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Die Erfindung betrifft ein Filter für einen Strahlungsdetektor eines Flammenmelders mit einem Sensorelement, vor welchem das Filter angeordnet ist.
Flammenmelder sind in der Praxis verschiedenartigen Störstrahlungen ausgesetzt, die ein fehlerhaftes Meldesignal auslösen können. Aus den CH-PS Nr. 509633, Nr. 519761, Nr. 537066 und Nr. 558577 sind Flammenmelder bekannt, welche zur Unterscheidung einer Flamme von Störstrahlungen, wie Tageslicht, Sonnenstrahlung oder Strahlungen von künstlichen Lichtquellen, die unterschiedlichen Eigenschaften von Flammen heranziehen, z. B. das unregelmässige Flackern und daraus resultierende unregelmässige Intensitätsschwankungen der Flammenstrahlung oder die spezielle Farbtemperatur oder spektrale Zusammensetzung der Flammenstrahlung.
Da gewisse Störstrahlungen jedoch Strahlungsanteile mit ähnlichen Eigenschaften aufweisen können und solche Störstrahlungen in der Praxis häufig um mehrere Grössenordnungen intensiver sind als eine nachzuweisende Flammenstrahlung, sind solche Flammenmelder daher nicht völlig fehlalarmsicher und können nicht auf die höchstmögliche Empfindlichkeit eingestellt werden.
Aus der FR-PS Nr. 2. 151. 148 und K. Nakajima, Report of Fire Research Institute of Japan, 30 (December 1969), 55 bis 61, ist es bekannt, dass die Strahlung einer Flamme überwiegend aus einer schmalbandigen Intensitätspitze im Spektralbereich der Resonanzstrahlung von Kohlendioxyd bei etwa 4, 3 bis 4, 4 um besteht, neben einem wesentlich schwächeren breitbandigen Spektralgebiet im Bereich der sichtbaren Strahlung und dem nahen Infrarot. Die Kohlendioxyd-Resonanzstrahlung tritt praktisch ausschliesslich bei Flammen auf, die bei der Verbrennung organischen Materials entstehen, jedoch fast nie oder mit nur verschwindender Intensität bei Störstrahlungen.
Ein Flammenmelder, der neben andern Kriterien im wesentlichen die Resonanzstrahlung von Kohlendioxyd auswertet, ist daher erheblich fehlalarmsicherer und störunanfälliger als Flammenmelder, die Ultraviolettstrahlung, sichtbares Licht oder nahes Infrarot auswerten.
Ein aus der FR-PS Nr. 2. 151. 148 bekanntgewordener Flammenmelder soll neben der Resonanzstrahlung von Kohlendioxyd auch die bei der Verbrennung von Wasserstoff auftretende Resonanzstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 2, 7 um auswerten. Hiefür wird ein Filter vorgeschlagen, dessen Durchlassbereich beide Resonanzstrahlungsbereiche einschliesst. Für diesen Zweck sind als geeignete Filtertypen unter anderem auch Interferenzfilter angeführt. Dieser Filtertyp ist auch in der AT-PS Nr. 310619 der Pateninhaberin im Zusammenhang mit einem Flammenmelder erwähnt.
Nachteilig bei solchen, die Kohlendioxyd-Resonanzstrahlung auswertenden Flammenmeldern war jedoch, dass die darin verwendeten Strahlungsdetektoren zu breitbandig waren und noch auf andere Strahlungsanteile ansprachen. Übliche Interferenzfilter für 4, 3 um besitzen beispielsweise Seitenbänder, die im nahen Infrarot oder im sichtbaren Bereich liegen, so dass Störstrahlung in diesen Spektralgebieten ebenfalls detektiert wird.
Nakajima verwendet daher ein spezielles von Optical Coating Laboratory entwickeltes Filter, das zwar die Kohlendioxyd-Resonanzstrahlung umfasst, jedoch für die praktische Verwendung noch zu breitbandig ist (3, 9 bis 5, 2 um). Um benachbarte Störstrahlung zu eliminieren, muss daher ein spezielles Bleiselenid-Photoelement des Santa Barbara Research Center verwendet werden, das Strahlung mit grösserer Wellenlänge als 4, 3 um abschneidet. Nachteilig ist hiebei, dass bei Normaltemperatur die Kohlendioxyd-Resonanzstrahlung bereits auf der Kante des Empfindlichkeitsabfalles liegt, so dass die Flammenstrahlung nicht voll ausgenutzt werden kann und die Empfindlichkeit des Flammenmelders nicht den optimal möglichen Wert erreicht.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein den Erfordernissen genauer entsprechendes Filter für einen Strahlungsdetektor eines Flammenmelders zu schaffen, der dadurch eine bessere Störunanfälligkeit, geringere Fehlalarmanfälligkeit und höhere Empfindlichkeit aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass das Filter ein Quarz-Filterelement und ein Germanium-Filterelement aufweist. Zusätzlich kann ein Spektralbandfilter mit einem maximalen Durchlassbereich für Wellenlängen von 4, 0 bis 4, 8 um, vorzugsweise für Wellenlängen von etwa 4, 3 bis 4, 4 um, vorgesehen sein, welches in an sich bekannter Weise aus Interferenzfilter-Schichten gebildet ist. Als Sensorelement kann dann ein pyroelektrischesElement verwendet werden, welches eine optimale Empfindlichkeit gewährleistet.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles eines Strahlungsdetektors erläutert.
