Dispositif détecteur à au moins une cellule photoélectrique. L'invention a pour objet un dispositif détecteur à au moins une cellule photoélec trique.
Les cellules photoélectriques sont utilisées pour actionner divers types de dispositifs in dicateurs ou avertisseurs, dans lesquels le phé nomène devant provoquer une indication ou un avertissement modifie la quantité de lu mière frappant la ou les cellules en question. Un circuit comportant une ou plusieurs cellules, fournit une tension qui subit des fluctuations selon l'illumination des cellules. Cette tension est employée, si nécessaire après une amplifi cation appropriée, pour faire fonctionner un indicateur ou un avertisseur.
Un des désavan tages de ce type de dispositif découle du fait qu'il peut produire des fluctuations de ten sion dues à des phénomènes différents de ceux qu'on désire détecter, ces fluctuations de tension fournissant des signaux indésira bles. En général, de telles fluctuations de ten sion sont produites avec une rapidité diffé rente de celle des fluctuations fournissant un signal utile.
A titre d'exemple, on peut considérer un dispositif de détection de fumées, dans lequel. l'intensité d'un faisceau lumineux, projeté à travers une zone dans laquelle existe un danger d'incendie, de faon à. illuminer une cellule photoélectrique, est réduite par la présence de fumées. En plus d'un signal utile produit par les fumées passant dans le fais- ceau lumineux, un signal indésirable peut être produit par une brume, due à de la pous sière ou à du brouillard naturel, ou encore par un encrassement d'une lentille ou d'un verre protégeant la cellule.
Tous ces phéno mènes sont de nature à produire des fluctua tions de tension très lentes et, bien qu'il soit souhaitable d'éliminer les signaux indésira bles qu'ils produisent, il n'en reste pas moins désirable que le dispositif soit sensible à un signal utile produit par un feu qui couve et dont, la fumée s'accumule également de ma nière graduelle. Des considérations similaires peuvent être valables pour d'autres disposi tifs, dans lesquels on désire éliminer des fluc tuations de tension très lentes, mais dans les quels on désire cependant que ces fluctuations produisent un effet s'ils atteignent une am pleur déterminée.
Dans ce but., dans le dispositif objet de l'invention, les signaux fournis par la cellule sont appliqués aux bornes d'un diviseur de tension comprenant deux parties présentant chacune une impédance élevée en courant con tinu, la première de ces parties présentant une faible impédance pour de rapides fluctua tions de tension et des signaux étant recueillis aux bornes de la seconde pour faire fonction ner un indicateur que comprend le dispositif. L'indicateur est ainsi insensible à de lentes fluctuations de tension d'amplitude inférieure à une valeur déterminée. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispo sitif de détection objet de l'invention.
La fig. 1 en est. un schéma électrique, et la fig. 2 en est un schéma d'installation, illustrant le fonctionnement.
Deux cellules photoélectriques équilibrées 1 et 2 sont connectées en série aux bornes d'une batterie de polarisation 3, par l'inter médiaire de conducteurs 4, 5 et 6 respective ment, de fagon à former un pont. Ces cellules sont illuminées par une lampe 7, équipée d'un réflecteur 8 et montée dans un projec teur représenté schématiquement en 9 (fig. 2), l'optique de ce projecteur étant constituée, pour plus de simplicité, par une seule len tille 10. Le projecteur 9 est monté près du plafond, sur une paroi d'un local dans lequel on désire détecter l'apparition de fumées, par exemple pour prévenir un incendie.
Le projecteur dirige un faisceau de rayons lumi neux parallèles 11 vers une paroi opposée à celle sur laquelle il est installé, à. travers l'es pace séparant ces parois, de manière à illumi ner la cellule 1, montée dans un réceptacle 12, muni d'une optique représentée en 13.
