Die Erfindung betrifft einen Steustrahlungs-Rauchdetektor mit wenigstens einer Strahlungsquelle, die ein Strahlenbündel aussendet, und wenigstens einem Streustrahlungsempfänger ausserhalb des Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle.
Unter Strahlung wird jede Art elektromagnetischer Strahlung verstanden, insbesondere sichtbares Licht, Ultraviolettund Infrarotstrahlung.
Solche Streustrahlungsmelder werden beispielsweise für die Branddetektion gebraucht, wobei bei Auftreten einer bestimmten Rauchkonzentration in der Luft mittels einer geeigneten, bekannten Schaltung ein Alarmsignal gegeben wird.
Als Strahlungsquellen können beispielsweise elektrische Glühlampen oder andere Temperaturstrahler, Entladungslampen, LASER Leuchtdioden oder andere lichtemittierende Halbleiter, sowie stromlose, durch radioaktive Präparate angeregte Lichtquellen, z.B. vom Typ Betalight, verwendet werden. Ebenso können die Strahlungsempfänger von verschiedener Art sein, z.B. Fotowiderstände, Fotozellen, Fototransistoren, Solarzellen, usw.
Vorbekannte Streustrahlungs-Rauchdetektoren venvenden meist nur einen oder wenige Strahlungsempfänger. Dadurch wird nur ein geringer Teil der Streustrahlung erfasst und die Empfindlichkeit ist dementsprechend gering. Ausserdem haben die in der Praxis auftretenden Raucharten unterschiedliche Eigenschaften.
Die Richtung der Streustrahlung hängt ebenfalls von verschiedenen physikalischen Faktoren ab, nämlich vom Durchmesser des Teilchens, dessen Transparenz, Brechungsindex sowie Form und Oberflächenbeschaffenheit. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, zum Nachweis des dunklen oder schwarzen Rauches auch die Rückwärtsstreuung auszunützen.
Bei grösseren und transparenteren Rauchpartikeln drängt sich die Ausnützung der Vonvärtsstreuung auf.
Es kommt daher vor, dass vorbekannte Streustrahlungs Rauchmelder auf bestimmte Arten von Rauch nicht oder nur sehr schwach reagieren, so dass die Alarmschwelle nicht sicher erreicht wird, was für die Brandmeldetechnik untragbar ist.
Ausserdem werden von vorbekannten Meldern die Strahlungsempfänger von der eigentlichen Streustrahlung unter bestimmten Umständen nicht oder schlecht getroffen, wohl aber von der Störstrahlung, die an Wänden, Reflektoren, usw.
durch Reflektion entsteht. Bei solchen Geräten fällt das Siganl-Rausch-Verhältnis ungünstig aus. Es ist mit solchen Meldern unmöglich, schwache Streustrahlung nachzuweisen, da diese von der Störstrahlung überdeckt wird und daher die Streustrahlung von der Störstrahlung nicht mehr unterschieden werden kann, oder es kann sogar ein Fehlalarm ausgelöst werden.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, unter Vermeidung der erwähnten Nachteile einen Rauchdetektor mit grösserer Empfindlichkeit, erhöhter Betriebssicherheit und geringerer Fehlalarmanfälligkeit zu schaffen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Streustrahlung aufnehmende Mittel koaxial zum Strahlenbündel angeordnet sind, um die Streustrahlung aus verschiedenen Richtungen zu erfassen.
Andererseits ist durch weitere Ausbildung der erfindungsgemässen Lösung eine Strahlen- und Blendenanordnung möglich, welche optimal wenig Störstrahlung erzeugt, sofern man nicht zum vornherein Strahlungsquellen, wie z.B. LASER, vorzieht, dessen Strahlung ab Quelle praktisch parallel gebündelt abgegeben wird und der daher technisch besonders vorteilhaft ist, wenn auch für manche Anwendungen zu aufwendig.
