專利名稱：通過分析兩個光學反向散射信號檢測煙霧的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及危險報警技術技術領域。本發(fā)明尤其涉及一種基于光學散射光 測量原理的、用于檢測煙霧的裝置。此外本發(fā)明還涉及一種基于光學散射光測 量原理的、用于檢測煙霧的方法。
背景技術：
光學的或者光電的煙霧檢測器通常根據散射光方法工作。在此利用的是， 清澈的空氣實際上不反射光。但是如果在空氣中有煙霧粒子，則由紅外發(fā)光二 極管發(fā)出的照射光至少部分地散射到煙霧粒子上。這些散射光的一部分落在不 直接由光照射的光敏傳感器上。如果空氣中沒有煙霧粒子則照射光不能到達光 敏傳感器。
由EP1039426A2公開了一種煙霧檢測器，其具有外殼和設置在該外殼內 的光發(fā)送器和光接收器。通過光發(fā)送器和光接收器的空間排列定義的煙霧檢測 范圍位于煙霧檢測器外部。為了能夠識別煙霧檢測器的緩慢的污染，光發(fā)送器 配備了用于采集由光發(fā)送器發(fā)出的輻射的監(jiān)視接收器。此外設置了與光接收器 對應的監(jiān)視發(fā)送器，從而可以檢驗光接收器的靈敏度。
由DE102004001699A1公開了 一種基于公知的散射原理的火警器。該火警 器具有多個輻射發(fā)送器和多個輻射接收器，其光程定義多個隔開的散射體積或 者檢測空間。這些檢測空間在位置上這樣互相隔開，使得小的被測物例如昆蟲 不能同時通過多個檢測空間運動。以這種方式可以可靠地將在小的被測物上散 射的光與火災相區(qū)別，其中區(qū)別在整個檢測空間上分布的煙霧。
由WO2005/051053公開了一種火警器，其可以被隱蔽地安裝在待監(jiān)控的房 間的天花板上。該火警器具有并排安裝在一個報警器部件上的多個輻射發(fā)送器 和多個輻射接收器。在護罩(其將火警器與待監(jiān)控的房間隔開)和報警器部件 之間可以插入薄膜，其顏色可以與待監(jiān)控的房間的天花板顏色匹配。通過合適 的顏色選擇可以將火警器與待監(jiān)控的房間的室內裝潢匹配，從而火警器不會或
4幾乎不會被位于房間中的人感覺到。
由EP0472039A2公開了 一種火警報警器和檢測火災的方法。該火警報警器 具有用于將短激光脈沖發(fā)送到監(jiān)控范圍中的激光源。此外該火警報警器還具有 光檢測器，其被設置在激光源旁邊并且用于檢測由位于監(jiān)控范圍中的煙霧或其 它物體180。反向散射的激光。根據發(fā)送的和接收的激光脈沖之間的時間差確定 在監(jiān)控范圍內反向散射物體的位置。通過與由參考測量所獲得的時間差的合適 的比較，此外還可以識別所檢測到的煙霧的類型。特別是可以區(qū)別黑色煙霧和 白色煙霧。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，在小的儀器開銷的情況下特別是就錯誤報警 的概率來改進對煙霧的檢測。
上述技術問題通過一種用于檢測煙霧的裝置和一種使用所述裝置來檢測 煙霧的方法來解決。
根據本發(fā)明的第一方面，描述用于檢測煙霧的裝置。所描述的裝置具有(a) 具有安裝平面的基本元件，(b)第一光發(fā)送器，其被安裝在安裝平面上并且用 于發(fā)送第一照射光，和(c)第一光接收器，其被安裝在安裝平面上在第一光發(fā) 送器旁邊并且用于接收由第一照射光在位于第一^r測空間中的被測物上的反向 散射所引起的第一測量光。此外所描述的裝置還具有(d)第二光發(fā)送器，其被 安裝在安裝平面上并且用于發(fā)送第二照射光，(e)第二光接收器，其被設置在 安裝平面上在第二光發(fā)送器旁邊并且用于接收由第二照射光在位于第二檢測空 間中的被測物上的反向散射所引起的第二測量光，和(f)數據處理裝置，其與 第 一光接收器和第二光接收器連接并且用于共同分析第 一光接收器的第 一輸出 信號和第二光接收器的第二輸出信號。
所描述的用于檢測煙霧的裝置(該裝置以下也簡稱為煙霧檢測器)，基于
上以特別平的結構形式來實現。在此第一^f企測空間和第二^r測空間位于實際的 煙霧檢測器以外。由此所描述的煙霧檢測器是開放的煙霧檢測器。