La cellule 2, qu'on appellera cellule de ré férence, est montée dans le boîtier du projec teur 9 et est illuminée directement par la lampe 7, à travers une petite ouverture 14 ménagée dans un écran 15. La grandeur de l'ouverture 14 est telle que dans les condi tions normales, lorsqu'il n'y a pas de fumées dans le faisceau lumineux 11, les cellules 1. et 2 sont également illuminées, en sorte que leurs impédances sont égales et qu'il n'y a pas de différence de potentiel entre le point commun P des deux cellules et la prise médiane Q de la batterie de polarisation 3. Toutefois, dès qu'il se produit, de manière quelconque, une interruption dans le faisceau lumineux 11, l'équilibre optique du pont est détruit, ce qui engendre une différence de potentiel entre les points P et Q.
L'illumination de la cellule 1 diminue, ce qui accroît son impédance et abaisse le potentiel du point P, ce potentiel étant, dès lors, négatif par rapport à celui du point Q. Cette différence de potentiel est appliquée entre les bornes d'entrée X et Y d'un diviseur de tension, comprenant une première partie constituée par une résistance R2 de 650 meg- ohms montée en parallèle avec un conden sateur Ci d'une capacité de 1 microfarad et une seconde partie constituée par une résis tance RI de 100 megohms. Un petit conden sateur C2 d'une capacité de 0,
003 microfarad est connecté directement aux bornes d'entrée <I>v et Y.</I> La tension recueillie entre la prise intermédiaire Z du diviseur de tension et son extrémité k est appliquée entre la cathode et l'électrode de commande d'un tube à, décharge 1.6 du type à cathode froide, clans un sens tel que l'électrode de commande soit rendue né gative par rapport à la cathode. L n conden sateur C; d'une capacité de 2 microfarads est connecté en série avec l'enroulement 17 d'un petit relais branché entre la cathode et l'anode du tube 16, par l'intermédiaire de conducteurs 18 et 19 respectivement.
Ce con densateur Cs est. chargé par l'intermédiaire d'une résistance de cliarfl-e 20 de 1 megohm, à partir d'une source de tension continue 21 de 150 volts. Lorsque le condensateur C3 est chargé, l'anode du tube 16 est maintenue à sa tension de fonctionnement et, dès que la dif férence de potentiel entre l'électrode de com mande et la cathode du tube 16 atteint une valeur suffisante, une décharge est amorcée dans le tube 16.
L'amorcage d'une décharge dans un tube tel qtie le tube 16, par l'application d'une tension de polarisation négative à l'électrode de commande, n'est pas courante, mais donne lieu, ainsi qu'on l'a constaté, à. un fonctionne ment extrêmement sensible du tube. Ce fonc tionnement est décrit., de manière détaillée, dans le brevet, suisse N-27-5643. Dès qu'une décharge est amorcée dans le tube 16, le con densateur Cs se décharge à. travers l'enroule ment 17, le courant étant limité par une ré sistance analogue 2'' de 10 000 ohms.
Lorsque le condensateur C,; se décharge, sa. tension diminue rapidement jusqu'à être inférieure à celle nécessaire pour maintenir la décharge dans le tube 16, et celle-ci est alors interrom- pue, puisque la présence de la résistance 20 l'empêche d'être entretenue par la batterie 21. La décharge est toutefois suffisante pour actionner le relais, qui est alors maintenu par un faible courant fourni par une source 23 de faible tension. Ce courant de maintien est limité par une résistance 24. Un. condensateur ('.4 d'une capacité de 1 microfarad est con necté en parallèle avec l'enroulement 17.
La borne positive de la source 23 est reliée à la borne négative de la source 21, de sorte que le courant de maintien circule dans le même sens que le courant de décharge du conden sateur Lorsque le relais est actionné, il ferme ses contacts 25, de manière à mettre en circuit un indicateur, constitué par un avertisseur 26, alimenté par la source 23. Le relais peut être ramené en position de repos en interrom pant momentanément son circuit de maintien à l'aide d'un interrupteur à bouton-poussoir 27. En cas d'incendie dans le bâtiment., les fumées passent ordinairement dans le fais ceau lumineux 11 en tourbillons, de manière à produire une diminution relativement brus- (lue de l'illumination de la cellule 1.
