CH686157A5 - Detecteur photoelectrique de fumee. - Google Patents
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Description
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Description
La présente invention concerne un détecteur photoélectrique de fumée et plus particulièrement la structure du système de détection de lumière à l'intérieur de son unité de détection de fumée.
Un détecteur photoélectrique de fumée du type à dispersion de lumière de l'art antérieur comporte à l'intérieur une chambre de détection de fumée qui communique avec l'extérieur lorsque le détecteur est fixé à un plafond, et en mode «surveillance», de la lumière infrarouge est émise par intermittence dans la chambre de détection de fumée et un élément détecteur de lumière détecte la lumière infrarouge, qui est dispersée par l'effet de la fumée entrant dans la chambre de détection de fumée. La chambre de détection de fumée a la forme générale d'un espace cylindrique plat qui s'étend suivant le plafond, dont la périphérie externe est entourée d'une protection contre les insectes et qui comporte à l'intérieur par rapport à la protection contre les insectes, une pluralité de plaques de labyrinthe ayant pour fonction d'assurer la communication avec l'extérieur et d'empêcher l'entrée de la lumière depuis l'extérieur.
Une source de lumière comprenant une diode émettant de la lumière infrarouge est prévue à l'emplacement de certaines des plaques de labyrinthe dans la chambre de détection de fumée et la diode émettrice de lumière infrarouge émet d'une manière intermittente de la lumière infrarouge en couvrant un angle relativement ouvert dans le sens de la largeur de la chambre. A une autre position entre d'autres plaques de labyrinthe de la chambre de détection de fumée, il y a un élément détecteur de lumière dont l'axe optique s'étend dans une direction qui coupe l'axe optique de la diode émettant de la lumière infrarouge et, entre la source de lumière et l'élément détecteur de lumière, il y a un élément constituant un écran pour empêcher que la lumière émise de la diode émettrice de lumière infrarouge ne tombe directement sur l'élément détecteur de lumière. Dans une autre position encore, proche de la paroi périphérique de la chambre de détection de fumée, il y a une diode émettrice de lumière d'essai émettant de la lumière pour des essais, faisant face à l'élément détecteur de lumière. L'élément détecteur de lumière est généralement constitué d'une photodiode couverte d'un capuchon protecteur et il est sensible aussi bien à la lumière infrarouge de la diode émettant de la lumière infrarouge, qu'à la lumière visible de la diode émettant de la lumière pour les essais.
Lorsque de la fumée entre dans la chambre de détection de fumée depuis l'extérieur à travers la protection contre les insectes et les plaques de labyrinthe, la lumière infrarouge émise par la source de lumière est dispersée par les particules de fumée et une partie de la lumière dispersée tombe sur l'élément détecteur de lumière. L'élément détecteur de lumière génère une sortie synchronisée avec l'émission intermittente de lumière de la diode émettrice de lumière infrarouge ou de la source de lumière, cette sortie est détectée en tant que densité de fumée par un circuit approprié de traitement des signaux électriques et elle est utilisée pour avertir d'un feu.
Lorsque l'on cherche à améliorer la sensibilité du détecteur photoélectrique de fumée conventionnel décrit ci-dessus ayant une chambre de détection de fumée du type plat, cette sensibilité dans la détection de la fumée est limitée par l'unité de détection optique elle-même et généralement, et il faut donc augmenter le gain dans le système amplificateur du signal dans le circuit de traitement du signal électrique du détecteur. Dans ce cas toutefois, la composante «bruit de fond» à la sortie du système de détection optique est également augmentée avec comme résultat que la sortie du détecteur est considérablement changée par un petit changement des paramètres, par exemple par l'effet d'une lumière externe parasite pénétrant dans la chambre de détection de fumée ou d'une contamination de la paroi interne de la chambre et du système optique.
L'objet principal de la présente invention est de fournir un détecteur photoélectrique de fumée du type mince qui surmonte les problèmes ci-dessus de l'art antérieur et qui permette d'augmenter la caractéristique de sensibilité de la détection optique de l'unité de détection de fumée, sans pratiquement souffrir des effets perturbateurs apportés par la lumière parasite externe, la contamination de la paroi interne de la chambre de détection de fumée, etc.
