CN101261225B

CN101261225B - 感烟探测器

Info

Publication number: CN101261225B
Application number: CN2008100083795A
Authority: CN
Inventors: 加藤健一
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: US20080218365A1; TW200901094A; US7834773B2; EP1967843A3; KR20080082455A; CN102192898B; JP4980101B2; CN102221536A; EP1967843B1; AU2008201027B2; JP2008224222A; AU2008201027A1; CN101261225A; EP2141484B8; EP1967843A2; EP2136199A1; KR101451983B1; TWI430209B; EP2141484A1; EP2141484B1

Abstract

本发明提供一种感烟探测器，在进行感烟探测时，改善受光元件输出信号的S/N比，以准确地探测火灾发生。所述感烟探测器，在大致圆筒形的光学外壳(21)内的两个端部，设置有发光元件(11)和杂散光部(22)，在杂散光部(22)内设置有具有曲面的光收集器(23)。此外，在发光元件(11)的附近设有聚光透镜(24)，使光L入射到光收集器(23)的曲面上。在进行感烟探测时，用受光元件(12)接受在检烟部(25)由于烟粒子而产生散射的光，但由于向光收集器(23)入射的光在曲面上进行多次反射，且每次反射都产生衰减，所以不会被受光元件(12)接受。因此，可以提高从受光元件(12)得到的输出信号S的S/N比，在初期阶段准确地进行感烟探测。

Description

感烟探测器

技术领域

本发明涉及光学地检测漂浮在空气中的烟等污染物的感烟探测器。

背景技术

作为预防火灾或火灾发生时的检测系统，或在需要一定环境保全的半导体制造工厂或食品工厂中，使用感烟探测器。

作为感烟探测器过去也提出了各种各样的方案，以下对作为其中一个例子的日本专利公开公报特开平11-23460号公开的“感烟探测装置”的概要进行说明。

即，所述感烟探测装置光学地检测从监视区域吸引的空气中漂浮的烟粒子来判断火灾，其具有：激光二极管，向规定的方向射出具有电场成分的激光；成像透镜，把所述激光二极管的射出面的光源像成像在吸入空气通过的检烟区域；以及受光元件，配置在光轴上，所述光轴设定在与通过所述检烟区域的所述光源像的成像位置的所述激光的电场成分方向大致平行的面上，接受通过所述光源像的成像位置及其附近的烟粒子的散射光。

根据该构成，在空气中存在烟粒子等漂浮物的情况下，激光碰到烟粒子后发生散射，通过受光元件接受所述激光的散射光来探测烟的发生。

但是，根据本发明人的研究，对于烟的检测发现了新的问题点。

即，通过受光元件接受检烟部的散射光来探测烟的发生。但是，如果所述散射光以外的光扩散到光学外壳内，则受光元件也接受该漫射光。设对应所述散射光的受光元件的输出信号为S，对应所述漫射光的输出信号为N，则从受光元件得到的输出是在作为原来的探测信号的输出信号S上叠加了作为干扰(noise)成分的输出信号N。

为了进行高灵敏度的烟检测，必须使输出信号S、N的电平(level)差加大，提高S/N比。为此，在提高通过检烟部的光的强度的同时，必须降低杂散光的扩散。

另一方面，因感烟探测器作为防灾系统设置在楼房或工厂等，所以优选小型轻量化。

发明内容

鉴于所述的问题点，本发明的目的是提供一种感烟探测时的S/N比高且构造简单、并可以实现小型轻量化的感烟探测器。另外的目的是提供一种吸引式感烟探测器，使进入检烟部内的烟粒子以外的微粒子不滞留在受光元件的视野范围内。

该第一发明提供的感烟探测器，其特征在于包括：光学外壳，形成大致筒形；空气通道，构成检烟部，使气体流入所述光学外壳内，；发光元件，设置在所述光学外壳内；受光元件，接受从所述发光元件发出的光因所述检烟部存在的烟粒子而产生的散射光；光收集器，与所述发光元件相对配置，使杂散光衰减；聚光透镜，使从所述发光元件发出的光聚光到所述光收集器的附近；受光放大电路，放大所述受光元件的输出信号；以及火灾判定部，根据对放大后的所述输出信号进行A/D转换得到的检测电平在阈值以上，来判定火灾发生；其中，所述光收集器为大体圆锥形，所述圆锥形的圆锥顶部与所述发光元件相对，而且所述光收集器具有曲面，并且所述曲面使光相对于该曲面的切线的入射角为30度以下，使所述杂散光多次反射、并产生衰减。

