專利名稱：簡單的火警探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于火警探測的早期報警裝置，尤其是涉及一種沒有可動部件且測量起火時二氧化碳濃度和濃度變化率的、用作火災(zāi)早期且快速探測的袖珍裝置。
由本發(fā)明人作出的、名稱為“快速火警探測器”的第一相關(guān)專利申請與本申請同時遞交，正如下面將更詳細(xì)討論的，第一相關(guān)專利申請的發(fā)明使用雙波長技術(shù)，而本發(fā)明使用單波長技術(shù)。
由本發(fā)明人作出的、名稱為“氣體取樣腔”的第二相關(guān)專利申請也與本申請同時遞交，雖然本發(fā)明使用了第二相關(guān)專利申請的取樣腔，但本發(fā)明的專利性依靠獨立的基礎(chǔ)。
目前，商品化的火警探測器基本上分為三大類，即火焰感測、熱和煙氣探測器，該分類相應(yīng)于火災(zāi)的能量和事物特性的三要素火焰、熱量和煙氣。
火焰探測器的設(shè)計根據(jù)擴散的火焰燃燒過程所產(chǎn)生的光輻射能-照度和火焰調(diào)制頻率，常用的兩種類型的火焰探測器是在波長低于4000
的非可見光上操作的紫外探測器和波長大于7000
時操作的紅外探測器。為了防止在大多數(shù)危險區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的紫外和紅外光輻射源發(fā)出的誤信號，探測器設(shè)計成僅響應(yīng)在火焰的閃爍頻率范圍(5-30Hz)內(nèi)的頻率調(diào)制的射線。
火焰探測器一般工作良好，很少產(chǎn)生誤報警。然而，它們是相當(dāng)復(fù)雜且昂貴的火警探測器，不適合低費用和大批使用，因此它們最適合用于特別高價值和單獨保護的場合，如飛機的飛行模似裝置、飛機庫、原子反應(yīng)堆控制室等。
熱探測器設(shè)計成隨火災(zāi)放出的熱能-熱量而操作。該熱量通過層流和湍流的對流方式向整個空間擴散，這種流動由火焰表面上的上升的熱空氣和氣體的火舌熱氣柱的作用而產(chǎn)生和調(diào)節(jié)，有兩種基本類型的熱探測器定溫型和升速探測器型，定溫型還分成點型和線型。點型探測器包含具有設(shè)置在探測器的單元或點位置上的熱響應(yīng)元件的相應(yīng)小的固定單元，而在線型探測器中，熱反應(yīng)元件沿著由熱敏導(dǎo)線或?qū)Ч芙M成的線設(shè)置，線型探測器能夠比點型探測器覆蓋危險區(qū)域更大的部分。
定溫?zé)峄鹁綔y器具有高的可靠性、穩(wěn)定性和可維修性，但靈敏度較低，在現(xiàn)代建筑物中，具有許多的氣流通風(fēng)裝置和空調(diào)系統(tǒng)，要放置定溫探測器是一個工程難題，因此，這種類型的熱火警探測器不能廣泛用于很特殊的應(yīng)用場合之外的地方。
升速探測器型的熱火警探測器通常安裝在可能起火相當(dāng)快的地方，當(dāng)火舌使一腔室內(nèi)的空氣溫度以高于某一操作極限值的速度(一般為每分鐘15°F)上升時，探測器開始工作。然而，如果很慢地起火，溫升的速度沒有超過探測器的操作極限值，則探測器對火不會有反應(yīng)。
最新的熱火警探測器稱作速度補償探測器，它對溫升速度和設(shè)計的探測器額定溫度的室溫水平都敏感。即使具有這兩種手段，對于熱火警探測器的有效操作的最大問題是探測器相對于危險區(qū)域和占用的地方的適當(dāng)放置，因此，這種火警探測器在日常家庭中很少看見。
目前日常生活中用得最多的火警探測器是煙氣探測器，煙氣探測器對燃燒產(chǎn)生的可見和不可見產(chǎn)物都會響應(yīng)，燃燒產(chǎn)生的可見物主要是沒有燒燼的碳和富碳顆粒，燃燒產(chǎn)生的不可見物是小于約5微米的固體顆粒、各種氣體和離子。所有的煙氣探測器可以分成兩種基本類型響應(yīng)燃燒產(chǎn)生的可見物的光電型和響應(yīng)燃燒產(chǎn)生的可見和不可見物的離子型。
光電型還可分成1)投射光束和2)反射光束。投射光線型的煙氣探測器一般由一系列從船上的船艙或其他需保護的空間伸至光電探測器的取樣管道，空氣試樣通過電動排氣泵吸入管道系統(tǒng)，光電探測器通常封在金屬管內(nèi)，金屬管一端安裝光源，另一端安裝光電傳感器，這種探測器由于光束的長度，因而相當(dāng)有效。當(dāng)可見煙氣被吸入管內(nèi)時，光電傳感器收到的光束的光密度將減小，這是因為光束受到煙氣顆粒的阻擋，光密度的減小造成與光電管相連電路的不平衡，從而發(fā)出報警。投射光束或煙氣阻擋探測器是煙氣探測器中最常用的一種。除了船上使用以外，這些探測器常用來保護貴重部分或其他貯藏區(qū)域，并對壓力通風(fēng)區(qū)域和通風(fēng)道進行煙氣探測。