Bei Nicht-Laserstrahlung kann ein paralleles Strahlenbündel wie folgt erzeugt werden. Eine Linse wird so angeordnet, dass ihr einer Brennpunkt in eine punktförmige Strahlungsquelle fällt. Die Strahlung, welche die Linse verlässt, wird mit einer Anzahl Blenden möglichst parallel gebündelt. Je besser die Bündelung, desto geringer ist die Störstrahlung und desto besser ist das Signal-Rausch-Verhältnis. Von den Blenden wird angenommen, dass sie alle, ev. bis auf die letzte oder zweitletzte, die gleiche Bohrung aufweisen.
Die Strahlungsempfänger sind Vorteilhaft um das parallele Strahlenbündel so angeordnet, dass sie einen möglichst grossen Raumwinkel lückenlos erfassen.
Im Betrieb ergibt sich folgendes:
Wenn kein Brand vorliegt, so verlässt die Strahlung den Bereich der Strahlungsempfänger durch eine eigens dafür geschaffene Öffnung in demselben. Sie wird in sogenannten Strahlenfallen, bzw. Strahlenhörnern oder Strahlenflächen in Wärme umgewandelt, so dass von dieser Strahlung keine Störstrahlung mehr ausgehen kann.
Im Brandfall dagegen wird ein Teil der Strahlung je nach Beschaffenheit der Partikel in verschiedene räumliche Richtungen gestreut. Ein anderer Teil der Strahlung wird vom Rauch absorbiert, der Rest tritt durch die erwähnte Öffnung aus dem Bereich der Strahlungsempfänger aus und gelangt in die Strahlenfalle. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass in jedem Fall, d.h. bei Strahlung, die rückwärts, seitlich oder vorwärts gestreut wird, Elemente für die Detektion des Rauches vorhanden sind. Diese Anordnung arbeitet daher nahezu mit integraler Streulichterfassung. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, auch verschiedene Raucharten zu erfassen, indem vorteilhaft die die Streustrahlung aufnehmenden Mittel rings um das Strahlenbündel so angeordnet sind, dass die Streustrahlung in fast dem ganzen Raumwinkel erfasst wird.
Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Rauchdetektor, bei dem nur in einer Ebene Lichtempfänger angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt einen Rauchdetektor mit räumlich angeordneten Lichtempfänger-Elementen, sowie einer homförmigen Lichtfalle.
In Fig. 3 ist ein Rauchdetektor dargestellt, in welchem der Messraum als 2 Halbzylinder oder in der Form eines Fasses ausgebildete Lichtfühler aufweist.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Details einer in einem Rauchdetektor verwendbaren Strahlungsleiteranordnung.
Fig. 6 zeigt einen Rauchdetektor mit einem Strahlungsempfänger aus einem Bündel von Lichtleitern, die allfällig aufgefangene Streustrahlung einer fotoelektrischen Zelle zuführen.
Fig. 7 zeigt eine sogenannte Betalight-Quelle, welche keiner Energiezufuhr von aussen bedarf.
Fig. 8 zeigt einen Rauchdetektor mit einem als Hohlkugel ausgebildeten Strahlungsmessraum.
In Fig. 1 enthält das Gehäuse 1 des Streustrahlungs-Rauchdetektors eine Strahlungsquelle 2, einen Blendenteil 3, eine Messkammer 4, eine Strahlenfalle 5 und eine Auswerteschaltung 6, die eine bekannte Schwellenwertschaltung sein kann.
Die Luft bzw. der Rauch gelangt durch die Schlitze 7 und 8 in die Messkammer. Ein nicht dargestelltes bekanntes Labyrinth verhindert das Eindringen von Streustrahlung von aussen in die Messkammer durch die Schlitze 7 und 8.
Die Strahlungsquelle 2 weist einen in der Figur nicht dargestellten Halter auf, welcher am Gehäuse befestigt ist und auf dem der eigentliche Strahlungsgeber, z.B. von einer Batterie gespeist, sitzt. Zur Strahlungsquelle gehört ferner eine Blende 9 mit z.B. kreisrunder Blendenöffnung 10 und einer Linse 11.