该第一发明因如上所述的构成，具有下述的各种效果。

即，用聚光透镜把从发光元件发出的光聚光到光收集器的附近，使作为探测对象的烟与空气一起通过流入的检烟部。在气体中含烟的情况下，由于烟粒子使光发生散射，散射光由受光元件接受，从受光元件得到作为探测信号的输出信号S。

此时，通过检烟部的光入射到光收集器。因光收集器具有曲面的形状，所以入射光碰到曲面被多次反射产生衰减。因此，其扩散后不会被受光元件接受，几乎不产生作为干扰成分的输出信号N，可以进行S/N比高的高灵敏度的感烟探测。

此外，因光收集器的形状简单，所以可以使光学外壳小型化，进而可以实现感烟探测器整体的小型轻量化。

附图说明

图1是表示本发明第一实施例的感烟探测器的构成图。

图2是表示烟检测单元构成的剖面图。

图3是光收集器的立体图。

图4是表示光收集器的光反射形态的剖面图。

图5是表示本发明第二实施例的烟检测单元的剖面图。

图6是表示本发明第三实施例的纵断面图。

图7是表示本发明第四实施例的纵断面图。

图8是表示本发明第五实施例的纵断面图。

图9是表示本发明第六实施例的纵断面图。

图10是表示空气通道的放大图。

图11是表示取样空气的吸气和排气的流道的构成图。

图12是表示本发明第七实施例的感烟探测器的构成图。

图13是表示过滤器构成的断面图。

图14是表示过滤器构成的立体图。

图15是表示空气流动的系统图。

图16是表示本发明第八实施例的系统图。

具体实施方式

本发明人为了解决所述问题，通过反复进行研究、实验，得到如下结果。即，为了改善S/N比，用聚光透镜把从发光元件发出的光聚光到光收集器的曲面部。另一方面，光收集器做成使入射的光在曲面多次反射的曲面构造。

其结果，在感烟探测时由烟粒子导致的散射光的亮度增加，从受光元件得到的输出信号S的电平变高。入射到光收集器的光，在经过曲面多次反射的过程中发生衰减，不会被受光元件接受。因此，作为干扰成分的输出信号N的电平下降，改善了S/N比，可以进行高灵敏度的感烟探测。

实施方式1

以下，参照图1～图4对本发明的第一实施例进行详细说明。

参照图1说明感烟探测器1的整体结构，所述感烟探测器1包括：烟检测单元2；风扇3，向该烟检测单元输送作为探测对象的空气；配管4，作为空气通道；过滤器5；发光元件11，配置在烟检测单元2内；电源部14，向光电二极管等受光元件12、所述风扇3或测定空气流量的空气流量传感器13供给电源；以及火灾判定部15等。

此外，火灾判定部15具有：放大电路，放大受光元件12的输出信号S；A/D转换器，把放大信号转换成检测电平；以及比较电路，当检测电平达到预先设定的阈值以上时判定为火灾；利用CPU进行综合控制。

接着，参照图2对烟检测单元2进行说明，在大致圆筒状的光学外壳21内，配置有例如发出红外线的发光元件11，以及设置在与该发光元件11相对的位置处的杂散光部22，并在两者之间设置有：聚光透镜24，把发出的光聚光到设置在杂散光部22内的光收集器23的曲面部；检烟部25，使空气通过；以及受光元件12等。此外，以适宜的间隔设置有小孔(aperture)26，限制照射光。

如图3所示，本实施例的光收集器23形成大致圆锥状。而且，入射到杂散光部22的光L，入射到光收集器23的曲面上，如图4所示经过多次反射。而且，光L的反射光量在曲面的每次反射后都发生衰减，并且不作为漫射光扩散到检烟部25一侧，换句话说就是不扩散到受光元件12的视野范围内。

