CN101765452B - 用于烟雾探测的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

抽吸式烟雾探测器包括与烟雾传感室结合的环境空气流分离元件。该流分离元件可以是有源的或无源元件。分离的运载相对小的微粒的环境空气可以流入传感室。运载相对大的微粒物质的环境空气被排除于传感室之外。

Description

用于烟雾探测的装置和方法
技术领域
本发明涉及抽吸式烟雾探测器(smoke detector)。更加具体地，本发明涉及限制流过关联探测室的环境大气体积的这种探测器。
背景技术
已知各种类型的抽吸式烟雾探测器。这样的探测器通常包括与风扇或鼓风机结合的探测室，风扇或鼓风机通过腔室吸入环境空气或将环境空气注入腔室内。
抽吸式探测器已经在美国专利No.6,166,648中公开并且要求权利，其在2000年12月26日授权并且名为Aspirated Detector。该‘648专利通过引用结合于此。
尽管如‘648专利中的抽吸式探测器对于它们预计目的是有用且有效的，存在对设法避免灰尘和其他空气传播的污染物污染(与抽吸式探测器关联的过滤器以及探测室)的持续需求。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的简图；
图2是本发明的第二实施例的简图；
图3是本发明的第三实施例的简图；
图4是本发明的第四实施例的简图；并且
图5A、5B分别是在图4的实施例中可用的环境空气的分离器的正视图和侧视图。
具体实施方式
尽管本发明的实施例可以采取许多不同的形式，其特定实施例在图中示出并且将在本文中详细描述，其中要认识到本公开被看作本发明的原理的范例，以及实践本发明的原理的最佳方式，并且不是要限制本发明于图示的特定实施例。
本发明的实施例当用于处理高灵敏度烟雾探测器内的气流时执行两个功能。一个功能通过将较大不想要的微粒避开探测室而延长探测器使用寿命。第二功能帮助执行灰尘辨别功能，其通过使用光学设计和信号处理在腔室内完成。
根据本发明的实施例，在抽吸式烟雾探测器内的气流可以被引导偏离到将导致较大、较重的微粒更加受惯性作用影响的选择角度。这些较大微粒将趋向沿直线向前的路径行进，而较小微粒(烟雾)将更加容易沿偏离主路径某个角度的不同(备选的)路径行进。这个备选气流将用于探测。较重、较大微粒因而将被排除于传感器空腔或腔室之外。
体现本发明抽吸式烟雾探测器可以包括用于探测烟雾微粒的烟雾探测室和用于将空气通过管道网络抽出到该装置的例如鼓风机或风扇的抽吸器。该“备选路径”将引导空气/微粒的较小、代表性样本通过腔室。该探测室对在它内部的环境条件中的任何变化高度灵敏并且因此应该保持尽可能清洁。过滤器是保持微粒在外的另一个方法。该“备选路径”可以消除对过滤器的需求。
在本发明的再另一个方面，微粒可以使用气旋或虚拟冲击机(impactor)分离成两个组。小微粒组被包含在主要流中而大微粒主要在次要流输出中。每个组的微粒浓度用独立散射体积测量。例如灰尘等的污染微粒主要是大的且其中有一些可表现为烟雾的小微粒。烟雾微粒主要是小的且其中有一些大微粒。小微粒浓度测量减去在次要流中的大微粒散射测量。该补偿将减小由于在分离中低效率引起的误差并且使探测器对分布在小微粒尺寸范围内的灰尘微粒不灵敏。
采样空气可以使用鼓风机或风扇抽入探测器中。采样空气进入分离微粒为两个独立输出的虚拟冲击机。每个输出进入它自己的散射体积中并且用来测量微粒浓度。大微粒在次要流中是主要的而小微粒在主要流中占绝大多数。
从虚拟冲击机的次要流的大微粒测量可以使用背散射测量。背散射对例如灰尘、水、白粉等的非吸收性微粒更加灵敏。
从虚拟冲击机的主要流的小微粒测量可以使用前向散射测量。示范性光源可以包括发光二极管或激光器。示范性光接收器可以是光电二极管。光的颜色优选是蓝色的，因为它对于小微粒比红外线产生更多散射光。
放大器可以被校准，使得对于给定浓度的灰尘“标准”(即，碳酸氢钠，波特兰水泥)输出是相同的。次要流散射的输出可以从主要流散射的输出中扣除。该结果用于指示烟雾浓度。
