專利名稱：利用光感測的火焰檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及合并了多個不同傳感器的火災(zāi)檢測器。更具體地，本申請涉及包括了多個光傳感器和相關(guān)聯(lián)的濾波器以在兩個不同頻率光學感測周圍火焰的這樣的檢測器。
背景技術(shù)：
已經(jīng)確認多個不同類型的火災(zāi)指示傳感器的用途可以用于關(guān)于火災(zāi)情況的存在做出確定。各種多傳感器類型的火災(zāi)檢測器也是已知的。這些檢測器包括例如在專利 US6967582 題為 “Detector with Ambient Photon Sensor andOther Sensors，，、在US7068177 題為 “Mult1-sensor Device and Methods forFire Detection，，、在 US7551096題為 “Mult1-sensor Device and Methods forFire Detection” 以及 US7602304 題為“Mult1-sensor Device and Methodsfor Fire Detection” 中公開的那些。這些知名的專利都轉(zhuǎn)讓給其受讓人并且通過參考合并于此。利用了來自這些專利的概念和想法的現(xiàn)有產(chǎn)品顯示出光學火焰檢測是多傳感器火災(zāi)檢測的一個重要部分。但是，在這樣的現(xiàn)有的產(chǎn)品中感測火焰的過程并不容許容易地確定是否所述光來源于火焰還是它具有一些其他無害的來源。已知的檢測器經(jīng)常只是檢測光譜的近紅外部分中的光的存在。需要解決使得利用光信號成為困難的若干因素。例如，在一些例子中，每五秒(或最多每秒鐘)獲取的光信號的時間圖案代表了可用于確定信號的變化是否是由于火焰的僅有信息。另外，正常的周圍環(huán)境經(jīng)常在沒有火焰存在的情況下(燈泡，日光等)產(chǎn)生處于紅外的信號。因此，每當信號處理并不具有充足的信息時，通常保守地表示觀察到的信號增加是由于火焰。這潛在地導致了增加的誤報警(nuisance alarm)的頻率。多傳感器檢測器可將涉及火焰的信息的使用限制到其中其他類型的傳感器指示火災(zāi)正在發(fā)展的境況。存在如果和其他類型的火災(zāi)指示器的情況一樣，與火焰相關(guān)的信號能夠被認為是火災(zāi)情況的可靠的指示器，則能夠更加迅速地檢測正在燃燒的危險的火災(zāi)的情形。例如干凈燃燒的酒精火災(zāi)可產(chǎn)生可觀的火焰但非常少的煙霧和微小的溫度升高。目前，因為諸如煙霧和溫度的其他火災(zāi)指示器并沒有有效到足以確定一區(qū)域中火災(zāi)正在發(fā)展或存在，指示火焰存在的信號可能被不予理睬或者給予有限的權(quán)重。更可靠的火焰檢測能夠加快對燃燒的火災(zāi)的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面涉及一種檢測器，包括伸長的剛性光導，其具有半球形光輸入端和光輸出端；靠近所述輸出端設(shè)置的不同的第一和第二光學火焰?zhèn)鞲衅?，其中每個傳感器響應(yīng)于與火焰相關(guān)的、各自頻率的光信號；以及控制電路，對至少來自所述傳感器的輸出做出響應(yīng)，來檢測火災(zāi)的火焰的存在。本發(fā)明另一方面涉及一種火災(zāi)檢測器，包括
外殼，其具有用于空氣中傳播的周圍粒子物質(zhì)的流動端口以及具有超過一百二十度的輸入視角的光輸入端口；錐形光導體，其中所述光輸入端口包括所述導體的輸入端，其中所述導體具有平面輸出端；第一和第二光帶通濾波器，其靠近所述平面輸出端定位；第一和第二光響應(yīng)元件，其靠近于各自的第一和第二濾波器，其中所述濾波器夾在所述輸出端的一部分和所述光響應(yīng)元件的各自的一個之間。


圖1為示出其實施例的各方面的檢測器的總體圖。圖2為示出圖1的檢測器的細節(jié)的圖。并且圖3為示出圖1的檢測器的其他方面的框圖。