Ceci en gendre, dans le pont, tune fluctuation de ten sion relativement rapide qui est appliquée au diviseur de tension, comme décrit ci-dessus. Le condensateur C1 n'oppose qu'une faible impédance à ce signal qui n'est ainsi appliqué qu'avec une faible réduction, entre la cathode et l'électrode de commande du tube 16. Une décharge est amorcée dans le tube, de façon à faire fonctionner l'avertisseur 26.
Toutefois, si l'illumination de la cellule 1 est très gra duellement. réduite par la présence de brume ou de vapeurs dans le bâtiment ou par en crassenient des lentilles 10 ou 13 ou par toute autre cause similaire, la fluctuation de ten sion produite est lente et rencontre une impé dance très considérable de la part du conden sateur<B>Ci.</B> Elle est alors insuffisante pour amorcer une décharge dans le tube 16.
1n raison de la présence de la résistance R2, une partie de cette tension réduite dans le rapport 7,5 à 1, est toutefois transmise aux bornes de sortie Z et X du diviseur de tension et, si cette tension atteint une valeur suffi sante, comme cela serait le cas en présence d'un feu couvant, la tension appliquée entre les points X et Z fait fonctionner au bout d'un certain temps l'avertisseur 26. Le condensateur C2 court-ciucuite les bornes X et Y pour toutes les fluctuations de tension très rapides, produites par l'obs curcissement momentané du faisceau lu mineux 11, et dues, par exemple, à la chute d'un objet, tel qu'une feuille de papier, tra versant ce faisceau.
Ce condensateur n'a qu'un effet insignifiant sur des signaux uti les. D'autres formes de signaux indésirables apparaissent dans un dispositif de détection de fumées ou dans Lin dispositif analogue, fonctionnant de manière continue pendant de longues périodes. Ces signaux sont dus à la détérioration graduelle de la lampe d'illumi nation ou des cellules elles-mêmes. Ils sont éli minés, ainsi qu'il est de pratique courante, en utilisant une paire de cellules équilibrées branchées en pont. et en illuminant ces deux cellules à l'aide d'une seule et même lampe. Des fluctuations inadéquates de tension se manifestent également dans les deux bras da pont et servent ainsi à se supprimer l'une l'autre.
Ce raffinement supplémentaire est toutefois souvent superflu, par exemple dans des dispositifs ne fonctionnant que pendant quelques heures consécutives et pouvant être réajustés après leur emploi. Ainsi, il est clair que, tandis que les signaux indésirables sont éliminés et ne peuvent provoquer de fausses alarmes, les signaux utiles, dus à un feu ordi naire ou à un feu couvant, sont efficaces pour faire fonctionner l'avertisseur, en sorte que le dispositif est d'un fonctionnement sûr, même s'il n'a pas été contrôlé depuis très longtemps.
Le tube à cathode froide 16, ainsi que les parties constituant le diviseur de tension, sont logés en arrière du .projecteur 9, comme re présenté schématiquement à la fig. 2. Cet agencement est avantageux en ce sens qu'on ne doit disposer qu'un court conducteur entre le point médian P, le diviseur de tension et le tube 16 à cathode froide. Il va de soi que, lorsque le circuit comporte des résistances de valeurs similaires à celles des résistances R1 et R., il importe que la résistance d'isolement des conducteurs associés soit élevée. En utili sant de courts conducteurs et. en les enfer mant de la manière représentée, on favorise dans une grande mesure le maintien d'une résistance d'isolement élevée.
Le restant de l'équipement électrique peut être monté en un endroit convenable quelconque du bâti ment, la partie du dispositif représentée à la fig. 2 étant reliée à ce restant de l'équipement par des conducteurs 4, 5, 18 et 19.
Detector device with at least one photoelectric cell. The subject of the invention is a detector device with at least one photoelectric cell.
Photoelectric cells are used to actuate various types of indicator or warning devices, in which the phenomenon to cause an indication or warning alters the amount of light striking the cell or cells in question. A circuit comprising one or more cells supplies a voltage which undergoes fluctuations according to the illumination of the cells. This voltage is used, if necessary after appropriate amplification, to operate an indicator or alarm.