Die Blendenöffnung 10 lässt einerseits genug Strahlung auf die Linse fallen, um. bei Eindringen von Rauch in den Messraum ein Signal zu erzeugen. Andererseits kann die Blendenöffnung als punktförmige Strahlenquelle aufgefasst werden. Wenn also der eine Brennpunkt der Linse mit der Blendenöffnung zusammenfällt, so erzeugt die Linse ein paralleles Strahlenbündel.
Die im Blendenraum angeordneten Blenden 12 weisen alle eine gleich grosse, z.B. kreisrunde Öffnung auf. Die Blenden 12 folgen einander mit wachsenden Abständen. Der kleine Teil von Streustrahlung, welcher durch die Linse gelangt, wird am Blendenrand der ersten Blende unter dem Auftreffwinkel reflektiert und fällt auf die zweite Blende 12, wird also ausgelöscht. Dasselbe geschieht wegen des wachsenden Blendenabstandes mit der Streustrahlung, welche von der Linse zum Rand der zweiten Blendenöffnung gelangt. Die dritte Blende fängt diese Strahlung ab usw. Die Anzahl der Blenden kann grösser als 4 sein. Damit wird die Strahlungsquelle normalerweise länger als der Messteil. Die Streustrahlung, welche auf den Rand der letzten Blende im Blendenraum fällt, ist vernachlässigbar schwach verglichen mit der Parallelstrahlung, welche unmittelbar von der Linse herkommt.
Nach dem Durchgang durch die letzte Blende durchquert die Strahlung zuerst den Messraum. Wenn kein Rauch vorhanden ist, verlässt sie diesen und gelangt in die Strahlenfalle 5 von bekannter Bauart, die eine grosse Zahl verschieden langer konzentrische Zylinder oder Nadeln aufweist, so dass von der Strahlenfalle fast keine einfallende Strahlung mehr zurückgeworfen wird.
Bei Vorhandensein von dichtem schwarzem Rauch gelangt überhaupt keine Strahlung mehr in die Strahlenfalle. Die Strahlung wird vielmehr vom Rauch zurückgeworfen oder absorbiert. Sowohl hierbei als auch bei unsichtbarem Rauch kommt nun der Vorteil der Erfindung voll zur Geltung. In Fig. 1 sind nur 4 Strahlenempfänger vorgesehen, nämlich zwei Fotowiderstände 13, symmetrisch zur Strahlenachse, nahe dem Blendenteil gelegen für die Rückwärtsstreuung, und zwei fotoelektrische Wandler 14, die in der gleichen Ebene wie die Fotowiderstände und die Strahlenachse liegen und ebenfalls symmetrisch zur Strahlenachse angeordnet sind, für die Vorwärtsstreuung. Fotowiderstände 13 und fotoelektrische Wand ler 14 befinden sich je in einem kleinen Gehäuse 15, welches nur für einen einzigen Fotowiderstand 13 dargestellt ist.
Das Gehäuse ist durch Blenden 16 von Streustrahlung geschützt und mit einem Halter 17 am Gehäuse 1 befestigt.
Bei weniger absorbierendem bzw. reflektierendem Rauch erhalten die Elemente 13 unter Umständen zu wenig Strahlung, um die Schwellenspannung zu erzeugen. In einem solchen Fall erhalten jedoch die fotoelektrischen Wandler Strahlung und geben ihrerseits ein Stromsignal ab. Durch eine geeignete elektronische Schaltung, die sich im Raum 6 befindet, werden die Signale der Elemente 13 bzw. 14 umgewandelt und addiert und die Schwellenwertschaltung angesteuert. Die Schaltung spricht daher ohne Rücksicht darauf an, ob der Rauch die Strahlung eher vorwärts oder rückwärts streut, d.h.
unbekümmert darum, ob es sich um weissen oder schwarzen Rauch handelt.
