CN102460527B - 微粒探测器的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微粒探测器(10)，包括光源(32)、接收器(34)和目标(36)，它们协作以探测受监控区域(38)中的微粒。所述目标(36)将入射光(40)反射，使得反射光(32)返回接收器(34)。接收器(34)是能够在横过其视场中的多个点记录和报告光强的接收器。在优选的形式中，探测器(10)发射第一波段中的第一光束(3614)、第二波段中的第二光束(3618)和第三波段中的第三光束(3616)，其中所述第一和第二波段基本是相同的并且与所述第三波段不同。

Description

微粒探测器的改进
技术领域
本发明涉及微粒探测器方面。通过示例的形式，对涉及适于探测烟雾(smoke)的光束探测器的实施例进行描述。在一个方面，本发明更加广泛地涉及电池供电的设备，尽管例示的实施例将针对光束探测器进行描述。
背景技术
人们已知探测空气中的微粒的多种方法。一种方法涉及将光束投射穿过受监控的区域并且测量光束的衰减。这样的探测器通常称为“减光探测器”，或者简单称为“光束探测器”。
一些光束探测器采用位于一处的发射器和接收器以及远处的反射器，而其他光束探测器使用位于受监控的开放空间相对两侧的、分开的发射器单元和接收器单元。
图1示出了典型的传统光束探测器。探测器10包括位于受监控区域16任一侧的光源和探测器12以及反射器14。来自光源和探测器12的入射光18朝向反射器14投射。反射器14将入射光18反射，反射光20返回光源和探测器12。如果微粒物质进入受监控的区域16，其将会使得入射光18和反射光20衰减并且引起在光源和探测器12处的光的接收量减少。另一可选择的光束探测器将光源与探测器分开，省略反射器，并且直接用光源穿过受监控的区域16照亮探测器。其他的几何结构也是可以的。
尽管光束探测器所采用的烟雾探测机制是很好的，但是光束探测器通常会遇到一些问题。
第一，光束探测器可能产生第I种类型(正误识)的错误，其中外来物体或其他微粒物质(例如灰尘)进入受监控的区域并且遮掩光束。光束探测器一般不能分辨目标微粒(例如烟雾)引起的昏暗和由于非目标的外来物体(例如飞入光束的虫子)的存在而引起的昏暗。
第二，光束探测器可能需要在安装时细心的对准。这种对准的目的是确保光束在没有微粒的正常状态下进入传感器，以便捕捉到发射的光束的绝大多数，进而尽可能提高对于昏暗的敏感度。这种校准过程很慢，因此执行的代价很高。此外，随着物理环境的改变(例如由于附接有光束探测器的结构的轻微移动)可能需要重复校准。在某些情况下，如果探测器上的入射光的强度迅速减弱，这种失准还可能引起错误报警。
在2008年6月10日提交的、爱克斯崔里斯科技有限公司(XtralisTechnologies Ltd)名下的澳大利亚临时专利申请2008902909以及国际专利申请PCT/AU 2009/000727中，发明人已经提出克服这些缺点中的一些的系统。在那里描述并在此由图2再现的典型实施例包括光源32、接收器34和目标36，它们一起对受监控区域38中的微粒进行探测。目标36(例如角隅棱镜)将入射光40反射，使得反射光42返回接收器34。在优选实施例中，接收器34优选地是视频照相机或者其他具有光传感器阵列(例如一个或多个CCD(电荷耦合器件)图像传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器)的接收器，或者是事实上能够在穿过其视场的多个点记录并报告光强的任何器件。
在该系统中，接收器34接收其视场40中全部的光，并且包括成像光学器件以在其图像传感器上形成其视场40(包括目标36)的图像。接收器34以数据的形式记录其视场中光的强度，该数据表示遍布视场的一系列位置处的图像强度。该数据的一部分至少部分地对应反射光42。微控制器54分析图像数据，并且确定哪部分数据提供了对反射光42的最佳判断。因为接收器34具有宽视场，并且具有在该视场内的宽范围的点独立测量光的能力，所以光源32不必与目标36或接收器34细心地对准，这是因为失准的效果仅仅是，使用对应视场内不同像素的不同数据部分来测量反射光42。由此，只要接收器的视场包括目标36，图像中的一个或多个目标区域就将包括对于反射光42的测量值。
如果烟雾或其他微粒物质进入受监控的区域38，其将对入射光40或反射光42造成遮掩或散射。这种遮掩或散射将被探测为，在微控制器确定的图像区域中测量到的接收的反射光42的强度下降。
为包括反射光42，可以忽略超出微控制器所选区域的像素，因为这些像素接收的光并不对应反射光42。
由于随着时间的推移，不断积累的移动或其他因素改变了系统的几何结构，目标36将依然位于接收器34的视场中，然而目标36的图像将出现在接收器34的图像探测器的不同点处。为了解决这种移动，微控制器能够适于随时间跟踪目标36在其光传感器上的图像，以便能够随时间在正确的图像区域上执行烟雾探测。
在那里描述的一些实施例中，目标36被两个(或更多)波长λ1和λ2(例如红外(IR)和紫外(UV)波长)照亮，这两个波长由对应的光源(或共同的光源)沿两条基本共线的路径发射。
将波长选择为，使得它们在存在待探测微粒(例如烟雾微粒)时显示出不同的行为。这样，能够使用所接收的这两个(或更多)波长下的光中的相对改变，来给出是什么引起了光束衰减的指示。
此外，申请人早期的申请描述了一个能够同时监控多个目标的实施例。根据该实施例(在此处的图3中示出)，探测器50包括光源52、接收器54、第一目标56和第二目标57，它们一起对受监控区域58中的烟雾进行探测。目标56反射入射光62，引起反射光64返回接收器54。目标57反射入射光65，引起反射光67返回接收器54。如同前面的实施例，接收器54将图像数据传输给微控制器74。微控制器74分析该数据，并且确定哪部分数据包含分别与反射光64和反射光67相关度最大的信息。当该决策过程完结时，微控制器74将选好两部分数据，它们对应从图像传感器读取的各自的单个像素或各自的像素组，这两部分数据能够最可靠地用于测量反射光64和反射光67的强度。这样，通过仅仅增加又一目标或光源，系统50能够执行两个光束探测器的功能。
使用这样的系统，本发明人先前已经提出一种微粒探测系统，解决了看似矛盾(即光束探测系统中对于高敏感度的要求和对于宽角度操作范围的要求)的需求。然而，这些限制以及对于能够用作发射器的光源的强度的限制意味着，尚需在这些方面进一步改进微粒探测系统。
在光束探测器中，发射的光的强度可能受到限制。例如，可能存在预算考虑，这意味着在产品中必须选择低功率的发光体。此外，在某些情况下，受限的电力供应是可用的，尤其是如果发射器单元是由电源供电的。因为来自发射器的可见光潜在的公害效应，眼睛的安全也是限制光源发射功率的一个因素。出于这些原因中的任何一个，相对低的发射信号功率可以用于光束探测器。因此，系统的信噪比可能受到影响。
为了在满意地进行操作的同时保持发射的功率尽可能低，从敏感度考虑，将发射器的极性发射图样和接收器的视角保持尽可能地窄是有利的。然而，从安装和对准考虑，将同样的角保持尽可能地宽是有利的。由此，保留系统的这些看似矛盾的要求会存在一些问题。
在这样的系统中可能产生的另一问题是，反射面可能提供发射器和接收器之间的一条或多条计划外的光路，并因此干扰对径直的光路的识别或者产生对接收的信号的非受控且计划外的贡献，或者二者皆有。如果反射面受到任何的改变(例如随温度或不断积累的风力载荷的移动，或者引起反射面所反射的贡献随时间改变的人或车辆的移动)，则会加重这种效果。
因为光束探测器的部件通常安装为刚好位于基本平坦的天花板下方，所以这类不想要的反射也许是常见的。发明人已经意识到，要想引起这样的问题，反射面的涂层不必是明显反光或类似镜子的，而且即使是常见的无光涂料的表面，在窄入射角时也可能提供相对强的镜面反射，例如，通常将会发生在表面附近安装有长的翼的光束探测器中。尽管镜子一类或有光泽的涂层是极端情况，然而即使是非常粗糙的表面也可能导致充分镜面的反射，从而产生这些问题。
相邻的墙壁，尤其是装有玻璃的墙壁还会产生带有附加困难(即可能在不同时刻使用百叶窗或可打开的窗户)的相似的问题。然而，该问题并不经常发生，因为很少需要将光束靠近墙壁进行引导。
出于这种原因和其他原因，光束探测器通常需要在安装时的细心对准。这种对准的目的是确保光束在没有微粒的正常状态下进入传感器，以便捕捉到发射的光束的绝大多数，进而尽可能提高对于昏暗的敏感度。这种校准过程很慢，因此执行的代价很高。此外，随着物理环境的改变(例如由于附接有光束探测器的结构的轻微移动)可能需要重复校准。在某些情况下，如果探测器上的入射光的强度迅速减弱，这种失准还可能引起错误报警。
因为光束探测器通常安装至墙壁或类似的平坦表面，所以一般不可能在探测器后使用一列瞄准器类型的对准设备。此外，因为探测器通常安装在高处和不易接近的位置，所以获得精确对准的问题和失准引起的麻烦更加突出。
正如参照图1的讨论，一些光束探测器采用位于一处的发射器和接收器以及远处的反射器。另一装置，如图9所示，使用远离接收器1104的光源1102。分开的发射器1102可以是电池供电的，以避免对于昂贵布线的要求。此外，在由火灾报警回路供电的实施例中，探测器单元1104(或者图1的联合的光源和探测器102)也可以使用电池作为高能耗(超出对有线回路电源的能力的具体限制)时期的备用电源。
为了获得所需的使用寿命并且顺应安全规定，理想的是，在运输或长期存储期间不应使电池供电的单元被供电。
常规地，通常使用手动开关，或者通过去除绝缘的隔离物，或者通过将电池插入而启动电池供电的设备。发明人已经确认，这些方法具有一些缺点，尤其是在光束探测系统的情况下。用于给电池供电的设备加电的常规系统不是自动的，并因此可能在安装光束探测系统时将其忽略。在光束探测系统中，用于光源102、202的波长通常是人眼不可见的。这使得难以在安装时确认光源102、202是启动的。此外，光束探测系统通常安装得很高，需要脚手架或车载升降台以接近系统的部件。因此，接近并调整已经由于疏忽而无法操作的单元是耗时且代价高的。
启动电池供电的单元的某些传统技术还妨碍常见的需求(即光束探测系统应当避免一些引起对该单元的主壳体的穿透的装置)。通常的情况是，将发射器设计为对于灰尘和湿气的进入是密封的，手动开关的使用可能使得这种隔绝的实现更加困难且代价高。
光束探测器可能出现的另一问题是，其暴露的光学表面可能随时间被污垢污染。这将会逐渐减弱接收的信号，存在产生错误报警的可能。人们已知避免并去除积累在光学表面上的污垢的方法，而这些方法尤其常见于闭路电视安全监视设备的领域，例如在取景窗、护圈、擦洗机构和其他类似装置上的抗污染的涂层。
此外，如爱克斯崔里斯科技有限公司名下的PCT/AU2008/001697中所描述的，存在用于清洁或避免污垢在光学表面上积累的其他机械方法，包括使用过滤的清洁空气作为屏障或者静电保护区域的方法，以防止窗口污染。这样的方法可以单独地或者与本发明的其他方面一起，有利地用于光束探测器，并且每种方法构成本发明的一个方面。
凭借参照图2和3描述的双波长系统，可以允许所接收的光的绝对强度在一定程度上的变化，因为使用差式度量(differential measure)来探测光束中的微粒，但是波长之间的相对变化可能引起故障，或者更严重的是错误报警；具体地，与红外光束相比，从紫外光束接收的信号的相对减弱可能会误以为是因为烟雾。由此，在光学表面上的污垢的任何波长选择的积累均能够成为问题。
这在视频监视领域和其他类似领域(所述类似领域具有位于远处的光学器件，如照相机)中是个问题，即昆虫或其他外来物体可能时不时地落在系统的光学器件的暴露的表面上并且部分或完全遮掩光学器件的视场。相似的问题还可能出现在暴露于虫子和其他外来物体的微粒探测系统(例如光束探测器)中。由此，需要保护微粒探测系统(例如光束探测器)的部件，并由此需要避免或尽可能减少这种情况所引起错误报警。
如上所述，本发明的一些实施例可以在发射器中包括分开的发光体，这些发光体设置为发出不同波段的光。最优选地，发光体是LED。随着时间的推移，LED的输出可能在绝对或相对强度上有所变化，或者在绝对和相对强度上均有所变化。凭借双波长系统，可以允许绝对强度在一定程度上的变化，只要系统使用的用于探测微粒的强度的相对测量保持基本恒定。然而，两个发光体的输出强度的相对变化可能产生故障或错误报警。当来自紫外LED的输出信号相对于红外LED的输出有所减弱时尤其如此。
人们已经知道，通过使用穿过例如150米长的光束来监控大区域，或者使用例如仅要求3米长的光束监控相对受限的空间。在传统的光束探测器系统中，能够为这两种非常不同的应用(即150米的间隔或3米的间隔)使用同一光源和接收器。根据发射器和接收器之间的分开距离，通过调节接收器的增益或者调低发射器的功率，这是有可能的。
