CH640963A5

CH640963A5 - Strahlungsdetektor fuer einen flammenmelder.

Info

Publication number: CH640963A5
Application number: CH854880A
Authority: CH
Inventors: Domokos Tar
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1978-04-25
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1984-01-31
Also published as: AU521239B2; GB2065880A; FR2424036B1; FR2470418A1; AU4648679A; AT381406B; FR2470418B1; ATA252479A; GB2020417A; CH628171A5; DE2857795C2; FR2424036A1; DE2823411A1; GB2020417B; JPS54146596A; DE2823411C2; JPS6239473B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor für einen Flammenmelder mit einem Sensorelement und einem vor diesem angeordneten Filter.

Flammenmelder sind in der Praxis verschiedenartigen Störstrahlungen ausgesetzt, die ein fehlerhaftes Meldesignal auslösen können. Aus den Patentschriften CH 509633, CH 519761, CH 537066 oder CH 558577 sind Flammenmelder bekannt, welche zur Unterscheidung einer Flamme von Störstrahlungen, wie Tageslicht, Sonnenstrahlungen oder künstliche Lichtquellen, die unterschiedlichen Eigenschaften von Flammen heranziehen, zum Beispiel das unregelmässige Flakkern 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 FR-PS 2151148 und K. Nakajima, Report of Fire Research Institute of Japan, 30 (December 1969), 55-61, ist es bekannt, dass die Strahlung einer Flamme überwiegend aus einer schmalbandigen Intensitätspitze im Spektralbereich der Resonanzstrahlung von Kohlendioxid bei etwa 4,3-4,4 |i,m besteht, neben einem wesentlich schwächeren breitbandigen Spektralgebiet im Bereich der sichtbaren Strahlung und dem nahen Infrarot. Die Kohlendioxid-Resonanzstrahlung tritt praktisch ausschliesslich bei Flammen auf, die bei der Verbrennung organischen Materiales entstehen, jedoch fast nie oder mit nur verschwindender Intensität bei Störstrahlungen. Ein Flammenmelder, der neben anderen Kriterien im wesentlichen die Resonanzstrahlung von Kohlendioxid auswertet, ist daher erheblich fehlalarmsicherer und störungsanfälliger als Flammenmelder, die Ultraviolettstrahlung, sichtbares Licht oder nahes Infrarot auswerten.

Nachteilig bei solchen, die Kohlendioxid-Resonanzstrahlung auswertenden Flammenmeldern war jedoch, dass die darin verwendeten Strahlungsdetektoren zu breitbandig waren und noch andere Strahlungsanteile durchliessen. 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 Kohlendioxid-Resonanzstrahlung umfasst, jedoch für die praktische Verwendung noch zu breitbandig ist (3,9-5,2 [im). Um benachbarte Störstrahlung zu eliminieren, muss daher ein spezielles Bleiselenid-Fotoelement des Santa Barbara Research Center verwendet werden, das Strahlung mit grösserer Wellenlänge als 4,3 [im abschneidet. Nachteilig ist hierbei, dass bei Normaltemperatur die Kohlendioxid-Resonanzstrahlung bereits auf der Kante des Empfindlichkeitsabfalles liegt, so dass die Flammenstrahlung nicht voll ausgenützt 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 insbesondere einen Strahlungsdetektor für einen Flammenmelder mit besserer Störunanfälligkeit, geringerer Fehlalarmfälligkeit und höherer Emfpindlichkeit zu schaffen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Quarzschicht, eine Halbleiterschicht und ein Interferenzfilter aufweist. Vorzugsweise besteht die Halbleiterschicht (6) aus Germanium. Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Interferenzfilter einen Durchlässigkeitsbereich von 4,0 bis 4,8 um auf. Als Sensorelement kann dann ein pyroelektrisches Element verwendet werden, welches eine optimale Empfindlichkeit gewährleistet.

Die Erfindung wird anhand des in der Figur wiedergegebenen Ausführungsbeispieles eines Strahlungsdetektors erläutert.

