CN1224206A - 光学烟雾报警器 - Google Patents

Abstract

烟雾报警器包括一个报警装置(2),一个光学模块和一个计算电路。光学模块有一个光源(4),一个测量头(3)和一个与计算电路连接的光接收器(5)。光源(4)被构造成用以发射一个可见光波长范围的光束,因而波长主要是在蓝或红光范围。光学模块的构成主要是,由光接收器(5)发出的信号是到达光接收器的,在一个平面上偏置的漫射光的一个函数。在计算电路中将光接收器的信号与一个补偿信号相重叠,补偿信号被选择为,将光接收器(5)信号的数值调整为零。

Description

光学烟雾报警器

本发明是关于带有一个报警装置，一个光学模块和一个计算电路的一个光学烟雾报警器，其中光学模块是一个光源，一个测量头和一个与计算电路连接的光接收器。

这类作为漫射光报警器已被人们所熟悉的烟雾报警器，其光源是由一个红外二极管构成的，它们特别优先地适应在那些火焰与相应的烟雾发展结合在一起的地方。例如对于无火火焰比用其他检测原理要快得多地被发现。此外人们也知道，漫射光报警器对于开放火焰的报警性能并不是最好的，因而在这里有必要进行一定的改进。通过本发明应能提供一个对于开放火焰的报警性能具有明显改善的漫射光报警器。

这个任务是用本发明的以下方法解决的，光源的构成是用来发射可见光光波波长范围的一个光束。依照本发明烟雾报警器的一个第一种结构形式由光源发射光束的光波波长是在蓝或红光范围主要是460nm以及660nm。实际试验表明，具有一个红的发射二极管的漫射光报警器对于开放火焰其报警性能显示出明显的改善并且具有一个蓝的发射二极管的则显示出非常显著的改善。由于使用发射光束为上述光波波长范围的发射二极管可以使报警性能改善到，具有这种装备的漫射光报警器对于公开火焰的检测性能达到接近于电离报警器或所谓的反向漫射器。

反向漫射器是人们所熟悉的漫射光报警器其漫射角大于90°，可以比较好地识别公开火焰，然而它的接收信号仅仅是前进漫射器接收信号的十分之一。对于公开火焰改善检测的原因在于，在较短的波长情况下特别是在公开火焰时产生的比较小的盐气可以非常好地被检测出来。

对公开火焰的报警性能还可以被进一步地改善，如果依照本发明烟雾报警器的一个第二种结构形式将光学模块作成，由光接收器向计算电路输出的信号是与其相遇的，在一个平面上的偏置漫射光的一个函数时。

依照本发明烟雾报警器的一个第三种结构形式的特征是，在计算电路中将光接收器的信号与一个补偿信号重叠在一起，将补偿信号选择为，使光接收器的信号被调节为零。

例如在DE-A-4412212中叙述的已被人们所熟悉的漫射光报警器中，光源和光接收器被安排成，使它们的光轴位于一个共同的平面上并且相互曲折。沿着盒形结构的光学模块侧边有一个迷宫，用它限制光源的光束和光接收器的视场以及遮住外来光进入测量头。迷宫愈能较好地满足这种功能，但是它愈加阻碍烟雾进入测量头，因而有时警报器只有经过一定的延迟后才报警。

通过本发明也应使烟雾进入测量头的性能明显地得到改善。

这项任务将依照本发明烟雾报警器的一个第四种结构形式加以解决，将光源和光接收器的安排选择为，由发射方-和接收方光束的光轴所形成的平面与水平面相倾斜。接收方光束的光轴最好垂直于发射方光束的光轴。

因为在这种安排下接收器的视场沿着“视线方向”由于测量头或报警器的底板或盖子而受到限制，几乎完全可以放弃迷宫式的密封，这样就使一个实际上不受阻碍的烟雾进入测量头成为可能。