具體實施例方式雖然公開的實施例能夠采用許多個不同的形式，但是其特定實施例在附圖中示出并被詳細地在此描述，應(yīng)當理解的是本公開應(yīng)被認為是其原理的示例，也是實踐該原理的最佳模式，并且無意于將其權(quán)利要求限制到示出的特定實施例。在所公開的實施例中，燃燒情況的多個特性能夠在達到火災(zāi)確定方面被處理。在此感興趣的是火焰的兩種性質(zhì)火焰的閃爍和顏色(溫度)。非常確定的事實是由閃爍火焰發(fā)射的光以通常20Hz以下的振動頻率改變強度。如果火焰?zhèn)鞲衅髦甘緳z測到的信號具有在那個頻率范圍中的可觀的頻率內(nèi)容，那么具有由火焰產(chǎn)生的信號的可能性就遠遠高于不是該情況的可能性。還熟知大多數(shù)的火焰具有相似的外觀，即熟悉的、閃爍的橘-微黃色。這種外觀來源于火焰中形成的煙灰粒子?；鹧嬷休^熱部分呈現(xiàn)更多的微黃-白色，較冷部分呈現(xiàn)更多的微紅色。煙灰粒子通常表現(xiàn)為在它們發(fā)射光途中的阻斷體。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解如果火焰的發(fā)射譜來源于一些提升溫度處的黑體，則如果測量在兩個波長處的光強度就可以計算該溫度?；鹧娴臏囟仍跁r間期間改變，但是光強度的比的平均值被關(guān)聯(lián)到火焰的平均溫度。實際上，實驗指示用稍微不同的帶通濾波器，可將紅外信號的比分為兩個截然不同的組。這些是來自于火焰的信號和來自于其他源的信號?？傊?，大多數(shù)火焰具有類似的橘-微黃色并且光強度在低于20-30HZ頻率處改變。如果這些情況二者都被同時觀察到，那么就能夠相當可靠地判斷是否所觀察到的信號歸因于火焰。之后通過在更平等的立場上評估反映存在煙霧、溫度增加和火焰的數(shù)據(jù)，該信息可被用于改善火災(zāi)檢測器的性能。在其一個方面，可使用具有稍不同的紅外帶通濾波器的兩個光電二極管。使用兩個緊密間隔的波長是有利的，因為來自于每個的信號量級可能期望是類似的。另外，在大的波長跨度內(nèi)表面的發(fā)射率可以大幅地改變。黑色的煙灰通常被認為幾乎完美的黑體。但是，根據(jù)火災(zāi)期間的燃料和情況，煙灰可以合并其他的化學組分，并且具有未知發(fā)射的可能性將妨礙通過在兩個不同波長處的強度比來確定溫度的可能性。
使波長緊密間隔允許在獲取強度比時抵消兩個波長處的發(fā)射，并因此評估光源的溫度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解信號的AC和DC處理二者都是可選的。這種變化進入其精神和范圍內(nèi)。圖1-3示出了實施例的各方面，即其檢測器10的各方面。檢測器10包括外殼12，其具有用于周圍空氣傳播的粒子物質(zhì)的流動端口連同通常在12a處指示的光輸入端口。在圖3中最好看到的，在正在發(fā)展的火災(zāi)情況的情形下，指示輻射能量11，12的周圍火焰落到外殼12上，指示輻射能量的入射火焰從外部光輸入端口 12a經(jīng)由錐形波導或光導14稱合到一般在16a, 16b處指不的第一和第二火災(zāi)傳感器。光導14具有伸長的錐形本體部14a,—般為半球形的光輸入端14b和平面輸出端14c。該伸長的對稱軸A延伸經(jīng)過光導14。外殼12能夠被可移除地安裝在基座B上，基座B可以進而將檢測器10經(jīng)由有線或無線介質(zhì)M耦合到移位的監(jiān)視系統(tǒng)S。當被安裝在基座B上時，該檢測器10的外殼12朝著為了各種情況而被監(jiān)視的區(qū)域R的一部分延伸。在該結(jié)構(gòu)中，被暴露于(例如來自火焰的)周圍光的所述光導14的該僅一部分是輸入端14b。將進入的輻射能量信號耦合到傳感器16a，16b的所述錐形本體部14a是有利的，因為隨著變化的源位置，來自于傳感器組件16a，16b的信號的比變化較小。另外，對準公差也不需要像在柱狀、非椎形本體部的情況中那樣嚴格。此外，較小的信號變化可被期望來自于靠近的輻射能量源。在圖2的實施例中，所述傳感器組件16a, 16b每個都包括靠近輸出表面14c定位并與輸出表面接觸的光帶通濾波器16a-l，16b_l。