Dieser Strahlungsdetektor weist auf seiner Frontseite eine Filterkombination auf. Diese besteht aus einer Kombination mehrerer Filterelemente, zum Beispiel aus einer Germaniumschicht 6, einem Interferenzfilter 1 für 4,3 (im, und aus einer Quarzschicht 2. Diese verschiedenen Schichten liegen planparallel, wobei die Dicke der Germaniumschicht 6 etwa 1 mm, und des Interferenzfilters 1 etwa 1-50 (im, und die Dicke der Quarzschicht 2 etwa 0,5 mm betragen. Der Durchmesser dieser Schicht, bzw. der Filter, beträgt etwa 8-12 mm. Das Interferenzfilter 1 kann aus mehreren Schichten bestehen. Jede Schicht besteht aus einem dielektrischen Material. Das aus den Schichten 6,1 und 2 bestehende Filter wird in einem sogenannten «TO-5»-Gehäuse 7 untergebracht. Ein solches Gehäuse ist unter diesem Markennamen überall auf dem Markt erhältlich. Das Gehäuse wird mit dem Filter über eine Klebverbindung 3 verbunden. 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 zum Beispiel Lithium-Tantalat oder Blei-Zirkonat-Titanat, oder ein NTC-Thermistor oder ein Fotoleiter oder eine Thermosäule sein.

Der Vorteil dieser Anordnung in einem Flammenmelder ist, dass das Quarzfilter Strahlung über 4,5 [im Wellenlänge praktisch nicht durchlässt. Das Germanium-Filterelement besitzt dagegen eine scharfe untere Kante, etwas unterhalb 1,5 jim. Für kürzere Wellenlängen, insbesondere für sichtbares Licht, ist dieses Germanium-Filterelement praktisch undurchlässig. Das Interferenzfilter 1 lässt vorzugsweise nur Strahlung im Spektralgebiet von 4,3-4,4 um durch.

Mit dieser Filterkombination wird erreicht, dass der Durchlassbereich auf die unmittelbare Umgebung der Kohlendioxid-Resonanzlinie 4,3 (im beschränkt ist. Längerwellige Strahlung über 4,5 |J.m wird durch das Quarz-Filterelement 2 praktisch vollständig eliminiert, während Strahlung mit einer Wellenlänge unter 1,5 um durch das Germanium-Filter 6

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praktisch vollständig blockiert wird. Im Wellenlängenbereich zwischen 1,5 um und 4,2 ^m ist die Durchlässigkeit kleiner als 1% des Maximalwertes bei 4,3 (im bis 4,4 (J.m.

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 Kohlendioxid eine Unterdrückung um mehr als den Faktor 1000. Störstrahlungen wie Sonnen- und Tageslicht, sowie künstliche Lichtquellen wie Glühlampen, Fluoreszenzlampen und andere Störungen wie Schweissfunken usw., die kein scharfes Intensitätmaximum bei der Resonanzwellenlänge von Kohlendioxid aufweisen, werden also durch das beschriebene Filter nahezu vollständig vom Sensorelement ferngehalten, auch wenn deren Intensität erheblich grösser ist, zum Beispiel mehr als das Tausendfache, als die Flammenstrahlung. Es ist daher möglich, bereits eine Flammenbildung im Anfangsstadium auch bei Anwesenheit von Licht- und 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 pyro-elektrischen 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 der CH-PS 628171.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Strahlungsdetektor für einen Flammenmelder mit einem Sensorelement (4) und einem vor diesem angeordneten Filter (1,2,6), dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Quarzschicht (2), eine Halbleiterschicht (6) und ein Interferenzfilter (1) aufweist.

2. Strahlungsdetektor gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzfilter (1) einen Durchlässigkeitsbereich von 4,0 bis 4,8 |i.m aufweist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Strahlungsdetektor gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (6) aus Germanium besteht.

4. Strahlungsdetektor gemäss einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) als pyroelektrischer Sensor ausgebildet ist.

5. Strahlungsdetektor gemäss Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) aus Lithiumtanta-lat besteht.

6. Strahlungsdetektor gemäss Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (4) aus Blei-Zirko-nat-Titanat besteht.