要指出的是，在實踐中優(yōu)選使直接位于煙霧檢測器附近的煙霧對接收的測 量光有顯著的貢獻。離煙霧檢測器遠于大約10mm的煙霧通常不再由該煙霧檢 測器記錄，因為相應的光學反向散射信號太小。
5由于該背景，在本申請中兩個概念"檢測空間"和"煙霧檢測器的視野" 互相區(qū)別。
概念"檢測空間，，在此被理解為與煙霧檢測器直接交界的層。這樣，位于 檢測空間內的煙霧就導致顯著的且可測量的光學反向散射信號。位于檢測空間 外并因此而離煙霧檢測器較遠的煙霧對所接收的反向散射信號的貢獻微不足道。
概念"煙霧檢測器視野"被理解為原則上由煙霧檢測器采集的并且位于檢 測空間外的區(qū)域。如上面已經解釋的，位于煙霧檢測器視野中的煙霧對光學反 向散射信號的貢獻是微不足道的。但這不適用于具體的散射物體如昆蟲或家具。 這些物體當它們只是位于煙霧檢測器視野中時，也可能導致值得注意的光學反 向散射信號。
通過平的結構形式，所描述的煙霧檢測器無需大的開銷就可以被一體化在 待監(jiān)控的房間的墻中并且特別是在天花板中。就是在明線安裝情況下所描述的 煙霧檢測器也可以容易地被安裝在墻和/或天花板上。在此煙霧檢測器僅占據很 小的面積。此外所描述的煙霧檢測器可以被不引人注目地安裝，從而不會被位 于由煙霧檢測器監(jiān)控的房間中的人感覺到或者至少不會感覺到影響了室內裝 潢。
被測物特別是具有單個煙霧粒子的煙霧，這些煙霧粒子由所描述的基于散 射光原理的煙霧檢測器檢測。但是在實踐中被測物還可以是其它物體如昆蟲或 無意帶入檢測空間中的物體，其同樣產生反向散射信號。而位于檢測空間中的 具體物體例如特別是昆蟲的光學反向散射信號比通過煙霧產生的光學反向散射
信號強得多。不過通過用數據處理裝置對第一和第二光^r測器的輸出信號的適 當的分析可以可靠地區(qū)分這樣的事件與實際存在的煙霧。
由于所使用的反向散射幾何形狀優(yōu)選無需用于光發(fā)送器和/或光接收器的 光學系統。由此所描述的煙霧檢測器可以特別價格有利地制造并且作為價格便 宜的大批量產品也適合用于監(jiān)控私人空間。
散射光的測量在所描述的煙霧檢測器中以幾乎180°的反向散射幾何形狀 進行。散射角與精確的反向散射之間、并由此與精確的180。之間的偏差產生自 (a)第一及第二光發(fā)送器和第一及第二光接收器之間的距離，(b)反向散射的 位置與相關光發(fā)送器及光接收器的距離。對于在位于檢測空間中的散射物體上 的散射，由于檢測空間的小的層厚產生散射角與180。的明顯偏差。所描述的煙霧檢測器特別通過所使用的反向散射幾何形狀與通常的煙霧 檢測器相區(qū)別，通常的檢測器或者作為前向散射體具有在照射光和散射光之間的大約60。的散射角或者作為反向散射體具有大約120。的散射角。導體二極管。在這種情況下基本元件可以是印制電路板或者至少具有印制電路 板，在該印制電路板上半導體發(fā)送二極管和半導體接收二極管以公知的方式安 裝并且電接觸。要指出的是，在該申請的范圍內光的概念基本上包括任意光譜范圍內的電 磁波，其中例如包括紫外、可見和紅外光譜范圍。波長較長的輻射例如微波也 表示在本申請意義下的光。特別地，光的概念指在近紅外光譜范圍內的輻射， 在該光譜范圍中作為光發(fā)送器使用的發(fā)光二極管具有特別高的發(fā)光強度。但是 所描述的煙霧檢測器不僅可以用幾乎單色的光輻射而且還能夠用包括兩個或多 個離散波長和/或一個波長連續(xù)光語的光輻射來驅動。按照本發(fā)明的另一個實施例第一光發(fā)送器和第一光接收器通過第一反射 光擋板和/或第二光發(fā)送器和第二光接收器通過第二反射光擋板實現。這具有如下優(yōu)點可以使用商業(yè)上通用的反射光擋板。用于將光發(fā)送器的發(fā)射方向與光 接收器的接收方向相匹配的、在光發(fā)送器和相應的光接收器之間的相對調整由列而不是必須的。因此煙霧檢測器可以優(yōu)選方式用小的安裝花費來安裝。按照本發(fā)明的另一個實施例，第一照射光的方向關于安裝平面的法線在第 一光接收器的方向上傾斜和/或第二照射光的方向關于安裝平面的法線在第二 光接收器的方向上傾斜。