Die Erfindung betrifft ein Extinktions-Messgerät mit einer Strahlungsquelle und mit einem von deren Strahlung beaufschlagten Strahlungsempfänger.
Bei einem solchen Gerät durchsetzt die Strahlung ein zu untersuchendes Medium. Wenn sich die Strahlungsextinktion dieses Mediums ändert, z. B. infolge Vorhandenseins strahlungsabsorbierender oder streuender Beimischungen, so ändert sich die Bestrahlung des Strahlungsempfängers, und eine mit diesem verbundene Auswerteschaltung gibt in bekannter Weise ein Signal ab. Dabei kann diese Schaltung in ebenfalls bekannter Weise so ausgebildet sein, dass langsame Änderungen infolge von Eigenschaftsänderungen der Bauteile oder von langsamer Verstaubung kompensiert werden oder dass sehr plötzlich auftretende Änderungen, z. B. infolge Ausfall von Bauteilen, als Störung angezeigt werden.
Im Prinzip lässt sich ein solches Extinktions-Messgerät zur Untersuchung eines beliebigen gasförmigen oder flüssigen Mediums verwenden, dessen Strahlungsdurchlässigkeit sich in irgendeiner Weise ändert, z. B. durch Beimischung von Schwebeteilchen oder anderer strahlungsabsorbierender Komponenten. Eine besondere Anwendung ist die Benützung als Brandmelder zur Feststellung von Rauch, Brandaerosol oder CO in der Luft. Hierbei wird durch die Auswertschaltung bei einem vorbestimmten Grad der Strahlungsschwächung ein Alarmsignal ausgelöst.
Um bei solchen Geräten bereits eine geringe Strahlungsextinktion feststellen zu können, ist ein relativ langer Strahlungsweg erforderlich. Vorbekannte Extinktions-Messgeräte hatten daher relativ grosse Abmessungen und liessen sich nicht auf kleinem Raum unterbringen. Es ist zwar bekannt, den Strahlungsweg solcher Extinktions-Messgeräte durch Re flexionsspiegel mehrfach umzuleiten. Solche Geräte erfordern jedoch eine genaue Justierung der verwendeten Spiegel sowie der Emissions- und Empfangsrichtung der Strahlung von der Strahlungsquelle und zum Empfänger mittels präziser und teurer Optiken. Solche vorbekannte Extinktions-Messgeräte waren daher teuer, sehr empfindlich, mechanisch nicht sehr stabil und empfindlich gegen Vibrationen, die optischen Teile mussten genau justiert werden und waren einer fortlaufenden Verstaubung ausgesetzt.
Die Strahlung der Strahlungsquelle musste genau ausgerichtet sein, was entweder durch Verwendung eines komplizierten und teuren Lasers oder durch eine Bündelungsoptik erreicht wurde, wobei jedoch nur ein kleiner Teil der Gesamtstrahlung ausgenützt werden konnte.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines auf kleinstem Raum unterzubringenden Extinktions-Messgerätes, welches keine Optiken und keine Justierung erfordert, welches mechanisch stabil ist und einen verbesserten Wirkungsgrad der Strahlungsquelle aufweist.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein die Strahlung von der Quelle zum Empfänger leitendes, das zu untersuchende Medium aufnehmendes Rohr mit gekrümmter Achse und mit strahlungsreflektierender Innenseite.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel eines Extinktions-Messgerätes;
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht, Fig. 3 ein ähnliches Beispiel in Seitenansicht.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Extinktions-Messgerät ist ein Strahlungssender 1 mit einer Strahlungsquelle 2, z. B. einer lichtemittierenden Diode, vorgesehen. Die Wellenlänge der Strahlung ist zweckmässigerweise auf die Extinktionseigenschaften des zu untersuchenden Mediums abgestimmt und kann im ultravioletten sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen, z. B. im Absorptionsbereich der nachzuweisenden Komponente.
