專利名稱：光學(xué)煙霧報(bào)警器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于帶有一個(gè)報(bào)警裝置，一個(gè)光學(xué)模塊和一個(gè)計(jì)算電路的一個(gè)光學(xué)煙霧報(bào)警器，其中光學(xué)模塊是一個(gè)光源，一個(gè)測(cè)量頭和一個(gè)與計(jì)算電路連接的光接收器。
這類(lèi)作為漫射光報(bào)警器已被人們所熟悉的煙霧報(bào)警器，其光源是由一個(gè)紅外二極管構(gòu)成的，它們特別優(yōu)先地適應(yīng)在那些火焰與相應(yīng)的煙霧發(fā)展結(jié)合在一起的地方。例如對(duì)于無(wú)火火焰比用其他檢測(cè)原理要快得多地被發(fā)現(xiàn)。此外人們也知道，漫射光報(bào)警器對(duì)于開(kāi)放火焰的報(bào)警性能并不是最好的，因而在這里有必要進(jìn)行一定的改進(jìn)。通過(guò)本發(fā)明應(yīng)能提供一個(gè)對(duì)于開(kāi)放火焰的報(bào)警性能具有明顯改善的漫射光報(bào)警器。
這個(gè)任務(wù)是用本發(fā)明的以下方法解決的，光源的構(gòu)成是用來(lái)發(fā)射可見(jiàn)光光波波長(zhǎng)范圍的一個(gè)光束。依照本發(fā)明煙霧報(bào)警器的一個(gè)第一種結(jié)構(gòu)形式由光源發(fā)射光束的光波波長(zhǎng)是在藍(lán)或紅光范圍主要是460nm以及660nm。實(shí)際試驗(yàn)表明，具有一個(gè)紅的發(fā)射二極管的漫射光報(bào)警器對(duì)于開(kāi)放火焰其報(bào)警性能顯示出明顯的改善并且具有一個(gè)藍(lán)的發(fā)射二極管的則顯示出非常顯著的改善。由于使用發(fā)射光束為上述光波波長(zhǎng)范圍的發(fā)射二極管可以使報(bào)警性能改善到，具有這種裝備的漫射光報(bào)警器對(duì)于公開(kāi)火焰的檢測(cè)性能達(dá)到接近于電離報(bào)警器或所謂的反向漫射器。
反向漫射器是人們所熟悉的漫射光報(bào)警器其漫射角大于90°，可以比較好地識(shí)別公開(kāi)火焰，然而它的接收信號(hào)僅僅是前進(jìn)漫射器接收信號(hào)的十分之一。對(duì)于公開(kāi)火焰改善檢測(cè)的原因在于，在較短的波長(zhǎng)情況下特別是在公開(kāi)火焰時(shí)產(chǎn)生的比較小的鹽氣可以非常好地被檢測(cè)出來(lái)。
對(duì)公開(kāi)火焰的報(bào)警性能還可以被進(jìn)一步地改善，如果依照本發(fā)明煙霧報(bào)警器的一個(gè)第二種結(jié)構(gòu)形式將光學(xué)模塊作成，由光接收器向計(jì)算電路輸出的信號(hào)是與其相遇的，在一個(gè)平面上的偏置漫射光的一個(gè)函數(shù)時(shí)。
依照本發(fā)明煙霧報(bào)警器的一個(gè)第三種結(jié)構(gòu)形式的特征是，在計(jì)算電路中將光接收器的信號(hào)與一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)重疊在一起，將補(bǔ)償信號(hào)選擇為，使光接收器的信號(hào)被調(diào)節(jié)為零。
例如在DE-A-4412212中敘述的已被人們所熟悉的漫射光報(bào)警器中，光源和光接收器被安排成，使它們的光軸位于一個(gè)共同的平面上并且相互曲折。沿著盒形結(jié)構(gòu)的光學(xué)模塊側(cè)邊有一個(gè)迷宮，用它限制光源的光束和光接收器的視場(chǎng)以及遮住外來(lái)光進(jìn)入測(cè)量頭。迷宮愈能較好地滿足這種功能，但是它愈加阻礙煙霧進(jìn)入測(cè)量頭，因而有時(shí)警報(bào)器只有經(jīng)過(guò)一定的延遲后才報(bào)警。