In dem Beispiel nach Fig. 2 sind gegenüber Fig. 1 einige Verbesserungen verwirklicht, wobei Gehäuse, Halterungen, usw. im Interesse der Klarheit weggelassen wurden. Als Strahlenquelle kann dieselbe Einrichtung verwendet werden, wie für Fig. 1.
Es kann jedoch, wie übrigens auch in den Figuren 1 - 4 und 8 ein Laserbündel verwendet werden. In Fig. 2 werden mehr fotoelektrische Wandler 19, 19', 19" für die Erfassung der Vorwärts-, Rückwärts- und Seitwärtsstreustrahlung eingesetzt als in Fig. 1. Diese Elemente sind nunmehr nicht nur in einer Ebene, sondern räumlich in mehreren Ebenen angeordnet, wovon Fig. 2 nur eine Schnittebene darstellt. Hinsichtlich der Anordnung der Elemente besteht Rotationssymmetrie. Weiter ist die Strahlungsfalle 20, abweichend von derjenigen in Fig. 1, als Horn ausgebildet.
Das noch relativ schwache Signal bei einer Anordnung nach Fig. 1 wird bei einer Anordnung nach Fig. 2 durch das Vorhandensein einer grösseren Zahl von Elementen selbstverständlich erheblich verstärkt.
In dem Beispiel nach Fig. 3 sind zwei Schalen, die aus zwei Zylinderhälften 21 bestehen können oder zusammen die Gestalt eines Fasses annehmen, als Fühler yorgesehen. Man erhält dadurch sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsstreustrahlung ein Signal. Anstelle der Horn-Strahlungsfalle ist abermals eine andere Falle 22 dargestellt. Die Länge des Messteils d wird im Falle einer Nicht-Laser-Strahlungsquelle zweckmässigerweise kleiner als 1/4 D gewählt, wobei D der Länge des Blendenteils entspricht. Ferner wird der Abstand D' des Empfangsteiles von der Strahlungsfalle zweckmässigerweise mindestens ¯ 2d gewählt.
Fig. 4 stellt eine Ansicht des Messteils eines Rauchdetektors in Richtung der Strahlung dar. Um mit nur einem fotoelektrischen Element auszukommen, sind anstelle mehrerer fotoelektrischer Zellen Strahlungsleiter 23 vorgesehen, die der einzigen fotoelektrischen Zelle 24 die Streustrahlung zuführen.
In dem Beispiel nach Fig. 5 sind Strahlungsleiter 23 und zwei fotoelektrische Zellen 24 symmetrisch zur Strahlungsachse angeordnet.
Fig. 6 stellt den wichtigsten Teil eines Streustrahlungs Rauchdetektors bei Verwendung der Anordnung nach Fig. 4 dar. Dabei wird die gleiche Strahlungsfalle wie in Fig. 3 benützt.
Fig. 7 zeigt eine bekannte stromlose, radioaktive Beta Strahlen-Strahlungsquelle 35, deren Strahlung mit Strahlungsleitern 25 einer Linse 26 zugeführt wird, welche daraus ein planparalleles Strahlungsbündel herstellt.
Fig. 8 zeigt einen Streustrahlungs-Rauchmelder mit kugelförmig ausgebildetem Strahlungs-Messraum 27. Dabei ist die Kugel-Innenwand als fotoelektrisches Element ausgebildet.
Die Anordnung bezweckt, die gesamte Streustrahlung möglichst gleichmässig und vollständig zu erfassen, ohne eine bestimmte Streurichtung, d.h. vorwärts, seitlich oder rückwärts gestreute Strahlung zu bevorzugen.
Die vorstehenden Erläuterungen zeigen, dass sich in der beschriebenen Art ein Streustrahlungs-Rauchdetektor schaffen lässt, der die Streustrahlung von Rauchpartikeln vollständiger als bisher erfasst und somit eine optimale Empfnd- lichkeit aufweist, wobei die Störstrahlung weiter vermindert werden kann, so dass die Fehlalarmanfälligkeit herabgesetzt und die Betriebssicherheit erhöht wird.