反射光束煙氣探測器具有光束長度很短的優(yōu)點，使其能夠與點型煙氣探測器相結(jié)合。前面討論的投射光束煙氣探測器當(dāng)光束長度增加時更敏感，它經(jīng)常需要5或10英尺長的光束。然而，反射光束型的光電煙氣探測器設(shè)計成僅用2或3英寸的光束就可操作。反射光束可見光煙氣探測器包括光源、與光源成直角安裝的光電傳感器和與光源相對安裝的光柵。
離子型煙氣探測器探測由擴散的火焰燃燒產(chǎn)生的可見和不可見顆粒物。雖然更小的顆粒出現(xiàn)高密度時可以看作煙霧，但正如前面所指出的，可見顆粒物的尺寸范圍是4至5微米，離子型探測器在顆粒的尺寸為1.0至0.01微米時操作最有效。有二種基本形式的離子型探測器。第一種具有兩端電離的取樣腔，取樣腔為兩個電極之間的區(qū)域，放射性的α粒子源也位于該區(qū)域內(nèi)，室中的空氣中的氧和氮分子被來自放射源的α粒子電離，當(dāng)加上電壓時，電離對向相反符號的電極移動，形成微小的電流流過取樣腔，當(dāng)燃燒顆粒進入該室時，它們附著在離子上，由于燃燒顆粒的質(zhì)量較大，離子的移動能力下降，導(dǎo)致流過取樣腔的電流減小，電流的減小使探測器發(fā)出警報。
第二種離子型煙氣探測器具有單極電離取樣腔，而不是雙極取樣室。兩種類型之間的唯一差異是暴露在α源中的取樣腔內(nèi)的區(qū)域的位置，在雙極型的情況下，整個室被暴露，導(dǎo)致產(chǎn)生正、負(fù)離子，因此稱為雙極;在單極型的情況下，只有靠近正電極(陽極)處的最近區(qū)域暴露在α源中，這導(dǎo)致在電極之間流動的電流只有一種離子(負(fù)離子)，因此稱為單極。
雖然單極和雙極取樣腔使用不同的探測器設(shè)計原理，但它們都是靠使電流減小且由此使探測器報警的燃燒產(chǎn)物操縱的，一般來說，單極設(shè)計的離子型煙氣探測器更為優(yōu)越，它具有較高水平的靈敏度和穩(wěn)定性，而且由于溫度、壓力和溫度的變化使電流發(fā)生波動而產(chǎn)生誤信號的情況較少。目前商用的大多數(shù)離子型煙氣探測器都是單極型的。
在過去的二十年中，離子型煙氣探測器在火警探測器市場中占統(tǒng)治地位，一個原因是另外二類火警探測器，即火焰探測器和熱探測器明顯比離子型煙氣探測器復(fù)雜和昂貴，因此它們主要用于特別貴重和獨一無二的保護場合。在近幾年，甚至光電型煙氣探測器，也因其相對高的價格，而在銷售上也大大落后于離子型，離子型一般價格較為低廉，容易使用，而且只需一節(jié)9伏電池就可全年進行操作。今天，配備火警探測器的家庭中90%以上是使用離子型煙氣探測器。
盡管煙氣探測器價格低廉、相對來說不需要維護且被用戶廣泛接受，但它們并不是沒有問題，且離理想狀況還有一定差距。因此，離子型煙氣探測器成功地作為早期報警的探測器還存在許多明顯的缺陷，坦白地說，大多數(shù)人并不簡單地抱怨離子型煙氣探測器，是因為沒有更好的替代產(chǎn)品。
離子型煙氣探測器的最大的一個問題是它們經(jīng)常發(fā)生誤報警，根據(jù)其固有的工作原理，除了來自實際火災(zāi)的煙氣以外的任何微米尺寸的顆粒物都能使探測器報警，由加熱爐產(chǎn)生的櫥房油脂顆粒就是一個常見的例子，探測器附近的物體和/或家俱的過份活躍的灰塵是另一例子。經(jīng)常誤報警不僅僅是一種無害的討厭事情，事實上，一些人為了避免這種討厭的事情，往往通過暫時拿掉電池而使他們的煙氣探測器停止工作，當(dāng)這些人忘記使他們的煙氣探測器重新工作時，這后一種情況可能特別危險。
現(xiàn)用的離子型煙氣探測器的另一大的缺陷是向火災(zāi)現(xiàn)場的人報警速度相當(dāng)慢，造成這一缺點有幾個因素。第一個因素是探測器對煙氣的起動極限值，它直接影響到對起火的響應(yīng)時間，無疑較低的起動極限值意味著一個較快的火警探測器，然而它也意味著更經(jīng)常誤報警而打擾用戶。第二個因素是探測器相對于火災(zāi)發(fā)生地點的特別位置，不象一般的氣體那樣，煙氣實際上是大部分由碳組成的復(fù)合煙灰分子團，它比空氣重得多，這樣擴散起來比我們?nèi)粘Ｅ鲋恋臍怏w要慢得多。因此，如果探測器離火災(zāi)現(xiàn)場有一定的距離，就需要一段時間，以便足夠的煙氣進入煙氣探測器的取樣腔并起動報警。第三個因素是火災(zāi)本身的特性或類型，雖然煙氣通常伴隨著火災(zāi)而產(chǎn)生，但根據(jù)著火的材料組分不同，產(chǎn)生的煙氣量可能有限大的變化，例如乙醇和丙酮之類的充氧燃料比由它們衍生的碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生更少的煙氣;這樣在易燃條件下，如木材和聚甲基丙烯酸甲酯之類的充氧燃料比如聚乙烯和聚苯乙烯之類的碳?xì)渚酆衔锂a(chǎn)生少得多的煙氣;事實上，少數(shù)純?nèi)剂?，即一氧化碳、甲醛、聚乙醛、甲酸和甲醇燃燒時沒有明亮的火焰且不會產(chǎn)生煙氣。
