so nahe, dass sich der Staub zwischen Fenster und Spiegel nicht ungestört ablagern könnte, denn die Reflektoren 110', 116'... sind wie in Figur 2a infolge der Öffnungen 130 und 132 im Referenzraum der zu überwachenden Luft ausgesetzt.
Bei den der Luft ausgesetzten Reflektoren treffen die Messstrahlung und die Referenzstrahlung die gleichen Verhältnisse hinsichtlich Verschmutzung an. Die Fenster 142', 144' . . . sind als verschmutzt anzusehen.
Bei der Ausgestaltung der Messkammer gemäss Figur 2a geht also der Messstrahl durch zwei verschmutzte Fenster und wird an acht Reflektoren gespiegelt. Da die Reflektoren vorn verspiegelt sind, ist R + F zu bilden mit R = 8 und F = 2, d.h. R + F = 10. Falls dagegen auf der Hinterseite verspiegelte Reflektoren verwendet werden, so ist deren Anzahl doppelt zu zählen, da die Strahlung die der Verschmutzung ausgesetzte Vorderseite zweimal durchqueren muss.
Der Referenzraum ist durch die zwei Offnungen 130' und 132' der verschmutzten Luft mindestens teilweise zugänglich.
Der Referenzstrahl geht bei der Strahlungsquelle 102' ebenfalls durch ein Fenster und gelangt bei 142' in einen gegen die verschmutzte Aussenluft dichten Raum und wird bei 106', 108' an nicht verschmutzten Reflektoren gespiegelt. Er verlässt den dichten Raum durch ein verschmutztes Fenster 144' und wird an einem vorn verspiegelten Reflektor 110' zum Fenster 144' zurückgeworfen. Der Strahl tritt dort wieder in den gegen die Aussenluft dichten Raum ein. Bei 112', 114'... erfolgt er- neutje eine Reflexion. Man zählt je ein verschmutztes Fenster bei 102', 142', 144', 110' und nochmals bei 144', 146' 116' und nochmals bei 146' sowie am Ausgang des luftdichten Raumes 140' und bei 104', insgesamt also 10 verschmutzte Fenster bzw.
Reflektoren, wie für den Messtrahlengang. Bezeichnet man mit R die Anzahl der Reflektorflächen, mit F die Anzahl der Fensterflächen, so ist bei vorn verspiegelten Reflektoren die Zahl R + F für den Mess-und Referenzstrahlengang gleich gross, wie es das Kennzeichen des Patentanspruches 1 verlangt.
In Figur 3a und Figur 3b ist der Mess- bzw. Referenzstrahlengang einer weiteren Ausgestaltung des Rauchdetektors dargestellt. Die Anzahl der verschmutzten Reflektoren ist für Mess-und Referenzstrahl gleich gross und entsprechendes gilt für die Anzahl der verschmutzten Fenster. Mit 140' ist wie in Figur 2b ein gegen die Aussenluft dichter Raum bezeichnet. Beidseitig der Verschmutzung ausgesetzt sind in Fig. 3a die Fenster 144, 146, 150, 156... womit der Messstrahl gleich oft durch verschmutzte Fenster dringen muss wie der Referenzstrahl, bzw. gleich oft an verschmutzten Reflektoren gespiegelt wird. Es ist offensichtlich, dass in Fig. 2a, und 2b bzw. 3a und 3b der Mess- und der Referenzstrahl fast gleich lange Wege zurücklegen.
Es gibt jedoch auch Gründe, um unter bestimmten Bedingungen die erwähnte Bedingung nur angenähert zu erfüllen. Das ist dann der Fall, wenn die Strömungsverhältnisse in Mess- und Referenzstrahlengang nicht gleich gemacht werden können, was zu verschiedenen starken Verschmutzungen führt.
Um schliesslich die sich aus statistischen Gründen ergebenden Unterschiede im Verschmutzungsgrad für Mess- und Referenzstrahlengang auszugleichen, wird man möglichst viele Reflektoren und Fenster verwenden.