方向的概念在此指第 一和/或第二光發(fā)送器的平均發(fā)射 方向。這意味著，光發(fā)送器不僅可以是激光器例如VCSEL (垂直腔面發(fā)射激光 器)，其發(fā)送幾乎平行的光束，光發(fā)送器還可以具有帶有發(fā)散的光輻射的發(fā)射特 征，該發(fā)散的光輻射圍繞相應地朝向相關光接收器傾斜的平均發(fā)射方向具有一 定的角度分布。按照本發(fā)明的另一個實施例，第一照射光的方向和第二照射光的方向互相 平行延伸。在此可以產生兩個空間上互相分離的檢測空間，其間隔取決于在基本元件 的安裝平面上兩個光發(fā)送器之間的距離。在對于第一和/或第二照射光的分散的或者展寬的光輻射的情況下，照射光的方向分別與平均發(fā)射方向有關。按照本發(fā)明的另一個實施例，第一光發(fā)送器和第二光發(fā)送器以及第一光接 收器和第二光接收器分別表示用于檢測煙霧的裝置的一個外邊界。這意味著光發(fā)送器和光接收器都不位于所描述的煙霧檢測器的外殼內。由此在光電子組件 光發(fā)送器和光接收器的外部沒有所描述的煙霧檢測器的任何其它部件。對于護 罩或外殼部件也是如此。由此可以這樣構造煙霧檢測器，使得在光電組件和相 關的檢測空間之間沒有其它可能的、保護光電組件免受污染的光學透明的封板。 但是這樣的護罩或者防污罩在許多應用中特別是在家用領域也是根本不需要 的。此外第 一檢測空間和/或第二檢測空間還可以位于煙霧檢測器的外部。在這 種情況下用于檢測煙霧的裝置表現為不具有本身的光室的開放的煙霧檢測器。按照本發(fā)明的另一個實施例，煙霧檢測器還附加地具有減法單元，該減法 單元在輸入側與第一光接收器和第二光接收器連接并在輸出側與數據處理裝置 連接。減法單元例如可以借助合適的硬件組件實現，這些硬件組件基于兩個光接 收器的類似的輸出信號確定第一輸出信號和第二輸出信號之間的差信號。然后 可以合適的方式通過數據處理裝置的處理器來分析該差信號。減法單元同樣可以集成在數據處理裝置中并在那里借助硬件、或者借助軟 件或者借助硬件和軟件的組合來實現。通過分析所描述的差信號例如可以消除外部光源的影響，外部光源從外部 將光照射到兩個光接收器中并由此在每個單個的光接收器中以錯誤的方式造成 提高的接收信號。按照本發(fā)明的另一個實施例，設置第一光接收器用于采集第一測量光在時 間上的變化。通過采集由第 一光接收器采集的反向散射的光強度，作為時間的函數可以 簡單的方式獲得關于進入到第 一檢測空間中的散射物體的信息。也就是如果進 入的散射物體為煙霧，則反向散射強度在時間上的變化相對緩慢，因為煙霧通 常是連續(xù)地滲入檢測空間。與此不同地，在具體的被測物例如昆蟲或由人無意 帶入所描述的煙霧檢測器的視野中的物體的情況下，則發(fā)生反向散射強度的突 然變化。由此根據由第 一光接收器采集的反向散射強度在時間上變化的強度可 以獲得關于散射物體的種類的可靠信息。8按照本發(fā)明的另 一個實施例，設置用于發(fā)送脈動的第一照射光的第一光發(fā)送器。
使用具有時長優(yōu)選小于lns的非常短的光脈沖的脈動的照射光，結合具有 同樣位于納秒范圍的時間分辨率的光接收器，具有如下優(yōu)點可以獲得關于光 散射體的空間分布的信息。在此例如可以將來自于設置在房間的天花板上的煙 霧檢測器的底部的第一光學反射信號與來自于煙霧的散射的第二反射信號在時 間上相鑒別。在此利用以下事實，僅當煙霧位于靠近煙霧檢測器的檢測空間內 時，才提供值得注意的反射信號。這樣就可以將與煙霧對應的反向散射光與一 個極小的光傳播時間相對應。與此不同的是，對于來自于監(jiān)控的房間的地面的 反向散射光，測量由煙霧檢測器和地面之間的距離確定的有限的光傳播時間。 在此利用，通過光速預定的光程是30cm長， 一個光脈沖在一個納秒之內走完 該光程。
就此而言，要指出的是，檢測空間可以是直接位于典型地設置在房間天花 板上的煙霧纟企測器下面的一個層。該一企測空間的層厚例如可以為大約10mm。
