SYSTEME AVERTISSEUR ET DETECTEUR DE FUMEE.
(ayant fait l'objet d'une demande de brevet déposée en Grande-Bretagne le 5 janvier 1949 conjointement avec MM. W.A. CHAMBERS et A.G. CLARKE - déclaration de la déposante.)
La présente invention est relative à un appareil pour détecter la présence de particules de fumée dans l'air, par la variation de l'illumination d'une cellule photoélectrique, cette variation étant due à la présence de telles particules dans un faisceau lumineux associé à la cellule photoélectrique.
Dans un tel appareil, le faisceau lumineux peut être orienté de manière à illuminer directement la cellule photoélectrique, auquel cas la présence de particules de fumée provoque un obscurcissement et diminue l'illumination de la cellule. Dans un autre cas, le faisceau lumineux peut être orienté par rapport à la cellule de façon que, bien que cette cellule ne soit normalement pas sensiblement illuminée en l'absence de fumée, elle soit cependant indirectement illuminée par la lumière dispersée ou diffusée par les particules de fumée, lorsque de telles particules sont présentes dans le faisceau lumineux.
Suivant la présente invention, deux cellules photoélectriques correspondantes sont disposées, par rapport à une source de lumière, de façon que l'une des cellules soit illuminée directement, tandis que l'àutre est illuminée indirectement de là manière décrite ci-dessus, les deux cellules étant connectées en série l'une à l'autre aux bornes d'une source de tension de polarisation, de manière à former un circuit en pont. En conditions normales, les cellules sont polarisées au moyen d'une batterie, mais, dans certains
cas, il est plus avantageux d'employer du courant alternatif redressé. Le circuit en pont est équilibré optiquement en l'absence de fumée, par ajustement de l'intensité de la lumière frappant directement la première cellule,
la variation du potentiel au point médian entre les deux cellules, consécutive à l'apparition de fumée,..étant employée pour actionner un dispositif avertisseur.
L'agencement décrit ci-dessus présente un certain nombre d9avanta= ges vis-à-vis de la forme ordinaire de circuit en pont, dans laquelle seule une des deux cellules, connectées en série aux bornes d'une batterie de polarisation, est affectée par 1' apparition de fumée. Dans la disposition adop-
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tion de l'impédance de la cellule directement illuminée, tandis qu'en même temps l'impédance de la cellule indirectement illuminée est diminuée, ce qui amène le potentiel du point médian entre les deux cellules à varier dans une plus grande mesure que si 1-impédance d'une seule des cellules avait été modifiée. En plus de cette variation accentuée du potentiel au point médian entre les cellules, le domaine de sensibilité de l'appareil est également étendu. Lorsque la concentration en particules de fumée est faible, la variation d'illumination de la cellule influencée seulement par la lumière dif-
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que la variation d'illumination de la cellule directement illuminée est faible. Lorsque la concentration en particules de fumée augmente., l'illumination de la cellule influencée par la lumière diffusée ne croit cependant pas proportionnellement, parce que les particules voisines de la cellule produi-
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particules de fumée, l'illumination de la cellule indirectement illuminée est réduite, à cause de l'obscurcissement précité. A ces hautes concentrations, l'illumination de la cellule directement illuminée est sensiblement réduite et maintient la sensibilité de l'appareil dans une large gamme de concentrations en particules de fumée.
La variation accrue du potentiel au point médian entre les deux cellules;, produite par la disposition décrite ci-dessus, peut être encore augmentée par l'emploi- de deux cellules;, munies chacune d�'une enveloppe;, dans laquelle on a fait le vide, et polarisées à une tension supérieure à la tension nécessaire pour produire le courant de saturation correspondant au degré d'illumination, en l'absence de particules de fumée. Chaque cellule est de
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est nécessaire de faire référence à la figure 1 des dessins ci-.annexés, qui représente une famille de trois courbes typiques indiquant la variation du courant I (porté en ordonnée) par rapport à la tension de polarisation V
(portée en abscisse) pour une cellule à enveloppe;, dans laquelle .on a, fait le
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tion accrue de la cellule indirectement illuminée lors de l'apparition de particules de fumée.