然而，上面讨论的申请人先前的申请，以及图3的示例，示出的光束探测器可以针对每个接收器包括一个以上的发射器。这存在其自身的特殊问题，即多个发射器可能被设置为与接收器具有非常不同的距离。例如，考虑图57所示的类型的房间。该房间5700大体是L形的并且具有安装在L形的外顶点处的接收器5702。3个发射器5704、5706、5708围绕房间5700定位。第一发射器5704沿L的一个臂定位。第二发射器5706的位置与第一接收器5704呈90°，位于L的另一臂的端部。第三发射器5708从接收器5702穿过L形的顶点安装。将会理解的是，发射器5704、5706与接收器5702之间的距离远大于发射器5708与接收器5702之间的距离。因此，从每个发射器接收的光的亮度将是很不一样的。此外，发射器5708可以如此靠近接收器，以至于使其光接收元件饱和。
还可能产生其他缺点，例如安装人员可能时不时地利用光束探测器的可靠性能，在厂家的说明书的范围之外安装系统。例如，尽管光束探测器通常要以发射器和接收器分开一定距离而工作，但是安装人员可能将该距离延长，以便建立超出厂家建议或规定允许的范围。在某些情况下，微粒探测器的安装人员可能不了解为光源设置的接收器的操作限制。
在这种情况下，安装好的微粒探测器可能在初始安装时令人满意地工作，但是安装后的某个时刻不再正确地工作。例如，这可能在微粒探测器最初安装为接近于但是超出了其设计极限的情况下发生。随着时间的推移，设备和环境可能发生变化，从而出于光束中存在微粒之外的原因逐渐改变接收的信号的强度。这些改变可以由，例如部件老化、粗略对准的偏移或者光学表面上的污染而引起。如果已经在设计极限内搭建，这种系统漂移将通常由系统处理。然而，当系统在这些极限范围外搭建，性能的恶化和随之出现的故障状况可能过早地或重复地发生。
此外理想的是，通过使用固态物体模拟烟雾的存在，能够校准和/或测试这样的光束探测器。这样的测试是用于光束探测器的标准体测试的要求。例如关于“火灾探测和火灾警报系统.烟雾探测器.利用光学光束的线性探测器”的EN 54-12标准。
在现有技术的测试方法中，光束探测器的测试采用部分遮掩投射光束的滤光器，以模拟烟雾效应。使用的滤光器通常由纤维网，或者染料加载板或带有被印刷上的部件的透明胶片组成，其以可重复方式遮掩基本相同量的所有可见的和近可见的波长。本发明人已经意识到，这种滤光器可能不适于与上述类型的光束探测器一起使用。
在图1至3所示的系统的优选实施例中，光源设置为包括多个发光体，其中每个发光体适于产生特定波段的光。此外，分开的光源布置为在不同的时刻发光，以便可以使用单色成像元件。使用分开的发光体的直接结果是，光源中的两个发光体之间存在一定间隔，由此，光将会经过些许不同(尽管非常接近)的光路，穿过光源和接收器之间的空间。这样的隐患是，发射器上的小物体(例如昆虫)对一条光路的影响会大于另一光路，并因此影响接收器的示数。这将会包含错误报警或不必要的故障状况。
传统的光束探测器需要在安装时细心的对准。这种对准的目的是确保光束在没有微粒的正常状态下进入传感器，以便捕捉到发射的光束的绝大多数，进而尽可能提高对于昏暗的敏感度。这种校准过程很慢，因此执行的代价很高。此外，随着物理环境的改变(例如由于附接有光束探测器的结构的轻微移动)可能需要重复校准。如上所述，发明人先前在2009年6月10日提交的、爱克斯崔里斯科技有限公司名下的PCT/AU2008/001697(其说明书通过参引的方式整体纳入于此)中已经提出一种微粒探测器，其包括具有光传感器的接收器，所述光传感器包括光传感器元件阵列(例如视频照相机中的CCD(电荷耦合器件)图像传感器芯片或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器)，或者包括其他能够在穿过其视场的多个点接收并报告光强的接收器。接收器中的每个传感器元件产生与其接收的光的强度有关的信号。这些信号传送给控制器，在控制器中向接收的图像数据应用微粒探测算法。与单传感器的接收器相比，该微粒探测器中的接收器具有更宽的视场且更低的噪声，并且具有在该视场内的更宽范围的点处独立测量光的能力。
因为每个传感器元件具有固有的噪声水平，可以通过将目标(例如光束图像)聚焦在单个传感器元件上提高系统的整体信噪比。然而，这不会产生理想的结果。
上述类型的传感器(例如CCD或其他类型)有时会遇到接收器使用的图像处理算法所产生的一种现象，称为阶梯化，其中相邻的像素或相邻的像素组具有明显不同的值。传感器的物理结构也在传感器元件之间具有无感应的“缝隙”，这些“缝隙”不产生信号。由于这些效应，烟雾探测器部件的对准状况中的任何变化将有可能造成所测量的光强水平的大的变化。
例如，由于被聚焦的目标的小尺寸，接收器或发射器的非常小的移动可以使得该目标移动到完全不同的传感器元件上，该传感器元件相比于目标曾聚焦于其上的先前的像素具有非常不同的固有噪声水平或响应。目标还可能落入某一位置，其中所接收的光束的全部或者有价值的部分落入前述“缝隙”之一。由此，控制器所确定的在图像强度中引起的变化将有可能使得控制器错误地探测烟雾。
为部分解决该问题，探测器能够适于随时间跟踪光传感器上的目标，以便能够在随时间而来自正确传感器的信号之上执行烟雾探测。然而，为正确确定图像强度，将要求控制器确定随时间而使用的不同光传感器的固有特性。这就有赖于系统资源，例如处理循环和功率。此外，控制器并不总是可以做出这个判断。
在光束探测器中可能出现的另一问题是来自受监控的体积内的环境光的干扰。环境光可以来自照亮该体积的阳光或用于照亮空间的人工照明。由此，光束探测器需要尽可能减小这种光的影响的机制。该问题由于相冲突的要求而变得更糟，即光束探测器的光源应当是相对低功率的，从而尽可能降低功耗、对眼睛是安全的并且不会产生可见的损害。在现有技术的使用单一波长的光束探测器中，通常使用滤光器以减弱来自环境光的信号。在红外光束探测器的情况下，所述滤光器通常是基本上去除所有可见光和紫外光的低通滤光器。然而，这对于此处描述的多波长系统是不合适的。
在上述系统的优选实施例中，微粒探测器直接由火灾报警回路在接收器处供电。这尽可能降低了设备的安装成本，因为其避免了用于供电或者与探测器连通的专门布线的需要。然而，火灾报警回路通常仅为探测器提供少量的直流电源。例如，对于这样的探测器，大约50mW的正常功耗是可用的。然而，凭借当前的技术，在视频捕捉和处理期间消耗的功率可能远高于回路可用的50mW。为解决这一问题，可以使用独立的电源，但这是昂贵的，因为防火设备的标准繁多，例如它们需要被完全批准并被监督的电池支持的电源以及固定的主干线。
受限的电力供应还限制了发射器的光功率输出。受限的光功率输出进而限制了测量的信号的信噪比。如果系统的信噪比严重恶化，该系统可能会经历频繁或持续的错误报警。
在有些系统中，可以通过在接收器处使用长积累时间或平均时间来提高信噪比。然而如果使用长积累时间，系统响应时间(通常在1O秒到60秒之间)必须增加到更高水平。这是不想要的。
除了使用光束探测器用于烟雾探测，通常理想的是，使用其他传感器机制用于探测附加的或可选择的环境状况或隐患，例如CO2气体探测或温度探测。这些探测器惯常使用有线或无线通信连接，以向火灾报警控制面板或类似的监控系统发出报警或故障状况。这些连接本身对报警系统增加了可观的成本和潜在的可靠性问题。
在某些系统中，本发明人已经确定，使至少一些部件(最有利的是发射器)依靠电池来进行操作是有益的。典型的部件在申请人的共同在审的专利申请PCT/AU 2009/000727(2008年6月26日提交)中描述，该申请的内容通过参引整体纳入于此。
然而，在微粒探测器的电池供电的部件中将会出现的问题是，随着时间的推移，该部件的电池的电量用尽并最终失效。这种失效将有可能需要对设备进行不定期维修，以再次投入使用。在烟雾探测应用中这尤其是成问题的，由于设备起到的是确保生命安全的作用并且要求迅速消除故障。通过进行预防性的维修可以解决该问题，但是最终会变成进行不必要的检修和更换仍然具有很多电量的单元，并且造成高成本和材料的浪费。
遗憾的是，单独的电池性能和环境状况中的变化使得简单的定期更换周期是不可靠的并且可能是不经济的。对该问题的一种显而易见的解决方案是为部件设置电池状态的指示器，然而这样做的缺点是增加成本，并且指示器本身消耗电量，进一步减少电池寿命。此外，需要定期直接检查部件上的指示器，在光束探测器的情况下，这是尤其不便的。
在一些光束探测器中，例如在参照图3描述的光束探测器(即其中多个光束探测器由对应的发射器和接收器对形成，使得两条或更多条光束交叉或彼此足够靠近地穿过共同的空气区域，使得可以将它们的交点映射到受监控区域中的地址)中可能出现的一个问题是，任何一个子系统可能受到不会影响其他子系统的环境状况或系统问题的影响。这样的问题通常迫使可获得的敏感度下降，或者增加不想要的错误报警的比率。
对任何现有技术的参考不是(并且不应当作为)承认或任何形式的建议，即承认或建议该现有技术形成澳大利亚或任何其他管辖范围的普通公知常识，或者承认或建议可以理由充分地期望该现有技术被本领域技术人员探知、理解并视为相关。
发明内容
在第一方面，本发明提供了光束探测器装置，其包括发射器和接收器，所述发射器是适于发射一束或多束光的发射器，所述光在照明范围上具有预定特性，所述接收器具有接收器视场，并且适于接收所述发射器发射的光束；
光束探测器被安装以保护受监控的体积，该体积包括具有一个或多个反射面的结构，所述反射面在发射器的照明区域和接收器的视场之内；
光束探测器包括处理器，所述处理器适于确定在接收器处接收的光束是否具备一个或多个预定的光特性。
在具备所述一个或多个特性的情况下，所述处理器能够适于确定来自发射器的光束被接收。在接收的光束不具备所述一个或多个特性的情况下，所述处理器能够确定来自发射器的光束没有被接收。可选择地，处理器能够确定接收的光束是发射的光束的反射光束。
所述光束探测器装置可以包括信号装置，在处理器确定来自发射器的光束没有被接收和/或反射的光束被接收的情况下，所述信号装置适于发出故障状况信号。
在第二方面，本发明提供了一种方法，用于确定光束探测器的接收器接收的光束是径直的发射光束还是反射的光束。该方法包括，在接收器处接收光束并测量光束的一个或多个预定的特性，并且根据预定的特性在光束中的存在程度，确定接收的光束是径直的发射光束还是反射的光束。在接收的光束的一个或多个特性与发射的光束的一个或多个特性基本上不匹配的情况下，该方法可以包括，确定接收的光束是反射光束。光束的特性可以包括接收的光束中的两个或更多波长组分的相对强度和/或接收的光束的偏振特性。
在另一方面，本发明提供了用于光束探测器的接收器，所述接收器包括多个图像传感器，每个图像传感器包括多个传感器元件，所述图像传感器布置为具有至少部分重叠的视场。接收器可以附加地包括适于在这两个传感器中的每一个上形成图像的光学装置。接收器可以附加地包括图像分析装置，以分析来自所述多个图像传感器中一个以上的图像传感器的图像，从而确定多个传感器的视场中的图像成分的角向位置。该图像成分可以是由光束探测器的光源发射的一条或多条光束。
在又一方面，本发明提供了用于光束探测器的接收器，所述接收器包括：
包括多个传感器元件的一个或多个传感器，用以接收来自发射器的光束；
与所述一个或多个传感器进行数据通信的处理装置，用以接收并处理来自传感器的图像数据；以及
适于接收一个代表即将从光束探测器的一个或多个发射器接收的多条光束的输入的输入装置。
优选地，所述输入装置可以包括一个或多个开关(例如DIP开关)，或者通过提供数据输入接口(例如串行端口或类似装置)，数据可以通过数据接口提供给处理器装置或者与其相关的存储器。
在又一方面，本发明提供光束探测器，其包括：一个或多个光源，适于穿过受监控的区域发射所述光束；一个或多个接收器，其相对于发射器和受监控的体积被布置，以使得来自发射器的光在穿过受监控的体积的至少一部分后到达所述接收器。
在本发明的某些实施例中，光束探测器系统可以包括一个或多个挡光挡板，其相对于受监控体积和发射器和/或接收器被布置，使得没有来自光束探测器的光源的照明区域和光接收器的视场内的表面的反射光到达接收器。
在光束探测器的优选实施例中，光接收器根据在此描述的本发明的一个方面来制造。
在本发明的某些实施例中，光束探测器的发射器根据本发明的任何一个方面的实施例来制造。
在一个方面，本发明提供用于光束探测器发射器的发射器，其包括一个或多个光源，该光源适于以空间不同的光束图样产生光。优选地，空间上可分辨的光束图样在至少一个平面上不是对称的。空间上可分辨的光束图样可以包括具有可分辨特性的单独的光束的图样。所述特性可以包括能够彼此分辨开的波长特性、偏振特性或调制特性。还可以使用其他特性。例如，在优选的形式中，该可分辨的图样可以包括一对可分辨的光束。单个光源可以用于发射器的某些实施例。在这种情况下，由接收器形成的光束的图像必须使得光源的形状能够被直接分辨。例如，光源的图像可以是“L”形，使得能够从光源的图像中分辨出上下和左右。
在包括上述类型的发射器的光束探测器中，本发明在又一方面还提供了一种确定接收器处接收的光束是否以径直的或反射的路径发射的方法，所述方法包括：
布置光源和接收器，使得光源发射的光束在接收器处被接收；以及
将光源相对于光源的照明区域和接收器的视场内的一个邻近的表面定向，使得光源的径直的图像与来自所述表面的光源的反射的镜像在接收器处是能分辨的。
这个对准步骤可以包括将光源对准，使得其图像在径直的和反射的图像中不是对称的。
在又一方面，本发明提供了一种在光束探测器系统中将径直接收的光束与反射的光束分辨开的方法，所述方法包括接收包含两个图像片段的图像，这两个图像片段潜在地对应微粒探测器发射的光束；
确定接收的每条光束的亮度；以及