因此在煙霧上散射的光具有大約5至20mm的信號路徑。由此產生17至 67皮秒的信號延遲。換言之，煙霧信號僅具有極小且不可測的時間延遲和同樣 用合適的花費不可測量的信號展寬。然而在相應的光接收器的時間分辨率足夠 的情況下，經過光傳播時間可以將遠離的干擾的具體散射物體與位于煙霧檢測 器近旁的煙霧上的反向散射相區(qū)別。舉例來說，離檢測器15cm遠的物體除了 產生很強的信號之外還產生可測量的1納秒的信號延遲。此外如果物體具有與 煙霧檢測器相距不同遠的多個反向散射范圍，還可能產生脈沖展寬。
這樣例如還可以從接收的測量光的比相應照射光的脈沖持續(xù)時間長的脈 沖持續(xù)時間推斷出，照射光在離第 一光發(fā)送器及第 一光接收器距離不同的不同 物體上被反向散射。因此這樣的通過不同物體導致的測量光脈沖在時間上的展 寬或者結構化可靠地表示，檢測空間中的散射物體不是煙霧，而是在地面上或 在其它附近的物體上的反射。
與此相反，煙霧產生不可測量的脈沖展寬。在對于煙霧檢測器僅僅使用價 格合理的組件并且不使用用于測量在皮秒或飛秒范圍的延遲時間的高性能光學 測量儀器的情況下都是這樣。由此借助接收到的測量光信號的脈沖長度和脈沖 結構可以將實體的物體如昆蟲或無意帶入檢測器的視野中的物體可靠地與位于 檢測空間中的煙霧相區(qū)別。
9此外通過測量發(fā)送照射光脈沖和反向散射且由光接收器檢測的測量光脈沖之間的時間差t，可以確定，各物體離光發(fā)送器及光接收器有多遠。在此通過
下式給出物體與光發(fā)送器及光接收器之間的距離s:
s=c-t/2在此c代表光速。
要指出的是，當然還可以設置用于發(fā)送脈動的照射光的第二光發(fā)送器。同樣可以設置用于采集第二測量光在時間上的變化的第二光接收器。
按照本發(fā)明的另 一 個實施例，用于檢測煙霧的裝置附加地還具有控制裝置，其與第一光發(fā)送器和第二光發(fā)送器連接并且這樣構造，使得第一光發(fā)送器可以獨立于第二光發(fā)送器被激活。
通過兩個光源的獨立控制，所描述的煙霧檢測器可以不同的運行方式被驅動。例如可以進行不對稱的運行模式，在該運行模式中第一光接收器和第二光接收器都是激活的，而兩個光發(fā)送器則僅是一個接通而另一個有目的地斷開。如杲在該運行模式中兩個光接收器至少近似地顯示相同的信號，則是遠處的回聲。該回聲可以源自于由激活的光發(fā)送器發(fā)送的照射光在遠離的物體例如被監(jiān)控的房間的地板上的反射。在煙霧滲入到或產生于被監(jiān)控的房間中這樣的危險情況下，煙霧也會滲入到煙霧檢測器的附近，從而兩個光接收器會接收到非常不同的測量信號。在此對應于接通的光發(fā)送器的光接收器比另 一個光接收器接收到明顯更強的測量信號。
按照本發(fā)明的另一方面，描述使用上面描述的裝置來檢測煙霧的方法。所
描述的煙霧^f企測方法可以(a)通過第一光發(fā)送器發(fā)送至少第一照射光和(b)借助第 一光接收器接收至少由第 一照射光在位于第 一檢測空間中的被測物上的反向散射造成的第 一測量光。
所描述的方法基于以下知識，即就是以反向散射幾何形狀接收的測量光也能產生可被分析以可靠檢測煙霧的足夠強的信號。通過該由發(fā)明者借助實驗證明的知識現在可以在特別緊湊的結構形式內實現煙霧檢測器。在此可以將光電組件設置在共同的印制電路板上。
按照本發(fā)明的實施例，該方法附加地還可以借助第二光接收器接收光。在僅激活上面描述的煙霧檢測器的兩個光發(fā)送器中的一個的情況下，通過共同分析由兩個光接收器測量的光強度可以可靠地檢測煙霧。如上面所解釋的，也就是通過在空間分布的煙霧粒子上的反向散射，由第一光接收器接收的光強度明顯大于在對應于未激活的光發(fā)送器的第二光接收器上的光強度。只有在非 常遠處的物體上的光散射情況下，分別出現在兩個光接收器的上的兩個光強度 才至少近似相同。
按照本發(fā)明的另一個實施例，該方法附加地還可以形成第一輸出信號和第 二輸出信號之間的差信號。該差信號可以通過數據處理裝置的處理器來分析并 且在此可以消除外部光源的干擾的影響。