目前的離子型煙氣探測器還有的一個缺陷是污染我們的環(huán)境。離子型煙氣探測器使用放射材料(鈷60)作為α粒子源，雖然有人可能說目前在每個離子型煙氣探測器中發(fā)現(xiàn)的放射材料量是很少的(可能只有幾十毫克)，但每年操作的裝置數(shù)量有幾千萬個，因此連續(xù)使用這種煙氣探測器必定造成長期產(chǎn)生大量不需要的核廢料的嚴(yán)重后果。由于鈷60的半衰期為1000年以上，因此不應(yīng)該忽視潛在的危險。
最后，當(dāng)使用這些價廉的離子型煙氣探測器時有許多必須處理的小問題，這些問題包括每年一次更換電池的麻煩和費用，或者由于裝置沒有能源而不工作所產(chǎn)生的危險。而且，目前常用的離子型煙氣探測器很少裝備有聽覺障礙的人所期望的視覺報警器。
基于以上的討論，可以清楚地看到，除了目前有缺陷的火警探測器以外，一種快速、可靠、價廉、無放射性且不需維護的火警探測器將會大受歡迎。
在1988年4月19日批準(zhǔn)的美國專利第4738266號中，Thatcher描述一種用于檢測環(huán)境空氣中二氧化碳濃度變化的裝置，該裝置使用在固定溫度下工作的未調(diào)制的寬帶紅外源和單通帶濾波器。與本發(fā)明的相比較，在Thatcher的裝置中沒有采取措施來避免由灰塵顆粒逐漸堆積在光學(xué)系統(tǒng)表面上所引起的或由組件逐漸損壞而引起的誤報警。很明顯，這些因素對于火警探測器來說很重要，然而本發(fā)明能夠避免這些因素混淆二氧化碳的測量，這是本發(fā)明和Thatcher的發(fā)明之間的重大差異。
在1987年3月10日批準(zhǔn)的美國專利第4648396號中，Raimer揭示了用于監(jiān)測吸入和排出氣流之間二氧化碳含量之差的裝置，該裝置類似于Thatcher的專利中所描述的裝置，不同的是用反饋回路來維持投射在探測器上的輻射量保持恒定，而不管窗孔模糊、溫度變化導(dǎo)致的元件浮移等情況，對探測的信號求導(dǎo)，藉以消除作為二氧化碳測量中錯誤源的噪聲。
許多其他的專利揭示了與本發(fā)明一樣的一個或多個特征，但這類專利都用于運動部件中(一般為轉(zhuǎn)動的過濾輪)或被認(rèn)為是不適合用于火警探測器的其他元件中，這些專利包括Bein等的美國專利第4785184號，Nelson等的美國專利第4874572號，Talbot等的美國專利第4587427號等。
本發(fā)明的主要目的是提供一種不使用目前離子型煙氣探測器中所用的如α粒子之類的放射性材料的，可靠的且價廉的火警探測器，本發(fā)明沒有活動部件。
本發(fā)明的另一主要目的是介紹一種探測早期火災(zāi)的且更快的全新方法和無一例外地響應(yīng)火災(zāi)起燃的該報警試驗。
長期以來眾所周知火災(zāi)形成的原因多種多樣，然而各種火災(zāi)都包含可燃燒物和空氣中的氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)，換句話說，由于在開始時起火總是要消耗氧氣，因此起火必定是一個氧化過程，所以探測起火的最有效的方法是尋找和探測氧化過程的最終產(chǎn)物。除了幾種非常特殊的化學(xué)火災(zāi)(即包含化學(xué)物質(zhì)而不是通常碰到的碳?xì)浠衔锏幕馂?zāi))，在火災(zāi)伴隨的化學(xué)反應(yīng)或燃燒中一定包含有三種基本的成分(碳、氧和氫)和三種化合物(二氧化碳、一氧化碳和水蒸汽)。
在火災(zāi)開始時產(chǎn)生的三種煙氣中，對于火警探測器探測來說，二氧化碳是最好的選擇物，這是因為，由于水蒸汽易于凝聚在每一可能的表面上，其濃度隨環(huán)境的變化波動較大，所以難以測量。另一方面，一氧化碳產(chǎn)生的是肯定比二氧化碳少，尤其是在火災(zāi)初始階段更是如此，只有當(dāng)燃燒溫度上升至600℃或更高時，靠消耗二氧化碳和碳而產(chǎn)生更多的一氧化碳。盡管那樣，根據(jù)過去大多數(shù)對火災(zāi)大氣的研究來看，產(chǎn)生的二氧化碳仍比一氧化碳要多。除了在火災(zāi)開始時就有較多的二氧化碳外，二氧化碳還是一種非常穩(wěn)定的氣體，用目前很先進的非擴散紅外(NDIR)技術(shù)易于精確測量其濃度。環(huán)境中的二氧化碳濃度平均為200ppm(0.02%)不會妨礙探測火災(zāi)時額外產(chǎn)生的二氧化碳，只要二氧化碳傳感器設(shè)計成具有良好的靈敏度即可。