确定接收的光束中最亮的一条是径直接收的光束。
在本发明的又一方面，提供了一种确定多条接收的光束中的哪一条是来自光源径直接收的，而哪些是通过表面反射而被接收的方法，所述方法包括：
确定所接收的光束中哪一条是由垂直离开反射面最远的光束探测器的接收器的光传感器的传感器元件所接收的；以及
将确定的光束图像指定为径直的光束图像。
在第一方面，提供了光束探测器，其包括：
光源，其适于发射带有第一偏振态的光束；
光接收器，适于接收第二偏振态的光并且输出所接收的亮度级；以及
控制器，适于分析所接收的亮度级并且应用报警和/或故障逻辑，并且如果存在预定的故障状况，采取行动。
在一个实施例中，第一和第二偏振态是平行的。
在另一实施例中，第一和第二偏振态是彼此不重合的。它们可以是正交的。
光束探测器可以包括光源，所述光源适于发射带有第三偏振态的第二光束。所述第一和第三偏振态优选地是不同的。最优选地，它们是正交的。第一和第二光源可以是共同的光源。第三和第二偏振态可以是相同的。
光束探测器还可以包括适于接收第四偏振态的光的光接收器。
第二和第四偏振态优选地是不同的。最优选地，它们是正交的。第四和第一偏振态可以是相同的。
光接收器和发射器中的一个或两个可以包括偏振滤光器，或者多个可互换的滤光器。
光束探测器系统的组件，其包括：
至少一个电光器件，设置为以第一空间分布发射光或接收光；以及
光学子系统，其相对于所述电光器件被布置，以使得所述第一空间分布被调整以形成第二空间分布，其中
所述第一空间分布沿两条不平行的轴线的相对延伸程度与所述第二空间分布沿相同轴线的相对延伸程度不同。
优选地，所述轴线是彼此正交的。最优选地，一条轴线被阻断成为竖直的轴线而另一轴线是水平的轴线。
优选地，与第一空间分布相比，第二空间分布在水平方向比竖直方向相对较宽。
光学子系统可以包括畸变透镜，或者其他“宽屏”光学系统。
电光器件可以是图像传感器。电光器件可以是发光体，例如LED、激光二极管。
本发明的又一方面提供了用于微粒探测器的光源，包括：
至少一产生光束的发光体；以及
用于控制光束的角向色散的光学子系统，其中所述光学子系统适于成形光束，使其具有沿一条轴线比另一轴线更大的角向色散。
优选地，光束的形状是宽度大于高度。光束可以成形为，使其具有5度至25度之间的水平角向色散。最优选地是在大约10度至15度之间。
竖直色散可以在0度至10度之间。最优选地是在大约3度至5度之间。
在另一方面，本发明提供了用于光束探测器的接收器，包括：
光传感器，所述光传感器能够提供代表在传感器的多个位置上检测到的亮度级的输出；以及
光学子系统，所述光学子系统适于接收视场中具有第一形状的光，并且以第二不同形状的图像将其引导到光传感器上。
优选地，所述光学子系统包括畸变透镜。光学子系统的视场优选地在一个方向上比另一方向上更宽。优选地，其宽度大于高度。
可以通过在一个方向上最大的可接受光角和在另一方向上最大的可接受光角来定义光学子系统的视场。
优选地，最大的水平可接受角度是90度或更小。然而在某些情况下可以更大。
优选地，最大的竖直可接受角度是10度或更小。
本发明的另一方面大体涉及微粒探测设备的搭建，其中与微粒探测设备合并或者附接至微粒探测设备的目视对准设备指向目标，并且用于在安装时刻或者需要进行对准调整时与设备精确对准。目视对准设备与微粒探测器中的光学元件将具有相对于彼此的固定对准关系。目视对准设备可以包括可见光束产生器，其朝向远处的表面投射视觉上可以观察到的光束，或者可以包括视频照相机，其接收远处表面的图像并且将该表面的图像显示在显示屏上。
本发明的一个方面提供了烟雾探测器的组件，包括：
光学模块，所述光学模块包括一个或多个光源和/或一个或多个光接收器；
安装装置，所述安装装置用于将所述光学模块安装至支撑面；
活节连接，所述活节连接位于所述安装装置和所述光学模块之间；以及
目视对准设备，所述目视对准设备固定为与所述光学模块一起移动，用于帮助将所述光源和/或所述接收器相对于目标对准。
可选地，目视对准设备包括光学模块中的、对准光束发生器(alignment beam generator)能够插入其内的一个或多个插口。
所述活节连接可以包括一个或多个锁定装置，用于锁定所述光学模块相对于所述安装装置的定向。活节连接可以包括球窝关节，能够允许光学模块相对于安装装置在相对大的倾斜弧度内倾斜，锁定装置适于将所述球在所选的方向与所述窝锁定。锁定装置可以包括螺钉部件，其啮合在窝内的带螺纹的膛口中并且与所述球的表面接触，以便将所述球与所述窝锁定在一起。可选地，螺钉能够经由目视对准设备接近。
在可选择的配置中，本发明提供了烟雾探测器的组件，包括：
光学模块，所述光学模块包括一个或多个光源和/或一个或多个光接收器；
固定安装装置，用于将所述光学模块安装至支撑面；
活节安装装置，所述活节安装装置位于所述光学模块和一个或多个光源或光接收器之间；以及
目视对准设备，所述目视对准设备固定为与所述光源和/或所述接收器一起移动，用于帮助将所述光源和/或所述接收器相对于目标对准。
可选地，目视对准设备包括活节安装装置中的、对准光束发生器能够插入其内的一个或多个插口。
所述活节连接可以包括一个或多个锁定装置，用于锁定所述光学模块相对于所述活节安装装置的定向。活节连接可以包括球窝关节，能够允许光学模块相对于安装装置在相对大的倾斜弧度内倾斜，锁定装置适于将所述球在所选的方向与所述窝锁定。锁定装置可以包括螺钉部件，其啮合在窝内的带螺纹的膛口中并且与所述球的表面接触，以便将所述球与所述窝锁定在一起。可选地，螺钉能够经由目视对准设备接近。可选择地，可以使用可旋转的安装。
目视对准设备可以包括容纳在圆柱形的管或轴中或者安装在圆柱形的管或轴上的激光器，所述管或轴的尺寸设计为与光束对准设备滑动配合。可选地，激光器形成用于锁定所述活节连接的工具的一部分。激光器可以闪烁以帮助视觉识别。
可选择地，目视对准设备可以包括视频照相机，其安装为与壳体一起移动，并且能够产生目标的图像，所述图像包括瞄准装置，当与目标对准时，所述瞄准装置将指示光学器件被操作性地对准。所述壳体可以包括视频照相机座架，当照相机安装至照相机座架时，照相机座架将照相机与壳体对准，从而照相机具有在相对于光源的已知方向上对准的视场。可选地，所述已知方向与从光源发射的光在轴向上对准。
组件可以是，例如用于微粒探测器(例如光束探测器)的发射器、接收器或目标。
本发明的另一方面提供了将烟雾探测器的组件对准的方法，包括：
将组件以初始定向安装至支撑面，所述组件包括目视对准设备；
通过视觉观察目视对准设备的输出，确定所述组件的定向；
通过监控目视对准设备，调节所述组件的定向，直到该组件处于所选的工作定向；以及
将该组件固定在所述工作定向上。
该方法可以包括将目视对准设备从组件中移除。
通过观察从位于支撑面远处的目视对准设备发射的对准光束的位置，或者观察由目视对准设备的照相机产生的远处表面的图像，可以确定组件的定向。
本发明的又一方面提供了对准工具，包括：
具有手柄的轴；
能够通过所述手柄启动的驱动装置；
在相对于所述驱动装置的固定或已知方向上的目视对准设备；以及
轴和手柄。
进一步进行设置，使目视对准设备包括位于一个盒中的激光器，使手柄在其中具有插口，插口的形状是为了容纳所述盒。激光器通常将是电池供电的，并通过打开/关闭开关而使激光器可以在不使用时关闭。所述轴可以是直的或者可以在其中具有肘部，这取决于该工具将要用于的设备的结构。可选择地，目视对准设备可以包括视频照相机。
本发明的一个方面提供了目视对准工具，包括：
啮合装置，用于与所述目视对准工具啮合并且将所述目视对准工具相对于微粒探测器组件对准；以及
视觉瞄准装置，用于在所述啮合后提供微粒探测器组件对准的视觉指示。
视觉瞄准装置可以是照相机，但是优选地是用于投射可见光的装置。可见光可以是如同激光指示器中的简单光束，或者是更加复杂的图样，例如叉丝。用于投射的装置可以闪烁以帮助视觉识别。视觉瞄准装置优选地是电池供电的，但是可以包括打开/关闭开关，从而使其可以在不使用时关闭。
所述啮合装置优选地是伸长的突出物，能够容纳在微粒探测器组件内的凹部中。优选地，所述视觉瞄准装置与所述啮合装置同轴对准。
目视对准工具装置优选地包括一伸长的手柄及一轴，所述轴从所述手柄的一端伸出并且与其同轴对准，其中所述轴的至少一部分形成啮合装置。所述轴和所述凹部可以是圆柱形的并且其尺寸设计为彼此滑动配合。
视觉瞄准装置优选地布置在手柄的另一端。可选地，视觉瞄准装置是能够从手柄上移除的。
目视对准工具可以包括驱动装置，用于与微粒探测器组件的锁定装置啮合并且对其进行启动。
驱动装置优选地在所述轴的远离手柄的一端形成，并且能够围绕所述轴的轴线旋转以启动锁定装置。驱动装置可以是，例如艾伦扳手(六角)、菲利普头或其他适当的形状(例如三角形)。理想地，驱动装置的形状设计为，用于与锁定装置仅在单一的相对旋转方向上啮合，例如，驱动装置可以是能够容纳在互补的凹部中的非等边三角形的突出物，从而目视对准工具的旋转方向指示锁定装置的状态。可以在工具上设置可见的标记，以协助所述指示。
在这个方面，本发明还提供了微粒探测器组件；
所述组件包括安装部分、光学模块和锁定装置；
所述安装部分能够固定地附接至安装表面；
所述光学模块相对于所述安装部分活节连接，用于相对于目标对准，并且所述光学模块包括用于产生对所述对准的视觉指示的装置；并且
所述锁定装置能启动用以将所述光学模块相对于所述安装部分锁定在所选的对准状态。
在此使用的术语“目标”应当广义地解释，并且可以包括安装在远处的用于将光源的光反射回接收器的真实目标。然而，目标还可以简单地指示远处的表面(如果来自该远处表面反射的光由接收器监控)甚或是一个组件应当对准至其上的一个所需的点(例如，对于光源，接收器可以是一个目标，反之亦然)。
用于产生视觉指示的装置可以是视觉瞄准装置，其包括电光器件，例如照相机或激光指示器，但是优选地是用于与包含视觉瞄准装置的目视对准工具协作的啮合部件。
优选地，光学模块包括形成啮合部件的伸长的凹部。所述凹部优选地具有至少一个开口端并且布置为，使得所述凹部的轴线在所述光学部件与目标对准时朝向目标投射。凹部可以在与光学模块的操作区域的边界平行的方向上延伸，或者与光学模块的空间光学特性处于某些其他已知的物理关系。
锁定装置优选地能够由目视对准工具启动。锁定装置优选地包括位于凹部内的被驱动部件，并且能够与目视对准工具的驱动装置啮合，以启动锁定装置。优选地，其适于围绕所述凹部的轴线被旋转驱动到所选的方向，以启动锁定装置。被驱动部件的形状优选地设计为，用于与目视对准工具的驱动装置仅在单一的相对旋转方向上啮合，例如，驱动装置可以是非等边三角形的突出物，能够容纳在被驱动部件中形成的互补的凹部中，使得目视对准工具指示锁定装置的状态。可以在组件上设置标记，以协助所述指示。
优选地，所述光学模块和所述安装部分的其中之一(最优选地是所述光学模块)被俘获于另一部分中，所述活节连接通过光学模块和安装部分之间的球形滑动配合来实施。被驱动部件可以是位于光学模块和安装部分的其中之一中的平头螺钉，并且能够旋转以啮合光学模块和安装部分中的另一个。但是优选地，光学模块包括制动块和凸轮，其中所述凸轮布置为，由所述被驱动部件驱动并进而驱动所述制动块，以便以摩擦方式或其他方式啮合所述安装部分，并由此将所述光学模块相对于安装部分锁定。凸轮可以附接至被驱动部件或者与其整体形成。制动块可以朝向缩回的非制动位置偏置。
光学模块可以包括简单的光学元件，例如透镜或镜子。例如，一个可对准用于将去往或来自固定安装的电光元件的光束改变方向的镜子。在这种情况下，镜子和电光元件可以安装在一壳体中。
优选地，微粒探测器组件设置为，在所述锁定装置被启动时，操作性地将一电路连接至电源，以实现所述电光元件的操作。为此，可以将一开关与所述被驱动部件相关联。例如，所述被驱动部件可以在离开其轴线的半径上的一点承载一磁体，所述磁体布置为，当所述被驱动部件旋转到所选的方向时作用在一簧片开关上。
本发明的这个方面还提供了微粒探测器组件和目视对准工具的结合，以及安装和对准微粒探测器组件的方法。
提供了将微粒探测器组件对准的方法，所述微粒探测器包括光学模块、安装部分和锁定装置，所述方法包括：
将所述光学模块相对于所述安装部分活节连接，以将取向(orientation)的视觉指示与目标对准。
优选地，所述方法包括启动所述锁定装置，以将所述光学模块锁在所述对准方向上。
优选地，所述方法进一步包括将微粒探测器组件的光学模块与目视对准工具啮合，以提供所述光学模块的取向的所述视觉指示；以及
将所述目视对准工具去啮合。
所述启动优选地包括旋转所述视觉指示工具，并且最优选地，同时将电光器件连接至电源。
安装微粒探测器组件的方法包括：
将微粒探测器组件的安装部分固定安装至安装表面；以及
根据上述方法将微粒探测器组件对准。
在优选的形式中，包括锁定光学模块并且将电光器件连接至电源的步骤。
在另一方面，本发明提供烟雾探测器组件：
所述组件包括安装部分、光学模块、锁定装置和启动装置；
所述安装部分能够固定地附接至安装表面；
所述光学模块包括电光元件并且被相对于所述安装部分活节连接，用以相对于目标的对准；
所述锁定装置能够响应于安装人员的介入而启动，以将所述光学模块相对于所述安装部分锁定在所选的对准方向上；以及
所述启动装置设置为，响应于安装人员的介入，操作性地将电光元件连接至电源。