Comme le montrent les.courbes, le courant varie, sensiblement pro-
<EMI ID=7.1> périeure à la tension nécessaire pour produire le courant de saturation, et
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Iules diminuera légèrement, en sorte que le courant passant dans ces cellules
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courbes X et Z respectivement ces points correspondant à leur tour aux ten-
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cellules. Ainsi, on verra que la tension aux bornes de la cellule directe-
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riation relativement grande du potentiel au point médian entre les deux cellules.
On décrira à.présent, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un appareil suivant l'invention" dans laquelle est appliqué le principe qui vient d'être décrit, en se référant aux figures 2, 3 et 4 des dessins ci-annexés, dans lesquels :
- la figure 2 est une vue en plan de l'appareil, après enlèvement de son couvercle supérieur;
- la figure 3 est une coupe verticale suivant la ligne III-III de la figure 2, et
- la figure 4 est un schéma de circuit.
L'appareil se compose essentiellement d'une boîte métallique carrée 1 de six pouces environ de côté et de deux pouces de hauteur. Dans la boîte, au voisinage d'un coin de celle-ci, se trouve une petite lampe électrique 2, derrière laquelle est monté un réflecteur cylindrique 3 et devant laquelle est
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parallèles s'étendant diagonalement à travers la boîte 1, dans le sens de la flèche 5. Ce faisceau lumineux sert à illuminer directement une cellule photoélectrique 6, dont l'enveloppe a été mise sous vide et qui est montée dans le coin diagonalement opposé de la boîte. Une seconde cellule 7, qui correspond à la cellule 6 et dont l'enveloppe a également été mise sous vide, est montée dans le troisième coin de la boîte, cette seconde cellule faisant face à l'autre diagonale de la boite et ayant sa surface sensible voisine du bord du faisceau lumineux.
La seconde cellule 7 n'est donc pas directement illuminée par le faisceau lumineux, en l'absence de fumée, et seule de la lumière.diffusée ou dispersée atteint sa surface sensible. Les deux cellules 6 et 7 sont con-
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représentés schématiquement en 8, sont enfermés dans un compartiment triangulaire clos 9, disposé dans le quatrième coin de la boîte. La zone, dans laquelle de la fumée peut être présente dans le faisceau lumineux, est définie par un tunnel métallique vertical 10 de section carrée, prévu au centre de la boîte 1, ce tunnel s9étendant entre les couvercles supérieur et inférieur 11 et 12 respectivement de la boîte, des trous carrés correspondants
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et 12 sont recouverts de capots 13 et 14 respectivement, autour-desquels de l'air chargé de fumée peut s'infiltrer dans le sens des flèches et être entraîné dans le tunnel par convection. Dans le côté 15 du tunnel 10 est ménagée une ouverture rectangulaire, de façon à permettre au faisceau lumineux de traverser le tunnel. Dans le côté opposé 16 de ce tunnel est ménagée une petite ouverture centrale 17, dont la grandeur peut être modifiée grâce à un bras de guillotine 18 articulé en 19 entre le côté 16 du tunnel et la cellule 6. La position angulaire de ce bras 18 est commandée par une vis 20 agissant à l'encontre d'un ressort de tension 21. La tête de la vis 20 est accessible de l'extérieur de la boite, en sorte que la grandeur de.,l'ouverture
17 peut facilement être réglée.
La partie restante du côté 16 du tunnel est conformée comme miroir destiné à réfléchir la lumière, qui ne passe pas par l'ouverture 17, cet agencement servant à doubler sensiblement la quantité de lumière passant devant la cellule 7 et ainsi à doubler la lumière diffusée dans cette cellule 7 par des particules de fumée.
Les deux cellules 6 et 7 sont connectées en série aux bornes de
<EMI ID=17.1> 120 volts, de manière à donner une tension de 60 volts aux bornes de chaque cellule, lorsque le circuit en pont est équilibré, cette tension étant égale au double environ de la tension de saturation pour les cellules utilisées.
Le circuit en pont est optiquement équilibré en l'absence de fumée, par l'ajustement du bras de guillotine 18, de manière à réduire l'illumination de
la cellule directement illuminée 6 jusqu'à une valeur correspondant à celle de la lumière diffusée frappant la cellule 7. Dans ces conditions, il n'existera sensiblement pas de différence de potentiel entre la prise médiane 22
de la batterie et le point médian 23 entre les deux cellules.