Die von der Strahlungsquelle 2 emittierte Strahlung wird in ein Rohr 3 mit gekrümmter Achse ausgesandt. Das Rohr 3 besitzt eine Einlassöffnung 4 und eine Auslassöffnung 5 zur Zufuhr oder Abfuhr des zu untersuchenden Mediums. Beispielsweise kann die Einlassöffnung an eine Absaugeinrichtung in einem Gebäude angeschlossen sein, so dass die aus den einzelnen Räumen des Gebäudes abgesaugte Luft zumindest teilweise das gekrümmte Rohr 3 durchströmt und somit in der Luft auftretender Rauch oder Verbrennungsgase festgestellt werden können. In diesem Fall dient das Gerät als Brandmelder.
Die Innenseite des gekrümmten Rohres 3 ist spiegelnd ausgebildet. Beispielsweise kann das gesamte Rohr aus Metall mit spiegelnder Innenseite bestehen, z. B. verchromt oder vernikkelt sein oder es kann ein Kunststoffrohr benützt werden, dessen Innenseite in bekannter Weise verspiegelt ist.
Das von der Strahlungsquelle 2 emittierte Licht wird nun von der Innenwandung des Rohres 3 fortlaufend reflektiert und folgt somit jeder Krümmung des Rohres, solange bis es auf den am anderen Rohrende angebrachten photoelektrischen Wandler 7 des Strahlungsempfängers 6 auftrifft.
Durch die fortlaufende Reflexion der Strahlung an der Innenwand des Rohres 3 geht zwar ein Teil der Strahlungsintensität verloren. Diese Verluste werden jedoch dadurch ausgeglichen, dass praktisch die gesamte in einen Halbraum emittierte Strahlung von dem beschriebenen Gerät ausgenützt wird, während bei vorbekannten Extinktions-Messgeräten nur ein sehr kleiner Raumwinkel verwendet werden konnte und zusätzlich wegen der nicht ganz exakten Parallelität der Strahlung in vorbekannten Extinktions-Messgeräten bei langen Strahlungslängen ein erheblicher Strahlungsanteil verloren ging, insbesondere bei nicht genauer Justierung. Bei dem Gerät gemäss vorliegender Erfindung ist dagegen überhaupt keine Justierung nötig und es ist automatisch ein optimaler Wirkungsgrad sichergestellt.
Da keine genau justierten optischen Teile vorhanden sind, ist das beschriebene Gerät auch weitgehend vibrationsunempfindlich und weist eine erheblich bessere Stabilität auf als vorbekannte Extinktions-Messgeräte.
Strahlungssender 1 und Strahlungsempfänger 6 sind mit einer Auswerteschaltung 8 verbunden, welche die vom Sender 1 ausgesandte Strahlung mit der empfangenen Strahlung in bekannter Weise vergleicht und an eine Anzeigeeinrichtung 9 ein Signal weitergibt. An einem Anzeigeinstrument 10 kann beispielsweise die Strahlungsextinktion direkt angezeigt werden, zweckmässigerweise so, dass die Konzentration der nachzuweisenden Komponente im Medium, z. B. die Rauchdichte in der Luft, direkt angezeigt wird. Zusätzlich kann eine Alarmanzeige A vorgesehen sein, welche ein Alarmsignal anzeigt, sobald die Rauchdichte eine vorgegebene Konzentration überschreitet. Die weiter dargestellten Anzeigeeinrichtungen P und T dienen der Betriebsanzeige bzw. der Störungssignalisation, z. B. bei Auftreten sehr plötzlicher Änderungen, welche auf einen Bauteildefekt zurückgeführt werden müssen.