按照本發(fā)明的另一個實施例，第一照射光具有光脈沖。通過在由第一光發(fā) 送器照射的情況下引入時間關系可以獲得關于位于第一檢測空間或煙霧檢測器 的與第 一光發(fā)送器和第 一光接收器對應的視野中的散射物體的空間位置的附加 信息。
由第二光發(fā)送器發(fā)送的第二照射光當然也可以具有光脈沖。 按照本發(fā)明的另 一個實施例，該方法附加地還可以測量作為第一測量光反 向散射的光脈沖的長度。這具有如下優(yōu)點，可以獲得關于在煙霧檢測器的視野 內的不同物體的空間排列的信息。
因此根據脈沖長度的不同，與發(fā)送的照射光脈沖相比，散射物體的大的空 間分布導致反向散射的測量光脈沖在時間上的展寬或結構化。這基于以下事實， 照射光在離第 一光發(fā)送器及第 一光接收器不同距離處的不同物體上會反向散 射。在考慮有限的光速情況下不同的光程長度導致接收的照射光脈沖在時間上 的展寬或結構化。與之相反的是，在煙霧上的反向散射不導致測量光脈沖相對 照射光脈沖的明顯延長。如上面已經解釋的，這基于如下事實，只有位于緊鄰 煙霧檢測器的檢測空間中的煙霧，才提供大的反向散射信號。僅位于煙霧檢測 器的視野中的煙霧通常提供不可測量的光學反向散射信號。由此可以借助接收 到的測量光信號的脈沖長度和脈沖結構將實體的物體如昆蟲或無意帶入檢測器 視野中的物體與滲入到檢測空間中的煙霧可靠地區(qū)別。
要指出的是，自然還可以測量并相應地分析作為第二測量光反向散射的光 脈沖在時間上的長度。
按照本發(fā)明的另一個實施例，該方法附加地還可以測量在發(fā)送第一照射光 的光脈沖和接收反向散射的第 一測量光的相應的光脈沖之間的時間差。這具有 如下優(yōu)點，即可以絕對地確定散射物體離第 一光發(fā)送器及第 一光接收器的距離。 自然還可以測量在發(fā)送第二照射光的光脈沖和接收反向散射的第二測量 光的相應的光脈沖之間的時間差。
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本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征從以下對優(yōu)選實施方式的示例性描述中給出。 圖1以示意性的截面圖示出了具有兩個安裝在共同的印制電路板上的反射 光擋板的煙霧檢測器，
圖2示出了用于形成在圖1中示出的光擋板的兩個輸出信號之間的差信號 的減法單元，
圖3示出了由于在兩個離煙霧檢測器不同距離的物體上的散射，光脈沖在 時間上的展寬或結構化。
在此要注意，在附圖中對相同或相應的組件僅用其第一個數字和/或通過所 附的字母來區(qū)別。
具體實施例方式
圖1示出了煙霧檢測器100,其具有基底105。按照此處示出的實施例， 基底是用于容納電子和光電子組件的印制電路板105或合適的電路載體。在印 制電路板105上安裝的所有組件以未示出的方式借助線路或電氣接線以合適的 方式相4妾觸。
煙霧檢測器100包括第一反射光擋板110和第二反射光擋板120。第一反 射光擋板110具有第一光發(fā)送器111和與之直接靠近地設置在共同的外殼中的 第一光接收器112。第二反射光擋板120具有第二光發(fā)送器121和與之直接靠 近地設置在共同的外殼中的第二光接收器122。
第一光發(fā)送器111基本上垂直于印制電路板105的平面發(fā)送第一照射光 llla。第一照射光llla在例如煙霧位于其中的第一檢測空間115中至少部分地 被近似180。地反向散射。反向散射的光作為第一測量光112a到達第一光接收 器112。
以相應的方式，第二光發(fā)送器121基本上垂直于印制電路板105的平面發(fā) 送第二照射光121a。第二照射光121a在例如煙霧位于其中的第二^r測空間125 中至少部分地被近似180。地反向散射。反向散射的光作為第二測量光122a到 達第二光接收器122。
此外煙霧4全測器IOO還具有減法單元136,其從兩個光接收器112和122 的輸出信號形成一個差信號。該差信號被傳輸到煙霧檢測器100的數據處理裝置135。
此外設置了控制裝置130，其與兩個光發(fā)送器111和121連接。由此兩個 光發(fā)送器111和121可以互相獨立地被激活或者被接通。