通過(guò)本發(fā)明也應(yīng)使煙霧進(jìn)入測(cè)量頭的性能明顯地得到改善。
這項(xiàng)任務(wù)將依照本發(fā)明煙霧報(bào)警器的一個(gè)第四種結(jié)構(gòu)形式加以解決，將光源和光接收器的安排選擇為，由發(fā)射方-和接收方光束的光軸所形成的平面與水平面相傾斜。接收方光束的光軸最好垂直于發(fā)射方光束的光軸。
因?yàn)樵谶@種安排下接收器的視場(chǎng)沿著“視線方向”由于測(cè)量頭或報(bào)警器的底板或蓋子而受到限制，幾乎完全可以放棄迷宮式的密封，這樣就使一個(gè)實(shí)際上不受阻礙的煙霧進(jìn)入測(cè)量頭成為可能。
下面將借助于實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明詳細(xì)地加以說(shuō)明，附

圖1依照本發(fā)明漫射光報(bào)警器的一個(gè)第一個(gè)結(jié)構(gòu)例子的光學(xué)模塊的簡(jiǎn)圖，附圖2附圖1漫射光報(bào)警器計(jì)算線路的一種結(jié)構(gòu)例子的框圖，附圖3依照本發(fā)明漫射光報(bào)警器的一個(gè)第二種結(jié)構(gòu)例子的原理圖，附圖4依照本發(fā)明漫射光煙霧報(bào)警器的一個(gè)第三種結(jié)構(gòu)例子的截面圖，它是在光源光軸的水平面上，其視線方向與報(bào)警器底座相反，并且附圖5按照附圖4Ⅴ-Ⅴ的一個(gè)簡(jiǎn)單截面圖。
在附圖1中表示的光學(xué)模塊1是一個(gè)報(bào)警裝置2的一部分，它被固定在一個(gè)按裝在被監(jiān)視空間頂蓋的底座(未被表示)上。光學(xué)模塊1主要是由一個(gè)帶有一個(gè)由一個(gè)發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成的光源4的光電測(cè)量頭3，一個(gè)同樣由一個(gè)二極管構(gòu)成的光接收器5，一個(gè)中央光闌6和一個(gè)所謂的迷宮7組成。中央光闌5阻止由光源4來(lái)的光束直接到達(dá)光接收器5，并且迷宮7作為光柵以限制光接收器的視場(chǎng)。測(cè)量頭3是由一個(gè)側(cè)壁8和一個(gè)沒(méi)被表示的蓋子光密封被封閉起來(lái)的。這種報(bào)警器結(jié)構(gòu)是人們所熟悉的并且在這里不作詳細(xì)敘述。有關(guān)資料可從EP-A-O772170和國(guó)際申請(qǐng)PCT/CH97/00269中查閱。
光源4和光接收器5的光軸不在一個(gè)共同的直線上，而是一個(gè)折線，這里將中央光闌6安排在接近這兩個(gè)軸的交點(diǎn)處。迷宮7降低由不期望的漫射或反射造成的所謂的背景光。這種背景光被降的愈低，基礎(chǔ)脈沖也愈低，基礎(chǔ)脈沖是被檢測(cè)的信號(hào)，這時(shí)在測(cè)量頭3內(nèi)沒(méi)有漫射光部分存在。由光源4發(fā)射的射線束與光接收器5視場(chǎng)相交的區(qū)域形成了以下被稱為漫射區(qū)的實(shí)際測(cè)量區(qū)。
光源4在漫射區(qū)發(fā)射短而強(qiáng)的光脈沖，此時(shí)光接收器5”看到”漫射區(qū)，而不是光源4。由于煙霧進(jìn)入漫射區(qū)使光源4的光被變成漫射，并且這些漫射光的一部分被光接收器5所接收。由此而產(chǎn)生的接收器信號(hào)被一個(gè)計(jì)算電子裝置(附圖2)處理。