輻射能量響應(yīng)半導體(諸如光電晶體管或光電二極管16a-2，16b-2)靠近各自的濾波器16a_l，16a_2定位并且與其接觸。在市面上由Osram Opto Semiconductor GmbH 作為 BP 104 FAS 和 BP 104FASR 光電二極管/日光濾波器組件而提供了示例性商用的傳感器組件。850nm和950nm的示例性中心頻率可用于雙頻溫度確定，如上所討論。在不偏離其精神和范圍的情況下可以利用其他的光組件或濾波器或中心頻率。例如，在不偏離其精神和范圍的情況下，中心頻率可進一步相隔諸如至少高達250納米。具有單個觀察端口(諸如端口 14b)保證了光響應(yīng)半導體16a_2，16b_2暴露于普通的光源下。可替換地，可將兩個相同的光導定位為彼此鄰近，并且每個光導與光反應(yīng)組件之一相關(guān)聯(lián)。在另一可替換的例子中，獨立光源例如LED可被定位為鄰近該一個或兩個光導。這可用于驗證檢測器10的操作火焰檢測電路的完整性。這樣的光源可設(shè)置為靠近光導14的平面輸出表面14c。光傳感器16a_2,16b_2的輸出信號可被稱合到處理和控制電路20。如上所討論的，雙通道信號處理電路20a，20b可完成一系列的數(shù)字或模擬信號處理?？梢栽陔娐?0中實施閃爍檢測。來自于組件16a，16b的光電二極管信號可在處理電路20a，20b中利用電流到電壓轉(zhuǎn)換器放大，該轉(zhuǎn)換器具有與反饋電阻器并聯(lián)的電容器。所述電阻器可選擇為使得該低通濾波器結(jié)構(gòu)具有20-30HZ附近的截止頻率。該信號可被用于通過經(jīng)由大(例如100uF)電容器的交流耦合來進行的隨后的信號調(diào)節(jié)。隨后的信號調(diào)節(jié)可包括各種技術(shù)。例如，但不限于，整流和測量直流信號電平，或者，測量均方根信號電平，或測量短時間間隔(例如，I秒)內(nèi)的峰-峰值。處理過的信號可被耦合到控制電路20c，在控制電路20c處可以實施進一步的處理以做出火災(zāi)確定。所述控制電路20c可至少部分地利用可以執(zhí)行預(yù)存的控制軟件20-2的處理器20-1來實施。軟件20-2可存儲在非易失性存儲單元中的控制電路20中用于由處理器20-1執(zhí)行。可從外殼12承載的不同類型的火災(zāi)傳感器得到確認信號。這些傳感器包括煙霧傳感器，光或離子化傳感器以及熱傳感器。來自這樣的傳感器諸如24，26的輸出可被耦合到控制電路20c并合并到多傳感器處理中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣。在外殼12中還可提供輸入/輸出電路20d以經(jīng)由介質(zhì)M與系統(tǒng)S進行無線通信。如果有需要，這樣的通信也可以經(jīng)由線纜經(jīng)過基座B來路由。附加的周圍情況傳感器可包括諸如24的煙霧傳感器，氣體傳感器，諸如26的熱傳感器，濕度傳感器，所有的傳感器都可以，沒有限制。這樣的傳感器可由外殼12承載，并經(jīng)由外殼12上的開口或周圍流入端口暴露于區(qū)域R中的周圍情況中。根據(jù)上述，將看出在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可實現(xiàn)很多變化和修改?？梢岳斫獾氖且鈭D或應(yīng)當推斷出關(guān)于這里示出的特定的裝置是沒有限制的。當然，意圖通過所附權(quán)利要求覆蓋落入權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有這樣的修改。此外，在附圖中示出的邏輯流程不要求所示的特定順序或者連續(xù)的順序來得到期望的結(jié)果。也可提供其他步驟，或者從描述的流程中消除步驟，并且可以向所描述的實施例添加其他的部件，或從其移除部件。
權(quán)利要求