在又一方面，本发明提供微粒探测器的组件，其包括电光器件和光学组件，所述电光器件适于至少发射或接收角向范围内的光信号，所述光学组件适于改变光信号的方向，所述光学组件和电光器件相对于彼此安装，使得所述电光器件经由所述光学组件接收或发射光信号，其中：光学组件的定向能够相对于电光器件调整，以使组件发射或接收的光信号的方向能够改变。
优选地，组件包括壳体和孔，所述电光器件和所述光学组件安装在所述壳体中，光信号可以穿过所述孔。
安装装置可以适于将所述光学组件可旋转地相对于所述壳体安装。所述安装装置优选地与所述壳体中的凹部摩擦配合。所述安装装置优选地包括能够通过启动工具啮合的啮合装置，以允许所述光学组件的旋转。所述啮合装置能够适于如此所述地与启动工具啮合。
所述光学组件可以包括镜子，以反射光信号。
电光器件可以是包括多个传感器元件的光传感器。光传感器优选地是适于捕捉一系列图像的照相机。
根据本发明的某一方面，提供了微粒探测器组件，所述组件包括具有启动器的第一模块和设置为安装至所述第一模块的第二模块。所述第二模块包括用于光束探测系统的电光系统以及能够向所述电光系统供电的电源。第二模块还包括对启动器作出反应的开关。当第二模块安装至第一模块时，启动器使得所述开关操作性地将电源与电光系统连接。
在一种布置中，启动器是磁体，并且在两个模块组装后，使用簧片开关探测磁体的接近。
在广义概念下，本发明的一个方面可以在光学表面的污染对两个波长的影响基本相同的情况下改进系统性能。在这个方面，接收的信号的逐渐衰减由两个信道的有效的整体接收器增益的增加所补偿，并使用一个被选取的时间常数，所述时间常数被选取为远远大于可能会错过探测到一场真正的火灾的时间，例如一周。
由此在一个方面，本发明包括，探测在微粒探测系统中接收的亮度级的长期漂移；以及增加探测电路的增益，以对漂移进行补偿。在带有多个照明(例如不同波长下的多个照明)的系统中，可以增加依赖于波长的增益。
该概念可以延伸，使得在光学表面的污染对较短波长的影响大于对较长波长的影响的情况下(在污染主要包含小微粒(例如作为烟雾污染的结果)时可以发生)，所接收的信号非常缓慢的减弱通过增加每个信号信道的有效的总体接收器增益而被单独地补偿，再次使用一个被选取的时间常数，所述时间常数被选取为远远大于可能会错过探测到一场真正的火灾的时间，例如一周。
在第一方面，本发明提供用于微粒探测系统的光源，所述光源适于发射：第一波段中的第一光束；第二波段中的第二光束；以及第三波段中的第三光束，其中所述第一波段和第二波段本质上是相同的并且与所述第三波段不同。
所述第一波段和第二波段可以处于电磁波谱的紫外部分。所述第三波长可以处于电磁波谱的红外部分。
所述第一光束离开所述光源发射的位置可以与所述第二光束离开所述光源发射的位置分开。分开的间距可以是大约50mm。
所述光源可以进一步包括用于发射所述第一光束和第二光束的第一发光体以及用于发射所述第三光源的第二发光体。在这种情况下，所述光源可以进一步包括用于将从第一发光体发射的光束分裂为所述第一光束和第二光束的分束器。可选择地，所述光源包括用于发射所述第一光束的第一发光体、用于发射所述第二光束的第二发光体和用于发射所述第三光束的第三发光体。所述第一、第二和/或第三发光体是发光二极管。
所述光源可以进一步包括控制器，所述控制器设置为，以重复的顺序产生所述第一、第二和第三光束。优选地，所述重复的顺序包括所述第一、第二和/或第三发光体的轮流操作。
在又一方面，本发明提供用于微粒探测系统的光源，所述光源包括：用于发射第一光束的第一发光体；用于发射第二光束的第二发光体；以及光学系统，所述光学系统包括透射区域，来自所述第一和第二发光体的光从所述透射区域从所述光源发射，其中光学系统布置为，使得对透射区域的遮挡引起对于所述第一和第二光束本质上相同的遮挡。
所述第一和第二发光体是半导体裸片。优选地，它们是容纳在单个光学封装件内的半导体裸片。
所述光学系统可以进一步包括导光器件，用于将来自所述第一和第二发光体的所述第一和第二光束引导至所述透射区域。
所述导光器件选自，包含但不限于以下内容的组：凸透镜、菲涅尔透镜和镜子。可以使用其他光学器件或前述光学器件的组合。
其中所述透射区域优选地形成所述光学系统的外部可接近的光学表面的至少一部分。例如透镜、镜子、窗、LED封装件或其他类似光学器件的外表面。
所述光学系统可以包括光束成形光学器件，所述光束成形光学器件适于改变所述第一和第二光束中的一条或两条的光束形状。
所述光束成形光学器件可以向从所述光源发射的光提供大约10度的发散角。
在这种情况下，所述光束成形光学器件可以改变光束中的一条或两条的光束形状，使其在一个方向上比另一方向上延伸得更远，例如在水平方向大于竖直方向。
所述光束成形光学器件还可以改变所述第一和第二光束，使得它们具有彼此不同的光束形状。所述光束成形光学器件可以改变所述第一光束，以使其具有比所述第二光束更宽的光束形状。
所述光束成形光学器件可以包括一个或多个光束强度调节元件，所述光束强度调节元件设置为调节光束的空间强度。所述光束强度调节元件选自，包含但不限于以下内容的组：光学表面涂层，毛玻璃扩散器，以及刻蚀玻璃扩散器。
所述第一发光体可以发射紫外光束，而所述第二发光体可以发射红外光束。
所述导光器件和所述光束成形光学器件可以结合为单一光学元件，或者包括带有多个光学元件的光学装置。所述光学元件可以是透射或反射元件。
在又一方面，本发明提供了微粒探测系统，其包括光源、接收器，所述光源是根据上面一种或多种情况所述的光源。
用于微粒探测器的光源，包括：一个或多个发光体，适于产生至少一条光束，所述光束具有从远处观察点观察的第一明显尺寸；光学系统，布置为接收所述至少一条光束并且发射所述至少一条光束，并且适于使得发射的光束具有从所述远处的观察点观察的大于所述第一明显尺寸的第二明显尺寸。
所述光学系统优选地包括光束扩散器。所述扩散器可以是专用的光学器件(例如一片刻蚀玻璃)或者由用于另一目的的光学器件上的表面处理而形成。
在另一方面，提供了用于微粒探测器的光源，包括：一个或多个适于产生至少一条光束的发光体，所述光束具有至少两个波段中的组分；及所述一条或多条光束从中穿过的一可选的光学系统；所述发光体和/或光学系统设置为，使得至少两个波段中的一个中的光具有与另一波段中的光不同的空间强度分布。
优选地，一个波段中的光的束宽比另一波段中的光的束宽更宽。优选地，波长较长的波段中的光具有比波长较短的波段中的光更窄的束宽。优选地，波长较短的波段可以包括电磁波谱中的蓝色、紫色或紫外部分中的光。
在另一方面，本发明提供了能够用于微粒探测器的发光体，所述发光体包括：包括窗口部分的壳体，光穿过所述窗口部分发射；用以产生多个波段的光的装置；以及一光敏元件，所述光敏元件布置在所述壳体中，并且设置为接收所述产生光的装置所发射的至少一个或多个波段中的一部分光；一个或多个电接头，用于实现所述产生光的装置、所述光敏元件及一电路之间的电连接。
优选地，所述发光体包括多个适于发射对应波段内的光的发光元件。
所述光敏元件可以是光电二极管或其他光敏电路元件。
最优选地，所述发光元件是LED裸片。优选地，所述壳体的窗口部分能够适于控制所发射的光束的形状。
所述壳体可以是LED封装件。
在一个形式中，所述发光体包括用于发射一个或多个波段的光的多个发光体。所述多个发光体可以布置在所述壳体中，以获得预定的光束特性。在一个示例中，对应一个波段的发光体可以布置在对应另一波段的一个或多个发光体周围。
在优选的形式中，所述壳体可以包括用于尽可能地减少到达所述光敏元件的环境光的装置。例如，该装置可以包括一个或多个滤光器，所述滤光器对发光元件发射的波段以外的光进行衰减。可选择地，其可以包括壳体中的一个或多个挡板或壁，以基本遮挡将光敏元件使其免于直接接收来自壳体外部的光。
在又一方面，本发明提供了确定微粒探测器中光源的发光元件的输出强度的方法。所述方法包括根据调制图样点亮发光元件，所述调制图样包括发光体正在发光的“开期间”和发光体没有发光的“关期间”；探测在一个或多个开期间和一个或多个关期间中发光元件的输出；根据所述一个或多个关期间中测量的亮度级，调整一个或多个开期间中探测到的光输出。例如，所述调整可以包括将关期间的测量从相邻的开期间的测量中减去。可选择地，可以在预定个数的相应开或关期间上对所述开或关期间进行累加或平均，以确定光输出水平。
在另一方面，本发明提供了用于微粒探测器的光源，所述光源包括在此描述的类型的至少一个发光体。
所述光源可以包括调制电路组件和反馈电路组件，所述调制电路组件适于控制光源的照射方式，所述反馈电路组件电连接至所述光敏元件，并且适于接收来自所述光敏元件的输入以及向所述调制电路输出控制信号。
根据所接收的反馈信号的水平或变化，所述调制电路可以适于改变以下内容中的一个或多个：
照明的持续时间；
照明的强度；
应用至发光体的电压；或者
应用至发光体的电流。
在又一方面，本发明提供了用于微粒探测器的光源的方法，所述方法包括：根据第一调制图样点亮所述光源的至少一个发光体，所述调制图样包括多个照明脉冲；接收反馈信号；响应于所述反馈信号调节所述调制图样。
所述方法可以包括调节以下内容中的至少一个：
照明的持续时间；
照明的强度；
应用至发光体的电压；
应用至发光体的电流。
优选地，所述反馈信号由光敏元件产生，所述光敏元件布置为监控所述光源的至少一个发光元件的光输出。
所述反馈信号可以是适于补偿所述光源的至少一个发光体的预定特性的信号。所述预定的特性可以是发光体的温度响应。
在本发明的实施例中，响应于反馈信号调节调制图样的步骤可以包括调节所述调制图样，以将与光源的至少一个发光体的输出强度有关的数据编码。例如，一个或多个调制脉冲可以被插入，或调节到所述调制图样中，以向光输出的接收器发射发光体的输出数据。
在本发明的另一方面，提供了用于光束探测器的组件，包括：
壳体，所述壳体具有限定了至少一个内部容积的一个侧壁，所述至少一个侧壁包括光学透明的壁部，光可以穿过所述壁部进出所述壳体；
电光系统，所述电光系统位于所述内部容积中，适于经过所述壳体的光学透明的壁部发射和/或接收光；
外来物体探测系统，所述外来物体探测系统适于探测所述光学透明的壁部的外表面上或附近的外来物体，并且包括适于照亮所述外表面以及所述外表面上或附近的外来物体；
光接收器，以便在外来物体被照亮的情况下，接收从外来物体散射的光，并且产生输出信号；
控制器，所述控制器适于分析所述输出信号，并且在满足一个或多个准则的情况下应用故障逻辑以确定外来物体的存在并采取行动。
所述光接收器可以是以下内容中的任意一个：
光电二极管；以及
用于在使用中探测微粒的光传感器阵列的一部分。
所述光源可以安装在所述内部容积内。可选择地，其可以安装在所述壳体的外部。
在第一方面，本发明提供了用于微粒探测系统的方法，所述微粒探测系统包括一个或多个光源及一接收器，布置为使得来自所述一个或多个光源的光穿过将针对烟雾进行监控的区域并且被所述接收器接收，还包括控制器，对所述控制器编程，以便基于至少一个接收光强阈值，监控一个或多个预定的报警和/或故障状况的出现；所述方法包括：提供至少一个初始的接收光强阈值，用于在运转期间(commissioning period)由控制器使用；以及提供至少一个第一可操作接收光强阈值，用于在运转期间之后的操作期间使用。
优选地，在所述运转期间提供的接收光强阈值包括最低的接收光强阈值，在低于该阈值时将会指示故障状况。
在所述操作期间提供的接收光强阈值可以包括最低的接收光强阈值，在低于该阈值时将会指示故障状况或报警状况。
所述运转期间的最低的接收光强阈值可以高于在所述操作期间的至少一部分中最低的接收光强阈值。
所述方法可以进一步包括：在延迟时期过去后，提供至少一个第二可操作光强阈值，至少一个第二可操作光强阈值在所述延迟时期之后的操作期间的至少一部分中使用。
所述第二可操作光强阈值可以基于所述延迟时期中接收的强度的一个或多个测量结果。
该第二可操作光强阈值优选地高于至少一个第一可操作光强阈值。第二可操作光强阈值可以低于至少一个初始的光强阈值。
所述方法进一步包括：确定延迟时期过去了。确定延迟时期过去了的步骤可以由控制器自动执行和/或在接收到一个告知延迟时期的终止的命令时执行。
如果接收的光包括多个波长组分，则所述方法包括：基于所接收的两个或更多波长处的光强，确定至少一个预定的报警状况的出现。所述方法可以包括，基于所接收的两个或更多波长处的光强的组合，确定一个或多个预定的报警状况的出现。
所述方法可以进一步包括，在所述运转期间后启动所述操作期间。启动所述操作期间可以自动地(例如基于定时器)或者在接收到启动命令时执行。
在又一方面中，本发明提供了用于微粒探测系统的控制器，所述微粒探测系统包括一个或多个光源及一接收器，布置为使得来自所述一个或多个光源的光穿过将针对烟雾进行监控的区域并且被所述接收器接收，对所述控制器编程，以便基于至少一个接收光强阈值，监控一个或多个预定的报警和/或故障状况的出现；所述控制器适于执行在此描述的方法。
所述控制器可以在出现一个或多个预定的报警和/或故障状况时采取行动。例如，所述行动可以是产生报警或错误信号。
本发明还提供了包括这样的控制器的微粒探测系统。所述微粒探测系统可以进一步包括，用于接收光的接收器；布置为发射一个或多个波长的光的一个或多个光源，使得来自所述一个或多个光源的光穿过将针对烟雾进行监控的区域并且被接收器接收。优选地，每个光源是发光二极管。接收器可以包括光传感器元件阵列，例如，接收器可以是视频照相机。