下面将借助于实施例和附图对本发明详细地加以说明，

附图1依照本发明漫射光报警器的一个第一个结构例子的光学模块的简图，

附图2附图1漫射光报警器计算线路的一种结构例子的框图，

附图3依照本发明漫射光报警器的一个第二种结构例子的原理图，

附图4依照本发明漫射光烟雾报警器的一个第三种结构例子的截面图，它是在光源光轴的水平面上，其视线方向与报警器底座相反，并且

附图5按照附图4Ⅴ-Ⅴ的一个简单截面图。

在附图1中表示的光学模块1是一个报警装置2的一部分，它被固定在一个按装在被监视空间顶盖的底座(未被表示)上。光学模块1主要是由一个带有一个由一个发光二极管(LED)构成的光源4的光电测量头3，一个同样由一个二极管构成的光接收器5，一个中央光阑6和一个所谓的迷宫7组成。中央光阑5阻止由光源4来的光束直接到达光接收器5，并且迷宫7作为光栅以限制光接收器的视场。测量头3是由一个侧壁8和一个没被表示的盖子光密封被封闭起来的。这种报警器结构是人们所熟悉的并且在这里不作详细叙述。有关资料可从EP-A-O772170和国际申请PCT/CH97/00269中查阅。

光源4和光接收器5的光轴不在一个共同的直线上，而是一个折线，这里将中央光阑6安排在接近这两个轴的交点处。迷宫7降低由不期望的漫射或反射造成的所谓的背景光。这种背景光被降的愈低，基础脉冲也愈低，基础脉冲是被检测的信号，这时在测量头3内没有漫射光部分存在。由光源4发射的射线束与光接收器5视场相交的区域形成了以下被称为漫射区的实际测量区。

光源4在漫射区发射短而强的光脉冲，此时光接收器5”看到”漫射区，而不是光源4。由于烟雾进入漫射区使光源4的光被变成漫射，并且这些漫射光的一部分被光接收器5所接收。由此而产生的接收器信号被一个计算电子装置(附图2)处理。

被用作光源4的二极管替代了迄今为止常用的波长为880nm的红外射线而发射波长为660nm以及460nm的红或蓝的光。这些较短波长的优点是，特别是在公开火焰情况下产生的小的盐气可以非常好地被检测出来，和红外射线比较，对公开火焰的报警性能明显地得到改善。

对公开火焰的报警性能还可以进一步被改善，如果在光接收器5前边安装一个偏光滤波器，它只允许垂直于漫射平面(这是光源4和光接收器5的光轴所在的平面)的偏光部分通过，或者当测量头3受偏光负荷时。关于使用偏光滤波器和偏置光的优点被叙述于CH-A-682428资料中。

按照附图2在光源(LED)4的前边接上一个第一个调制器9，通过它将光源4发出的射线适当的调制。这种射线主要是由一个连续序列的脉冲和脉冲间隔组成的，这样测量头3(附图1)承受红或蓝光的脉冲负荷。经过一系列的一定数量的脉冲和脉冲间隔后，加入一个较长的，预先规定的发射间歇也是有必要的。在这种情况下测量头接收的射线是断续发射的并且是被发射间歇中断的脉冲串或者脉冲群。其中发射间歇和脉冲串的比例可以是一个固定的或者是一个可变的时间关系。由一个控制级10控制第一个调制器9，其节拍是由一个节拍发生器11发出的。控制级10决定时间序列和向光源4输出信号的长度。

到达光接收器7的漫射光被转换成一个比例电流(接收信号)Ie，它被输入到接在光接收器5后面的一个电流/电压转换器12上并且在这里被转换成一个电压(接收信号)Ue。转换器同时也可以作为一种滤波器用，它将自然或人为照明引起的外来光线压缩。在接在电流/电压转换器12后面的一个频率滤波器13里将接收信号Ue中不期望的频率滤掉。频率滤波器13与分支滤波器14连接在一起，而分支滤波器是由控制级10按照光源4调制器的节拍控制的。