煙霧才全測器100的所有組件110、 120、 130、 135和136都安裝在印制電 路板105上并以合適的方式電接觸。由此煙霧一全測器100可以非常平的結構方 式來實現。在此煙霧檢測器100的高度僅由印制電路板105的厚度和由組件 110、 120、 130、 135和136決定。
按照此處示出的實施例，所有組件110、 120、 130、35和136都是所謂 的表面貼裝技術(SMD)器件。由此例如可以實現僅為2.1mm的總高度。在此 總高度由在印制電路板105的上側和在圖1中用附圖標記140表示的煙霧檢測 器的下表面之間的距離給出。
按照此處示出的實施例，光發(fā)送器lll、 121和光接收器112、 122的光激 活面積與表面140相合。這意味著，在這些光激活的面積和各個纟企測空間115、 125之間沒有煙霧檢測器100的其它部件。對于護罩和外殼部分也是如此。然 而這樣的在公知的煙霧檢測器中通常被設置用于防污目的的護罩在許多應用中 特別是在家用領域也是根本不需要的。此外還可以使用對于光發(fā)送器111、 121 和光接收器112、 122的光激活面積已具有透明的保護層的光擋板，從而由此至 少提供一定的污染保護。
所描述的具有兩個互相平行對齊的反射光擋板的煙霧檢測器IOO具有沒有 如透鏡或鏡的光學元件的優(yōu)點。由此煙霧檢測器可以特別簡單的方式用價格便 宜的組件來制造。在裝配或者說安裝煙霧檢測器時也不用注意特別的安裝容差。 所有對于煙霧檢測器來說是必要的組件都是可以價格便宜地實現的大批量產
口
口CT o
在此指出，通過平行光線llla、 112a、 121a、 122a原則上存在如下風險， 即可能將遠離的固定物體解釋為煙霧。無意帶入煙霧檢測器IOO附近的檢測空 間中的具體的物體可以借助非常強的反向散射信號與煙霧信號良好地區(qū)別。然 而位于煙霧檢測器的視野中的遠離的散射物體，由于其大多數擴散的反向散射 僅僅提供弱的信號并且用上面的標準通常不再能可靠地與煙霧區(qū)別。
然而在煙霧和遠離的具體散射物體之間的可靠區(qū)別可以用所描述的煙霧 檢測器100以有效的方式通過如下來實現，例如在通過激活的光發(fā)送器111發(fā) 送照射光110a期間斷開或者說禁用另一個光發(fā)送器121。兩個光接收器112和122同時激活。如果在這種情況下兩個光接收器112和122顯示至少近似相同
的信號，則是從位于煙霧檢測器的視野中的檢測空間外的物體的遠處的回聲。
該回聲例如可以是來自于煙霧檢測器100監(jiān)控的房間的地面而不是來自于煙霧 粒子。也就是，特別是在天花板安裝的煙霧檢測器100的情況下煙霧粒子也至 少部分地位于煙霧檢測器100的附近，從而在這種情況下兩個光接收器112和 122的信號強度不同。
為了檢測煙霧還可以簡單地分析在兩個光接收器112和122之間的差信 號。在此還可以有效地抑制外來光的影響。
圖2示出了已經在圖1中示出的減法單元，其此時用附圖標記236表示。 在圖2中用附圖標記212表示的第一光接收器的第一輸出信號212b被傳輸到減 法單元236的"正輸入端"。在圖2中用附圖標記222表示的第二光接收器的第 二輸出信號222b被傳輸到減法單元236的"負輸入端"。由兩個輸出信號212b 和222b形成差信號236b,該差信號被傳輸到在圖2中未示出的數據處理裝置。 在數據處理裝置中可以對差信號236b如上所述地進行分析。
圖3以示意圖形式示出由于在不同空間分布的物體315a和315b上的散射， 光脈沖在時間上的展寬或結構化。物體315a和315b明確地不是煙霧。從時間
間分布。
如從圖3可以看出的，光發(fā)送器311發(fā)送照射光311a,其至少具有短光脈 沖313。然后該光脈沖313在位于檢測器的視野中的物體315a和315b上以大 約180度被反向散射。在此在檢測器311、 312的視野內的所有可能物體上發(fā)生 反向散射。然而由于清楚性原因在圖3中的圖示中僅僅考慮兩個物體。示例性 物體315b與光發(fā)送器311相距d,另一個示例性物體315a與光發(fā)送器311相 距d'。按照此處示出的實施例，物體315a是被監(jiān)控的房間的地面。物體315b 是長期地或短時位于地面315a和煙霧檢測器311、 312之間的任意的物體如家 具。