使用二氧化碳探測器而不是煙氣探測器作為火災(zāi)起燃探測用的另一很大的優(yōu)點是對各種燃燒物具有很大的靈活性。煙氣的產(chǎn)生是不完全燃燒的直接結(jié)果，不完全燃燒導(dǎo)致形成復(fù)雜的可燃焦油物質(zhì)，在熱分解時形成大部分為碳的煙灰分子團，所以煙氣比二氧化碳重得多，而在大氣中擴散得更慢，因此，如果煙氣探測器和二氧化碳探測器在火災(zāi)現(xiàn)場一定距離處并排設(shè)置，二氧化碳探測器將更早報警，這主要是因為二氧化碳?xì)怏w流動性更大的緣故。
這樣，二氧化碳探測器的性能肯定比常用的煙氣探測器好，但直到本發(fā)明才有可能制造出在價格、靈敏度和可靠性方面與煙氣探測器不相上下的二氧化碳探測器，下面的討論將證明，事實上本發(fā)明的二氧化碳探測器在價格、靈敏度和可靠性方面與煙氣探測器不相上下，在早期報警時間和防止誤報警方面優(yōu)于煙氣探測器。
根據(jù)本發(fā)明，受電脈沖作用的準(zhǔn)黑體源發(fā)出的射線通過氣體取樣室引導(dǎo)至安裝有單通帶濾波器的探測器，其通頻帶設(shè)置在二氧化碳的強吸收頻帶上。在最佳實施例中，用4.26微米的吸收頻帶。
探測器產(chǎn)生一對應(yīng)于投射在其上線密度的電信號，該信號隨火災(zāi)發(fā)展時取樣腔中二氧化碳的濃度增加而減少，響應(yīng)該信號的電子線路產(chǎn)生表示二氧化碳的濃度和表示濃度變化率的信號，這些信號與預(yù)設(shè)的極限值相比較，根據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)發(fā)出報警。
在上述第一相關(guān)專利申請的快速火警探測器中，取樣腔直接與環(huán)境空氣相通，這是考慮到必須允許二氧化碳快速擴散進入取樣腔?？上部赡苁篃煔忸w粒、灰塵、水或油進入取樣腔，并積聚在光學(xué)部件上，由此減弱探測器產(chǎn)生的信號，除非采取一些措施，否則該系統(tǒng)將該信號的減弱看作是由吸收所引起的，就會產(chǎn)生誤報警。
為了避免這種可能性，第一相關(guān)專利申請的快速火警探測器采用雙波長技術(shù)，使用(4.26微米吸收頻帶除外)第二波長(例如為2.20微米)的射線，在該波長上存在于取樣腔空氣中的氣體沒有一種吸收。在這第二參考頻道中信號的任何減弱不會被認(rèn)為是吸收所造成的，因此必須認(rèn)為是兩個頻道所共有的一些因素，如光學(xué)部件上的灰塵等所造成的。結(jié)果是通過計算4.26微米頻道中的信號與2.20微米頻道中的信號的比例，即通過校正4.26微米頻道中的信號而得到的。
這個方法肯定是有效的，但過于保守，其根本的缺點是雙通帶濾波器和用于處理信號的微處理機的費用。
本發(fā)明允許用單通帶濾波器來代替，而且可選擇使用更簡單的信號處理線路。
本發(fā)明包含使用顆粒過濾器，該過濾器設(shè)置在從圍繞火警探測器的空氣至取樣腔的通路內(nèi)，以便所有的顆粒在其到達(dá)其中有光學(xué)部件的取樣腔之前就被過濾掉。這樣，在本發(fā)明中，強調(diào)的是將煙氣顆粒、灰塵、水和油擋在取樣腔外，而不是電補償其存在。
不希望的顆粒的尺寸從約5微米至0.01微米，簡單的篩網(wǎng)遠(yuǎn)不夠好，但高質(zhì)量的過濾器可能又太貴，本發(fā)明人解決了該難題，本發(fā)明人注意到硅橡膠片對二氧化碳?xì)怏w具有良好的滲透性。這在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的心肺機中應(yīng)用是有益的，它首先由K.Kammermeyer在題為“硅橡膠作為氣體和水蒸氣傳送的選擇阻擋層”一文中所描述，該文發(fā)表在化學(xué)工程工業(yè)(Ind.Engr.Chem.)第49卷第1685-1686頁(1957)上。
這種深奧的知識用于設(shè)計火警探測器是發(fā)展能夠比目前千家萬戶常用的煙氣探測器更早報警的、價格低廉的火警探測器的關(guān)鍵。
硅橡膠薄膜將有害的煙氣顆粒、灰塵、水和油擋在外面，而讓二氧化碳的分子順利通過，不再需要參考頻道，而且昂貴的雙通帶濾波器可以用價廉的單通帶濾波器代替，這樣電子裝置可以簡化，進一步降低費用。
本發(fā)明的成果是一種價格與常用的煙氣探測器不相上下但不用放射材料的火警探測器，它能更早報警，且誤報警更少，具有每年能挽救成千上萬人的生命和幾百萬財產(chǎn)的潛力。
下面將結(jié)合附圖對這極為有用的裝置進行更詳細(xì)的描述，在附圖中顯示了本發(fā)明的兩個可能的實施例，很明顯其他實施例也是可能的，它們也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。