根据本发明人的研究，曲面可以是同心圆，也可以是椭圆形。并且，光L相对于曲面的切线的入射角θ越是锐角越有效果，在45度以下可以进行多次的反射，且通过模拟解析，如图4所示，特别是在30度以下可以进行三次以上的反射。

因此，不限定于图4所示的形状，只要是椭圆形就能得到更多的反射。

以下，说明本实施例的烟检测动作。

在正常状态下，通过风扇3从监视空间吸引的空气，在如图2所示的检烟部25从上向下流动。如果是洁净的空气，光L在检烟部25不发生散射，光L在聚光状态下、且以焦点对准光收集器23的曲面的状态入射到杂散光部22内。

在光收集器23中，如图4所示进行多次反射，对应反射次数，光L衰减。因此，杂散光不会被受光元件12接受，输出信号为低电平，不会判定为火灾。

在发生火灾的情况下，烟粒子漂浮在被吸引的空气中，在用光L照射被吸引的空气的情况下，在检烟部25产生散射光。散射光由受光元件12接受，并导出对应该受光量的输出信号S。把输出信号S提供给火灾判定部25，进行所述信号处理，通过显示或声音报告发生火灾。

对于通过检烟部25的光L，因为通过光收集器23进行与上述相同的反射，所以衰减后不会作为杂散光被接受。因此，即使在发生火灾时，输出信号的S/N比也高，能以高灵敏度和高精度准确地进行火灾判定。

接着，参照图5对本发明的第二实施例进行说明。此外，本实施例与所述第一实施例的不同点是，改变了光收集器的形状。因此，与第一实施例相同的部件使用相同的附图标记，避免重复说明。

在本实施例中，作为光收集器31使用了形成曲面的板状体。

即使是该结构，如图所示，光L经过多次反射，可以减少所述杂散光。因此，如上所述，从受光元件12导出S/N比优异的输出信号S，可以准确无误地进行火灾检测。

此外，在本实施例中，光收集器31的倾斜方向不限定于实线表示的方向，也可以变更为用双点划线表示的方向。因此，提高了设计的自由度。

此外，在所述第一或第二实施例中，因为是通过在距光收集器23、31较远设置的聚光透镜24进行聚光，所以可以使向光收集器23、31的入射位置对准焦点、并可以使入射角度均匀，可以可靠地进行多次光反射。因此，可以可靠地实现杂散光衰减，提高S/N比。

此外，因光收集器23、31可以在光轴上移动，所以即使聚光透镜24和发光元件存在个体的偏差，也可以容易地对准焦点。而且，因可以使构造简单，所以可以实现烟检测单元2的小型化。

本发明人认为，干扰光被受光部接受是受到检烟部的壁面的光滑度程度的影响。因此，对以下几种情况进行了研究：即，如图6所示的检烟部的内壁面全部是光滑面的情况(第三实施例)；如图7所示的仅把与检烟部的受光部相对的内壁面全部做成凹凸面(第四实施例)；如图8所示的在检烟部的壁面之中，把受光部的视野范围内的部分做成光滑面，把其它部分做成凹凸面的情况(第五实施例)。所述光滑面并不一定仅是具有光泽的镜面，只要是具有大体上正反射入射光的平滑表面即可。另一方面，所述凹凸面只要是把入射光漫反射的粗糙面即可。以下，对各实施例进行说明。

第三实施例的感烟探测器：

在大致圆筒状的光学外壳101的一个端部设置有发光部103，在另一个端部设置有杂散光部105。在所述发光部103中设置有具有聚光透镜的发光元件103a，此外，在所述杂散光部105设置有使杂散光衰减的光收集器105a。

在光学外壳101内，设置有检烟部107，该检烟部107的两端部通过小孔109a、109b隔开。在所述检烟部107的侧壁上，设置有横穿检烟部107的取样用的空气通道(省略图示)、接受散射光的受光部110以及用于不使发光元件103a的光直接进入受光部110的遮光板(省略图示)。