光脈沖313首先在與光發(fā)送器相距d的第二物體315b上出現。在此光能 的一部分被反向散射，從而在光接收器312上出現的測量光312a具有第一反向 散射脈沖313a。隨后在此期間有些衰減的光脈沖313出現在與光發(fā)送器相距d' 的第一物體或者說地面315a上。同樣在地面315a上又有一部分光能被反向散 射，從而測量光312a具有第二反向散射脈沖313b。因此在考慮所有涉及的物體的情況下，出現大量單個反向散射脈沖的重 疊，其中結果的總反向散射脈沖與輸入光脈沖313相比被極大地展寬。在此由 于通過可能位于檢測器的視野中的煙霧的吸收，后面的反向散射脈沖的強度與
前面出現在光接收器312上的反向散射脈沖相比降低。由此產生在圖3中用附 圖標記314表示的總反向散射脈沖的不對稱的形式或者說不對稱的時間上的變化。
關于這點指出，可能位于檢測器視野中的、與煙霧檢測器311、 312典型 地相距大于幾厘米的煙霧，對于接收的光學反向散射信號的貢獻不值得注意。
因此為了采集反向散射信號的展寬或結構化的上述效果，對于智能煙霧檢 測不僅可以分析反向散射的數值或強度而且還可以分析相應的脈動的反向散射 信號的時間上的變化。如上面已經表明的，在此每個輸入光脈沖313可以產生 多個來自于空間上分布的物體315a、 315b的反向散射脈沖313a、 313b…。物 體離得越遠，則光線311a通過可能在室內空氣中包含的煙霧粒子的散射和吸收 被衰減得就越多。對于反向散射的測量光312a也是如此。但是遠離的物體的回 聲后來也到達光接收器312。由此根據接收的光脈沖的時間上的變化可以確定 位于煙霧檢測器的視野中的物體的空間分布或者說排列。
要指出的是，從反向散射的光脈沖314的發(fā)送到接收還可以測量光脈沖的 傳播時間并且由此可以計算光發(fā)送器311或者光接收器312和物體315a和315b 之間的距離。
此外還要指出的是，此處描述的實施方式僅僅是示出本發(fā)明的可能實施變 形的有限選擇。因此可以將單個實施方式的特征以合適的方式互相組合，從而 用此處清楚示出的實施變形，大量不同實施方式對于專業(yè)人員來說被認為是明 顯公開的。
1權利要求
1.一種用于檢測煙霧的裝置，該裝置具有·具有安裝平面的基本元件(105)，·第一光發(fā)送器(111)，其被安裝在該安裝平面上并且用于發(fā)送第一照射光(111a)，·第一光接收器(112)，其被安裝在該安裝平面上在該第一光發(fā)送器(111)旁邊，并且用于接收由該第一照射光(111a)在位于第一檢測空間(115)中的被測物上的反向散射所引起的第一測量光(112a)，·第二光發(fā)送器(121)，其被安裝在該安裝平面上并且用于發(fā)送第二照射光(121a)，·第二光接收器(122)，其被設置在該安裝平面上在第二光發(fā)送器(121)旁邊并且用于接收由第二照射光(121a)在位于第二檢測空間(125)中的被測物上的反向散射所引起的第二測量光(122a)，以及·數據處理裝置(135)，其與第一光接收器(112)和第二光接收器(122)連接并且用于對第一光接收器(112，212)的第一輸出信號(212b)和第二光接收器(122，222)的第二輸出信號(222b)進行共同分析。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述第一光發(fā)送器(111)和第一 光接收器(112)通過第一反射光檔板(110 )實現，和/或所述第二光發(fā)送器(121 ) 和第二光接收器(122)通過第二反射光擋板(120)實現。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述第一照射光(llla)的方 向關于安裝平面的法線在第一光接收器(112)的方向上傾斜，和/或所述第二 照射光(121a)的方向關于安裝平面的法線在第二光接收器(122)的方向上傾 斜。