被用作光源4的二極管替代了迄今為止常用的波長(zhǎng)為880nm的紅外射線而發(fā)射波長(zhǎng)為660nm以及460nm的紅或藍(lán)的光。這些較短波長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)是，特別是在公開(kāi)火焰情況下產(chǎn)生的小的鹽氣可以非常好地被檢測(cè)出來(lái)，和紅外射線比較，對(duì)公開(kāi)火焰的報(bào)警性能明顯地得到改善。
對(duì)公開(kāi)火焰的報(bào)警性能還可以進(jìn)一步被改善，如果在光接收器5前邊安裝一個(gè)偏光濾波器，它只允許垂直于漫射平面(這是光源4和光接收器5的光軸所在的平面)的偏光部分通過(guò)，或者當(dāng)測(cè)量頭3受偏光負(fù)荷時(shí)。關(guān)于使用偏光濾波器和偏置光的優(yōu)點(diǎn)被敘述于CH-A-682428資料中。
按照附圖2在光源(LED)4的前邊接上一個(gè)第一個(gè)調(diào)制器9，通過(guò)它將光源4發(fā)出的射線適當(dāng)?shù)恼{(diào)制。這種射線主要是由一個(gè)連續(xù)序列的脈沖和脈沖間隔組成的，這樣測(cè)量頭3(附圖1)承受紅或藍(lán)光的脈沖負(fù)荷。經(jīng)過(guò)一系列的一定數(shù)量的脈沖和脈沖間隔后，加入一個(gè)較長(zhǎng)的，預(yù)先規(guī)定的發(fā)射間歇也是有必要的。在這種情況下測(cè)量頭接收的射線是斷續(xù)發(fā)射的并且是被發(fā)射間歇中斷的脈沖串或者脈沖群。其中發(fā)射間歇和脈沖串的比例可以是一個(gè)固定的或者是一個(gè)可變的時(shí)間關(guān)系。由一個(gè)控制級(jí)10控制第一個(gè)調(diào)制器9，其節(jié)拍是由一個(gè)節(jié)拍發(fā)生器11發(fā)出的。控制級(jí)10決定時(shí)間序列和向光源4輸出信號(hào)的長(zhǎng)度。
到達(dá)光接收器7的漫射光被轉(zhuǎn)換成一個(gè)比例電流(接收信號(hào))Ie，它被輸入到接在光接收器5后面的一個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換器12上并且在這里被轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓(接收信號(hào))Ue。轉(zhuǎn)換器同時(shí)也可以作為一種濾波器用，它將自然或人為照明引起的外來(lái)光線壓縮。在接在電流/電壓轉(zhuǎn)換器12后面的一個(gè)頻率濾波器13里將接收信號(hào)Ue中不期望的頻率濾掉。頻率濾波器13與分支濾波器14連接在一起，而分支濾波器是由控制級(jí)10按照光源4調(diào)制器的節(jié)拍控制的。
頻率濾波器13輸出信號(hào)已經(jīng)很大程度排除了干擾經(jīng)過(guò)分支濾波器14后被交替地輸入到兩個(gè)積分器15,15’中的一個(gè)。為此分支濾波器被控制級(jí)10控制為，當(dāng)脈沖發(fā)射時(shí)間時(shí)接收信號(hào)Ue被輸入其中一個(gè)積分器，例如積分器15，并且當(dāng)脈沖間隔時(shí)被輸入另一個(gè)積分器，例如積分器15’。在所有的脈沖串或脈沖群之間的發(fā)射間隔期分支濾波器14保持在中立位置，此時(shí)兩個(gè)積分器15或15’均不接收信號(hào)。分支濾波器14主要是由一個(gè)控制電路構(gòu)成的。