在本发明的一个方面，气流分割器可以用矩形室实现。在分割器下预定距离内是具有选择直径的孔。该分割器内部是空的并且空气样本流过内部。空气从管道流入矩形室，在分割器处被分割并且在两侧流下。
空气用风扇抽入分割器下面的孔中。该风扇还在分割器内部产生负压。因为该孔节制气流，部分空气将被迫通过分割器的内部然后通过探测室。选择分割器内部和离孔的距离使得重微粒将不会被垂直提升而因此不会进入分割器的内部。
另外，因为可以预期重微粒在管道中间流动，然后因为该路径代表离开分割器的最短距离因此那些微粒将流入孔中。
总的来说，优选地，仅部分空气样本将流过烟雾探测室。可以预期限制通过腔室的空气流来减少任何关联的过滤器的污染并且最小化灰尘和其他污染物对腔室的污染。因而，流入腔室的空气将代表整个气流的样本并且优选地将不运载相对大的微粒。
还将认识到分离器元件可以实现为无源元件，例如气旋分离器。备选地，微粒物质可以使用有源电激励元件分离，全部没有限制。
图1图示根据本发明的抽吸式探测器10。探测器至少部分由外壳10-1支撑。
图1的实施例具有环境空气流入端口12、缩窄区域14(其建立压差)和流出端口16。来自端口16的流出口(outflow)与抽吸器18流体流动连通。由于在区域14产生的压差的结果，空气传播的微粒物质中的较小、较轻的微粒将如下文论述那样从来自端口12-16的流中分流。
抽吸器18可以实现为风扇或其他元件，其在端口16处产生减压从而将环境空气和关联的微粒物质吸入端口12。
腔室22(烟雾探测室)接收流入的环境空气的部分流量，其中较大微粒被排除。腔室22可以实现为光电传感、离子化传感或两者皆有的室而没有限制。烟雾探测室22的准确细节不是本发明的限制。
控制电路24耦合于抽吸器18和腔室22。可以至少部分用被编程的处理器24a和关联的可执行控制软件24b实现的电路24可以通过导线26a激活腔室22的光电实现。烟雾指示信号可通过导线26b在控制电路24处接收。
电路24可以处理线路26b上的信号以确定潜在的或实际的火情的存在并且将该确定通过有线或无线通信媒介耦合到警报系统控制单元30。
在探测器10中较大空气传播微粒从端口12流到端口16而没有分流到腔室22中。因此例如灰尘微粒和其类似物等的污染物将排除于腔室22之外。
图2图示具有流入端口12-1和流出端口16-1的探测器40。气旋分离器42联接在端口12-1和传感室22-1(和之前论述的腔室22类似)之间。分离器42从进入腔室22-1的部分流入物48中分离出指示为46的不期望的较大微粒物质。
分离的微粒物质46通过导管50联接于输出端口16-1。例如抽吸器18等的抽吸器可以如关于图1的探测器10论述的那样联接于输出端口16-1。备选地，抽吸器可以联接于流入端口12-1并且将环境空气注入分离室42。
如在图2中图示的，通过腔室42的微粒流52离开腔室22-1的流入端口22a-1并且朝向旁通导管50。在该实施例中，重力协助在导管50处收集微粒物质46。
图3图示具有流入端口12-2和流出端口16-2的探测器60。气旋分离器62联接在端口12-2和传感室22-2之间。
由流动箭头64a、b指示的流入探测器60的环境空气进入腔室42并且朝过滤器66移动。流入物64c朝微粒收集区域62a移动。
腔室62分离出较大微粒物质，其如指示的68a、b、c那样朝区域62a流动。微粒流和在64c指示的一部分进入的环境大气朝向联接于输出端口16-2的旁通导管70。
腔室62引导一部分进入的环境空气64d而没有较大较重微粒物质朝向并且通过过滤器66。来自过滤器66的流出物64e流过导管72并且通过流入端口22a-2进入传感室22-2。腔室22-2可以耦合于例如图1的电路24等的控制电路。
流出的环境空气64f进而通过导管70联接于输出端口16-2。重力也对在探测器60中的分离过程起促进作用。
图4图示另一个抽吸式探测器80，其至少部分包含在外壳80-1中。探测器80具有联接于分离器元件82的环境空气输入端口12-3。元件82的结构在图5A、B中更加详细地图示。
分离器元件82将流入的环境空气和微粒物质84a分割为较重、或较大微粒物质运载部分84b和第二部分84c。没有灰尘或其他要不得的污染物的部分84c通过流入端口22a-3联接于烟雾传感室22-3。