Die Figur 4a dient der Erklärung des Messstrahlenganges einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Rauchdetektors. Ein Sender emittiert bei 206 einen Strahl, der auf die zum Strahl senkrechte Diametralebene fokussiert ist. In der Figur wurde ein Strahl gewählt, der mit der Tangente an den Kreis 202 beim Sender einen Winkel von 671/2" ein schliesst. Man sieht, dass an einer Reflexionsstelle ein einfallender Strahl mit dem reflektierten Strahl jeweils einen Winkel von 45 bildet, was für den Strahlengang einen regelmässigen 8-eckigen Stern ergibt. Nach mehrfacher Reflexion kehrt somit der Strahl ar seinen Ausgangspunkt zurück, was bei einer beliebigen Wahl des Emissionswinkels bei der Strahlungsquelle nicht zutrifft. Im Melder ist mittels Schikanen ein Labyrinth 212 angeordnet.
Die Schikanen entstehen z.B. durch
Fräsen von 4 Nuten 214 in einen massiven Zylinder, etwa aus Kunststoff, der in den Zylinder 204 passt, und durch Bohren von durchgehenden Löchern in Richtung des emittierten bzw.
reflektierten Lichtstrahles. Die Schikanen dienen der Vermeidung von Streustrahlung. Somit sind die Bohrungen und Reflexionsstellen der verschmutzten Luft ausgesetzt, so dass der
Strahl bei jeder Reflexionsstelle den Zylinder 204 zweimal durchdringt, insgesamt also ist 2R = 14. Nur bei 206 und bei 208 durchdringt der Strahl je ein Fenster, daher ist F = 2, also 2R + F = 16. Der Referenzstrahlengang, welcher in Figur 4b dargestellt ist, unterscheidet sich vom Messstrahlengang lediglich dadurch, dass die erwähnten Bohrungen an den Übergangsstellen zu den Nuten 214 mit Fenstern 218 ver schlossen sind, so dass die verschmutzte Luft nurzujeder zweiten Reflexionsstelle gelangt, nämlich da, wo auch ein Nut
214 vorhanden ist.
Immer da, wo ein Nut vorhanden ist, dringt der Strahl durch 4 verschmutzte Fenster, insgesamt ist also 2R = 6, F = 8 + 2. Mithin ist wieder das Kennzeichen von Patentanspruch 1 erfüllt.
In Fig. 5a und 5b ist ebenfalls eine Ausführungsform eines
Rauchdetektors mit zylindrischem Reflektor dargestellt. Im
Falle der Figuren 5a und 5b ist der Reflektor, im Gegensatz zu Fig. 4a und 4b, innen verspiegelt angenommen, und der
Strahlengang beschreibt e inen regelmässigen 12-zackigen
Stern. Fig. 5a stellt den Messstrahlengang dar. Die ver schmutzte Luft hat demzufolge Zutritt zu allen Nuten 314, zu allen Bohrungen und Reflexionsstellen und zum Fenster der
Strahlungsquelle 302 resp. demjenigen des Strahlungsemp fingers 308. Man zählt R = 11, F = 2, also R + F = 13. In Figur 5b wird der Referenzstrahlengang zu Fig. 5a erklärt.
Die 4 Nuten werden durch strahlungsdurchlässige Schirme
315' gebildet. Die verschmutzte Luft gelangt zwar in die Nuten
314', wird aber vom Innenraum 312' mit Hilfe der Schirme 315' ferngehalten. Man zählt R = 3, F = 8 + 2 = 13, wie für den
Messstrahlengang.
Figur 6 dient der Erklärung, wie der Einfluss der Verschmutzung des Melders ausgeglichen werden kann und wie Alarm bzw. Störung detektiert werden.
Mit 1 wird eine steuerbare Strahlungsquelle bezeichnet, welche den Messstrahlenempfänger 2 und den Referenzstrahlenempfänger 3 beaufschlagen. Die Signale der beiden Strahlungsempfänger 2 und 3 werden im Komparator 5 verglichen.