因?yàn)榉种V波器14是按照調(diào)制器的節(jié)拍控制的，積分器15除了得到在漫射區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的漫射光以外還包括在發(fā)射間歇時(shí)間內(nèi)被濾掉的干擾信號(hào)的剩余部分，并且積分器15’只得到脈沖間隔時(shí)間內(nèi)被濾掉的干擾信號(hào)的剩余部分，這樣將兩個(gè)積分器15和15’輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的差分運(yùn)算就可以得到漫射光。這個(gè)差分運(yùn)算是由接在兩個(gè)積分器15和15’后面的一個(gè)級(jí)16內(nèi)完成的。它的輸出信號(hào)是去掉干擾后到達(dá)光接收器5的漫射光，它構(gòu)成了信號(hào)計(jì)算的有效信號(hào)Un。
有效信號(hào)Un一方面被送入一個(gè)比較器18并且另一方面被送入第二個(gè)調(diào)制器19的一個(gè)輸入端，它的第二個(gè)輸入端是與控制級(jí)10相連并且其輸出端是通過(guò)一個(gè)電阻20與電路/電壓轉(zhuǎn)換器12的輸入端相接。第二個(gè)調(diào)制器19與光接收器5的信號(hào)重疊以相反節(jié)拍產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流Ik直到電流/電壓轉(zhuǎn)換器12的輸入信號(hào)成為零也就是Ik=Ie。通過(guò)環(huán)繞放大器≥109Un=Ie*R可以達(dá)到較高的精度，其中R是電阻20的數(shù)值。這些也適用于環(huán)繞放大器誤差為十的幾次方。這個(gè)調(diào)節(jié)回路可以用一個(gè)自調(diào)節(jié)的橋回路被平衡過(guò)來(lái)。在相應(yīng)的合理結(jié)構(gòu)情況下這個(gè)電路可以使光電流的分辨率達(dá)到微微安培。補(bǔ)償器18將有用信號(hào)Un至少與一個(gè)門(mén)檻值相比較并且當(dāng)超出時(shí)給警報(bào)輸出端21發(fā)出一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。
對(duì)警報(bào)輸出端21的信號(hào)可以進(jìn)一步進(jìn)行計(jì)算，例如可以檢驗(yàn)報(bào)警器或其有關(guān)的中心內(nèi)的可信度，或不再進(jìn)行計(jì)算而被傳入中心，將相應(yīng)的狀態(tài)記錄下來(lái)并且必要時(shí)發(fā)出警報(bào)。警報(bào)輸出端21的信號(hào)還可以啟動(dòng)或必要時(shí)啟動(dòng)安裝在警報(bào)器內(nèi)的發(fā)光二極管。
如在附圖3的簡(jiǎn)圖中表示的，也有可能用兩個(gè)測(cè)量通道代替一個(gè)測(cè)量通道，例如其中的一個(gè)是一個(gè)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)紅外-發(fā)射二級(jí)管4和一個(gè)接收二級(jí)管5而另一個(gè)包括一個(gè)彩色的LED和/或一個(gè)偏光濾波器22。常見(jiàn)情況下是用兩個(gè)發(fā)射二級(jí)管和一個(gè)接收二級(jí)管或一個(gè)發(fā)射二級(jí)管以及兩個(gè)接收二級(jí)管5,5’，而在第二種情況下在第二個(gè)接收二級(jí)管5’前邊接上一個(gè)偏光濾波器22或者業(yè)可以將第二個(gè)接收二級(jí)管作為反向漫射器5″，或許在前邊接上偏光濾波器22’所構(gòu)成。偏光濾波器22也可以安排在發(fā)射二級(jí)管4和測(cè)量頭3之間。
在附圖3和4中表示的漫射光報(bào)警器與附圖1表示的最重要的區(qū)別在于，發(fā)射方和接收方光束的光軸不是位于一個(gè)共同的水平面上而是在一個(gè)與水平面傾斜的平面上，因此光接收器5不是在水平方向而是由上向下傾斜或朝相反方向”看”。