One of the drawbacks of this type of device stems from the fact that it can produce voltage fluctuations due to phenomena other than those which it is desired to detect, these voltage fluctuations providing undesirable signals. In general, such voltage fluctuations are produced with a different rapidity than fluctuations providing a useful signal.
By way of example, one can consider a smoke detection device, in which. the intensity of a light beam, projected through an area in which there is a danger of fire, fawn to. illuminate a photocell, is reduced by the presence of smoke. In addition to a useful signal produced by the smoke passing through the light beam, an undesirable signal can be produced by haze, due to dust or natural fog, or even by fouling of a lens. or a glass protecting the cell.
All of these phenomena are such as to produce very slow voltage fluctuations and, although it is desirable to eliminate the unwanted signals which they produce, it is nonetheless desirable that the device be sensitive to voltage. a useful signal produced by a smoldering fire, the smoke of which also accumulates gradually. Similar considerations may be valid for other devices, in which it is desired to eliminate very slow voltage fluctuations, but in which it is nevertheless desired that these fluctuations produce an effect if they reach a determined magnitude.
For this purpose., In the device which is the subject of the invention, the signals supplied by the cell are applied to the terminals of a voltage divider comprising two parts each having a high DC impedance, the first of these parts having a low impedance for rapid voltage fluctuations and signals being collected across the second to operate an indicator included in the device. The indicator is thus insensitive to slow voltage fluctuations of amplitude less than a determined value. The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the detection device which is the subject of the invention.
Fig. 1 is. an electrical diagram, and fig. 2 is an installation diagram illustrating the operation.
Two balanced photoelectric cells 1 and 2 are connected in series to the terminals of a bias battery 3, via conductors 4, 5 and 6 respectively, so as to form a bridge. These cells are illuminated by a lamp 7, equipped with a reflector 8 and mounted in a projector shown schematically at 9 (fig. 2), the optics of this projector being constituted, for greater simplicity, by a single lens. 10. The projector 9 is mounted near the ceiling, on a wall of a room in which it is desired to detect the appearance of smoke, for example to prevent a fire.
The projector directs a beam of parallel light rays 11 towards a wall opposite to that on which it is installed, to. through the space separating these walls, so as to illuminate the cell 1, mounted in a receptacle 12, provided with an optic shown at 13.
The cell 2, which will be called the reference cell, is mounted in the housing of the projector 9 and is illuminated directly by the lamp 7, through a small opening 14 made in a screen 15. The size of the opening 14 is such that under normal conditions, when there is no smoke in the light beam 11, cells 1 and 2 are also illuminated, so that their impedances are equal and that there is no no potential difference between the common point P of the two cells and the center tap Q of the polarization battery 3. However, as soon as there is any interruption in the light beam 11, the optical balance of the bridge is destroyed, which generates a potential difference between points P and Q.
The illumination of cell 1 decreases, which increases its impedance and lowers the potential of point P, this potential being, therefore, negative with respect to that of point Q. This potential difference is applied between the input terminals X and Y of a voltage divider, comprising a first part consisting of a resistor R2 of 650 meg-ohms connected in parallel with a capacitor Ci with a capacity of 1 microfarad and a second part consisting of a resistor RI of 100 megohms. A small C2 capacitor with a capacity of 0,
003 microfarad is connected directly to the input terminals <I> v and Y. </I> The voltage collected between the intermediate tap Z of the voltage divider and its end k is applied between the cathode and the control electrode of a cold cathode type discharge tube 1.6 in a direction such that the control electrode is negated with respect to the cathode. L n capacitor C; with a capacity of 2 microfarads is connected in series with the winding 17 of a small relay connected between the cathode and the anode of the tube 16, via conductors 18 and 19 respectively.
This capacitor Cs est. charged through a 1 megohm cliarfl-e 20 resistor, from a 150 volt DC voltage source. When capacitor C3 is charged, the anode of tube 16 is maintained at its operating voltage, and as soon as the potential difference between the control electrode and the cathode of tube 16 reaches a sufficient value, a discharge is initiated. primed in tube 16.