Bei einer signifikanten Differenz am Eingang des Komparators 5 schaltet der Ausgang desselben den Alarmgeber 8 auf Alarm . Das Messstrahlsignal 2 beaufschlagt zugleich die Störungsüberwachung 4, welche das ordnungsgemässe Funktionieren der Strahlungsquelle 1 und des Messstrahlenempfängers 2 kontrolliert. Auch das Signal des Referenzstrahlenempfängers 3 wird abgegriffen und auf eine Schaltung 6 gegeben. Diese subtrahiert das Referenzstrahlsignal von einem bei 9 erzeugten konstanten Signal. Mit der Rückführung des Ausgangssignales von der Schaltung 6 auf die Strahlungsquelle 1 wird die Leistung der Quelle so geregelt, dass auch bei zunehmender Verschmutzung das Ausgangssignal vom Referenzstrahlempfänger konstant bleibt. Bei einem zu hohen Verschmutzungsgrad kann die Leistung der Strahlungsquelle nicht weiter nachgeregelt werden.
Die sich dadurch ergebende Änderung des Ausgangssignals von Schaltung 6 wird in der Störungsüberwachung 7 zusammen mit 4 ausgewertet. Die Störungsüberwachungen 4 und 7 haben je einen Ausgang auf den Alarmgeber 8, welcher gegebenenfalls auf STÖRUNG schaltet und je einen Ausgang zum Komparator 5, dessen Ausgang gegebenenfalls blockiert wird, so dass eine eigentliche Störung nicht als Alarm weitervermittelt werden kann.
Sollte aus diesem Grund ein Rauchdetektor gebraucht werden, der nicht zwischen KEIN ALARM , ALARM und STÖRUNG unterscheiden kann, sondern nur das Analogsignal vom Messstrahlenempfänger abgibt, kann in der Schaltung auf Störüberwachung 4 verzichtet werden. Anstelle von Komparator 5 wird ein Verstärker für das Aanalogsignal vom Messstrahlenempfänger eingebaut, deren Ausgang gegebenenfalls auch von der Störungsüberwachung 7 blockiert wird.Die Schaltungen sind so auszulegen, dass bei einem Ausfall eines Komponenten der Alarmgeber 8 auf STÖRUNG kippt.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. Smoke detector with at least one source (1, 18) of electromagnetic radiation, each with a measuring path (22) and reference radiation path (20) penetrated by electromagnetic radiation of the same geometric length and shape, but of different lengths, the radiation paths being at least partially accessible to the outside atmosphere, the parts of the radiation path that are not accessible from the atmosphere are closed off by radiation-permeable windows (48, 50), and a radiation receiver (2, 3, 24, 26) is provided, which is acted upon by the radiation after passing through the respective radiation path, characterized in that in both radiation paths for extending the radiation path deflecting reflectors (106, 106 ', 108, 108', 110, 110 ', 112, 112', 114, 114 ', 116, 116') are provided, the number of which is selected such that the sum in both radiation paths
formed from the number of window surfaces exposed to soiling, and the reflectors exposed to soiling, mirrored at the front, and from twice the number of reflectors exposed to soiling, mirrored in both radiation paths, so that the radiation attenuation due to dusting the window surfaces and reflectors is the same in both Radiation paths are equally large.
2. Smoke detector according to claim 1, characterized in that the same number of the pollution caused by the air to be monitored deflection reflectors are provided in the measuring beam path as in the reference radiation path.
3. Smoke detectors according to claim 1, characterized in that the same number of window surfaces exposed to the contamination by the air to be monitored are provided in the measuring beam path as in the reference radiation path.
4. Smoke detector according to one of claims 1-3, characterized in that the measurement and reference radiation path are arranged in two parallel planes.
5. Smoke detector according to one of claims 1-4, characterized in that the measuring and also the reference radiation path by means of the deflecting reflectors (106, 106 ', 108,108', 110,110,112,112 ', 114,114', 116, 116 ') are guided on a zigzag path will.
6. Smoke detectors according to one of claims 1-4, characterized in that the radiation receivers (2, 3, 24, 26) are arranged in branches of a bridge circuit, the bridge diagonal having a circuit which, when reaching a predetermined threshold value of the voltage across the Bridge diagonal of the circuit triggers alarm.