本发明的又一方面还可以提供运转和操作微粒探测系统的方法，包括：布置一个或多个光源及一接收器，使得来自所述一个或多个光源的光在被接收器接收之前穿过将针对烟雾进行监控的区域；以及执行本发明的第一方面的实施例的方法。
在又一方面，还提供了用于监控某一体积的微粒探测系统，所述系统包括：至少一个发射器，所述发射器适于发射一条或多条光束；接收器，所述接收器适于接收来自至少一个发射器的在穿过受监控体积之后的所述一条或多条光束；控制器，所述控制器适于根据所述接收器的输出，确定所述体积中微粒的存在；以及用于确定用于微粒探测的发射器的光输出强度的装置。
用于确定发射器的光输出强度的装置与发射器相关。用于确定发射器的光输出强度的装置可以包括一个或多个滤光器，其能够选择性地定位在发射器发射的光束的路径上。发射器可以包括安装装置，所述安装装置设置为容纳一个或多个滤光器元件，以使发射器发射的光输出的强度能够被设定到预定的水平。
用于确定发射器的光输出强度的装置可以包括电子控制装置，所述电子控制装置适于对发射器的光输出进行电子控制。所述电子控制装置可以包括一个或多个能够手动控制的开关，以便选择发射器的光输出强度。
电子控制装置可以与接收器数据通信，并且适于接收来自接收器的控制信息，所述信息与所接收的来自发射器的亮度级相关，并且适于响应于所述控制信息控制发射器的光输出。
用于确定用于微粒探测器的发射器的光输出强度的装置可以与接收器相关。
发射器可以适于以不同的强度水平发射多个信号。在这种情况下，用于确定微粒探测的发射器的光输出强度的装置可以包括，与接收器相关的用以确定所接收的对应以不同强度水平发射的多个信号的光强水平的装置，并且将接收的光强水平与一个或多个准则比较，以确定用于微粒探测的发射器的光输出强度。
发射器可以适于发射重复图样的信号，包括不同强度水平上的多个信号；而接收器可以适于选择性地接收处于重复图样中的确定为用于微粒探测的一个或多个信号。
发射器可以包括用于产生重复图样的信号(包括多个信号)的装置，其被设置为在探测系统的接收器处产生不同的接收的亮度级。
微粒探测系统最优选地是光束探测器。
所述重复图样的信号可以包括以不同强度水平发射的信号。重复图样的信号可以包括不同持续时间的信号。
在另一方面，本发明提供了用于微粒探测系统的发射器，包括：至少一个光源，以产生至少一个波长下的光束；在其中安装所述光源的壳体；能够选择性地相对于所述光源安装的一个或多个滤光器，用于选择性地衰减光束。
发射器可以包括电源，以向所述至少一个光源供电。
发射器可以包括控制电路，以控制所述至少一个光源的照明模式。
在另一方面，本发明提供用于微粒探测系统的接收器：至少一个光传感器，用于测量从微粒探测系统的发射器接收的亮度级；控制器，以选择性地启动所述光传感器以接收信号。控制器能够适于选择性地将所述光传感器启动以接收由微粒探测系统的发射器发射的预定的信号。
发射器发射的预定的信号可以根据传感器在早期接收的测量的亮度级来确定。
测试滤光器包括至少一个薄层状滤光元件并且设置为，对微粒探测器发射的第一波段中的光的透射程度与对微粒探测器发射的第二波段中的光不同。优选地，测试滤光器对微粒探测器发射的较短波长中的光的透射程度小于其对微粒探测器发射的较长波长中的光的透射程度。
所述测试滤光器可以包括一层或多层滤光材料。
在一个实施例中，一层或多层滤光材料可以由一种能实现对两个波长的不同透射率的材料形成。可选择地，滤光元件中的一个或多个可以用颜色选择透射材料处理或浸渍。在这种情况下，材料可以是染料。
在优选的形式中，测试滤光器包括多个滤光元件，其组合方式使得可以获得预定的透射特性。优选地，该透射特性模仿处于预定浓度的烟雾。多个薄层的组合方式可以提供可选择的透射特性。
在一个实施例中，一层或多层材料已经添加了具有预定尺寸范围的微粒，所述预定尺寸范围与所测试的探测器所要探测的微粒相对应。最优选地，微粒直径在0.2至1.0微米之间。
在又一实施例中，滤光元件可以具有表面处理，以产生所需的吸收特性。在一个形式中，滤光元件可以包括变形表面。所述变形表面可以由，例如机械磨损、微粒喷砂、化学或激光刻蚀所引起。
在可选择的实施例中，第三种形式，表面印有对应预定透射的预定数量的点。
滤光元件可以反射或吸收没有透射的光。然而，吸收通常是更便利的。
在第一方面，本发明提供微粒探测器的接收器，所述接收器包括至少一个接收器元件，其适于接收光，并且输出指示在多个空间位置接收的光强的信号；以及光学系统，包括至少一个波长选择元件，设置为，同时接收多个波长处的光并且向一个或多个传感器元件发射两个或更多波段中的光，从而能够获得一个指示所接收的至少两个波段中的光强的输出信号。
在优选的形式中，接收器设置为，基本同时地在多个空间独立的位置测量多个波段中接收的光强。
在本发明的一个形式中，波长选择元件可以包括一个或多个位于接收器前的光路上的滤光元件。最优选地，一个或多个滤光元件包括马赛克染料滤光器。可选择地，波长选择元件可以包括一个或多个分光元件，例如棱镜、衍射光栅或其他元件。在又一选择中，所述分光元件可以与光传感器元件结合，并且包括一个多个层的光敏元件，其中多个层的光敏元件的对应层设置为，测量对应的波段中的光的强度。
在优选的形式中，关注的波段包括红外波段和紫外波段。在该示例中，波长选择元件可以是红外选择和紫外选择的。
在本发明的一些实施例中，波长选择元件可以适于将入射的光束分裂为各个波长组分并且将每个波长组分引导至对应的传感器或传感器的元件子集。
在又一方面，本发明提供用于光束探测器的接收器，包括具有多个通带的滤光装置。在一个形式中，所述滤光装置可以包括多个通带干涉滤光器。例如，这样的滤光器可以布置为选择性地在第一通带传感器中发射长波以及该波长的一个或多个谐频。例如，滤光器可以设计为基本上传输800纳米处和400纳米处的所有的光，然而阻挡其他波长处的大部分光。滤光装置可以包括多个滤光器。例如，所述多个滤光器可以包括一个以上的干涉滤光器或多个染色滤光器或其他类似的滤光器。所述多个滤光器能够以预定的空间模式布置，使得不同通带中的光落在接收器的传感器的不同部分。
在本发明的又一方面，提供了投射光束微粒探测器，包括上述类型的接收器。优选地，该微粒探测器包括复色光源。最优选地，光源可以适于同时发射多个波段的光。在特别优选的形式中，光源包括同时操作的单色光源。然而，可以可选择地包括复色光源。复色光源可以包括氙脉冲管或氪光源。可选择地，发光体可以是磷光材料和布置为照亮所述磷光材料的发光体的结合。发光体可以是例如LED。
在本发明的又一方面，提供了用于光束探测器的发射器，包括适于发射多个波段的光的光源，所述多个波段本质上对应光束探测器的接收器的滤光器各个通带。
在本发明的又一方面，提供了光束探测器，所述光束探测器包括根据本发明上述方面制造的至少一个接收器和发射器。
根据本发明的一个方面，提供了烟雾探测器，包括：
适于发射光束的发射器；
具有带有多个传感器元件的传感器的接收器，用于探测所述光束，每个传感器元件适于产生与照射在其上的光强相关的信号；
所述发射器和接收器布置为，使得来自所述发射器的光束的至少一部分被所述接收器接收；
位于光束到达接收器的传播路径上的光束扩散光学器件，用于在光传感器上形成光束的扩散图像；以及
控制器，所述控制器处理由多个传感器元件产生的电信号，以确定所接收光束的强度，并且将报警和/或故障逻辑应用至强度数据，以确定是否满足预定的状况，并且在满足预定状况的情况下采取行动。
光束扩散光学器件可以包括透镜，所述透镜将光束聚焦在与传感器并不重合的一点上。光束扩散光学器件可以可选地包括扩散器，所述扩散器可以位于发射器和光传感器之间。扩散器和透镜可以一起使用。
光束的扩散图像优选地覆盖接收器的传感器上的多个传感器元件。例如，其可以覆盖2至100个元件。优选地，其覆盖4至20个传感器元件，尽管这更多地取决于传感器上的传感器元件的密度和尺寸。光束的扩散图像优选地大于光束的锐利的聚焦图像。
控制器优选地适于将从多个光传感器接收的信号组合，以确定所接收的亮度级。在优选的形式中，增加从多个传感器元件测量的亮度级。增加之前，对每个起作用的传感器元件的信号水平进行加权。
控制器可以确定对应光传感器上的光束图像的信号中心的位置，并且根据每个传感器与信号中心的位置之间的距离，对来自每个传感器元件的信号进行加权。
发射器可以发射具有两个或更多波段中的组分的光束。
根据本发明的另一方面，提供了用于探测微粒的方法，包括：
从发射器朝向具有包括多个传感器元件的传感器的接收器发射光束；
布置接收器，使其接收光束；
在传感器上形成光束的扩散图像；
产生与与所接收的由所述多个传感器元件中的至少那些被光束照射的传感器元件探测到的亮度级的强度相关的电信号；
基于多个信号确定所接收的光束的强度；
对所接收的确定的强度应用报警和/或故障逻辑；以及
如果确定了预定的报警和/或故障状况，则采取行动。
形成光束的扩散图像的步骤可选地包括使得光束散焦，从而使其被聚焦在与光传感器不重合的位置。
可选择地或附加地，扩散光束的步骤可以包括在所述发射器和所述接收器之间放置扩散器。
确定所接收光束的强度的步骤可以包括将所接收的多个信号结合。该信号可以在结合中被加权。例如，所述方法可以包括确定光束的扩散图像的信号中心的位置，并且根据信号对应的传感器元件离开信号中心的位置的距离对信号进行加权。
在第一方面，本发明提供用于微粒探测系统的组件，包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器适于间歇性地接收来自图像捕捉设备的数据并且处理所述数据，而第二处理器与所述第一处理器通信连接并且适于选择性地启动第一处理器。
第二处理设备可以附加地设置为，执行微粒探测系统以下功能中的一个或多个：与连接至微粒探测器的外部数据通信系统通信；控制所述系统的一个或多个接口组件；监控组件的故障状况或其他功能。
优选地，所述第二处理器具有比所述第一处理器更低的功耗。
组件还优选地包括成像装置，以接收来自与微粒探测系统相关的发射器的一个或多个光信号。
在本发明的第二方面，提供了用于微粒探测系统的方法。所述方法包括，使用第二处理器监控第一处理器的启动时期；响应于来自所述第二处理器的信号启动所述第一处理器；以及利用所述第一处理器执行一个或多个数据处理步骤。
所述方法可以包括，在完成一个或多个处理任务后停用所述第一处理器。
所述第一处理器优选地适于处理来自微粒探测系统的接收器的视频数据。
在一个方面，本发明提供了用于微粒探测器的光源，包括：
用于发射至少一束光的至少一个发光体，用于照亮受监控区域的一部分；
用于向所述光源提供电力的电池；
用于测量所述电池的电压或其电流输出的至少其中之一的电池监控器；
控制器，所述控制器设置为，控制光源的至少一个发光体的照明，接收所述电池的电压或其电流输出的至少其中之一，以及确定表示剩余的预期电池寿命的阀门(valve)。优选地，在剩余的预期电池寿命小于预定时间段的情况下，所述控制器适于产生对剩余的预期电池寿命的指示。
优选地，所述光源包括环境监控器，以监控影响剩余的预期电池寿命的环境因素，例如温度。
所述预定的时间段优选地比定期的、推荐的或指定的用于所述光源的维修间隔的时间段更长。
在另一方面，本发明提供环境监控系统，包括：
光束探测器子系统，所述光束探测器子系统包括至少一个发射器和至少一个接收器，所述发射器适于发射一束或多束光穿过受监控区域，而所述接收器适于接收所述发射器发射的至少一束光；
至少一个附加的环境监控器，适于检测与受监控区域相关的环境状况，并且适于经由光通信信道，将输出发送给所述光束探测器子系统的接收器。
在优选的形式中，光通信信道可以通过调制光束探测子系统的一个或多个发射器输出的光束而实现。
可选择地，光通信信道可以包括发光体，所述发光体与一个或多个附加的环境监控器相关并且布置为位于光束探测器子系统的接收器的视场中，其中所述发光体适于被调制，以发送相关的环境监控器所检测到的状况。
在特别优选的形式中，所述微粒探测子系统的光接收器可以包括一个或多个传感器，所述传感器包括适于在多个空间位置测量所接收的光强的检测元件。这样的系统可以用于同时监控光通信信道以及光束探测器子系统的一个或多个发射器的微粒探测光束。
在本发明的又一方面，提供了光束探测系统，包括多个光束探测器；至少一个控制器，所述控制器与探测器进行数据通信并且从所述光束探测器中的每一个接收输出。所述控制器适于将至少一对光束探测器的输出相关联，所述一对光束探测器在空间上对于它们的光束长度的至少一部分而言是本质上重合的，并且在预定的相关状况存在的情况下，确定已经出现微粒探测事件或是故障状况。在一个形式中，相关性包括时间相关性。所述相关性可以包括微粒探测水平相关性。在简单的形式中，所述相关性可以简单地通过比较两个或更多光束探测器的微粒探测水平是否基本相等而执行，可选择地，可以相互比较用于多个光束探测器的微粒探测特性，以确定它们之间的相关程度。