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其中，所述第一照射光(llla) 的方向和第二照射光(121a)的方向互相平行延伸。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其中，所述第一光發(fā)送器 (111 )和第二光發(fā)送器(121 )以及第一光接收器(112 )和第二光接收器(122 )分別表示用于檢測煙霧的裝置的一個外邊界。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，還具有減法單元(136， 236 ),該減法單元在輸入側與第一光接收器(112, 212)和第二光接收器(122, 222) 連接，在輸出側與數據處理裝置(135)連接。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其中，所述第一光接收器 (112)設置用于采集第一測量光(llla)在時間上的變化。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其中，所述第一光發(fā)送器(111, 311)設 置用于發(fā)送脈動的第一照射光(311a， 313)。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的裝置，還具有 控制裝置(130)，其與第一光發(fā)送器(111)和第二光發(fā)送器(121)連 接并且構造為使該第一光發(fā)送器(111 )可以獨立于第二光發(fā)送器(121 ) 被激活。
10. —種使用根據權利要求1至9中任一項所述的裝置檢測煙霧的方法， 該方法具有步驟 通過第一光發(fā)送器(111 )發(fā)送至少第一照射光(llla)， 借助第一光接收器(112)至少接收由第一照射光(llla)在位于第一 檢測空間(115)中的被測物上的反向散射造成的第一測量光(112a)。
11. 根據權利要求IO所述的方法，還具有步驟 借助第二光接收器(122)接收光。
12. 根據權利要求10或11所述的方法，還具有步驟 形成第一輸出信號(212b )和第二輸出信號(222b )之間的差信號(236b )。
13. 根據權利要求10至12中任一項所述的方法，其中，所述第一照射光 (llla， 311a)具有光脈沖(313)。
14. 根據權利要求13所述的方法，還具有步驟 測量作為第一測量光(112a， 312a)的反向散射的光脈沖(314)的長度。
15. 根據權利要求13或14所述的方法，還具有步驟 測量發(fā)送第一照射光(llla, 311a)的光脈沖(313)和接收反向散射 的第一測量光(112a， 312a)的相應的光脈沖(314)之間的時間差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過分析兩個光學反向散射信號來檢測煙霧的裝置和方法。煙霧檢測器具有具有安裝平面的基本元件，安裝在該安裝平面上并用于發(fā)送第一照射光的第一光發(fā)送器，安裝在該第一光發(fā)送器旁的用于接收由第一照射光在位于第一檢測空間中的被測物上的反向散射引起的第一測量光的第一光接收器。此外煙霧檢測器還具有安裝在安裝平面上用于發(fā)送第二照射光的第二光發(fā)送器、設置在第二光發(fā)送器旁邊用于接收由該第二照射光在位于第二檢測空間中的被測物上的反向散射引起的第二測量光的第二光接收器，以及用于共同分析第一光接收器的第一輸出信號和第二光接收器的第二輸出信號的數據處理裝置。此外還提出一種使用所描述的煙霧檢測器檢測煙霧的方法。
文檔編號G08B17/107GK101515400SQ200910130708
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權日2008年2月19日
發(fā)明者喬治斯·A·坦奇奧, 庫爾特·米勒, 沃爾特·沃倫維德, 馬庫斯·洛弗 申請人:西門子公司