7. Smoke detector according to claim 6, characterized in that the bridge circuit is designed independent of temperature.
8. Smoke detector according to one of claims 1-4, characterized in that the output of the radiation receiver (3,24) of the reference radiation path to the one input of a comparator (5) and that the output of the radiation receiver (2,24) of the measuring radiation path to are connected to the other input of the comparator (5), the comparator (5) triggering an alarm signal when the voltage difference at the two inputs exceeds a preselected threshold.
9. Smoke detector according to one of claims 1-8, characterized in that in the event of a predetermined drop in the intensity of the radiation at the radiation receiver (3, 24) of the reference radiation path, an interference signal is generated.
10. Smoke detector according to one of claims 1-9, characterized in that in the event of failure of the signal of one or both radiation receivers (2,3,24,26) an interference signal is generated.
11. Smoke detector according to one of claims 1-10, characterized in that a single radiation source (1, 18) is provided for both radiation paths, the radiation of which is partly directed into the measuring and reference beam path.
12. Smoke detector according to one of claims 1-10, characterized in that a separate radiation source is provided for each radiation path.
13. Smoke detector according to one of claims 1-12, characterized in that the signal of the radiation receiver (3, 24) of the reference radiation path is kept constant by a control circuit (6) and the intensity of the radiation source (1, 18) of the measurement radiation path with the same Gain factor is readjusted.
The present invention relates to a smoke detector with at least one source of electromagnetic radiation, each with a measuring and reference radiation path of the same geometric length and shape penetrated by electromagnetic radiation, but with different lengths of radiation paths accessible to the outside atmosphere, the non-atmospherically accessible radiation path parts being closed off by radiation-permeable windows and A radiation receiver is provided, which is acted upon by the radiation after passing through the respective radiation path. Such smoke detectors are known and are mainly used to detect smoke and other aerosols and gases in an atmosphere to be monitored and solve when a pre-selected Rauchbzw. Aero density e.g. a fire alarm.
In French patent specification 2 193 486, the light from a light source is split and used as a measuring and reference beam. The reference beam is sealed off from the outside atmosphere, while the outside air and its impurities can get into the measuring beam path. The measurement and reference paths are made the same length, but no means are provided to expose the reflectors of the measurement and reference beam to the same degree of contamination. A false alarm can therefore be triggered in the case of heavier soiling if the measuring beam is weakened sufficiently by dirt. This is all the more true since a short extinction path is available with this construction. The fact that - an asymmetrical test light can be switched on to check the functioning of the apparatus does not change this.
In Swiss patent specification 561 942, a floating particle and / or gas component detector is protected according to the radiation attenuation principle. This detector has at least one electromagnetic radiation source, the radiation of which is passed through the medium to be examined and then strikes at least one photoelectric converter. The measuring or reference beam uses the same reflection points in a different order, which is why the beams travel different distances.
In the presence of smoke, the measuring and reference beam are weakened differently, which is evaluated for the alarm. Since the rays use the same surfaces for reflection, the degree of dusting of the reflecting surfaces can be eliminated as a disturbing factor.
The disadvantage here, however, is the angular dependence of the radiation attenuation when reflecting on dusty surfaces.
U.S. Patent 3,976,891 describes a smoke detector with little impact from pollution. The light from a lamp is split in half. The measuring and reference paths are constructed in the same way, but the path lengths in the medium to be examined are made different lengths. Due to the selected arrangement, the elements of the measurement and refe
border jet is equally subjected to the dust, which also eliminates the dust as a disturbing factor. The corresponding photoelectric converters are connected in a bridge, so that when there is smoke, the bridge is detuned, which is evaluated for the alarm. This invention works with a small measurement path.
As a result, the electrical circuit must be made extremely sensitive because the useful signal is small.