The initiation of a discharge in a tube such as the tube 16, by the application of a negative bias voltage to the control electrode, is not common, but gives rise, as we have seen. found, at. extremely sensitive operation of the tube. This operation is described in detail in Swiss patent N-27-5643. As soon as a discharge is initiated in the tube 16, the capacitor Cs discharges to. through winding 17, the current being limited by a similar 2 '' 10,000 ohm resistor.
When the capacitor C ,; discharges, its. The voltage decreases rapidly until it is lower than that necessary to maintain the discharge in the tube 16, and the latter is then interrupted, since the presence of the resistor 20 prevents it from being maintained by the battery 21. The discharge is however sufficient to actuate the relay, which is then maintained by a low current supplied by a source 23 of low voltage. This holding current is limited by a resistor 24. A capacitor ('.4 with a capacity of 1 microfarad is connected in parallel with the winding 17.
The positive terminal of the source 23 is connected to the negative terminal of the source 21, so that the holding current flows in the same direction as the discharge current of the capacitor. When the relay is actuated, it closes its contacts 25, so as to switch on an indicator, consisting of an alarm 26, supplied by the source 23. The relay can be returned to the rest position by momentarily interrupting its holding circuit using a push-button switch 27. In the event of a fire in the building, the smoke ordinarily passes through the light beam 11 in swirls, so as to produce a relatively abrupt decrease in the illumination of cell 1.
This results in a relatively rapid voltage fluctuation in the bridge which is applied to the voltage divider, as described above. The capacitor C1 opposes only a weak impedance to this signal which is thus applied only with a small reduction, between the cathode and the control electrode of the tube 16. A discharge is initiated in the tube, so to operate the horn 26.
However, if the illumination of cell 1 is very gradual. reduced by the presence of mist or vapors in the building or by dirtying lenses 10 or 13 or by any other similar cause, the voltage fluctuation produced is slow and meets with very considerable impedance from the condenser. B> Ci. </B> It is then insufficient to initiate a discharge in tube 16.
Due to the presence of resistor R2, part of this voltage reduced in the ratio 7.5 to 1, is however transmitted to the output terminals Z and X of the voltage divider and, if this voltage reaches a sufficient value, as would be the case in the presence of a smoldering fire, the voltage applied between points X and Z causes alarm 26 to operate after a certain time. Capacitor C2 bypasses terminals X and Y for all terminals. very rapid voltage fluctuations, produced by the momentary darkening of the light beam 11, and due, for example, to the fall of an object, such as a sheet of paper, passing through this beam.
This capacitor has only an insignificant effect on useful signals. Other forms of unwanted signals appear in a smoke detection device or the like, operating continuously for long periods of time. These signals are due to the gradual deterioration of the illumination lamp or of the cells themselves. They are removed, as is common practice, using a pair of balanced bridged cells. and by illuminating these two cells using a single lamp. Inadequate voltage fluctuations also occur in the two bridge arms and thus serve to suppress each other.
This additional refinement is however often superfluous, for example in devices which only operate for a few consecutive hours and which can be readjusted after their use. Thus, it is clear that while unwanted signals are eliminated and cannot cause false alarms, useful signals, due to an ordinary or smoldering fire, are effective in operating the alarm, so that the device is safe to operate even if it has not been tested for a very long time.
The cold cathode tube 16, as well as the parts constituting the voltage divider, are housed behind the .projector 9, as shown schematically in FIG. 2. This arrangement is advantageous in that only a short conductor is required between the midpoint P, the voltage divider and the cold cathode tube 16. It goes without saying that, when the circuit comprises resistors of values similar to those of resistors R1 and R., it is important that the insulation resistance of the associated conductors be high. Using short conductors and. by hollowing them out in the manner shown, the maintenance of a high insulation resistance is greatly favored.
The remainder of the electrical equipment can be mounted at any suitable location in the building, the part of the device shown in fig. 2 being connected to this remainder of the equipment by conductors 4, 5, 18 and 19.