受光部110具有受光元件110a，该受光元件110a的光轴110c与发光元件103a的光轴103c(主光束)正交。所述检烟部107的内壁面整个面形成没有凹凸的所谓光滑面。

接着，对该感烟探测器的动作进行说明。

从发光元件103a照射的光，通过小孔109a的通孔进入检烟部107，在该检烟部107内直线传播。该直线传播的光通过小孔109b到达杂散光部105后，利用光收集器105a衰减。

此时，所述光通过小孔109a的通孔被收拢成主光束B，但从所述通孔的附近产生衍射光(干扰光)N。

该衍射光N碰触到受光部110的视野范围(监视范围)F内的内壁面被反射，其反射光N碰触到位于视野范围F外的小孔109b又被反射。该反射光N碰触到受光部110的入口附近的内壁面被反射，该反射光又碰触到受光部110的内壁面后，由受光元件110a接受。此外，所述衍射光N的一部分，碰触到所述视野范围F外的内壁面后被反射，其反射光也有直接进入受光部110的。

这样，衍射光(干扰光)N碰触到内壁面，反复进行多次反射到达受光部110，但因所述内壁面是入射角与反射角大体相等的光滑面，所以不能充分地使干扰光衰减。

第四实施例的感烟探测器：

在图7中，与图6相同附图标记的部件，名称和功能也相同。

该感烟探测器与所述外壳101的感烟探测器的不同点是，在检烟部107的内壁面之中，与受光部110相对的部分(视野范围F内的部分以及视野范围F附近的部分)形成凹凸面，其它部分形成光滑面。

在该感烟探测器中，衍射光N碰触到受光部110的视野范围(监视范围)F内的内壁面107a被反射，其反射光N碰触到位于视野范围F外的小孔109b又被反射。此时，因所述内壁面107a是凹凸面，所以光吸收率高，反射能量的总和少，但是因反射光扩散，所以该扩散的干扰光的一部分N1直接到达受光部110。因此，不能使衍射光N充分衰减。

第五实施例的感烟探测器：

在图8中，与图6相同附图标记的部件，名称和功能也相同。

该感烟探测器与所述外壳101的感烟探测器的不同点是，在检烟部107的内壁面之中，使受光部110的视野范围F内的内壁面107b形成光滑面，其它的部分形成凹凸面。

在该感烟探测器中，衍射光N碰触到受光部110的视野范围(监视范围)F内的内壁面107b被反射，其反射光N碰触到位于视野范围外的小孔109b又被反射。此时，因小孔109b是凹凸面，所以光的吸收率高，反射能量的总和小。因为所述衍射光N进一步通过凹凸面被吸收并被反复反射，所以衰减很大。

此外，在小孔109a的通孔附近产生的所述衍射光的一部分，也碰触到视野范围F的内壁面107b以外的部分，即受光部110的视野范围外的内壁面，但是因该部分是凹凸面，所以被高效地吸收，并且即使干扰光扩散，在到达受光部110之前也被充分地衰减。

根据以上可知，第五实施例与第三实施例和第四实施例相比，因衍射光的衰减大，并且进入受光部的受光量也少，所以能准确地检测火灾等。

本发明正是基于上述认识完成的，其特征在于，在光学外壳的检烟部的内壁面之中，所述受光元件的视野范围内的部分形成为光滑面，所述视野范围外的部分形成为凹凸面。

实施方式2

根据图9～图11说明本发明的第六实施例。

在大致圆筒形的光学外壳101的一个端部设置有发光部103，在另一个端部设置有杂散光部105。在所述发光部103中设置有具有聚光透镜的发光元件103a，此外，在所述杂散光部105中设置有使杂散光衰减的光收集器105a。

在所述光学外壳101内设置有检烟部107，该检烟部107的两个端部被小孔109a、109b隔开。在所述检烟部107的侧壁上，设置有横穿检烟部107的取样用的空气通道114、接受散射光的受光部110以及用于不使发光元件103a的光直接进入受光部110的遮光板(图中省略)。