Vorteilhaft bei der beschriebenen Konstruktion ist weiterhin, dass Strahlungssender 1 und Strahlungsempfänger 6 nahe benachbart zueinander angeordnet werden können und somit lange elektrische Leitungen, wie bei vorbekannten geradelinigen Extinktions-Messgeräten vermieden werden. Ausserdem ist vorteilhaft, dass durch die vielfachen Reflexionen im Rohrinnern der Strahlungsweg zusätzlich verlängert wird, so dass die Länge des gekrümmten Rohres wesentlich kürzer sein kann als die eines gleichwertigen, geraden Rohres, was den Wirkungsgrad weiter verbessert.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Detektorrohres. In diesem Beispiel ist das Rohr 11 als zweieinhalbfache Spirale ausgebildet, an dessen beiden Enden 12 und 13 wie derum Strahlungssender und Strahlungsempfänger angeordnet sind. Das Rohr ist mit einer Anzahl kleiner Öffnungen 14 versehen, durch welche die Aussenluft in das Rohrinnere eintreten kann. Die Gesamtfläche dieser Öffnungen ist so klein gewählt, dass die Reflexion im Rohrinnern nur wenig beeinträchtigt wird, dass jedoch ein genügend schnelles Eindringen der Aussenatmosphäre in das Rohrinnere stattfinden kann. Im übrigen ist die Funktion die gleiche wie in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Ein solches Extinktions-Messgerät läst sich sehr vorteilhaft als Brandmelder verwenden, da der in der Nähe des Brandmelders entstehende Rauch durch die Öffnungen 14 in das Innere des Rohres 11 eindringt und dort eine Strahlungsextinktion verursacht, welche von der zugehörigen Auswerteschaltung registriert und zur Alarmsignalgabe ausgewertet wird.
Fig. 3 stellt ein ähnliches Extinktions-Messgerät dar, bei welchem das innen verspiegelte Rohr 15 die Form einer zweieinhalbfachen Spirale hat, und welches wiederum mit Lufteintrittsöffnungen 16 versehen ist. Wiederum ist ein Strahlungssender 17 an einem Ende des Rohres und ein Strahlungsempfänger 18 am entgegengesetzten Rohrende vorgesehen, sowie eine mit Sender 17 und Empfänger 18 verbundene Auswerteschaltung 19, welche wie in den anderen Beispielen das Vorhandensein von lichtabsorbierenden Komponenten, z. B.
Rauch, im Innern des Rohres 15 signalisiert und bei Über- schreitung einer gefährlichen Konzentration ein Alarmsignal auslöst.
PATENTANSPRUCH 1
Extinktions-Messgerät mit einer Strahlungsquelle und einem von deren Strahlung beaufschlagten Strahlungsempfänger, gekennzeichnet durch ein die Strahlung von der Quelle zum Empfänger leitendes, das zu untersuchende Medium aufnehmendes Rohr mit gekrümmter Achse und mit strahlungsreflektierender Innenseite.
UNTERANSPRÜCHE
1. Messgerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr ein Metallrohr ist.
2. Messgerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr ein auf der Innenseite verspiegeltes Kunststoffrohr ist.
3. Messgerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das zu untersuchende Medium aufweist.
4. Messgerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr eine Vielzahl von Öffnungen zum Eintritt des umgebenden Mediums aufweist.
5. Messgerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr die Form einer wenigstens anderthalbfachen Spirale aufweist.
6. Messgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rohrenden, an welchen der Strahlungssender bzw. -empfänger angeschlossen sind, zueinander benachbart angeordnet sind.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung des Extinktions-Messgerätes nach Patentanspruch I zur Brandmeldung, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsextinktion durch in der Luft befindliche Verbrennungsprodukte bestimmt wird.
UNTERANSPRÜCHE
7. Verwendung des Messgerätes nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlung im Absorptionsbereich der nachzuweisenden Verbrennungsprodukte verwendet wird.
8. Verwendung des Messgerätes nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebeenen Strahlungsextinktion ein Alarmsignal gegeben wird.
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The invention relates to an extinction measuring device with a radiation source and with a radiation receiver acted upon by its radiation.