Selon un de ses aspects, la présente invention fournit un détecteur photoélectrique de fumée dans lequel une source lumineuse émet dans une chambre de détection de fumée plate et la lumière de la source lumineuse, lorsqu'elle est dispersée par l'effet de fumée pénétrant dans la chambre de détection de fumée, est détectée par un élément détecteur de lumière, le détecteur comprenant un moyen optique pour élargir le champ visuel de l'élément détecteur de lumière de manière à constituer un champ visuel plat dont la forme correspond en coupe transversale à celle de la chambre.
Dans une forme d'exécution préférée de la présente invention, le moyen optique comprend un élément condensant la lumière disposé devant la surface photosensible de l'élément détecteur de lumière.
Dans une autre forme d'exécution préférée de la présente invention, le moyen optique comprend en outre un élément d'arrêt du champ disposé devant l'élément condensant la lumière.
Dans une autre forme d'exécution préférée encore de la présente invention, l'élément d'arrêt du champ est en résine moulée et il a une ouverture d'arrêt rectangulaire en forme de fente, ainsi qu'une rainure circonférentielle formée dans la surface périphérique interne de l'ouverture.
Comme le détecteur photoélectrique de fumée de la présente invention comprend un moyen optique pour élargir horizontalement le champ visuel de l'élément détecteur de lumière dans le secteur de détection de la fumée, malgré le fait qu'une photodiode ayant en elle même un champ visuel de détection relativement faible est utilisée comme élément détecteur de lumière, la lumière dispersée par la fumée à l'intérieur de la chambre de détection de
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fumée peut être détectée avec un champ visuel large et il est possible d'améliorer le rapport S/B du détecteur en lui conférant une haute sensibilité, sans augmenter d'une manière considérable le gain du circuit de traitement du signal électrique. En outre, comme le gain du circuit électrique n'a pas besoin d'être augmenté, on aboutit aux résultats que ce dernier est moins sensible aux effets perturbateurs de la lumière parasite externe et de la contamination de l'unité de détection de fumée et qu'en même temps, l'effet de variations dans les paramètres des composants utilisés telles que les variations dans la tension du courant d'alimentation et dans la tension du circuit est diminué, ce qui permet de réaliser un détecteur photoélectrique de fumée capable de produire une sortie de détection qui est très fiable. En outre, comme le champ visuel de l'élément détecteur de lumière est coupé pour être plat, il est possible de le rendre moins sensible à l'effet de la contamination des faces terminales supérieure et inférieure de la chambre de détection de fumée et de réaliser la chambre de détection de fumée moins épaisse qu'auparavant et donc de fournir un détecteur d'un type mince.
L'invention sera rendue plus claire par la description détaillée qui suit, faite à l'aide des dessins en annexe, dans lesquels:
les fig. 1A à 1D sont des schémas en perspective des trajectoires optiques dans quatre constructions de base données à titre d'exemple, illustrant le principe du système de détection optique de fumée d'un détecteur photoélectrique de fumée selon la présente invention;
la fig. 2 est une vue en coupe transversale d'une unité de détection de fumée d'un détecteur photoélectrique de fumée selon une forme d'exécution particulière de la présente invention;
La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale, suivant la ligne A-O-A de la fig. 2, lorsqu'on regarde dans la direction des flèches;
la fig. 4 est une vue agrandie de l'agencement des éléments optiques de la forme d'exécution susmentionnée lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe optique; et la fig. 5 est une vue en perspective explosée montrant l'agencement d'un détecteur photoélectrique de fumée utilisant l'unité de détection de fumée selon la forme d'exécution susmentionnée.