圖1是帶局部剖的部件分解立體圖，它顯示本發(fā)明的火警探測器的第一最佳實施例;
圖2是圖1所示的實施例的側(cè)剖視圖;
圖3是帶局部剖的部件分解立體圖，它顯示本發(fā)明的火警探測器的第二最佳實施例;
圖4是圖2所示的實施例的側(cè)剖視圖;
圖5是顯示兩個最佳實施例共有的電子線路的方框圖。
從機械角度來看，火警探測器的三個主要部分是電子部分42、與電子部分42相連的取樣腔44和如圖2和4所示封住取樣腔44且與電子部分42相連的外殼46。
電子部分42包含如圖5所示的線路，包括電子線路、報警線路和聲響報警器、可視報警器，另外，在一種變化中還可包括向裝置提供能量的電池組。
如在與本申請同時遞交的、名稱為“氣體取樣腔”的本發(fā)明人的待批專利中所更全面地描述的，在最佳實施例中取樣腔44包括兩個相同的半部50、52，半部上含有確定延伸通道20的部分，通道20將源12發(fā)出的射線，沿彎曲延伸的路線最終引導(dǎo)至濾波器24和探測器26。如通道30一樣的多個通道將延伸通道20內(nèi)的空間與直接圍繞取樣腔44的空間相連，通道30允許二氧化碳?xì)怏w擴散到延伸通道20中，在其中二氧化碳?xì)怏w吸收一些射線，因此減少了到達(dá)探測器26的輻射量，吸收量與延伸通道20中的二氧化碳的濃度有關(guān)。
在最佳實施例中，源12是一個由電流加熱且發(fā)生近似于異體源頻譜的輻射頻譜的微型導(dǎo)體。在最佳實施例中，源12以0.5秒間隔關(guān)斷和開啟，即以1.0Hz的頻率變化。
作為本發(fā)明的一種變化，源12也可以是一激光二極管。
根據(jù)最佳實施例，源12以4.26微米的二氧化碳吸收頻率發(fā)出射線，濾波器24用于限制到達(dá)探測器26的射線，以使相同長度的波長才能到達(dá)。如果源12是半導(dǎo)體激光器，則不需用濾波器24。外殼46是一中空的盒狀部件，它可以用塑料模制或者用金屬薄板制成。
外殼46包括多個如開口48一樣的開口。
根據(jù)本發(fā)明，在圖1和2所示的實施例中，開口48被支撐著薄膜60的基片62所覆蓋，薄膜60用硅橡膠制成，基片用如玻璃纖維或女士的尼龍襪的材料之類的薄的、滲透性好的織物制成。雖然硅橡膠對二氧化碳?xì)怏w的滲透性得到肯定，但本發(fā)明也包括可滲透二氧化碳而擋住不可滲透的煙氣灰塵、水和油的其他薄膜，例如，空氣濾清器可以容易地過濾出0.01微米的顆粒而允許空氣通過。
圖3和4顯示第二最佳實施例，它僅在可滲透層60的設(shè)置方面不同于第一最佳實施例。在該第二實施例中，可滲透層固定在取樣腔44上，而不是固定在外殼46上，可滲透層蓋住取樣腔44的通道30。由于通道30是進入延伸通道20的唯一通路，因此使不要的煙氣、灰塵、水和油阻擋在延伸通道20外，而二氧化碳通過擴散，能夠經(jīng)可滲透層和通道30到達(dá)延伸通道20。在該第二實施例中，外殼46具有開口48，以允許周圍的空氣與外殼和取樣腔之間的空間相聯(lián)通。
圖5顯示設(shè)置在電子部分42內(nèi)的諸部件。
電子線路66在線68上產(chǎn)生電流定時脈沖，以驅(qū)動源12，源發(fā)出通過延伸通道至濾波器24且沖擊探測器26的射線，探測器26在線70上產(chǎn)生表示沖擊在其上的射線密度的電信號，線70上產(chǎn)生的該信號供給電子線路66。
在最佳實施例中，用交流電路，按照前述的方法，源12以1.0Hz數(shù)量級的頻率接受脈沖。
在其他實施例中，可用直流電路，而且源12連續(xù)工作。
當(dāng)沒有火警時，供給源12的電流脈沖的幅度為恒值，這導(dǎo)致在線70上的一系列脈沖幅度也為恒值，落在探測器26上的背景射線是恒定的并且在70上產(chǎn)生一個可由交流電路抵消的直流成分。如果發(fā)生火警，延伸通道中的二氧化碳濃度增加，而且由于二氧化碳吸收由源12發(fā)出的一些射線，因此線70上的信號減小，由二氧化碳?xì)怏w濃度的特定水平所導(dǎo)致的減少量可通過在有控制的條件下對裝置進行標(biāo)定來建立。因此，二氧化碳濃度與線70上的信號幅度的減小是相關(guān)的。電子線路66在線72上產(chǎn)生一表示二氧化碳濃度的信號，該電子線路也在線74上產(chǎn)生一與二氧化碳濃度變化率有關(guān)的信號，線72和74的信號供給報警電路76，電路76也接收來自電位計78的濃度極限值和來自電位計80的濃度變化率的極限值，報警電路76將二氧化碳的濃度與電位計78上設(shè)置的極限值進行比較;同時將由線74上的信號表示的濃度變化率與已預(yù)設(shè)在電位計80上的變化率極限值進行比較。