La prise médiane 22 de la batterie 8 est connectée à la cathode d'un tube à cathode froide 24, tandis que le point médian 23 entre les deux cellules est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance 25 de 10 megohms, à l'électrode de commande du tube 24. Un condensateur 26 est connecté en série à l'enroulement 27 d'un petit relais 28 entre la cathode et l'anode du tube 24. Le condensateur 26 est chargé, par l'intermédiaire d'une résistance de chargement 28 d'un megohm, à partir d'une batterie à haute tension 29 de 150 volts. Lorsque le condensateur 26 est chargé, l'anode du tube 24 est maintenue à sa tension de fonctionnement et dès que la différence de potentiel entre l'électrode de commande et la cathode du tube 24 atteint une va-
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qu'un fonctionnement très sensible du tube 24 est assuré, lorsque la décharge dans ledit tube est amorcée en polarisant l'électrode de commande à une faible tension négative par rapport à la cathode. C'est pourquoi les cellu-
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le point médian entre les cellules négatif par rapport à la prise médiane de la batterie, lors de l'apparition de fumée. Dès qu'une décharge est amorcée par l'apparition de fumée, le condensateur 26 se décharge par l'enroulement
27 du relais 28, le courant étant limité par une résistance anodique 30 de
10.000 ohms.
Dès que la décharge a eu lieu, la tension aux bornes du condensateur 26 tombe rapidement jusqu'à être inférieure à celle nécessaire pour maintenir la décharge dans le tube 24, en sorte que cette dernière décharge est interrompue, étant donné que la résistance de chargement 28 ne peut laisser passer qu'un courant très faible, qui est nettement insuffisant pour maintenir la décharge. La brève décharge est, toutefois, suffisante pour actionner le relais 28, qui est alors maintenu dans la position actionnée par un.faible courant circulant dans l'enroulement 27, ce faible courant étant fourni par une source à faible tension 31 et limité par une résistance 32, un condensateur 33 d'une capacité de 1 microfarad étant connecté en parallèle à l'enroulement 27 du relais 28.
La borne positive de la source à faible tension 31 est connectée à la borne négative de la batterie 29, de façon à assurer la circulation d'un courant de maintien dans le même sens que le courant de décharge à partir du condensateur 26.
Lorsque le relais 28 est actionné, il ferme ses contacts 34, de façon à fermer un circuit vers un dispositif avertisseur 35 alimenté par lasource à faible tension 31. Ainsi, lorsqu'il apparaît de la- fumée dans le faisceau lumineux, une décharge est amorcée dans le tube 24, le relais 28
est actionné et le dispositif avertisseur 35 est mis en service. Lorsque la fumée s'est dissipée, le relais peut être ramené dans sa position originelle, en coupant momentanément le circuit de maintien à l'aide d'un commutateur à bouton-poussoir 36, l'appareil étant alors à nouveau prêt à l'emploi..
Le tube à cathode froide 24 et le relais 28, représentés schématiquement à la figure 2, sont enfermés dans un compartiment clos 37, qui peut être retiré et remis en place, dans son ensemble, en cas de défaillance. Les connexions entre les cellules, la batterie et le tube, qui ne sont pas représentées à la figure 2, passent à travers des ouvertures scellées, ménagées dans les parois du compartiment. Le restant de l'équipement électrique est monté sur un tableau de commande, qui peut être placé en un endrôit éloigné de l'appareil de détection. Des fils conducteurs relient l'appareil de détection au tableau de commande, en passant par des manchons de sortie 38 scellés dans la paroi de la boite 1. Comme le montrent les dessins, l'appareil de détection constitue en lui-même un ensemble complètement indépendant.
SMOKE WARNING AND DETECTOR SYSTEM.
(having been the subject of a patent application filed in Great Britain on January 5, 1949, jointly with Messrs. W.A. CHAMBERS and A.G. CLARKE - declaration by the applicant.)
The present invention relates to an apparatus for detecting the presence of smoke particles in the air, by the variation of the illumination of a photoelectric cell, this variation being due to the presence of such particles in a light beam associated with the photoelectric cell.
In such an apparatus, the light beam can be oriented so as to directly illuminate the photoelectric cell, in which case the presence of smoke particles causes darkening and decreases the illumination of the cell. In another case, the light beam can be oriented relative to the cell so that, although this cell is not normally substantially illuminated in the absence of smoke, it is nevertheless indirectly illuminated by the light scattered or scattered by the smoke. smoke particles, when such particles are present in the light beam.