1.一種檢測器，包括 伸長的剛性光導，其具有半球形光輸入端和光輸出端； 靠近所述輸出端設(shè)置的不同的第一和第二光學火焰?zhèn)鞲衅鳎渲忻總€傳感器響應(yīng)于與火焰相關(guān)的、各自頻率的光信號；以及 控制電路，對至少來自所述傳感器的輸出做出響應(yīng)，來檢測火災(zāi)的火焰的存在。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述各自頻率包括不同的第一頻率和第二頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測器，其中所述光導具有錐形本體部。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測器，其中所述輸入端在超過一百七十度的視角上接收輸入輻射能量。
5.如權(quán)利要求3所述的檢測器，其中所述輸入端繞伸長軸對稱，該伸長軸延伸經(jīng)過所述輸出端。
6.如權(quán)利要求3所述的檢測器，其包括耦合到各自的傳感器和所述控制電路的第一和第二信號處理電路，并且其中所述傳感器包括輻射能量響應(yīng)半導體。
7.如權(quán)利要求3所述的檢測器，其包括定位于所述輸出端和所述傳感器之間的第一和第二光帶通濾波器。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測器，其中所述濾波器每個均展現(xiàn)出具有彼此頻率偏移的中心頻率，并且其中所述濾波器對稱地設(shè)置在延伸經(jīng)過所述光導和所述輸出端的伸長軸的每一側(cè)上。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測器，其包括至少一個不同于所述第一和第二傳感器的添加的傳感器類型。
10.如權(quán)利要求9所述的檢測器，其中所述添加的傳感器從至少包括煙霧傳感器，氣體傳感器，熱傳感器或者濕度傳感器的類中選擇。
11.如權(quán)利要求10所述的檢測器，其包括至少具有光輸入和周圍情況輸入端口的外殼。
12.如權(quán)利要求11所述的檢測器，其中所述外殼承載至少三種不同類型的火災(zāi)傳感器。
13.如權(quán)利要求11所述的檢測器，其中所述控制電路評估由來自于所述第一和第二傳感器的信號指示的周圍溫度。
14.如權(quán)利要求11所述的檢測器，其中所述控制電路形成來自于所述第一和第二傳感器的信號的比。
15.如權(quán)利要求14所述的檢測器，其中所述信號處理電路每個均包括選定的低通濾波器。
16.如權(quán)利要求11所述的檢測器，其中所述光導在所述外殼的一部分和所述第一和第二傳感器之間延伸。
17.—種火災(zāi)檢測器,包括 外殼，其具有用于空氣中傳播的周圍粒子物質(zhì)的流動端口以及具有超過一百二十度的輸入視角的光輸入端口； 錐形光導體，其中所述光輸入端口包括所述導體的輸入端，其中所述導體具有平面輸出端；第一和第二光帶通濾波器，其靠近所述平面輸出端定位； 第一和第二光響應(yīng)元件，其靠近于各自的第一和第二濾波器，其中所述濾波器夾在所述輸出端的一部分和所述光響應(yīng)元件的各自的一個之間。
18.如權(quán)利要求17所述的檢測器，其中所述濾波器具有彼此相差不超過250納米的各自的中心帶通頻率。
19.如權(quán)利要求17所述的檢測器，其中所述光響應(yīng)元件的輸出耦合到處理電路。
20.如權(quán)利要求19所述的檢測器，其包括耦合到所述處理電路的控制電路，并且包括耦合到所述控制電路的熱傳感器和煙霧傳感器中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用光感測的火焰檢測器。多傳感器火災(zāi)檢測器包括第一和第二火焰?zhèn)鞲衅?，所述第一和第二火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^剛性錐形的光耦合元件耦合到外部環(huán)境。所述耦合元件的外端部具備具有接近于180度的視角的固化的半球形形狀。耦合到所述傳感器的處理和控制電路關(guān)于火災(zāi)情況的存在做出確定。
文檔編號G08B17/00GK102999993SQ201210434570
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者D·佩特羅維奇 申請人:霍尼韋爾國際公司