在這種情況下可能有幾種選擇。在最佳實施例中，要求濃度和其變化率都必須超過其各自的極限值，報警才會發(fā)生，因而誤報警減至最低。在另一實施例中，只要濃度或濃度的變化率有一項超過其對應(yīng)的極限值，就發(fā)出報警。該模式報警更快，但可能產(chǎn)生大量誤報警。在還有一實施例中，通過形成濃度和其變化率的線性組合且當(dāng)線性組合超過某一極限值時發(fā)生報警而兼顧響應(yīng)時間和誤報警兩方面。
在最佳實施例中，當(dāng)發(fā)出報警時，電流同時供給聲響報警發(fā)生器82和可視報警發(fā)生器84。
火警探測器的標(biāo)定可以這樣來實現(xiàn)，通過將其放在特定大氣中，大氣中包含有濃度明顯增加的，相當(dāng)于火災(zāi)發(fā)生時可能產(chǎn)生的二氧化碳。通過調(diào)整電位計78逐漸降低極限值直到發(fā)生報警為止。
同樣，理論上濃度變化率的標(biāo)定，可以通過電子模擬二氧化碳濃度的增加、使電子線路66在線74上產(chǎn)生變化率信號和調(diào)整電位計80逐漸降低變化率極限值直到發(fā)出報警為止而實現(xiàn)。
這些標(biāo)定火警探測器的技術(shù)所具有的優(yōu)點是火警探測器的操作不需要測量濃度或其變化率的絕對值，而只需要以對應(yīng)方式測量與這些量有關(guān)的信號。
至此，本文描述了一種比常用煙氣探測器更早報警的相當(dāng)簡單且價廉的火警探測器，這是因為其操作不涉及到煙氣，而是涉及火災(zāi)伴隨的二氧化碳增加。
前面詳細(xì)描述的是說明本發(fā)明的幾個實施例，可以理解對于該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說由此得出另外的實施例是顯而易見的，這里所描述的實施例以及那些另外的實施例都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種火警探測器，它檢測環(huán)境空氣中由水災(zāi)產(chǎn)生的二氧化碳的增加，所述火警探測器沒有活動部件且在組合件中包括一能夠發(fā)出射線的輻射源，射線具有與二氧化碳的吸收頻帶一致的波長；一響應(yīng)投射在其上的射線而產(chǎn)生電信號的探測器；一包含空氣的且包括一與環(huán)境空氣相通的通道取樣腔，所述取樣腔包括確定一個使發(fā)出的射線通過所述取樣腔的彎曲通路的裝置，所述源設(shè)置在該彎曲通路的一端，所述探測器設(shè)置在該彎曲通路的另一端；所述取樣腔還包括可滲透二氧化碳?xì)怏w的薄膜裝置，所述薄膜裝置覆蓋所述取樣腔的通道且將煙氣、灰塵、油和水擋在所述取樣腔外，而允許環(huán)境空氣中的二氧化碳進入所述取樣腔；與所述探測器電氣連接且響應(yīng)由所述探測器產(chǎn)生的電信號以便產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度變化率的信號的電子裝置；和與所述電子裝置連接的且響應(yīng)表示二氧化碳濃度變化率的信號以根據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)產(chǎn)生警報的報警裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的火警探測器，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的判據(jù)是指表示濃度變化率的信號超過預(yù)設(shè)的極限值。
3.一種火警探測器，它檢測環(huán)境空氣中由火災(zāi)產(chǎn)生的二氧化碳的增加，所述火警探測器沒有活動部件且在組合件中包括一能夠發(fā)出射線的輻射源，射線具有與二氧化碳的吸收頻帶一致的波長;一響應(yīng)投射在其上的射線而產(chǎn)生電信號的探測器;一包含空氣的且包括一與環(huán)境空氣相通的通道的取樣腔，所述樣腔包括確定一個使發(fā)出的射線通過所述取樣腔的彎曲通路的裝置，所述源設(shè)置在該彎曲通路的一端，所述探測器設(shè)置在該彎曲通路的另一端;所述取樣腔還包括可滲透二氧化碳?xì)怏w的薄膜裝置，所述薄膜裝置覆蓋所述取樣腔的通道且將煙氣、灰塵、油和水擋在所述取樣腔外，而允許環(huán)境空氣中的二氧化碳進入所述取樣腔;與所述探測器電氣連接且響應(yīng)由所述探測器產(chǎn)生的電信號以便產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度的信號的電子裝置;和與所述電子裝置連接的且響應(yīng)表示二氧化碳濃度的信號以根據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)產(chǎn)生警報的報警裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的火警探測器，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的判據(jù)是指表示二氧化碳濃度的信號超過預(yù)設(shè)的極限值。