Maintenant, on va décrire le fonctionnement selon la présente invention en se reportant aux schémas de principe des formes d'exécution des figs 1A à 1D. Sur la fig. 1A, une chambre de détection de fumée 1 d'un détecteur photoélectrique de fumée se présente sous la forme d'un espace cylindrique plat et elle comprend des parois terminales constituées de faces fermées et une périphérie constituée d'une paroi de communication qui empêche toute entrée de lumière externe, en permettant l'entrée de l'air externe. Entre des plaques de labyrinthe à l'intérieur de la chambre 1, il y a une diode émettrice de lumière infrarouge 4 émettant d'une manière intermittente de la lumière infrarouge dans la direction du centre, en couvrant un angle relativement ouvert. Egalement, en une position entre d'autres plaques de labyrinthe, il y a une photodiode détectant la lumière 7 ayant son axe optique orienté pour croiser l'axe optique de la diode émettrice de lumière infrarouge 4 et sa surface photosensible dirigée vers le centre de la chambre, un élément de protection contre la lumière 3 étant disposé entre les deux éléments précédents pour empêcher la lumière émise de la diode émettrice de lumière infrarouge 4 de tomber directement sur la photodiode détectant la lumière 7.
La photodiode détectant la lumière 7 a un champ visuel relativement étroit et sa surface photosensible est un carré de 3 mm x 3 mm, avec comme résultat que, lorsque l'intérieur de la chambre est vu simplement à travers la photodiode, seule une zone très limitée de l'intérieur de la chambre entre dans le champ visuel. Dans ces conditions, lorsque de la fumée entre dans la chambre 1 depuis l'extérieur, non seulement les chances de voir la lumière de la diode émettrice de lumière infrarouge 4, lorsqu'elle est dispersée par la fumée, tomber sur la surface photosensible de la photodiode 7 sont réduites, mais encore la quantité de lumière reçue est comparativement moindre même lorsque la lumière dispersée arrive. Dans la présente invention, une lentille 8 et un élément d'arrêt du champ 9 sont par exemple prévus en tant que moyen optique ayant pour fonction de condenser la lumière devant la surface photosensible de la photodiode 7. Dans ce cas, on utilise en tant que lentille 8, par exemple une lentille convexe asphérique pour élargir le champ visuel de la photodiode 7 suivant 360 degrés, i. e. dans toutes les directions par rapport à son axe optique; pour que le champ visuel devienne un champ visuel élargi plat correspondant à la forme de la chambre en coupe transversale, un élément d'arrêt de champ ayant une ouverture d'arrêt plate en forme de fente 9 pour exclure les faces terminales de la chambre 1 du champ visuel élargi est disposé devant la lentille 8. La lumière du champ visuel plat élargi par ces éléments optiques est alors condensée en un point ayant approximativement la même taille que la surface réellement photosensible de la photodiode 7.
Grâce à l'agencement de tels éléments optiques, le champ visuel de la photodiode 7 devient un champ visuel élargi plat qui surveille horizontalement l'intérieur de la chambre 1, alors que les faces terminales de la chambre 1 n'entrent pas dans la champ visuel. Dans ces conditions, lorsque de la fumée entre dans la chambre depuis l'extérieur, les chances que la lumière infrarouge, provenant de la diode émettrice de lumière infrarouge 4, lorsqu'elle est dispersée par la fumée dans la chambre, tombe sur la surface photosensible de la photodiode 7, sont augmentées proportionnellement au degré d'élargissement du champ visuel et également, la quantité de lumière dispersée arrivant sur la photodiode 7 est augmentée pour la même densité de fumée par rapport au dispositif conventionnel, ce qui diminue les risques de perturbations par de la lumière parasite externe, la contamination des différentes parties de la chambre et de ses systèmes optiques, etc. Par ailleurs, bien que le champ visuel
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soit élargi, les faces terminales de la chambre n'entrent pas dans le champ visuel, de sorte que la possibilité de voir la lumière parasite provenant de la dispersion par les poussières et les gouttelettes sur les faces terminales tomber sur la photodiode 7 détectant la lumière est fortement diminuée. Par conséquent, l'agencement des éléments optiques a pour effet d'améliorer le rapport signal sur bruit (rapport S/B) du système de détection optique dans la section de détection de fumée et permet d'augmenter la sensibilité du détecteur.