在本发明的另一方面，提供了操作微粒探测系统的方法，所述微粒探测系统包括多个光束探测器，所述多个光束探测器具有能在至少一点本质上重合的光束。所述方法包括接收来自所述多个光束探测器的输出，确定在这些输出的至少两个之间是否存在相关状况，并且如果存在预定的相关状况，根据预定的微粒探测和/或故障逻辑，确定已经发生微粒探测事件或故障报警事件。所述报警可以包括将两个探测器的随时间变化的微粒探测特性互相关。其还可以或者可选择地包括，确定微粒探测状态之间的关联，即两个或更多探测器之间的报警水平或报警阈值的交叉。
在整个说明书中，术语“光束”将用于指代发光体(例如LED)的输出。不必将光束校准或限制在单一方向上，而是可以是发散的、会聚的或任何适宜的形状。相似地“光”应当理解为广泛指代电磁辐射，而并不限于电磁波谱的可见部分。
在本发明的另一方面，提供了微粒探测系统，包括：至少一个光源，所述光源适于照射受监控的体积，所述照射包括脉冲序列，所述脉冲序列包括多个脉冲，所述脉冲序列以第一周期重复；接收器，所述接收器具有视场，并且适于接收来自至少一个光源的已经穿过受监控的体积之后的光，还适于产生表示在所述接收器视场中的区域接收的光强的信号，所述接收器设置为，以曝光时间和接收帧率所限定的系列，从所述至少一个光源接收光；与接收器相关的处理器，适于处理接收器产生的信号，其中每一个多个脉冲中以脉冲序列发射的脉冲具有与接收帧率相关的时间位置。
脉冲序列中的脉冲具有大约是曝光时间一半的持续时间。优选地，脉冲序列的重复周期本质上比在时间上相邻的帧之间的时期更长。帧率是以下范围中的任意一个：100fps-1500fps、900fps-1100fps、500fps-1200fps。最优选地，帧率是大约1000fps。
脉冲的持续时间优选地是大约1μs至100μs。最优选地，脉冲的持续时间是大约50μs。
曝光时间通常是2至200μs。优选地，曝光时间是大约100μs。
脉冲序列可以包括至少一个同步脉冲。优选地是两个。脉冲序列可以包括至少一个第一波长的脉冲。脉冲序列可以包括至少一个第二波长的脉冲。脉冲序列可以包括至少一个数据脉冲。
帧率以及脉冲中的每一个之间的时间间隔选择为，使得至少在第一时段，在它们之间存在改变的相位差。对帧率以及脉冲中的每一个之间的时间间隔进行选择，每一个脉冲之间的时间间隔使得，脉冲序列中的每一个脉冲基本落在各曝光时间内。
在本发明的另一方面，提供了用于微粒探测系统的方法，所述系统包括：至少一个光源，所述光源适于照射受监控的体积，接收器，所述接收器具有视场，并且适于接收来自至少一个光源的已经穿过受监控的体积之后的所述光，还适于产生表示在所述接收器视场中的区域接收的光强的一系列帧，以及与接收器相关的处理器，适于处理接收器产生的信号并且提供输出；所述方法包括：确定接收器从中接收光的光源的数量。
所述的方法可以进一步包括：分析所述接收器输出的多个帧，以确定光源的数量。
所述的方法可以进一步包括：在确定光源的数量的步骤期间，以高帧率操作所述接收器；并且接着以第二较低的帧率操作所述接收器。
所述方法可以进一步包括：分析来自所述接收器的多个帧，以在各帧之间识别接收的亮度级具有相对大的变化的区域，以识别接收器视场中的候选位置。
所述方法可以进一步包括：将对于各帧之间的位置接收的亮度级中的变化与一阈值相比。
所述方法可以进一步包括：尝试将接收器与对发射器所期望的预定的发射图样同步，并且在成功同步的情况下确定候选位置正在从发射器接收光。
所述方法可以进一步包括：尝试将接收器与对发射器所期望的预定的发射图样同步，并且在没有成功同步的情况下确定候选位置没有从发射器接收光。
尝试将接收器与对发射器所期望的预定的发射图样同步的步骤可以包括：捕捉包括候选位置的多个至少是部分的帧；将所接收的帧与接收的、对应于发射器发射的脉冲序列的光的期望图样比较；尝试使用锁相环与接收的图样同步。
将所接收的帧与接收的、对应发射器发射的脉冲序列的光的期望图样比较的步骤可以包括：确定所接收的光的参考水平，所述水平表示对于候选位置没有脉冲被接收的时刻；将从每个脉冲接收的亮度级与所述参考水平比较，并且如果差别超出预定的阈值，确定脉冲被接收。
将所接收的帧与接收的、对应发射器发射的脉冲序列的光的期望图样比较的步骤可以包括：确定对应期望图样的一系列脉冲是否被接收。
所述方法可以进一步包括，将所确定的光源数量与预定的光源数量进行比较；并且在确定的数量与预定的数量不匹配的情况下重复确定步骤；或者发出故障信号。
为了更清楚地解释本发明的每个方面及其实现方式，已经参照独立的实施例对这些方面进行了描述。本领域技术人员将会容易理解如何将两个或更多这样的实施例结合为本发明的实现方式。由此，应当理解的是，本说明书中公开和限定的本发明延伸至两个或更多单独的特征和方面的结合，这些特征和方面从文字和附图中是显而易见的。所有这些不同的结合构成了本发明的多个可选择的方面。
在整个说明书中，术语“光束”将用于指代发光体(例如LED)的输出。不必将光束校准或限制在单一方向上，而是可以是发散的、会聚的或任何适宜的形状。相似地“光”应当理解为广泛指代电磁辐射，而并不限于电磁波谱的可见部分。
正如在此使用的，除了内容上有特别要求的地方，术语“包括(comprise)”及其变体，例如“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“包括(comprised)”并不旨在排除另外附加的部件、整体或步骤。
附图说明
现在参照附图，通过仅仅是非限定性的示例，对本发明例示的实施例进行描述，其中：
图1示出了传统的光束探测器；
图2示出了能够实现本发明的实施例的光束探测器；
图3示出了能够实现本发明的实施例的光束探测器；
图4示出了可能在光束探测器中引起反射的情形；
图5示出了根据本发明的实施例制造的光束探测器中的接收器的近视图；
图6示出了根据本发明的另一实施例制造的光束探测器结构；
图7示出了根据本发明的另一实施例制造的光束探测器装置；
图8示出了根据本发明制造的光束探测器的另一实施例；
图9示意性地示出了本发明的实施例，其中发射器和接收器的偏振态对齐；
图10示意性地示出了本发明的实施例，其中发射器和接收器处的偏振态正交安排；
图11示出了本发明的实施例，其中两条正交偏振的光束发射至偏振敏感的接收器；
图12示出了本发明的实施例，其中发射器发射即将被两个正交偏振的接收器接收的单一偏振光束；
图13示出了受到根据本发明的实施例进行操作的微粒探测系统监控的体积的平面图；
图14示出了经过图13的体积的截面图，示出了该系统的接收器和一个发射器；
图15示出了用于本发明的实施例的接收器示例的示意图；
图16示出了用于本发明的实施例的发射器的示意图；
图17示意性地示出了根据本发明的烟雾探测器和安装装置；
图18示出了图17所示的烟雾探测器的截面侧视图；
图19示出了根据本发明的烟雾探测器装置的另一实施例的侧视图；
图20示出了根据本发明的烟雾探测器装置的另一实施例的平面图；
图21示出了根据本发明的烟雾探测器装置的又一实施例的示意图；
图22示出了根据本发明的可选择实施例制造的烟雾探测器组件的截面图；
图23是具有第一模块和第二模块的烟雾探测器组件的示意图，该组件在这两个模块组装好后启动；
图24是根据本发明的实施例的发射器的立体图；
图25是图24的发射器的制动块和转轴的近视立体图；
图26是图24的接收器的局部剖视图；
图27是根据本发明的实施例的接收器的立体图；
图28是图27的发射器的制动块、杠杆臂和转轴的立体图；
图29示出了在根据本发明的实施例的光束探测器中的所接收的两个波长的光的图线；
图30示出了在执行根据本发明的实施例的方法时的增益和修正的输出的曲线；
图31示出了在本发明的实施例中所接收的两个波段处的亮度水平；
图32示出了在图31所示的条件下，在执行根据本发明的实施例的方法时修正的输出水平和调节的增益水平；
图33示出了包括根据本发明的实施例的光源的微粒探测系统；
图34示出了在部分被外来物体遮挡时图33的光源；
图35示出了在被烟雾遮挡时图33的光源；
图36示出了图33至35所示的光源的可选择实施例；
图37示出了包括根据本发明的可选择实施例的光源的微粒探测系统；
图38示出了在部分被外来物体遮挡时图37的光源；
图39示出了图37和38所示的光源的可选择实施例；
图40示出了能够在本发明的实施例中使用的光学子系统；
图41和42示出了根据本发明的又一实施例的光源；
图43和44示出了修改在微粒探测系统中使用的光源的束宽的效果；
图45和46示出了微粒探测系统中所用的发射光中的不同波段的光具有不同空间分布的优点；
图47示出了能够在本发明的第一实施例中使用的发光体；
图48示出了能够在本发明的实施例中使用的发光体进一步的细节；
图49示出了能够在本发明的实施例中使用的发光体的又一实施例；
图50是示出了能够在本发明的实施例中使用的电路的示意性框图；
图51是示出了图50的电路操作的图线；
图52是示出了能够在本发明的实施例中使用的第二电路的示意性框图；
图53是示出了图50的电路的操作的图线；
图54示出了使用本发明实施例的光束探测器的光源的示意图；
图55示出了使用本发明实施例的光束探测器的光源的示意图；
图56示出了使用本发明实施例的光束探测器的光源的示意图；
图57示出了在其中安装根据本发明实施例的微粒探测系统的房间；
图58示出了可以被执行以安装根据本发明的实施例来操作的光束探测器的过程的一个实施例的流程图；
图59示出了可以在安装之后由根据本发明实施例的光束探测器的控制器执行的过程的一个实施例的流程图；
图60示出了可以在安装之后由根据本发明实施例的光束探测器的控制器执行的过程的另一实施例的流程图；
图61示意性地示出了根据本发明的实施例的发射器的一部分；
图62示出了图61所示的发射器的第二实施例；
图63示出了能够用于本发明的实施例的示例性衰减器；
图64是时序图，示出了发射功率图和对应的接收器状态，示出了本发明的另一实施例；
图65示意性地示出了采用根据本发明的一方面的测试滤光器的微粒探测系统；
图66示出了根据本发明的实施例制造的示例性的测试滤光器；
图67是根据本发明的实施例制造的滤光器的透射谱的图线；
图68至75示出了根据本发明的一方面制造的滤光器的多个实施例；
图76示意性地示出了根据本发明的实施例制造的微粒探测系统；
图77示出了根据本发明的实施例制造的示例性的接收器；
图78示出了根据本发明的光接收器的又一例示性实施例；
图79示出了根据本发明的实施例制造的又一光接收器；
图80示出了根据本发明的实施例制造的光接收器的第四实施例；
图81是使用本发明的实施例的光束探测器的示意图；
图82是图81所示的光束探测器的示意图，示出了不同的发射器位置；
图83是示出了本发明实施例的扩散装置的一个实施例的示意图，其中发射器足够远，使得进入透镜的光线是基本平行的；
图84是示出了本发明的扩散装置的另一实施例示意图；
图85示出了本发明的一方面的又一实施例；
图86至89示出了能够用于本发明的实施例(例如图85所示的是实施例)的多个波长滤光器装置；
图90是火灾报警系统的示意图，其可以适于根据本发明的实施例进行操作；
图91示出了根据本发明实施例的光束探测器的接收器部件的示意性框图；
图92示出了用于本发明的实施例的示例性脉冲序列；
图93示意性地示出了根据本发明第一实施例的环境监控系统；
图94示出了根据本发明第二实施例的环境监控系统的第二实施例；
图95示意性地示出了能够用于本发明的实施例的光源；
图96示出了根据本发明的又一实施例制造的系统。
具体实施方式
图4示出了上述类型的光束探测器。光束探测器100包括发射器102和接收器104。建立光束探测器100以探测体积101(例如可以是房间)中的微粒。发射器102发射发散的光束，覆盖由线106限定的照明区域。光束包括径直的照明路径108，其无反射地到达接收器104。在发射器102的照明区域106内，一些光线将通过反射的路径到达接收器104，所述路径如路径110，其在限定体积101的天花板112上反射。本发明人已经确定，如果满足特定条件，则可以忽略反射光束110的存在。例如，如果接收的光束满足最小接收强度的要求；以及在光束包含可分辨特性(例如波长组分和/或偏振态)并且所接收的光束拥有这些预定的特性的情况下。在某些情况下，有关系的是，用于探测微粒的光束是径直的光束108还是反射的光束110，例如在多波长系统中，可能的是，天花板112的表面涂层使得一个波段中的光将比第二波段中的光被更完全地反射。当所述波段与发射器102发射的、用于由接收器104进行微粒探测的波段一致时，所接收的这两个波段中的光强的差式度量将在反射的光路110和径直的光路108中有不同的表现。由此，在这种情况下，有必要正确辨别径直光路的光束108。
图5示出了一种用于在这样的系统中将径直的光束从反射的光束中确定出来的机制。在图5中，对应的部件将由与图4相同的附图标记表示。图5示出了光束探测器100的接收器104的近视图，示出了反射的光束110和径直的光束108。图5还示出了接收器104的传感器200的细节。在该实施例中，通过对光接收器104设置具有高的空间分辨率的传感器，提高了从反射的光束110中分辨出径直的光束108的可能性。如上所述，接收器104的传感器200包括多个传感元件202，这些传感元件202能够在不同的空间位置独立地探测所接收的光的强度。在图5中，通过提供高分辨率的传感器200，可以看到一组像素208被径直的光束108照亮，而一组独立且不同的传感器元件210被所接收的反射的光束110照亮。如果传感器元件的尺寸本质上较大，则不可能将接收的这两条光束分辨到不同组的传感器元件中。在特别优选的形式中，在由径直的光束和反射的光束所限定的平面的方向上，光传感器的空间分辨率是特别高的。