所述取样用的空气通道114具有：取样管116，通过风扇115的转动向检烟部吸入取样用空气SA；以及排气管117，与所述取样管116隔开通道间隔相对。在所述取样管116的前端，设置有粗过滤器118，在该粗过滤器118的外周部，设置有网眼较细的圆筒状微过滤器119。在所述微过滤器119与所述排气管117之间，形成包围取样通道(第一空气通道)120的洁净空气通道(第二空气通道)121。

受光部110具有受光元件110a，该受光元件110a的光轴110c与发光元件103a的光轴103c(主光束)以规定的角度交叉。

在所述检烟部107的内壁面之中，受光部110的视野范围(监视范围)F内的内壁面107b形成为光滑面，其它的部分形成为凹凸面。

接着，对本实施例的动作进行说明。

使风扇115转动，取样空气SA从取样管116被吸引到检烟部107，该被吸引的取样空气SA通过粗过滤器118除去灰尘等大的异物，作为取样空气SA1。

该取样空气SA1通过取样空气通道(第一空气通道)120被吸引到排气管117内，但一部分的取样空气SA1通过微过滤器119被过滤成为洁净空气SA2。该洁净空气SA2，通过洁净空气通道121，以包围所述取样空气SA1的方式行进，被吸引到排气管117。

从发光部103的发光元件103a照射的光，通过小孔109a的通孔进入检烟部107，在该检烟部107内直线传播后，通过小孔109b到达杂散光部105，用光收集器105a进行衰减。

所述光(主光束)在通过检烟部107时，如果在从空气通道114导入的取样空气SA1中存在烟粒子，则产生散射光，并且该散射光被受光部110接受。当所述散射光被受光部110接受时，受光元件110a的输出信号，经受光放大电路(图中省略)放大后，进行A/D转换，并向火灾判定部输出。当所述输出电平在阈值以上的情况下，该火灾判定部判定为火灾并发出警报等。

当所述发光元件103a的光通过小孔109a时，产生衍射光(干扰光)N，该衍射光N碰触到位于受光部110的视野范围F内的内壁面107b被反射，其反射光N碰触到位于视野范围F外的小孔109b又被反射。此时，因所述小孔109b是凹凸面，所以光吸收率高，反射能量的总和少。所述衍射光N通过凹凸面进一步被吸收同时被反复反射，所以衰减很大。

此外，在小孔109a的通孔附近产生的所述衍射光N的一部分，也碰触到视野范围F的内壁面107b以外的部分，即受光部110的视野范围外的内壁面，但因这些部分是凹凸面，所以光被高效吸收，并且即使干扰光扩散，也可以在到达受光部110之前充分地衰减。

接着，对本发明第七实施例的检烟部206进行说明。

检烟部206的构成为：不仅仅是使作为检测对象的空气(取样空气)a、即火灾时含烟的气体流通，而且在使取样空气a在中心部流通的同时，以圆环状地包围其周围的方式使洁净空气流通。

进一步详细地说明该构成，如图13所示，把从监视空间吸引的空气A供给到第一过滤器221，并将粗过滤的空气的一部分作为取样空气a在检烟部206流通。而且，将用第一过滤器221过滤的空气的一部分向第二过滤器222供给，进行双重过滤，得到相对于取样空气a比较洁净的空气b。并且，使洁净的空气b在取样空气a的周围环状地流通。此外，作为第一以及第二过滤器221、222，可以使用HEPA过滤器等。

作为第一以及第二过滤器221、222，如图13所示，也可以是把形成圆环状的第二过滤器222层叠在形成圆板状的第一过滤器221上的构成。在第一过滤器221的外侧面与第二过滤器222的内侧面之间，形成有圆环状的间隙g。

根据该构成，在检烟部206的取样空气a与经双重过滤的洁净空气b之间，产生如图14所示的圆环状间隙G。而且，取样空气a是经粗过滤的空气，但因洁净空气b是经双重过滤的空气，所以二者产生流速差。即，在本实施例中，相对于取样空气a的流速，洁净空气b的流速慢。因此，洁净空气b不会扰乱取样空气a的流动。