Le moyen optique selon la présente invention n'est pas limité à la combinaison ci-dessus: par exemple, il peut être constitué de la lentille cylindrique 8b comme représenté sur la fig. 1B, celle-ci pouvant fournir toute seule un champ visuel élargi plat à la photodiode 7. Le même effet peut également être obtenu en utilisant un miroir concave circulaire non sphérique 8c en combinaison avec l'ouverture d'arrêt de champ 9 à la place de la lentille, comme représenté sur la fig. 1C, ou en utilisant un miroir concave allongé non sphérique 8d tout seul, comme représenté sur la fig. 1D.
Lorsque l'on utilise l'élément d'arrêt de champ selon la présente invention, cet élément d'arrêt de champ est avantageusement réalisé par moulage de résine de manière à faire partie du corps. Dans ce cas, le bord périphérique interne de l'ouverture d'arrêt de l'élément d'arrêt de champ devrait d'une manière idéale avoir en coupe une forme similaire à celle d'une lame de couteau; toutefois, lorsque le moulage est effectué par injection, il y a le risque que la résine injectée dans l'espace tout à fait restreint de la partie ayant en coupe une forme similaire à celle d'une lame de couteau n'assure pas un remplissage correct et donc que l'ouverture d'arrêt ne soit pas aussi bien formée que cela serait souhaitable. On peut alors former l'élément d'arrêt de champ comme une paroi plate d'une certaine épaisseur et donner au bord périphérique interne de l'ouverture d'arrêt la forme d'une surface plate. La présence d'une telle surface périphérique interne plate d'une certaine épaisseur devant la photodiode détectant la lumière cause une certaine contamination et une certaine réflexion sur la surface péniphéri-que interne, qui sont de nouvelles sources de bruit de fond. Par conséquent, conformément à une forme d'exécution préférée de la présente invention, une rainure s'étendant dans la direction circonféren-tielle de l'ouverture d'arrêt est aménagée dans la surface périphérique interne de l'ouverture d'arrêt moulée - qui doit avoir une certaine épaisseur pour des raisons liées au moulage - diminuant ainsi la surface périphérique interne apparente lorsqu'on regarde depuis la photodiode détectant la lumière et réduisant ainsi les causes de bruit de fond susmentionnées. Egalement, la rainure a pour fonction de drainer les gouttes d'eau déposées dans la rainure, ce qui évite une augmentation du bruit de fond par suite du dépôt de gouttes d'eau.
On va décrire maintenant une forme d'exécution particulière de la présente invention, en se reportant aux dessins des figs 2 et 3, qui sont respectivement une vue en coupe transversale d'une unité de détection de fumée formant la partie principale d'un détecteur photoélectrique de fumée selon la présente invention et une vue en coupe longitudinale prise selon A-O-A lorsqu'on regarde dans la direction des flèches. Sur les figs 2 et 3, l'unité comprend un corps 11 formé de résine moulée et un couvercle 12 combiné au corps 11, ainsi qu'une pluralité de plaques de labyrinthe 2 solidaires du corps 11 suivant la périphérie de celui-ci. Egalement, une diode émettant de la lumière infrarouge 4 servant de source de lumière, une diode émettant de la lumière visible 5 pour effectuer des essais et une photodiode détectant la lumière 7 sont installées respectivement dans les logements 14, 15 et 17, lesquels font partie intégrante du corps 11. Egalement, un logement de condensateur 13 est moulé sur le corps 11, pour recevoir un condensateur monté sur une plaquette à circuits imprimés. Une protection contre les insectes 26 est fixée sur la pluralité de plaques de labyrinthe 2, les logements des diodes 14, 15 et 17 et la paroi périphérique externe du logement du condensateur 13. En plus et comme représenté sur la fig. 3, les côtés internes du corps 11 et du couvercle 12 ont des surfaces anti-reflets respectives 16 et 18 ayant en coupe une forme en dents de scie et formées dans une zone intérieure entourée par la pluralité de plaques de labyrinthe 2, les logements de diode 14,
15 et 17 et le logement de condensateur 13, de sorte que même lorsque le faisceau de lumière provenant de la diode émettant de la lumière infrarouge 4 ou de la diode émettant de la lumière visible 5 est projeté sur ces surfaces internes, les faisceaux directement réfléchis sont empêchés dans une large mesure d'arriver jusqu'à la photodiode détectant la lumière 7. L'espace entouré par la pluralité de plaques de labyrinthe 2 et les logements des diodes 14, 15, se trouvant entre les surfaces internes
16 et 18, forme la chambre de détection de fumée 1, qui constitue un espace cylindrique sensiblement plat.