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Dieser Strahlungsdetektor weist auf seiner Frontseite ein erfindungsgemäss ausgebildetes Filter auf. Dieses besteht aus einer Kombination mehrerer Filterelemente, u. zw. vor allem aus einer Quarzschicht --2-- und aus einer Germaniumschicht --6--. Zusätzlich ist dazwischen ein Schmal-
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kann aus mehreren Schichten zusammengesetzt sein. Jede Schicht besteht aus einem dielektrischen Material. Das aus den Schichten-6, 1 und 2-bestehende Filter wird in ein sogenanntes "TO-5"-Ge- häuse --7-- eingebaut. Ein solches Gehäuse ist unter dieser technischen Bezeichnung überall auf dem Markt erhältlich. Das Filter wird im Gehäuse mittels Klebstoff --3-- festgelegt. Im Gehäuse ist das Sensorelement--4--, eventuell zusammen mit einem Feldeffekttransistor, untergebracht.
Dieses Element wandelt die optischen Strahlen in elektrische Signale um. Diese Signale gelangen über die Leitungen --5-- auf nicht dargestellte Stromkreise. Das Sensorelement--4-kann ein pyroelektrischer Detektor, wie z. B. Lithium-Tantalat oder Blei-Zirkonat-Titanat, oder ein NTC-Thermistor oder ein Photoleiter oder eine Thermosäule sein.
Der Vorteil dieser Anordnung in einem Flammenmelder ist, dass das Quarzfilter Strahlung über 4, 5 jim Wellenlänge praktisch nicht durchlässt. Das Germanium-Filterelement besitzt dagegen eine scharfe untere Kante etwas unterhalb 1, 5 j. lm. Für kürzere Wellenlängen, insbesondere für sichtbares Licht, ist dieses Germanium-Filterelement praktisch undurchlässig. Das Interferenzfilter - lässt vorzugsweise nur Strahlung im Spektralgebiet von 4, 3 bis 4, 4 um durch.
Mit dieser Filterkombination wird erreicht, dass der Durchlassbereich auf die unmittelbare
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lung mit einer Wellenlänge unter 1, 5 um durch das Germanium-Filter --6-- praktisch vollständig blockiert wird. Im Wellenlängenbereich zwischen 1, 5 und 4, 2 jim ist die Durchlässigkeit kleiner als 1% des Maximalwertes bei 4, 3 bis 4, 4 um.
Die beschriebene Filterkombination weist also im nahen Infrarot eine Störunterdrückung um einen Faktor von mehr als 100 auf, im Bereich sichtbaren Lichtes und im fernen Infrarot oberhalb der Resonanzwellenlänge von Kohlendioxyd eine Unterdrückung um mehr als den Faktor 1000. Störstrahlungen wie Sonnen- und Tageslicht sowie Strahlungen von künstlichen Lichtquellen, wie Glühlampen oder Fluoreszenzlampen, und andere Störungen, wie Schweissfunken usw., die kein scharfes
Intensitätsmaximum bei der Resonanzwellenlänge von Kohlendioxyd aufweisen, werden also durch das beschriebene Filter nahezu vollständig vom Sensorelement ferngehalten, auch wenn deren Intensität erheblich grösser ist, z. B. mehr als das Tausendfache, als die Flammenstrahlung.
Es ist daher möglich, bereits eine Flammenbildung im Anfangstadium auch bei Anwesenheit von Lichtund anderer Störstrahlung mit ausserordentlicher Sicherheit zu erkennen und von anderer Strahlung zu unterscheiden. Bei Verwendung der beschriebenen Filterkombination kann dabei ein besonders empfindliches Sensorelement, wie die beschriebenen pyroelektrischen Elemente, verwendet werden, ohne dass ein Empfindlichkeitsverlust eintritt.
Das pyroelektrische Element --4-- ist über die Anschlüsse --5-- an eine nicht dargestellte Auswerteschaltung angeschlossen, die bei Vorhandensein und Detektion von Flammenstrahlung ein entsprechendes Signal abgibt, beispielsweise gemäss einem andern Vorschlag der Patentinhaberin.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Filter für einen Strahlungsdetektor eines Flammenmelders mit einem Sensorelement, vor welchem das Filter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Quarz-Filterelement (2) und ein Germanium-Filterelement (6) aufweist.