According to the present invention, two corresponding photoelectric cells are arranged, relative to a light source, so that one of the cells is directly illuminated, while the other is indirectly illuminated in the manner described above, both cells being connected in series to one another across a bias voltage source, so as to form a bridge circuit. Under normal conditions, cells are polarized by means of a battery, but in some
In this case, it is more advantageous to use rectified alternating current. The bridge circuit is optically balanced in the absence of smoke, by adjusting the intensity of the light directly striking the first cell,
the variation of the potential at the midpoint between the two cells, following the appearance of smoke, .. being used to activate a warning device.
The arrangement described above presents a number of advantages over the ordinary form of a bridge circuit, in which only one of the two cells, connected in series to the terminals of a bias battery, is affected. by the appearance of smoke. In the provision adopted
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tion of the impedance of the directly illuminated cell, while at the same time the impedance of the indirectly illuminated cell is decreased, causing the potential of the midpoint between the two cells to vary to a greater extent than if 1 -impedance of only one of the cells had been changed. In addition to this accentuated variation in potential at the midpoint between cells, the sensitivity range of the device is also extended. When the concentration of smoke particles is low, the variation in illumination of the cell influenced only by the diffuse light.
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that the variation in illumination of the directly illuminated cell is low. When the concentration of smoke particles increases, the illumination of the cell influenced by the scattered light does not increase proportionally, however, because the particles neighboring the cell produce
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smoke particles, the illumination of the indirectly illuminated cell is reduced, due to the aforementioned obscuration. At these high concentrations, the illumination of the directly illuminated cell is significantly reduced and maintains the sensitivity of the apparatus over a wide range of smoke particle concentrations.
The increased variation of the potential at the midpoint between the two cells ;, produced by the arrangement described above, can be further increased by the use of two cells ;, each provided with an envelope ;, in which we created a vacuum, and polarized at a voltage greater than the voltage necessary to produce the saturation current corresponding to the degree of illumination, in the absence of smoke particles. Each cell is
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It is necessary to refer to figure 1 of the attached drawings, which represents a family of three typical curves indicating the variation of the current I (plotted on the y-axis) with respect to the bias voltage V
(carried on the x-axis) for a cell with an envelope ;, in which.
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increased tion of the indirectly illuminated cell during the appearance of smoke particles.
As the curves show, the current varies, appreciably pro-
<EMI ID = 7.1> greater than the voltage required to produce the saturation current, and
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Iules will decrease slightly, so that the current flowing through these cells
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curves X and Z respectively these points corresponding in turn to the tension
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cells. Thus, we will see that the voltage at the terminals of the direct cell
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relatively large riation of potential at the midpoint between the two cells.
Will be described à.present, by way of example, an embodiment of an apparatus according to the invention "in which the principle which has just been described is applied, with reference to FIGS. 2, 3 and 4 of attached drawings, in which:
- Figure 2 is a plan view of the device, after removal of its top cover;
- Figure 3 is a vertical section along the line III-III of Figure 2, and
- Figure 4 is a circuit diagram.
The apparatus consists essentially of a square metal box 1 approximately six inches in side and two inches in height. In the box, in the vicinity of a corner of it, is a small electric lamp 2, behind which is mounted a cylindrical reflector 3 and in front of which is
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parallels extending diagonally through the box 1, in the direction of arrow 5. This light beam serves to directly illuminate a photocell 6, the envelope of which has been evacuated and which is mounted in the diagonally opposite corner of the box. A second cell 7, which corresponds to cell 6 and whose envelope has also been evacuated, is mounted in the third corner of the box, this second cell facing the other diagonal of the box and having its surface sensitive near the edge of the light beam.