The present invention also aims to provide a smoke detector with a measuring and reference beam. The invention has for its object to provide a smoke detector in which
1. the geometric measuring radiation path and the reference radiation path are of equal length, differences in the measuring and reference signals due to the penetration of smoke, e.g. with a bridge circuit, can be demonstrated;
2. the reflectors and window surfaces of the measuring and reference beam path are exposed to the polluted air in the same way as possible, in order to compensate each other for the effects of pollution, which can suppress false alarms due to the contamination of an optical component,
3. A decrease in the useful signal is made impossible even if the reflection surfaces are contaminated.
This avoids measurements with too high sensitivity of the electrical evaluation;
4. When using many reflectors, the statistical differences in the contamination of the individual reflectors are mutually averaged, although care must be taken to ensure that the interference conditions are the same around the detectors;
5. Side effects and disturbances are switched off, the intention being to make the radiation path so long that the extinction of the radiation clearly outweighs the disturbing effects.
The object is achieved in that deflection reflectors are provided in both radiation paths to extend the radiation path, the number of which is selected such that in both radiation paths the sum, formed from the number of surfaces exposed to the pollution and those exposed to the pollution, mirrored in front Reflectors as well as twice the number of reflectors exposed to the rear mirrored in the same way in both radiation paths, so that the radiation attenuation by dusting the window surfaces and reflectors is the same in both beam paths.
In the following, preferred embodiments of the smoke detector according to the invention are explained in more detail by way of example using the figures.
Figure la shows a smoke detector in perspective. Figure lb shows the same smoke detector in cross section. Figures 2a and 2b show the measurement or reference radiation level of an embodiment of a smoke detector.
Figures 3a and 3b show a modification to Figures 2a and 2b; the same applies to Figures 4a, 4b and 5a, 5b. FIG. 6 shows a block diagram for the readjustment of the radiation intensity.
Figure la is used for a better idea of the smoke detector. Figure 1 b shows the smoke detector in cross section. According to Figures la and lb, the smoke detector consists essentially of a base 10, by means of which it e.g. is attached to a wall or a ceiling, and a hood 40. In the hood there is a shell 30 which contains the space for the reference radiation path 20, the reference space, and that for the measuring radiation path 22, the measuring space. The hood is placed on the cover 30. The
Socket 10 has a cutout 12 (FIG. 1b) for the electronic evaluation circuit. The base 10 are two Sup porte 14 and 16 molded from the same material from which the base 10 is made. The supports serve to support a source of electromagnetic radiation 18.
a radiation source, and the radiation receiver 24 and 26, which convert the electromagnetic radiation into an electrical signal. The electrical connections between the radiation source 18 and the transducers 24 and 26 with the electronic circuit in the recess 12 are not shown in the figures.
The radiation from the radiation source 18 falls on two reflectors 28 and 32. A diaphragm 34 prevents the
Radiation from the radiation source 18 reaches the reference beam path or the measurement beam path directly. The reflector 32 directs the radiation from the radiation source 18 into the measurement radiation path. The hood 40 has a plurality of openings 36, 38. . in the cylinder and top surface. Through these and corresponding openings 42,44,46 ... in the
The air to be monitored enters the measuring space 22 in the casing 30.
The casing 30 serves as a stray radiation shield to the outside and at the same time as insect protection. The reference beam path runs partly in the reference space 20, which is completely closed off from the atmosphere by a partition 56. In order to allow the radiation from the radiation source 18 or in front of the reflector 28 to enter or exit the reference space 20, two windows 48 and 50 are fitted in the reference space in an airtight manner, which are exposed on one side to contamination by aerosols. These windows face outward to the supports 14 and 16, respectively, and the construction is carried out in such a way that the air can freely penetrate into the room in which these supports are located.
The measuring and reference radiation path get the same number of dirty windows, e.g. if the opening 52 without a window, but the opening 54 is carried out with a window. There is an interest in making the distances between the supports 14 and 16 and the measuring or reference space 20 and 22 as small as possible, for the same length of time
Obtain beam paths. An incandescent lamp, an LED or a LASER can serve as the radiation source 18. FIG. 1b does not show how the beam path can be lengthened by multiple reflections. To explain this, reference is made to FIGS. 1a, 2a and 2b, where FIG. 2a shows section a-a and FIG. 2b shows section b-b of FIG.