Sur la fig. 2, qui est une vue en coupe transversale, les axes optiques des diodes émettant la lumière 4 et 5 et celui de la photodiode détectant la lumière 7 sont dirigés sensiblement vers l'axe central de la chambre 1, et l'axe optique de la diode émettant la lumière infrarouge 4 et l'axe optique de la photodiode détectant la lumière 7 se coupent à un certain angle. Un élément constituant un écran à la lumière 3 est moulé sur le corps 11 entre la diode émettant la lumière infrarouge 4 et la photodiode détectant la lumière 7, de sorte que la lumière infrarouge venant depuis la diode émettant la lumière infrarouge 4 ne tombe pas directement sur la photodiode détectant la lumière 7.
Le logement 14 pour loger la diode émettant la lumière infrarouge 4 est réalisé en forme de boîte par moulage de résine sur le corps 11 et une ouverture 19 est formée dans sa surface faisant face au centre de la chambre, la surface périphérique interne de l'ouverture 19 étant constituée d'une surface en biais agencée pour s'écarter vers l'extérieur de la boîte, comme cela ressort des fig. 2 et 3.
Le logement 17 pour loger la photodiode détectant la lumière 7 est également réalisé en forme de
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boîte par moulage de résine sur le corps 11 et sa surface faisant face au centre de la chambre comporte une ouverture d'arrêt 9 en forme de fente mince, la surface périphérique interne de l'ouverture 9 ayant une certaine épaisseur, de manière à ce que qu'une rainure 10 s'étendant suivant la direction circonférentielle soit formée pratiquement au milieu de l'épaisseur. La photodiode 7 est montée à l'intérieur du logement 17 à l'arrière de l'ouverture d'arrêt 9 et un capuchon protecteur amovible 6 est placé sur la photodiode 7. Une lentille circulaire convexe et non sphérique 8 est montée entre l'ouverture d'arrêt 9 et la photodiode 7 dans le logement 17 et dans ce cas, la lentille 8 est positionnée en engageant une lentille en plastique formée séparément avec un mécanisme d'engagement moulé faisant partie de la surface interne du logement 17. Lorsqu'on regarde l'agencement de l'ouverture d'arrêt 9 et de la lentille 8 dans la direction de l'axe optique de la photodiode 7 depuis le centre de la chambre, le logement 17 a une position telle que les axes optiques de ces trois éléments optiques coïncident, comme représenté sur la fig. 4.
L'unité de détection de fumée réalisée comme décrit, est assemblée par exemple avec d'autres composants nécessaires comme représenté sur la fig. 5, pour compléter le détecteur photoélectrique de fumée. Sur la fig. 5, un logement 21 est pourvu, sur sa surface supérieure, de lames de connexion
22 pour la connexion mécanique et électrique avec un élément de base fixé séparément sur un plafond ou similaire, et, sur son côté inférieur, de la cavité
23 pour loger une plaquette à circuits imprimés portant un circuit électrique. Un boîtier de protection
24 est inséré dans la cavité 23 suivant la surface périphérique interne de celle-ci et une plaquette de circuits imprimés 25 est installée sur le côté interne du boîtier 24. Dans cette forme d'exécution, la plaquette à circuits imprimés 25 est fixée sur le côté arrière du corps 11 de l'unité de détection de fumée. La protection contre les insectes 26 couvre la périphérie du corps 11 de l'unité de détection de fumée, la diode émettant la lumière infrarouge 4, la diode émettant de la lumière d'essai 5, la photodiode détectant la lumière 7, le capuchon protecteur 6, la lentille 8, etc, étant montés respectivement dans les logements 14, 15 et 17 à l'intérieur de la chambre de détection 1, comme décrit précédemment. Le couvercle 12 est fixé au corps 11 de manière à fermer la chambre 1. Cette unité de détection de fumée est assemblée en fixant le corps 11 au logement 21 par des vis 27. En dernier, un couvercle externe 28 formé avec des ouvertures est monté sur le logement 21, permettant ainsi de couvrir le côté externe de l'unité de détection de fumée.