In such a device, the radiation penetrates a medium to be examined. If the radiation absorbance of this medium changes, e.g. B. due to the presence of radiation-absorbing or scattering admixtures, the irradiation of the radiation receiver changes, and an evaluation circuit connected to it emits a signal in a known manner. This circuit can also be designed in a known manner so that slow changes as a result of changes in properties of the components or slow dust accumulation are compensated or that changes that occur very suddenly, e.g. B. due to failure of components, are displayed as a fault.
In principle, such an extinction measuring device can be used to examine any gaseous or liquid medium whose radiation permeability changes in any way, e.g. B. by adding suspended particles or other radiation-absorbing components. A special application is the use as a fire detector to detect smoke, fire aerosol or CO in the air. In this case, an alarm signal is triggered by the evaluation circuit at a predetermined degree of attenuation of the radiation.
A relatively long radiation path is required in order to be able to determine even a low radiation absorbance with such devices. Previously known extinction measuring devices therefore had relatively large dimensions and could not be accommodated in a small space. Although it is known to redirect the radiation path of such extinction measuring devices by Re flexionsspiegel several times. However, such devices require precise adjustment of the mirrors used and the direction of emission and reception of the radiation from the radiation source and to the receiver by means of precise and expensive optics. Such previously known extinction measuring devices were therefore expensive, very sensitive, mechanically not very stable and sensitive to vibrations, the optical parts had to be precisely adjusted and were constantly exposed to dust.
The radiation from the radiation source had to be precisely aligned, which was achieved either by using a complicated and expensive laser or by focusing optics, although only a small part of the total radiation could be used.
The aim of the present invention is to eliminate the disadvantages mentioned and to create an extinction measuring device which can be accommodated in the smallest of spaces, which does not require optics and no adjustment, is mechanically stable and has an improved efficiency of the radiation source.
The invention is characterized by a tube which conducts the radiation from the source to the receiver and receives the medium to be examined, with a curved axis and a radiation-reflecting inside.
The invention is described on the basis of the exemplary embodiments shown in the figures.
Fig. 1 shows a first example of an extinction measuring device;
FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in a perspective view, FIG. 3 shows a similar example in a side view.
In the extinction measuring device shown in FIG. 1, a radiation transmitter 1 is provided with a radiation source 2, e.g. B. a light emitting diode is provided. The wavelength of the radiation is conveniently matched to the extinction properties of the medium to be examined and can be in the ultraviolet visible or infrared spectral range, e.g. B. in the absorption range of the component to be detected.
The radiation emitted by the radiation source 2 is emitted into a tube 3 with a curved axis. The tube 3 has an inlet opening 4 and an outlet opening 5 for supplying or removing the medium to be examined. For example, the inlet opening can be connected to an extraction device in a building so that the air extracted from the individual rooms of the building at least partially flows through the curved pipe 3 and smoke or combustion gases occurring in the air can thus be detected. In this case the device serves as a fire detector.
The inside of the curved tube 3 is designed to be reflective. For example, the entire tube can be made of metal with a reflective inside, e.g. B. chrome-plated or nickel-plated or a plastic tube can be used, the inside of which is mirrored in a known manner.
The light emitted by the radiation source 2 is now continuously reflected by the inner wall of the tube 3 and thus follows every curve of the tube until it hits the photoelectric converter 7 of the radiation receiver 6 attached to the other tube end.
Due to the continuous reflection of the radiation on the inner wall of the pipe 3, part of the radiation intensity is lost. However, these losses are compensated for by the fact that practically all of the radiation emitted in a half-space is used by the device described, while with previously known extinction measuring devices only a very small solid angle could be used and, in addition, because the radiation in previously known extinction is not exactly parallel -Measuring devices with long radiation lengths a considerable proportion of radiation was lost, especially if the adjustment was not precise. In the case of the device according to the present invention, on the other hand, no adjustment at all is necessary and optimum efficiency is automatically ensured.