5.一種火警探測器，它檢測環(huán)境空氣中由火災(zāi)產(chǎn)生的二氧化碳的增加，所述火警探測器沒有活動部件且在組合件中包括一能夠發(fā)出射線的輻射源，射線具有與二氧化碳的吸收頻帶一致的波長;一響應(yīng)投射在其上的射線而產(chǎn)生電信號的探測器;一包含空氣的且包括一與環(huán)境空氣相通的通道的取樣腔，所述取樣腔包括確定一個使發(fā)出的射線通過所述取樣腔的彎曲通路的裝置，所述源設(shè)置在該彎曲通路的一端，所述探測器設(shè)置在該彎曲通路的另一端;所述取樣腔還包括可滲透二氧化碳?xì)怏w的薄膜裝置，所述薄膜裝置覆蓋所述取樣腔的通道且將煙氣、灰塵、油和水擋在所述取樣腔外，而允許環(huán)境空氣中的二氧化碳進入所述取樣腔;與所述探測器電氣連接且響應(yīng)由所述探測器產(chǎn)生的電信號以便產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度的第一信號和產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度變化率的第二信號的電子裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的火警探測器，它還包括與所述電子裝置連接的且響應(yīng)所述第一信號和所述第二信號以便僅當(dāng)所述第一信號和所述第二信號都超過其各自預(yù)設(shè)的極限值時才產(chǎn)生報警信號的報警裝置。
7.如權(quán)利要求5所述的火警探測器，它還包括與所述電子裝置連接的且響應(yīng)所述第一信號和所述第二信號以便當(dāng)所述第一信號或所述第二信號超過其預(yù)設(shè)的極限值時產(chǎn)生報警信號的報警裝置。
8.如權(quán)利要求5所述的火警探測器，它還包括與所述電子裝置連接的且響應(yīng)所述第一信號和所述第二信號以便產(chǎn)生是所述第一信號和所述第二信號的線性組合的組合信號且當(dāng)組合信號超過預(yù)設(shè)的極限值時產(chǎn)生報警信號的報警裝置。
9.一種火警探測器，它檢測環(huán)境空氣中由火災(zāi)產(chǎn)生的二氧化碳的增加，所述火警探測器沒有活動部件且在組合件中包括一能夠發(fā)出射線的輻射源，射線具有與二氧化碳的吸收頻帶一致的波長;一響應(yīng)投射在其上的射線而產(chǎn)生電信號的探測器;一包含空氣的且包括一與環(huán)境空氣相通的通道的取樣腔，所述取樣腔包括確定使發(fā)出的射線通過所述取樣腔的彎曲通路的裝置，所述源設(shè)置在該彎曲通路的一端，所述探測器設(shè)置在該彎曲通路的另一端;一外殼，它包括一開口且圍住所述取樣腔，以致取樣腔能與圍繞外殼的空氣相通的唯一途徑是通過開口;可滲透二氧化碳?xì)怏w的薄膜裝置，所述薄膜裝置覆蓋所述取樣腔的通道且將煙氣、灰塵、油和水擋在所述取樣腔外，而允許環(huán)境空氣中的二氧化碳進入所述取樣腔;與所述探測器電氣連接且響應(yīng)由所述探測器產(chǎn)生的電信號以便產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度變化率的信號的電子裝置;和與所述電子裝置連接的且響應(yīng)表示二氧化碳濃度變化率的信號以根據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)產(chǎn)生報警的報警裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的火警探測器，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的判據(jù)是指表示濃度變化率的信號超過預(yù)設(shè)的極限值。