在多数实施例中，能够将光束探测器的控制器设置为，确定哪个光斑(例如210或208)具有最高的强度并且将最高强度的光束用于微粒探测。通常，最亮的接收光束将对应径直的光线108。在极端情况下，所接收的两条光束的强度之间可能没有足够的可辨别的差别。在这种情况下，到达接收器的、距离反射面最远的光束优选地被选为径直的光束，因为另一光束(即距离反射面更近的光束)更有可能是反射的光线。
在一个典型实施例中，图像传感器的分辨率是640×480像素。
图6示出了根据本发明的实施例的另一光束探测器装置。在这种情况下，光束探测器300包括发射器302和接收器304。光束探测器的操作基本上与别处描述的光束探测器相同。然而，该光束探测器装置还包括两个附接至反射面310的挡板306和308。挡板306和308从反射面310朝向径直的光路312向外延伸，并且起到拦截有可能到达反射器304的反射的光路的作用。挡板的数量和长度可以选择为适于特定的安装，并且可以定位为几乎完全朝着径直的光束312向下延伸。可选择地，如果有可能精确定位，则可以使用相对短的挡板(如果能够确定反射的光束的精确位置)。另一选择涉及较长的挡板，其具有精确定位的孔，使得径直的光束312从孔中穿过。正如将会理解的，通过将发射器和接收器放置为非常靠近一个已存在的将发挥挡板作用的结构，可以达到相同效果，例如在仓库类型的安装中，其中仓库具有多个水平延伸的天花板维持的光束(位于天花板下方)，发射器和接收器可以稍稍位于光束以下，使得光束有效地操作，一如挡板防止了来自天花板表面的反射的干扰。
图7示出了本发明的另一实施例。该实施例示出了包括发射器354和接收器356的光束探测器装置350。发射器354发射一束或多束光，覆盖预定的照明区域，并且正如参照前面实施例的讨论，径直的光束358和反射的光束360均可以到达接收器356。在该实施例中，将接收器设置为，使其具有在反射的方向上相对窄的视场θ并且接收器356因此不能“看到”反射面362。如果接收器356不能看到反射面362，从发射器354到接收器的将会产生足够强的信号以便能够辨别的唯一光路将是径直光束358。相似地，可以限制发射器354的照明区域，使其不照亮反射面362。通常，在光束探测器安装中，反射面将是受监控的房间的天花板。在这种情况下，需要在竖直方向上限制接收器356的视场和/或发射器354的照明区域。合适的视场或照明区域将具有0°至5°之间的发散角度。然而，这种要求将根据系统的几何结构而有所不同。显然，发射器和接收器之间距离较长(例如100米)的系统将会要求非常窄的光束发散角或视角以达到这种结果。然而，在发射器和接收器之间仅有3米的实施例中，更宽的照明角度和视场是可接受的。靠近反射面也将影响为达到前述结果而所需的角度。
图8示出了根据本发明的一个方面的光束探测器的另一实施例。在该实施例中，光束探测器500包括发射器502和接收器504。发射器502包括两个发光体502A和502B。每个发光体502A和502B发射一束或多束光，覆盖其各自的照明区域，并且可以引出到达接收器504的径直的光束508和反射的光束510。这两个发光体502A和502B设置为以预定的照明顺序启动，使得能够通过分析在接收器504接收的光，确定所接收光束的源(即确定其来自哪个发射体)。在该实施例中，经由径直的光路508到达接收器504的光将在接收器传感器(未示出)上形成图像514A，而通过反射的光路510在接收器处接收的光将在接收器504的传感器上形成例如在514B示出的图像。正如将会理解的，这两种情况(即径直的和反射的)中在接收器上形成的图像的彼此不同之处在于，一个图像是另一图像的镜像。以径直方式形成的图像514A保持两个光源502A和502B的相对位置，而在反射方式形成的图像514B中，这两个光源502A和502B的位置在包含反射的光束和接收器的平面中翻转。由此，通过分析接收的图像，可以确定哪一对接收的光束对应径直的光路508以及哪一对对应反射的光路510。在本发明的其他实施例中，这两个光源502A和502B可以是具有不同波长或偏振特性的发光体，而不是以不同的调制图形来照射它们。
正如本领域技术人员将会理解的，以任何形式布置的光均可以在发射器上成像。例如，能够将一些可分辨的发光体的一个二维光线纳入发射器中，以允许确定径直的或来自相对于光束任意定向的任意反射面的反射光束。
现在转到图9，示出了光束探测系统1100。该光束探测系统可以是上述任意的类型并且包括发射器1102和接收器1104。发射器可以发射任意数量的处于任意的一个或多个发射波段中的光束。发射器1102发射的一条或多条光束被接收器1104接收。在该实施例中，发射器布置为发射偏振光(例如竖直方向的偏振光)。接收器1104仅适于接收与发射的光具有相同偏振态的光。
能够以多种方式实现发射器的偏振，包括使用固有偏振的光源(例如激光二极管)或者通过在随机(或其他)偏振的光源的光路上放置偏振滤光器。相似地，通过接收器的固有特性或者通过在接收器的传感器元件前方放置一个或多个偏振滤光器，可以确定接收器的偏振敏感性。
在该示例中，通常不是偏振的或随机偏振的妨害性的光(例如周围的阳光)将基本被接收器丢弃，而所有发射的光束(一少部分被发射器和接收器之间的微粒和物体消除)将被接收器104接收。
图10示出了与图9相似的系统。图10中的系统1200包括发射器1202，其发射由接收器1204接收的光束1206。在该示例中，发射器在第一方向偏振(例如在竖直方向偏振)并且发射至少一束偏振光束1206。接收器1204布置为，接收与发射器1202发射的光束偏振态正交的光。在这种情况下，接收器1204适于接收水平方向偏振的光。这样的偏振不重合表现出的益处在于，可以将光束路径1206上的大微粒(例如灰尘)与小微粒(例如烟雾)区别开。这是因为大微粒(例如灰尘)趋于以随机的偏振传送散射光，并由此增加了在接收器1204处接收的光的交叉偏振分量。
图9和图10中描述的两个实施例的结合可以纳入一种微粒探测系统。首先转到图11，系统1300包括发射器1302和接收器1304。发射器1302适于发射光束1306A和1306B。这两条光束中的第一条1306A布置为以第一偏振态发射，而第二条光束1306B以正交的偏振态发射。接收器1304布置为，仅接收单一偏振态(例如第一偏振态)的光。由此，正如将会理解的，参照图9和图10描述的两种技术可以用于同一接收器。优选地，发射器1302布置为交替地产生光束1306A和1306B，使得这两种偏振态的光束在不同时刻到达接收器1304。
图12示出了可选择的系统。在该系统中，光束探测器1400包括发射器1402和接收器1404。发射器1402设置为发射竖直偏振的光束1406。接收器1404适于能够将接收的光分解为多个偏振态，例如分解为竖直的偏振态或水平的偏振态。这能够通过设置多个相邻的具有不同的偏振特性的光接收元件来实现，这些光接收元件同时或者交替地工作。在该示例中，在接收器元件之前设置分束器件1408，以将光束导入每个接收器。
正如本领域技术人员将会理解的，选择竖直和水平偏振作为说明只是出于便利，可以选择任意偏振状态。此外，为了描述方便，选择正交的偏振态来描述本发明。然而，本发明不应当限制为彼此对准或正交的偏振态。偏振之间的其他角向偏移也是可以的。本领域技术人员将能够确定合适的计算值来考虑该变化。
对于接收器或发射器，获得偏振态的变化的一种方式是提供机械装置，用于在光路上放置偏振滤光器。例如，可以使用螺线管作为启动器，以将往复运动的偏振滤光器移入和移出光路。可选择地，可以使用旋转滤光器机构，其具有围绕一轮式结构的多个不同偏振方向的滤光器。通过旋转经过光路的所述轮式结构，能够随时间获得不同的偏振状态。其他的机械装置也是可以的，例如，发射器402的光发射元件可以围绕一轴线进行物理旋转，接收器的一个或多个传感器亦可如此。其他的机械装置对于本领域技术人员将是显而易见的。
图13示出了房间400A的平面图，其中安装了根据本发明的实施例的光束探测器系统402A。光束探测器系统包括单一接收器404A，设置为监控8个发射器406A、406B至406H。发射器406A至406H中的每一个适于发射带有α度的水平照明角的光。其还适于发射带有β度的竖直照明角，如图14所示。相似地，接收器404A的视场在其竖直范围和水平范围内所有不同。在该示例中，接收器404A适于接收覆盖γ度的水平视角的光和δ度的竖直视角的光。在本发明的优选形式中，发射器406A至406H的水平照明角度比它们的竖直照明角度β要宽。相似地，接收器404A具有比其竖直视场更宽的水平视场。
接收器和发射器的不同的视场和照明区域的选择，分别考虑了典型安装中的对准容限。例如，在多数安装(例如图13中所示的)中，发射器406A至406H通常安装在彼此相同的高度处，而接收器404A将安装在与发射器406A至406H平行的平面内。由此，当发射器406A至406H的图像在接收器404A的光传感器上接收时，这些图像将趋于在光传感器上对准。由此，对于接收器404A，竖直方向的相对窄的视场是可以允许的。然而，由图4显而易见的是，接收器404A需要非常宽的水平视场。相似地，与多数安装中的竖直对准相比，发射器406A至406H的水平对准是更加难以实现的。这通常是因为竖直平面内的移动范围是更加受限的，并且通常建筑物的墙壁是相对平行地排列的。为此，安装人员可能侥幸安装发射器和接收器，使得它们的视场与它们安装的表面的平面正交，并且将会获得适宜地精确的竖直对准。然而，对于水平对准情况可能就不是如此了，因为光源的照明角度和光接收器的接收角度将由于安装的系统的几何结构而与它们所安装至的表面的定向不同。由此，提供水平对准的能力是必要的，而接收器的水平视场和发射器的水平光束宽度有利地是相对宽的。
例如，接收器可以适于使得水平视场接近90度，而其竖直视场仅仅是大约10度。相似地，发射器可以设置为使得其水平光束宽度是大约10度，而其竖直光束宽度可以在3至5度之间。
为了获得不同的水平和竖直光束发散角或视角，发射器或接收器可以适于装配包含畸变透镜的光学系统。
图15示出了如参照图13描述的接收器的示例性结构。
接收器420包括多段光传感器422，其与视频读出和处理子系统424连接。光接收器420包括光学装置426，光学装置426包括例如多个透镜或其他光学器件(例如镜子)，用于将接收的光在传感器阵列422上聚焦。在优选的形式中，畸变透镜布置为，为接收器提供本质上不同的水平和竖直视场。
图16示出了发射器700，其包括至少一个发光体702，适于发射一个或多个波段的一束或多束光。发射器700包括控制电路704，控制电路704由电源706供电，电源706例如可以是电池。发光体702发射一束光708。通过光学装置710，这束光形成特定的色散模式或光束形状。如上所述，光学装置710可以包括一个或多个畸变透镜。
正如本领域技术人员将会理解的，不同的安装将具有加之于其上的不同的几何限制和要求。由此，本发明不应当限于下述情况：发射器(例如406)或接收器(例如404)的光束形状由其竖直或水平的角度限定。相反，本发明延伸至这样的系统，其中发射器的宽度或者接收器的角向范围中的任一个或两个在任意两个方向均是不同的，无论它们彼此是否正交并且无论它们是否竖直和水平对准。
不考虑微粒探测系统是否具有图1、图2或图3所示的类型，或者例如PCT/AU2004/000637、PCT/AU2005/001723或PCT/AU2008/001697中公开的不同的类型，系统部件的对准(例如光源与目标以及与所发射的光束返回至接收器的反射)都是重要的。如上所述，光源和目标之间能有很大距离，因此，将光源和目标精确对准可能是困难的。为此，优选的是设置可调节的安装装置，其允许在安装时刻以及在光源和/或目标离开其安装位置发生移动的情况下改变光源(和/或目标——如果其不是回复反射的)的方向。
图17示出了光束对准装置的一个实施例，该装置有助于微粒探测器的光学器件的对准。图17示出的装置属于前面参照图2讨论的类型，但是烟雾探测器可以采取多种不同的形式。如图所示，烟雾探测器2200包括光源2202和接收器2204。此外，烟雾探测器2200包括一种目视对准设备2230，这种目视对准设备适于产生对准光束2242，对准光束2242与光源2202轴向对准但是在视觉上可观测。光束2242将投射到离开烟雾探测器2200一些距离的目标2206上。
烟雾探测器2200设有圆形板2232形式的安装装置，圆形板2232在使用中通过螺钉或类似物安装至支撑面，以便在适宜的高度将烟雾探测器2200固定至所述支撑面。活节连接2234设置在安装板2232和烟雾探测器2200之间。所述活节连接可以采取多种形式，其将会允许改变探测器的对准情况，但是能够在选定的方向上锁定。可以是摩擦闸装置，或者可以使用某些形式的螺钉固定装置。
如图18所示，活节连接2234包括窝2236和球2238，所述球能够在所述窝内转动。所述球被俘获容纳在窝中，以便允许烟雾探测器2200相对于支撑板2232倾斜，由此允许入射光2210准确指向离开一定距离的目标2206。设置平头螺钉2240用于将球相对于窝锁定。将球锁在窝中的其他方式也是可以的，包括例如摩擦配合。