频率滤波器13输出信号已经很大程度排除了干扰经过分支滤波器14后被交替地输入到两个积分器15,15’中的一个。为此分支滤波器被控制级10控制为，当脉冲发射时间时接收信号Ue被输入其中一个积分器，例如积分器15，并且当脉冲间隔时被输入另一个积分器，例如积分器15’。在所有的脉冲串或脉冲群之间的发射间隔期分支滤波器14保持在中立位置，此时两个积分器15或15’均不接收信号。分支滤波器14主要是由一个控制电路构成的。

因为分支滤波器14是按照调制器的节拍控制的，积分器15除了得到在漫射区内产生的漫射光以外还包括在发射间歇时间内被滤掉的干扰信号的剩余部分，并且积分器15’只得到脉冲间隔时间内被滤掉的干扰信号的剩余部分，这样将两个积分器15和15’输出信号通过一个简单的差分运算就可以得到漫射光。这个差分运算是由接在两个积分器15和15’后面的一个级16内完成的。它的输出信号是去掉干扰后到达光接收器5的漫射光，它构成了信号计算的有效信号Un。

有效信号Un一方面被送入一个比较器18并且另一方面被送入第二个调制器19的一个输入端，它的第二个输入端是与控制级10相连并且其输出端是通过一个电阻20与电路/电压转换器12的输入端相接。第二个调制器19与光接收器5的信号重叠以相反节拍产生一个补偿电流Ik直到电流/电压转换器12的输入信号成为零也就是Ik=Ie。通过环绕放大器≥10⁹Un=Ie*R可以达到较高的精度，其中R是电阻20的数值。这些也适用于环绕放大器误差为十的几次方。这个调节回路可以用一个自调节的桥回路被平衡过来。在相应的合理结构情况下这个电路可以使光电流的分辨率达到微微安培。补偿器18将有用信号Un至少与一个门槛值相比较并且当超出时给警报输出端21发出一个相应的信号。

对警报输出端21的信号可以进一步进行计算，例如可以检验报警器或其有关的中心内的可信度，或不再进行计算而被传入中心，将相应的状态记录下来并且必要时发出警报。警报输出端21的信号还可以启动或必要时启动安装在警报器内的发光二极管。

如在附图3的简图中表示的，也有可能用两个测量通道代替一个测量通道，例如其中的一个是一个传统的结构包括一个红外-发射二级管4和一个接收二级管5而另一个包括一个彩色的LED和/或一个偏光滤波器22。常见情况下是用两个发射二级管和一个接收二级管或一个发射二级管以及两个接收二级管5,5’，而在第二种情况下在第二个接收二级管5’前边接上一个偏光滤波器22或者业可以将第二个接收二级管作为反向漫射器5″，或许在前边接上偏光滤波器22’所构成。偏光滤波器22也可以安排在发射二级管4和测量头3之间。

在附图3和4中表示的漫射光报警器与附图1表示的最重要的区别在于，发射方和接收方光束的光轴不是位于一个共同的水平面上而是在一个与水平面倾斜的平面上，因此光接收器5不是在水平方向而是由上向下倾斜或朝相反方向”看”。

按照所表示的情况接收方光束的光轴由上向下垂直，但是也可以朝相反方向并且它与接收方光束的光轴之间的倾角也可以小于或大于90°。重要的是将接收方光束光轴的方向调整到，使接收器的视场不能受到一个阻碍烟雾进入测量头的部件的限制。

报警装置2主要的形状是一个平的向上开口的园桶形，在其内部空间有一个带计算电路的线路板(未被表示)。有一个报警器罩子23包在报警装置2的外边，罩子上有一个进烟雾的缝隙24。在报警装置2底板的下面有一个带有光发射器4的壳体25和支承件26用以支承将测量头3封闭在下边其上标以符号27的盖子。

盖子27支承着一个向上顶在报警装置2底板上突出来的光阑28。光源4与光阑28之间构成了测量头3。盖子27的侧壁8除了光阑以外都是开口的，以保证烟雾尽可能不受阻拦地进入测量头3。在报警装置2底板上固定的盖子27的外面罩上一个与盖子的形状一样的昆虫栅栏29，它同样被固定在支承件26上。