在导管90a、b中的流出的环境空气84b、84d被吸入抽吸器18-1并且在输出端口16-3排出84e。将认识到如上文提到的探测器80的各种元件的配置是示范性的并且其他配置、设计或设置在本发明的精神和范围内。
探测器80可以包括如上文关于图1和控制电路24论述的控制电路24b-1。探测器80可以通过通信媒介28-1与警报系统30-1通信。
图5A、B是分离器元件82的正面和侧面截面图。元件82具有外壳94，其中流入空气路径94a从输入端口12-3朝中空分割器96的第一端96a延伸。气流84a-1、-2沿分割器96的第一和第二侧96b、c朝端区96e、f流动。
一旦经过端区96e、f，流遇到节流装置(restricition)98。节流装置98的直径尺寸迫使具有较小微粒的环境空气84c与84a-1、-2的流动方向相反地移动并且进入分割器96的内部区域96e。
具有较小微粒物质的环境空气84c流过区域96e而朝向流出端口94d(在图5B能最佳地看见)并且朝向探测室22-3的输入端口22a-3。运载较重、较大微粒的环境空气84b沿通道94c流动，经过节流装置98，通过导管90a而朝向抽吸器18-1。因而，较大、较重微粒被排除于烟雾传感室22-3之外。
从前述，将注意到可实现许多变化和改动而不偏离本发明的精神和范围。要认识到预计且应该推断没有关于本文图示的特定装置的限制。当然计划附上的权利要求涉及所有这样的改动如应落入权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种烟雾探测器,包括：
限定内部区域和分离器元件的外壳；
与所述内部区域流体流动连通的烟雾传感室，其中所述分离器元件引导所述内部区域中的选择部分的环境空气进入所述烟雾传感室，其中所述分离器元件，包括：
第二中空外壳；
在所述中空外壳中支撑的中空分割器；
并且其中所述中空外壳包括缩窄的流动区域，其引起流体流进入所述中空分割器。
2.如权利要求1所述的探测器，其中所述外壳限定环境流入端口和环境流出端口，以及接收外壳中的不同部分的环境空气的第二烟雾传感室。
3.如权利要求1所述的探测器，其包括联接于所述外壳的抽吸器。
4.如权利要求1所述的探测器，其中所述分离器元件产生通过所述传感室的第一部分流和绕开所述传感室的第二部分流，以及至少接收所述第二部分流的一部分的第二烟雾传感室。
5.如权利要求4所述的探测器，其中所述第一部分流比所述第二部分流包括更小的微粒物质。
6.一种烟雾探测的方法，包括：提供微粒运载环境大气的流；
提供具有中空外壳的分离器，
在所述中空外壳中支撑的中空分割器，
并且其中所述中空外壳包括缩窄的流动区域，其引起流体流进入所述中空分割器；
利用所述分离器来分离所述流为两个部分流，其中一个部分流比另一个包括更大的微粒物质； 
引导该另一个部分流进入传感区域；
确定引导进入所述传感区域的所述微粒物质是否指示潜在火情。
7.如权利要求6所述的方法，其中分离步骤包括提供该另一个部分流移动进入的减压区域。
8.如权利要求6所述的方法，其包括在提供步骤之后分割微粒运载环境大气的所述流为两个部分。
9.如权利要求8所述的方法，其中分割步骤包括在第一方向上引导所述两个部分，并且其中分离步骤包括在所述第一方向上移动所述较大微粒物质。
10.如权利要求9所述的方法，其包括与所述第一方向相反地移动该另一个部分流。
11.一种分离器，包括：
中空外壳；
在所述中空外壳中支撑的中空分割器；
并且其中所述外壳包括缩窄的流动区域，其引起流体流进入所述中空分割器，所述分离器被用于将所述流分离为两个部分流，其中一个部分流比另一个包括更大的微粒物质，并且该另一个部分流被引导进入传感区域。
12.如权利要求11所述的分离器，其中所述分割器具有第一和第二端部，其中一端部朝向所述外壳的输入端口而另一端部朝向所述外壳的输出端口。
13.如权利要求12所述的分离器，其中所述分割器包括分离的流体流出端口。 
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