Since there are no precisely adjusted optical parts, the device described is also largely insensitive to vibrations and has significantly better stability than previously known extinction measuring devices.
Radiation transmitter 1 and radiation receiver 6 are connected to an evaluation circuit 8 which compares the radiation emitted by transmitter 1 with the radiation received in a known manner and forwards a signal to a display device 9. For example, the radiation absorbance can be displayed directly on a display instrument 10, conveniently so that the concentration of the component to be detected in the medium, e.g. B. the smoke density in the air, is displayed directly. In addition, an alarm display A can be provided which displays an alarm signal as soon as the smoke density exceeds a predetermined concentration. The display devices P and T shown further are used to display the status or fault signaling, e.g. B. when very sudden changes occur, which must be attributed to a component defect.
Another advantage of the construction described is that the radiation transmitter 1 and the radiation receiver 6 can be arranged closely adjacent to one another, thus avoiding long electrical lines, as in the case of previously known linear extinction measuring devices. In addition, it is advantageous that the multiple reflections inside the pipe lengthen the radiation path so that the length of the curved pipe can be significantly shorter than that of an equivalent straight pipe, which further improves the efficiency.
Fig. 2 shows another embodiment of the detector tube. In this example, the tube 11 is designed as a two-and-a-half spiral, at both ends 12 and 13 of which a radiation transmitter and a radiation receiver are arranged. The pipe is provided with a number of small openings 14 through which the outside air can enter the pipe interior. The total area of these openings is selected to be so small that the reflection in the pipe interior is only slightly impaired, but that the outside atmosphere can penetrate the pipe interior sufficiently quickly. Otherwise, the function is the same as in the embodiment shown in FIG.
Such an extinction measuring device can be used very advantageously as a fire detector, since the smoke that arises in the vicinity of the fire detector penetrates through the openings 14 into the interior of the pipe 11 and causes radiation absorbance there, which is registered by the associated evaluation circuit and evaluated for alarm signaling .
3 shows a similar extinction measuring device in which the tube 15, which is mirrored on the inside, has the shape of a two-and-a-half-fold spiral, and which in turn is provided with air inlet openings 16. Again, a radiation transmitter 17 is provided at one end of the tube and a radiation receiver 18 at the opposite end of the tube, as well as an evaluation circuit 19 connected to the transmitter 17 and receiver 18, which, as in the other examples, detects the presence of light-absorbing components, e.g. B.
Smoke is signaled inside the pipe 15 and triggers an alarm signal if a dangerous concentration is exceeded.
PATENT CLAIM 1
Extinction measuring device with a radiation source and a radiation receiver acted upon by the radiation thereof, characterized by a tube which conducts the radiation from the source to the receiver and receives the medium to be examined, with a curved axis and a radiation-reflecting inside.
SUBCLAIMS
1. Measuring device according to claim I, characterized in that the tube is a metal tube.
2. Measuring device according to claim I, characterized in that the tube is a plastic tube mirrored on the inside.
3. Measuring device according to claim I, characterized in that the tube has an inlet opening and an outlet opening for the medium to be examined.
4. Measuring device according to claim I, characterized in that the tube has a plurality of openings for the entry of the surrounding medium.
5. Measuring device according to patent claim I, characterized in that the tube has the shape of at least one and a half spiral.
6. Measuring device according to claim 1, characterized in that the two pipe ends to which the radiation transmitter or receiver are connected are arranged adjacent to one another.
PATENT CLAIM II
Use of the extinction measuring device according to patent claim I for fire detection, characterized in that the radiation absorbance is determined by combustion products in the air.
SUBCLAIMS
7. Use of the measuring device according to claim II, characterized in that radiation is used in the absorption range of the combustion products to be detected.
8. Use of the measuring device according to claim II, characterized in that an alarm signal is given at a given radiation absorbance.
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