此外，取样空气a或洁净空气b，通过检烟部206后，都由吸引部223吸出到光学外壳202之外。

在此对火灾监视空间的空气A的循环进行说明，如图15所示，所述空气A通过风扇231被吸引，通过配管232送到排气一侧，但其一部分如箭头A1所示，被吸引到第一过滤器221一侧。而且，经第一过滤器221过滤，得到取样空气a，与此同时从第二过滤器222得到洁净的空气b，并如上所述那样供给到检烟部206。

在进行感烟探测的情况下，如图12～图14的箭头L所示，使从发光元件203发出的光、例如激光L通过。在正常状态下，因在取样空气a内不含烟粒子，所以在检烟部206激光L不发生散射。因此，从受光元件207得不到输出信号S，火灾判定部211也不进行火灾报告。

另一方面，在火灾监视区域内发生火灾的情况下，在取样空气a内含烟粒子。此时，激光L与所述烟粒子相碰发生散射，该散射光的一部分由受光元件207接受。因此，从受光元件207得到输出信号S，火灾判定部211动作，报告发生火灾。

在火灾判定部211检测到光学外壳202内的烟浓度上升的情况下，如果使取样空气a的供给量多，则检测电平很快达到阈值以上。另一方面，在火灾判定部211检测到光学外壳202内的污染时，停止供给取样空气a，在使洁净空气b的供给量多的情况下，可以吹除滞留在光学外壳202内的灰尘等。这些都由火灾判定部211进行控制。

所述第七实施例具有下述的各种效果。

洁净空气b相对于取样空气a起空气幕的作用，所以取样空气a不扩散，可以准确地进行火灾探测。

此外，可以减少光学外壳202内的污染。

此外，即使附着在光学外壳202内的壁面上的灰尘等在空气中漂浮，也不会混入取样空气a中，所以可以提高火灾探测的S/N比。

接着，参照图16说明本发明的第八实施例。

本实施例用与所述取样空气a不同的系统得到洁净空气b。

即，用泵或风扇232吸引排到风扇231二次一侧(secondary side)的监视区域的空气A的一部分A1和其它的外部空气C，并且对它们进行混合，供给到第二过滤器222。此外，也可以仅从监视区域的空气A的一部分A1或外部空气C供给洁净空气b。

从第二过滤器222得到的洁净空气b，与上述相同，在光学外壳202内，排到取样空气a的外围。

即使是这种结构，也与以上所述相同，可以可靠地探测火灾发生，并且还可以得到防止光学外壳202内的污染等效果。

而且，因可以自如地变更洁净空气b相对于取样空气a的流速，所以可以实现多目的的利用，例如作为清扫模式暂时使流速加快，吹除滞留在光学外壳202内的灰尘等。在这种情况下也采取防止取样空气a扩散的措施，所以不会发生感烟探测的误动作。

以上说明了本发明的实施例，但本发明不限定于所述的各个实施例。例如，取样空气a和洁净空气b的流动形状，不限定于圆柱或圆环状，也可以是椭圆形、长方形。而且，通过使激光L沿着长的方向，增加光的散射区域，所以可以增加用受光元件207接受的散射光的量，能更快更准确地进行火灾探测。

本发明的各个实施例可以把必要的部分进行组合来实施。

Claims

1.一种感烟探测器，其特征在于包括：光学外壳，内部为暗箱；空气通道，构成检烟部，使气体流入所述光学外壳内；发光元件，设置在所述光学外壳内；受光元件，接受从所述发光元件发出的光因所述检烟部存在的烟粒子而产生的散射光；光收集器，与所述发光元件相对配置，使杂散光衰减；聚光透镜，使从所述发光元件发出的光聚光到所述光收集器的附近；受光放大电路，放大所述受光元件的输出信号；以及火灾判定部，根据对放大后的所述输出信号进行A/D转换得到的检测电平在阈值以上，来判定火灾发生；其中，

所述光收集器为大体圆锥形，所述圆锥形的圆锥顶部与所述发光元件相对，而且所述光收集器具有曲面，并且所述曲面使光相对于该曲面的切线的入射角为30度以下，使所述杂散光多次反射、并产生衰减。

2.根据权利要求1所述的感烟探测器，其特征在于，所述曲面是圆弧形或椭圆弧形。