FIGS. 2a and 2b serve to explain the beam path in the measuring or reference radiation plane. 102 shows a radiation source, corresponding to the reflector 32 in FIG. 104 represents a radiation receiver, corresponding to the radiation receiver 26 of FIG. 1b. The radiation is at a number of reflectors 106,
108. . . reflects and travels a zigzag path until it finally arrives at the radiation receiver 104. A number of partitions 120, 122 ... ensures that non-successive reflectors do not throw any scattered radiation. As already indicated in FIG. 1 a, the entire arrangement is located in a cylindrical container 100, corresponding to the shell 30 of FIG. 1 a or 1 b. On its circumference, the latter has openings 130 and 132 through which the air to be monitored enters the measuring space.
In addition, baffles are provided in the drawing, which prevent stray radiation through the openings
130 and 132 falls into the measuring room. In the reference radiation plane, as in FIG. 2a, a radiation source 102 ', corresponding to the reflector 28 in FIGS. 2a and 1b, and a radiation receiver 104', corresponding to the radiation receiver 24 from FIG. 1b, are provided. The radiation is at a number of reflectors 106 ', 108', 110 '. . . reflects and travels a zigzag path until it finally arrives at the radiation receiver 104 '. Instead of the dividing walls, there is a zigzag-shaped space designated 140 'for the reference beam path, which is sealed dust-tight from the outside atmosphere.
The radiation enters the reference space through a first window 142 ', emitted by the radiation source, and leaves it at a second window 144'. It strikes a reflector at 110 ', is reflected and reaches the reference room again through the second window 144'. The same is repeated for other reflectors, e.g. 116 '. The windows are placed close to the reflectors, but not so close that the dust between the window and the mirror cannot deposit undisturbed, because the reflectors 110 ', 116' ... are, as in FIG. 2a, due to the openings 130 and 132 in Reference room exposed to the air to be monitored.
In the case of reflectors exposed to the air, the measuring radiation and the reference radiation meet the same conditions with regard to contamination. Windows 142 ', 144'. . . are to be regarded as dirty.
In the configuration of the measuring chamber according to FIG. 2a, the measuring beam therefore passes through two dirty windows and is reflected on eight reflectors. Since the reflectors are mirrored at the front, R + F must be formed with R = 8 and F = 2, i.e. R + F = 10. If, on the other hand, reflectors reflecting on the rear are used, their number must be counted twice, since the radiation has to cross the front exposed to pollution twice.
The reference space is at least partially accessible to the polluted air through the two openings 130 'and 132'.
In the radiation source 102 ', the reference beam likewise passes through a window and arrives at 142' in a space which is sealed against the polluted outside air and is mirrored at 106 ', 108' on non-polluted reflectors. It leaves the dense space through a dirty window 144 'and is thrown back to the window 144' at a reflector 110 'mirrored at the front. The jet then enters the space that is sealed against the outside air. At 112 ', 114' ... there is again a reflection. One counts a dirty window at 102 ', 142', 144 ', 110' and again at 144 ', 146' 116 'and again at 146' as well as at the exit of the airtight room 140 'and 104', so a total of 10 dirty Window or
Reflectors as for the measuring beam path. If R denotes the number of reflector surfaces and F the number of window surfaces, then the number R + F for the measurement and reference beam path is the same size for reflectors mirrored at the front, as required by the characterizing part of patent claim 1.
FIGS. 3a and 3b show the measurement or reference beam path of a further embodiment of the smoke detector. The number of soiled reflectors is the same for the measuring and reference beam and the same applies to the number of soiled windows. As in FIG. 2b, 140 ′ denotes a space that is sealed against the outside air. The windows 144, 146, 150, 156 ... are exposed to the contamination on both sides in FIG. 3a, with which the measuring beam has to penetrate through dirty windows as often as the reference beam or is reflected at dirty reflectors as often. It is obvious that in Fig. 2a, and 2b or 3a and 3b the measuring and the reference beam travel almost equally long distances.
However, there are also reasons to only approximate the condition mentioned under certain conditions. This is the case when the flow conditions in the measuring and reference beam paths cannot be made the same, which leads to different levels of contamination.