由光源4射出的射线锥的轴线横向通过测量区3在与报警装置2的底面平行一个水平面上。光阑28阻止由光源4发出的光从报警器的侧面跑到外面去。光接收器5是安放在报警装置2底板的中间，并且按照图所表示的几乎就在它的上面。报警装置2的底板在光接收器5的下面并与之同心的有一个通孔，此通孔在测量室13的相反方向有一个圆形光圈30并且在其上安装了一个棱镜31。

光接收器5、光圈30和棱镜31决定了接收方光束的光轴，它是在垂直方向并与水平发射方的光轴垂直相交。光接收器5从上面同时看到从光源4发射的射线束。在发射和接收方的射线束相交区形成的漫射区即原本的测量范围被用符号32所表示。

光接收器5的视场受盖子27的底板和报警器罩子23的限制并且外来光线直接照射光接收器5将被光圈30所阻挡。这样使侧壁27失去了它原本的功能并且可以被去掉，这样烟雾和盐气进入测量头3的情况被明显地改善。在盖子27的侧壁的一个短的范围上还存在的并且从功能上不一定十分必要的光阑28对于烟雾进入性能实际上没有影响。

当然在附图1、3以及4和5所表示的结构例子中所叙述的装置不仅单独地而且可以以任意组合被实现。附图1中的彩色发射器-LED也可以被应用于附图4和5的一个报警器中，同样按照附图4和5的报警器也可以有两个测量通道和/或偏光滤波器。在附图2中表示的计算电路同样可以应用于所有的结构例子中，此时需要一些小的匹配。

Claims (10)

1．具有一个报警装置(2)，一个光学模块(1)和一个计算电路的光学烟雾报警器，其中光学模块(1)有一个光源(4,4’)、一个测量头(3)和一个与计算电路连接的光接收器(5,5’)，其特征在于，光源(4)被构成用来发射一束可见光波长范围的射线。

2．按照要求1的烟雾报警器，其特征在于，由光源(4)发射的射线波长在蓝的或红的光线范围之内并且主要为460nm以及660nm。

3．按照要求1或2的烟雾报警器，其特征在于，光学模块(1)如此构造，由光接收器(5’)向计算电路输出的信号是到达光接收器的一个平面上的偏置漫射光的一个函数。

4．按照要求1至3要求之一的烟雾报警器，其特征在于，两个测量通道或带一个光发射器(4)和两个光接收器(5,5’,5″)或者两个光发射器(4)和一个光接收器(5)，为此在测量通道中的一个应安排一个偏光滤波器。

5．按照要求4的烟雾报警器，其特征在于，在安排两个光发射器(4)和一个光接收器(5)的情况下，光发射器(4)中的一个是由一个发射彩色光的二级管构成的。

6．按照要求4的烟雾报警器，其特征在于，当用两个光接收器(5,5’5″)的装置时，光接收器中的一个(5″)承受反向漫射光的负荷。

7．按照要求1至6之一的烟雾报警器，其特征在于，在计算电路中光接收器(5,5’)的信号(Le)与一个补偿信号(Ik)重叠，补偿信号被选择为，将光接收器(5,5’)信号的数值调整为零。

8．按照要求1至7之一的烟雾报警器，其特征在于，光源(4,4’)和光接收器(5,5’)的安排应选择为，由发射和接收方的射线束光轴所形成的平面与水平面相倾斜。

9．按照要求8的烟雾报警器，其特征在于，接收方射线束的轴垂直于发射方射线束的轴。

10．按照要求9的烟雾报警器，其特征为，报警装置(2)在它的底板上有一个带有光源(4)的壳体(25)和支承件(26)用以支承一个将测量头(3)向下限制的盖子(27)，盖子上有一个开口很大的侧壁(8)，并且光接收器(5)被安放在报警装置(2)的底板范围以内。

Images