11.一種火警探測器，它檢測環(huán)境空氣中由火災(zāi)產(chǎn)生的二氧化碳的增加，所述火警探測器沒有活動部件且在組合件中包括一能夠發(fā)出射線的輻射源，射線具有與二氧化碳的吸收頻帶一致的波長;一響應(yīng)投射在其上的射線而產(chǎn)生電信號的探測器;一包含空氣的且包括一與環(huán)境空氣相通的通道的取樣腔，所述取樣腔包括確定使發(fā)出的射線通過所述取樣腔的彎曲通路的裝置，所述源設(shè)置在該彎曲通路的一端，所述探測器設(shè)置在該彎曲通路的另一端;一外殼，它包括一開口且圍住所述取樣腔，以致取樣腔能與圍繞外殼的空氣相通的唯一途經(jīng)是通過開口;可滲透二氧化碳?xì)怏w的薄膜裝置，所述薄膜裝置覆蓋所述取樣腔的通道且將煙氣、灰塵、油和水擋在所述取樣腔外，而允許環(huán)境空氣中的二氧化碳進入所述取樣腔;與所述探測器電氣連接且響應(yīng)由所述探測器產(chǎn)生的電信號以便產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度的信號的電子裝置;和與所述電子裝置連接的且響應(yīng)表示二氧化碳濃度的信號以根據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)產(chǎn)生警報的報警裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的火警探測器，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的判據(jù)是指表示二氧化碳濃度的信號超過預(yù)設(shè)的極限值。
13.一種火警探測器，它檢測環(huán)境空氣中由火災(zāi)產(chǎn)生的二氧化碳的增加，所述火警探測器沒有活動部件且在組合件中包括一能夠發(fā)出射線的輻射源，射線具有與二氧化碳的吸收頻帶一致的波長;一響應(yīng)投射在其上的射線而產(chǎn)生電信號的探測器;一包含空氣的且包括一與環(huán)境空氣相通的通道的取樣腔，所述取樣腔包括確定使發(fā)出的射線通過所述取樣腔的彎曲通路的裝置，所述源設(shè)置在該彎曲通路的一端，所述探測器設(shè)置在該彎曲通路的另一端;一外殼，它包括一開口且圍住所述取樣腔，以致取樣腔能與圍繞外殼的空氣相通的唯一途經(jīng)是通過開口;可滲透二氧化碳?xì)怏w的薄膜裝置，所述薄膜裝置覆蓋所述取樣腔的通道且將煙氣、灰塵、油和水擋在所述取樣腔外，而允許環(huán)境空氣中的二氧化碳進入所述取樣腔;與所述探測器電氣連接且響應(yīng)由所述探測器產(chǎn)生的電信號以便產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度的第一信號和產(chǎn)生表示所述取樣腔中二氧化碳濃度變化率的第二信號的電子裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的火警探測器，它還包括與所述電子裝置連接的且響應(yīng)所述第一信號和所述第二信號以便僅當(dāng)所述第一信號和所述第二信號都超過其各自預(yù)設(shè)的極限值時才產(chǎn)生報警信號的報警裝置。
15.如權(quán)利要求13所述的火警探測器，它還包括與所述電子裝置連接的且響應(yīng)所述第一信號和所述第二信號以便當(dāng)所述第一信號或所述第二信號超過其預(yù)設(shè)的極限值時產(chǎn)生報警信號的報警裝置。
16.如權(quán)利要求13所述的火警探測器，它還包括與所述電子裝置連接的且響應(yīng)所述第一信號和所述第二信號以便產(chǎn)生是所述第一信號和所述第二信號的線性組合的組合信號且當(dāng)組合信號超過預(yù)設(shè)的極限值時產(chǎn)生報警信號的報警裝置。
17.如權(quán)利要求1或3或5或9或11或13所述的火警探測器，其特征在于，所述薄膜裝置還包括一由硅橡膠制成的膜片。
18.如權(quán)利要求1或3或5或9或11或13所述的火警探測器，其特征在于，所述薄膜裝置還包括一由硅橡膠制成的膜片和一所述膜片固定在其上起加固作用的基片。
19.如權(quán)利要求1或3或5或9或11或13所述的火警探測器，其特征在于，所述輻射源以4.26微米的二氧化碳吸收頻帶發(fā)出射線。
20.如權(quán)利要求1或3或5或9或11或13所述的火警探測器，在組合件中它還包括一設(shè)置在所述源和所述探測器之間的彎曲通路中且以4.26微米的二氧化碳吸收頻帶傳送射線的窄帶濾波器。
全文摘要
一種火警探測器，它比廣泛使用的煙氣探測器響應(yīng)更快，它檢測與火災(zāi)相關(guān)的二氧化碳濃度的增加量，通過測量相伴隨的射線吸收量的增加來檢測二氧化碳的增加，射線的波長在二氧化碳的強吸收頻帶上，該裝置通過在取樣腔上開一開口而大大簡單化，該開口能使二氧化碳很容易滲透通過，但將灰塵、煙氣、油和水等顆粒擋在外面，這使火警探測器可用極價廉的材料制造。
文檔編號G08B17/103GK1057538SQ91102170
公開日1992年1月1日 申請日期1991年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月2日
發(fā)明者亞科伯·Y·翁 申請人:葛茲技術(shù)有限公司