In order to finally compensate for the statistical differences in the degree of contamination for the measurement and reference beam path, as many reflectors and windows as possible will be used.
FIG. 4a serves to explain the measuring beam path of a further embodiment of the smoke detector according to the invention. A transmitter emits a beam at 206 which is focused on the diametral plane perpendicular to the beam. In the figure, a beam was chosen that forms an angle of 671/2 "with the tangent to the circle 202 at the transmitter. It can be seen that an incident beam forms an angle of 45 with the reflected beam at a reflection point, which is The beam ar returns to its starting point after multiple reflections, which is not the case with any choice of the emission angle for the radiation source. A labyrinth 212 is arranged in the detector by means of baffles.
The baffles arise e.g. by
Milling 4 grooves 214 into a solid cylinder, for example made of plastic, which fits into the cylinder 204, and by drilling through holes in the direction of the emitted or
reflected light beam. The baffles are used to prevent stray radiation. Thus, the holes and reflection points are exposed to the polluted air, so that the
Beam penetrates cylinder 204 twice at each reflection point, so the total is 2R = 14. Only at 206 and at 208 does the beam penetrate one window at a time, therefore F = 2, ie 2R + F = 16. The reference beam path, which is shown in FIG only differs from the measuring beam path in that the bores mentioned are closed with windows 218 at the transition points to the grooves 214, so that the polluted air only reaches every second reflection point, namely wherever there is a groove
214 is present.
Wherever there is a groove, the beam penetrates through 4 dirty windows, so the total is 2R = 6, F = 8 + 2. The characteristic of claim 1 is therefore fulfilled again.
5a and 5b is also an embodiment of a
Smoke detector shown with a cylindrical reflector. in the
In the case of FIGS. 5a and 5b, the reflector, in contrast to FIGS. 4a and 4b, is assumed to be mirrored on the inside, and the
Beam path describes a regular 12-point
Star. Fig. 5a shows the measuring beam path. The polluted air has therefore access to all grooves 314, to all bores and reflection points and to the window of the
Radiation source 302 resp. that of the radiation sensor 308. One counts R = 11, F = 2, that is to say R + F = 13. In FIG. 5b, the reference beam path is explained to FIG. 5a.
The 4 grooves are made of radiation-permeable screens
315 'formed. The polluted air gets into the grooves
314 ', but is kept away from the interior 312' by means of the screens 315 '. One counts R = 3, F = 8 + 2 = 13, as for the
Measuring beam path.
FIG. 6 is used to explain how the influence of the soiling of the detector can be compensated for and how an alarm or fault can be detected.
1 designates a controllable radiation source which acts on the measuring beam receiver 2 and the reference beam receiver 3. The signals from the two radiation receivers 2 and 3 are compared in the comparator 5.
If there is a significant difference at the input of the comparator 5, the output of the comparator 5 switches the alarm transmitter 8 to alarm. The measuring beam signal 2 also acts on the fault monitor 4, which controls the proper functioning of the radiation source 1 and the measuring beam receiver 2. The signal of the reference beam receiver 3 is also tapped and passed to a circuit 6. This subtracts the reference beam signal from a constant signal generated at 9. With the return of the output signal from the circuit 6 to the radiation source 1, the power of the source is regulated in such a way that the output signal from the reference beam receiver remains constant even with increasing contamination. If the degree of contamination is too high, the power of the radiation source cannot be readjusted.
The resulting change in the output signal from circuit 6 is evaluated in the fault monitor 7 together with 4. The fault monitors 4 and 7 each have an output on the alarm transmitter 8, which may switch to FAULT and an output on the comparator 5, the output of which may be blocked, so that an actual fault cannot be relayed as an alarm.
If, for this reason, a smoke detector is used which cannot distinguish between NO ALARM, ALARM and FAULT, but only outputs the analog signal from the measuring beam receiver, fault monitoring 4 can be dispensed with in the circuit. Instead of comparator 5, an amplifier for the analog signal from the measuring beam receiver is installed, the output of which may also be blocked by fault monitor 7. The circuits must be designed so that if one of the components fails, the alarm transmitter 8 tilts to FAULT.