按照所表示的情況接收方光束的光軸由上向下垂直，但是也可以朝相反方向并且它與接收方光束的光軸之間的傾角也可以小于或大于90°。重要的是將接收方光束光軸的方向調(diào)整到，使接收器的視場(chǎng)不能受到一個(gè)阻礙煙霧進(jìn)入測(cè)量頭的部件的限制。
報(bào)警裝置2主要的形狀是一個(gè)平的向上開(kāi)口的園桶形，在其內(nèi)部空間有一個(gè)帶計(jì)算電路的線路板(未被表示)。有一個(gè)報(bào)警器罩子23包在報(bào)警裝置2的外邊，罩子上有一個(gè)進(jìn)煙霧的縫隙24。在報(bào)警裝置2底板的下面有一個(gè)帶有光發(fā)射器4的殼體25和支承件26用以支承將測(cè)量頭3封閉在下邊其上標(biāo)以符號(hào)27的蓋子。
蓋子27支承著一個(gè)向上頂在報(bào)警裝置2底板上突出來(lái)的光闌28。光源4與光闌28之間構(gòu)成了測(cè)量頭3。蓋子27的側(cè)壁8除了光闌以外都是開(kāi)口的，以保證煙霧盡可能不受阻攔地進(jìn)入測(cè)量頭3。在報(bào)警裝置2底板上固定的蓋子27的外面罩上一個(gè)與蓋子的形狀一樣的昆蟲(chóng)柵欄29，它同樣被固定在支承件26上。
由光源4射出的射線錐的軸線橫向通過(guò)測(cè)量區(qū)3在與報(bào)警裝置2的底面平行一個(gè)水平面上。光闌28阻止由光源4發(fā)出的光從報(bào)警器的側(cè)面跑到外面去。光接收器5是安放在報(bào)警裝置2底板的中間，并且按照?qǐng)D所表示的幾乎就在它的上面。報(bào)警裝置2的底板在光接收器5的下面并與之同心的有一個(gè)通孔，此通孔在測(cè)量室13的相反方向有一個(gè)圓形光圈30并且在其上安裝了一個(gè)棱鏡31。
光接收器5、光圈30和棱鏡31決定了接收方光束的光軸，它是在垂直方向并與水平發(fā)射方的光軸垂直相交。光接收器5從上面同時(shí)看到從光源4發(fā)射的射線束。在發(fā)射和接收方的射線束相交區(qū)形成的漫射區(qū)即原本的測(cè)量范圍被用符號(hào)32所表示。
光接收器5的視場(chǎng)受蓋子27的底板和報(bào)警器罩子23的限制并且外來(lái)光線直接照射光接收器5將被光圈30所阻擋。這樣使側(cè)壁27失去了它原本的功能并且可以被去掉，這樣煙霧和鹽氣進(jìn)入測(cè)量頭3的情況被明顯地改善。在蓋子27的側(cè)壁的一個(gè)短的范圍上還存在的并且從功能上不一定十分必要的光闌28對(duì)于煙霧進(jìn)入性能實(shí)際上沒(méi)有影響。
當(dāng)然在附圖1、3以及4和5所表示的結(jié)構(gòu)例子中所敘述的裝置不僅單獨(dú)地而且可以以任意組合被實(shí)現(xiàn)。附圖1中的彩色發(fā)射器-LED也可以被應(yīng)用于附圖4和5的一個(gè)報(bào)警器中，同樣按照附圖4和5的報(bào)警器也可以有兩個(gè)測(cè)量通道和/或偏光濾波器。在附圖2中表示的計(jì)算電路同樣可以應(yīng)用于所有的結(jié)構(gòu)例子中，此時(shí)需要一些小的匹配。
權(quán)利要求
1．具有一個(gè)報(bào)警裝置(2)，一個(gè)光學(xué)模塊(1)和一個(gè)計(jì)算電路的光學(xué)煙霧報(bào)警器，其中光學(xué)模塊(1)有一個(gè)光源(4,4’)、一個(gè)測(cè)量頭(3)和一個(gè)與計(jì)算電路連接的光接收器(5,5’)，其特征在于，光源(4)被構(gòu)成用來(lái)發(fā)射一束可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的射線。