The second cell 7 is therefore not directly illuminated by the light beam, in the absence of smoke, and only light that is scattered or scattered reaches its sensitive surface. The two cells 6 and 7 are con-
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shown schematically at 8, are enclosed in a closed triangular compartment 9, arranged in the fourth corner of the box. The zone, in which smoke may be present in the light beam, is defined by a vertical metal tunnel 10 of square section, provided in the center of the box 1, this tunnel extending between the upper and lower covers 11 and 12 respectively of the box, corresponding square holes
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and 12 are covered with hoods 13 and 14 respectively, around which smoke-laden air can infiltrate in the direction of the arrows and be entrained in the tunnel by convection. In the side 15 of the tunnel 10 is formed a rectangular opening, so as to allow the light beam to pass through the tunnel. In the opposite side 16 of this tunnel is formed a small central opening 17, the size of which can be modified by means of a guillotine arm 18 articulated at 19 between the side 16 of the tunnel and the cell 6. The angular position of this arm 18 is controlled by a screw 20 acting against a tension spring 21. The head of the screw 20 is accessible from outside the box, so that the size of., the opening
17 can easily be adjusted.
The remaining part of the side 16 of the tunnel is shaped as a mirror intended to reflect the light, which does not pass through the opening 17, this arrangement serving to substantially double the quantity of light passing in front of the cell 7 and thus to double the scattered light. in this cell 7 by smoke particles.
The two cells 6 and 7 are connected in series to the terminals of
<EMI ID = 17.1> 120 volts, so as to give a voltage of 60 volts at the terminals of each cell, when the bridge circuit is balanced, this voltage being equal to approximately twice the saturation voltage for the cells used.
The bridge circuit is optically balanced in the absence of smoke, by adjusting the guillotine arm 18, so as to reduce the illumination of
the directly illuminated cell 6 up to a value corresponding to that of the scattered light hitting the cell 7. Under these conditions, there will be noticeably no potential difference between the middle tap 22
of the battery and the midpoint 23 between the two cells.
The midpoint 22 of the battery 8 is connected to the cathode of a cold cathode tube 24, while the midpoint 23 between the two cells is connected, through a resistor 25 of 10 megohms, to the The control electrode of the tube 24. A capacitor 26 is connected in series to the winding 27 of a small relay 28 between the cathode and the anode of the tube 24. The capacitor 26 is charged, via a loading resistor 28 of a megohm, from a high voltage battery 29 of 150 volts. When the capacitor 26 is charged, the anode of the tube 24 is maintained at its operating voltage and as soon as the potential difference between the control electrode and the cathode of the tube 24 reaches a value.
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that a very sensitive operation of the tube 24 is ensured, when the discharge in said tube is initiated by biasing the control electrode to a low negative voltage relative to the cathode. This is why the cells
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the midpoint between cells negative with respect to the midpoint of the battery, when smoke appears. As soon as a discharge is initiated by the appearance of smoke, the capacitor 26 is discharged through the winding
27 of relay 28, the current being limited by an anode resistor 30 of
10,000 ohms.
As soon as the discharge has taken place, the voltage at the terminals of the capacitor 26 drops rapidly until it is lower than that necessary to maintain the discharge in the tube 24, so that this latter discharge is interrupted, since the charging resistor 28 can only allow a very weak current to pass, which is clearly insufficient to maintain the discharge. The brief discharge is, however, sufficient to actuate relay 28, which is then maintained in the actuated position by a low current flowing through winding 27, this low current being supplied by a low voltage source 31 and limited by a low current. resistor 32, a capacitor 33 with a capacity of 1 microfarad being connected in parallel to the winding 27 of the relay 28.
The positive terminal of the low voltage source 31 is connected to the negative terminal of the battery 29, so as to provide a flow of a holding current in the same direction as the discharge current from the capacitor 26.
When the relay 28 is actuated, it closes its contacts 34, so as to close a circuit to a warning device 35 supplied by the low voltage source 31. Thus, when smoke appears in the light beam, a discharge is caused. initiated in tube 24, relay 28
is actuated and the warning device 35 is put into service. When the smoke has cleared, the relay can be returned to its original position, momentarily interrupting the holding circuit using a push-button switch 36, the device then being ready for operation again. employment..
The cold cathode tube 24 and the relay 28, shown schematically in FIG. 2, are enclosed in a closed compartment 37, which can be removed and replaced, as a whole, in the event of failure. The connections between the cells, the battery and the tube, which are not shown in FIG. 2, pass through sealed openings made in the walls of the compartment. The remainder of the electrical equipment is mounted on a control panel, which can be placed in a location remote from the detection device. Conductive wires connect the detection device to the control panel, passing through outlet sleeves 38 sealed in the wall of the box 1. As shown in the drawings, the detection device itself constitutes a complete assembly. independent.