En service, le circuit électronique interne de ce détecteur photoélectrique de fumée provoque le fonctionnement par intermittence de la diode émettant la lumière infrarouge 4: de la lumière infrarouge est ainsi envoyée par intermittence dans la chambre de détection de fumée 1 par la diode émettant de la lumière infrarouge. Comme il est prévu que la lumière infrarouge émise ne tombe pas directement sur la photodiode 7 en absence totale de fumée dans la chambre de détection de fumée 1, le niveau de sortie du détecteur est à un niveau correspondant à la situation où la densité de la fumée est nulle. Lorsque de la fumée est produite par une source telle qu'un feu à l'extérieur du détecteur, la fumée pénètre dans la chambre de détection de fumée 1 par les ouvertures du couvercle externe 28, à travers la protection contre les insectes 26 et par les espaces entre les plaques de labyrinthe.
De la lumière infrarouge est émise de manière intermittente par la diode émettant de la lumière infrarouge 4 dans la chambre de détection de fumée 1, si bien que lorsque la lumière infrarouge atteint de la fumée entrant dans la chambre 1, la lumière infrarouge est dispersée par les particules de fumée et la lumière dispersée est capturée par l'ouverture d'arrêt 9 et la lentille 8, et elle est dirigée sur la surface photosensible de la photodiode détectant la lumière 7. Dans ce cas, comme la photodiode 7 a un champ visuel avec un angle large grâce à la lentille 8, la lumière dispersée produite dans la chambre 1 est reçue à partir d'un espace important et par conséquent les chances de détection tout comme la quantité de lumière incidente sont augmentées. Egalement, comme le champ visuel élargi par la lentille 8 est coupé horizontalement par l'ouverture d'arrêt 9 pour que les faces terminales 16 et 18 de la chambre 1 soient hors du champ visuel, aucun effet indésirable n'est produit sur la détection par la lumière parasite des faces terminales. En outre, grâce à la présence de la rainure 10 sur la surface périphérique interne de l'ouverture d'arrêt 9, même lorsque des contaminants tels que de la poussière sont déposés sur cette surface périphérique interne, le bruit de fond résultant peut être diminué d'une manière efficace. La lumière incidente résultante arrivant à la photodiode détectant la lumière 7 est convertie en une grandeur électrique et'traitée par un circuit interne de traitement de signal. La sortie résultante de détecteur contient une information correspondant à la densité de fumée présente à ce moment à l'intérieur de la chambre de détection de fumée 1.
Claims (4)
1. Détecteur photoélectrique de fumée du type où une source de lumière émet dans une chambre plate de détection de fumée de sorte que la lumière de ladite source de lumière, lorsqu'elle est dispersée par suite de l'entrée de fumée dans ladite chambre de détection de fumée, est détectée par un élément détectant la lumière, caractérisé en ce qu'un moyen optique (8, 9) est prévu pour élargir le champ visuel dudit élément détectant la lumière (7) en un champ visuel plat dont la forme correspond en coupe transversale à celle de ladite chambre (1).
2. Détecteur photoélectrique de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen optique (8, 9) comprend un élément condensant la lumière (8) disposé devant une surface photosensible dudit élément détectant la lumière (7).
3. Détecteur photoélectrique de fumée selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen
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4. Détecteur photoélectrique de fumée selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément d'arrêt de champ (9) comprend un moulage en résine (17) ayant une ouverture d'arrêt rectangulaire en forme de fente (9) et qu'une rainure circonférentielle (10) est formée sur une surface périphérique interne de ladite ouverture (9).
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