2．按照要求1的煙霧報(bào)警器，其特征在于，由光源(4)發(fā)射的射線波長(zhǎng)在藍(lán)的或紅的光線范圍之內(nèi)并且主要為460nm以及660nm。
3．按照要求1或2的煙霧報(bào)警器，其特征在于，光學(xué)模塊(1)如此構(gòu)造，由光接收器(5’)向計(jì)算電路輸出的信號(hào)是到達(dá)光接收器的一個(gè)平面上的偏置漫射光的一個(gè)函數(shù)。
4．按照要求1至3要求之一的煙霧報(bào)警器，其特征在于，兩個(gè)測(cè)量通道或帶一個(gè)光發(fā)射器(4)和兩個(gè)光接收器(5,5’,5″)或者兩個(gè)光發(fā)射器(4)和一個(gè)光接收器(5)，為此在測(cè)量通道中的一個(gè)應(yīng)安排一個(gè)偏光濾波器。
5．按照要求4的煙霧報(bào)警器，其特征在于，在安排兩個(gè)光發(fā)射器(4)和一個(gè)光接收器(5)的情況下，光發(fā)射器(4)中的一個(gè)是由一個(gè)發(fā)射彩色光的二級(jí)管構(gòu)成的。
6．按照要求4的煙霧報(bào)警器，其特征在于，當(dāng)用兩個(gè)光接收器(5,5’5″)的裝置時(shí)，光接收器中的一個(gè)(5″)承受反向漫射光的負(fù)荷。
7．按照要求1至6之一的煙霧報(bào)警器，其特征在于，在計(jì)算電路中光接收器(5,5’)的信號(hào)(Le)與一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)(Ik)重疊，補(bǔ)償信號(hào)被選擇為，將光接收器(5,5’)信號(hào)的數(shù)值調(diào)整為零。
8．按照要求1至7之一的煙霧報(bào)警器，其特征在于，光源(4,4’)和光接收器(5,5’)的安排應(yīng)選擇為，由發(fā)射和接收方的射線束光軸所形成的平面與水平面相傾斜。
9．按照要求8的煙霧報(bào)警器，其特征在于，接收方射線束的軸垂直于發(fā)射方射線束的軸。
10．按照要求9的煙霧報(bào)警器，其特征為，報(bào)警裝置(2)在它的底板上有一個(gè)帶有光源(4)的殼體(25)和支承件(26)用以支承一個(gè)將測(cè)量頭(3)向下限制的蓋子(27)，蓋子上有一個(gè)開(kāi)口很大的側(cè)壁(8)，并且光接收器(5)被安放在報(bào)警裝置(2)的底板范圍以內(nèi)。
全文摘要
煙霧報(bào)警器包括一個(gè)報(bào)警裝置(2),一個(gè)光學(xué)模塊和一個(gè)計(jì)算電路。光學(xué)模塊有一個(gè)光源(4),一個(gè)測(cè)量頭(3)和一個(gè)與計(jì)算電路連接的光接收器(5)。光源(4)被構(gòu)造成用以發(fā)射一個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的光束,因而波長(zhǎng)主要是在藍(lán)或紅光范圍。光學(xué)模塊的構(gòu)成主要是,由光接收器(5)發(fā)出的信號(hào)是到達(dá)光接收器的,在一個(gè)平面上偏置的漫射光的一個(gè)函數(shù)。在計(jì)算電路中將光接收器的信號(hào)與一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)相重疊,補(bǔ)償信號(hào)被選擇為,將光接收器(5)信號(hào)的數(shù)值調(diào)整為零。
文檔編號(hào)G01N21/47GK1224206SQ9812554
公開(kāi)日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月14日
發(fā)明者K·赫斯, P·昆茲 申請(qǐng)人:西門(mén)子建筑技術(shù)公司