正如所述，使用对准光束2242以便于入射光2210与目标对准。由此，对准光束2242(通常包括激光束)与入射光2210平行。操作人员因此能够将对准光束2242对准目标或者仅仅是靠近目标，由此确保入射光2210(通常是不可见的)对准目标的中心。一旦入射光2210对准目标的中心，平头螺钉2240将被拧紧，由此将球2238锁在窝2236中。这将确保烟雾探测器2200理想地对准，因此能够以在此描述的方式校准系统。
图19示出了将烟雾探测器2200固定在选定的可操作位置的方式。在该实施例中，用于将球2238锁在窝2236内的平头螺钉2240能够沿通路2244进入，通路2244延伸通向探测器壳体2200的第一侧2246。通路2244构造为容纳对准工具2250的轴2248。对准工具2250在其一端具有驱动装置2252，而在其另一端具有手柄2254。手柄2254在其后端具有凹部2256，激光器2258插入所述凹部2256。轴2248与通路2244是特小间隙滑动配合(close sliding fit)，例如当所述轴位于通路2244中时，来自激光器2258的激光束2242与光源2202和/或接收器2204轴向对准，如上所述。
在该实施例中，轴2248和通路2244均具有互补的圆柱形状。当然，本领域技术人员将会理解，其他的布置也是可以的，例如通路2244可以具有正方形轮廓，所述正方形的侧面尺寸与轴2248的直径对应。
由此，安装人员使用图19所示的工具2250将轴2248插入通路2244并且接着操作壳体2200，同时观察远处目标处的可见的对准光束2242。当壳体正确对准时，旋转手柄2254，驱动装置的端头2252与平头螺钉2240啮合，由此将平头螺钉2240拧紧并且将窝和球锁在一起。一旦以这种方式锁在一起，安装设备的技术人员将会检查依然与目标正确对准的激光束2242，并且如果是这样，则会了解烟雾探测器被正确定向。清楚的是，在将来的任意时刻(例如无论设备何时进行维护或检修)，能够通过简单地将工具2250的轴插入通路2244并且再次检查激光束2242是否与远处位置的目标正确对准，来检查该单元的定向。
在该实施例中，驱动装置2252示出为螺丝刀的端头，但是清楚的是，如果平头螺钉具有某些其他啮合形式，例如艾伦六角扳手凹头(Allen keysocket)，则驱动装置2252将是尺寸适宜的艾伦六角扳手(Allen key)的构造。
尽管图19示出了一个安装有用于对准目的的激光器的工具，当然还可以简单地将激光器2258插入通路2244，以帮助壳体相对于远处目标的对准。
图17至19示出了一种装置，在该装置中，光束被校直为与入射光束平行，但是这不是唯一可行的装置。例如，壳体可以在其中具有多个激光器容纳插口，这些插口与某一结构中的入射光束成角度，这有助于烟雾探测器相对于远处的目标或感兴趣的区域安装和定向。例如，在烟雾探测器具有前面参照图3所讨论的形式时，理想的是具有同样显示出光源照明的整个弧度2622的激光光束。清楚的是，壳体2200中可以包括与入射光束成一角度的插口，该入射光束对应光源照明的完整弧度。
图20概略示出了具有3个插口2249的壳体，每个插口均适于容纳图19所示的工具2250，使得安装技术人员能够正确对准壳体以获得理想性能。横向的两个插口2249优选地相对于视频照相机能够探测的可见光的弧度对准，而中间的插口将用于使得视频照相机的中心与远处位置处的目标2206对准。
图21示出了本发明的另一实施例。在该实施例中，目视对准设备2260包括轴2262，轴2262进而安装在烟雾探测器壳体2264的插口中，并且将在固定的方向上与安装在壳体2264中的光学器件对准。视频照相机2266安装在轴2262端部的手柄部分2268。视频照相机将优选地是电池供电的并且适于对远离壳体2264的位置处的目标产生图像。视频照相机优选地设有伸缩镜头。
视频照相机观看的图像优选地以无线方式发射给接收器单元2270，接收器单元2270包括屏幕2272，上面显示远处目标的图像。图像还可以包括视觉符号或瞄准器2274，其可以是叉丝的形式，或者是某些辅助瞄准器的其他对准形式，例如网格图样或其他图样。
清楚的是，当移动壳体时，视频照相机的视场并由此是经由视频照相机产生的图像将在屏幕上移动，而进行烟雾探测器对准的技术人员将能够通过观看屏幕上的图像将壳体正确定向。因为视频照相机在固定的相对对准方向上与烟雾探测器的光学器件对准，所以一旦屏幕上的图像与预期的目标正确对准，技术人员将会知道光学器件被正确对准。接收器单元优选地是手持式、电池供电的计算机设备，例如PDA或其他设备，显示来自照相机的实时图像。照相机和接收器之间的连接优选地是无线的，但是也可以经由电缆连接。
在对应光源(例如LED或者其他的有源或无源光源)的波长处，照相机可以设有安装在目标位置的依赖波长的滤光器。目标光源可以闪烁(可选地以特定速率或方式)，以便能够容易被人眼辨别。闪烁的方式还可以由照相机和/或接收器中的软件识别。
接收器单元和/或照相机中的软件可以包括用于在显示器上产生目标的增强视图的装置，并且可以包括安装目标的房间或表面的环绕图像。接收器单元和照相机的组合优选地包括用于向操作者产生能够听到的声音指示和/或语音指示的装置，以帮助对准过程。这些指示可以本质上是指示如何移动壳体以便与目标正确对准的指示，并且可以包括能够听到的词语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“命中”及其他词语。
将会理解的是，凭借安装在轴2262端部的视频照相机，壳体关于活节连接2274的轻微移动将使得所述轴的端部的视频照相机移动相对宽的弧度。由此，所述轴起到杠杆臂的作用，视频照相机安装在所述臂的远端。这提高了对准过程的敏感度，使得一旦视频照相机和光学器件处于正确的相对对准状态，当视频照相机与目标正确对准时，光学器件将在预期的方向上精确对准。
图22示出了可选择的壳体结构，其用于根据本发明的实施例制造的光学器件。
在该示例中，器件2900包括电光器件(例如照相机或光源及其相关电路)和光学器件2904。电光器件2902以与壳体2906相对固定的关系安装并且经由固定布线2908连接至电子和数据连接2910。
壳体2906包括孔2912，一束光可以经过孔2912进出壳体。孔2912可以打开或者被透镜或窗封闭。器件2900还包括安装至壳体2906的光学组件2914。在这种情况下，所述光学组件是与电光系统2902、2904的光轴成一角度安装的镜子。所述镜子用于将光信号改变方向，使其经过孔2912进出电光系统2902、2904。
镜子2914经由活节安装装置2916安装至壳体2906。在这种情况下，所述活节安装装置包括安装在旋转摩擦轴承2918中的可旋转的轴，旋转摩擦轴承2918位于壳体2906的对应形状的凹部2920中。活节安装装置2916包括啮合装置2922，其能够使用对准工具从壳体2906的外部啮合。例如，可以使用参照前面实施例描述的对准工具。
在使用中，安装光学器件的技术人员使用固定的安装装置，以便以固定方式相对于安装表面附接壳体，并且接着通过使用对准工具来调节镜子2914的定向，对电光器件2902的外部视场(或照明区域)进行调节。系统的操作方法基本上与上述方法相同，除了活节连接使得光学组件2914的定向能够相对于电光器件而改变(所述电光器件与安装表面以固定方式安装)，而不是使得整个壳体能够相对于安装表面再次对准。
图23示出了光束探测器组件2300，其例如可以是光发射器。组件2300由两个模块组成。模块2302是容纳电池(未示出)和用于该单元的电光系统2306的主外壳。电光系统2306可以安装在电路板2308上。模块2302还包括开关2310，在一种布置中，开关2310对磁场反应灵敏。这样的开关的示例是簧片开关，其具有一对位于密封的玻璃封套中含铁的金属簧片上的接头。所述接头最初是分开的。存在磁场的情况下，开关闭合。一旦去除磁场，簧片的劲度使得接头分开。
还可以使用对磁场敏感的其他开关设备，例如霍尔效应的设备。
模块2304是安装底座，其包括能够作用在开关2310上的启动器。例如，启动器可以是磁体2312。
模块2302和2304彼此分开运输和存储，或者打包运输和存储，其中启动器与开关分开足够的距离，以防止启动开关。通常在安装时，模块2304固定至墙壁2320或者安装表面，而模块2302附接至模块2304。将会理解的是，存在很多能够简单且牢固地将模块2302安装至模块2304的装置。例如，模块2304可以具有一条或多条轨道，在组装过程中，模块2302可以沿所述轨道滑动直至碰到阻挡物。可以设置止动器装置，以将这两个模块保持在适当位置。这样的装置允许这两个模块在预定方向上组装，由此将开关2310相对于磁体2312定位。
只有当模块2302和2304处于组装状态时，开关2301才会关闭，允许来自电池的显著功耗的开始。
在另一布置中，模块2304包括多个磁体2312。磁体2312的结构可以用于表示信息项，例如关于模块2304的识别数据。该信息可以包括与模块2304的位置相关的序列号或循环地址。通过在底座模块2304上提供某一形式的磁体，数据可以有效地永久保持在模块2304附接至墙壁2320的位置处。由此，即使更换模块2302，例如在故障(例如废弃的电池)之后，识别数据仍然存在。
模块2302可以包括多个开关2310或者对模块2304中存在的磁场敏感的传感器。例如，可以设置一列或预定形式的簧片开关，其能够读取在模块2304的磁体形式中编码的识别数据。
在另一布置中，模块2304中的磁体2312形式可以设置在可拆卸设备(例如卡片)上。当所述模块2304固定至墙壁2320时，带有所述形式的磁体的卡片可以例如插入模块2304。
图24至26示出了本发明的可选择实施例。发射器单元3000包括壳体3200，其形成光学模块。发射器进一步包括垫板3010、后罩3020和前罩3030，它们在一起形成安装部分3180。
垫板3010包括螺钉孔，垫板3010可以通过螺钉孔安装至安装表面(未示出)(例如墙壁)。凭借简单的、可释放的卡扣配合将垫板3010附接至后罩3020。
后罩3020和前罩3030在一起限定部分球形的腔体，在该腔体中容纳壳体3200。壳体3200包括后方壳体3040和前方壳体3050。后方壳体3040和前方壳体3050中的每一个均具有明显是中空半球形的壳状结构。
后方壳体3040具有围绕其外周界的唇部。前方壳体3050具有在其外周界内部的互补的唇部。两者互补的唇部卡扣配合在一起，以限定球形壳体3200。在该卡扣配合附近，后方壳体3040的一小部分伸入前方壳体3050并且在其周围限定一环形台阶。
探测器壳体3200的外表面是明显的球形并且与后罩3020和前罩3030所限定的球形腔体互补。在互补的球形表面之间存在特小间隙滑动配合，从而壳体3020可以旋转至相对于安装部分3180的宽范围定向，并且在安装期间宽松地以摩擦方式保持对准。
前罩3030的前端是开放的，以露出壳体3200。在该实施例中，前罩3030中的开口的形状和弯曲程度允许壳体3200围绕竖直轴线比水平轴线活节转动至在更宽的角度范围：通常这样的发射器安装在墙壁上，靠近天花板，对应的接收器也如此，因此，通常围绕水平轴线(即上下方向)需要更小的调节。
前方壳体3050的前端被截平以限定圆形开口，透镜3060承载在所述圆形开口中。圆形的印刷电路板(PCB)3070位于中心地安装在壳体3020内并且横跨壳体3020。PCB 3070平行于透镜3060并且抵靠在后方壳体3040所限定的、伸入前方壳体3050中的环形台阶上。
LED形式的光源3080安装在PCB 3070的前表面的中心，并且在使用中投射例如一束一个或多个波段中的光，光束的昏暗提供了对微粒存在的指示。透镜3060布置为校准LED 3080投射的光束。电池3090承载在PCB 3070的后表面上。
示出的实施例包括锁定机构3190，该锁定机构包括转轴3240、凸轮3100和制动块3110，如图25所示。转轴3240在其轴向的中点具有向外伸出的套环3140。
后方壳体3040和前方壳体3050中的每一个均包括管状凹部，用于容纳转轴3240的相应部分。当后方壳体和前方壳体卡扣配合在一起时，套环3140俘获在后方壳体3040和前方壳体3050之间。O形环围绕转轴，在套环3140的前后方向密封，限制碎片经由管状凹部进入壳体3200。
在转轴3240的前端面中形成六角扳手凹头3160。柱形的管状通路3244穿过前方壳体3050并且可以通向凹头3160。在发射器单元的安装过程中，凹头3160从发射器单元3000的前方经由通路3244容纳艾伦六角扳手类型的设备，使得安装人员可以围绕其轴线转动转轴3240。正如将要描述的，所述旋转使得将壳体3200锁定在相对于安装部分3180的选定的方向上。
后方壳体3040具有向后的孔，制动块3110承载在该孔中。制动块3110具有外表面3130，外表面3130是部分球形的，并且当处于缩回的“活节位置”时与后方壳体3040的球形外表面对准。制动块3110在其每一侧带有一支柱3120。所述支柱3120伸出短的侧向(即在与上下和前后方向垂直的方向)距离。支柱3120容纳在后方壳体3040中互补的凹处(未示出)内，并且由此限定一枢轴，制动块3110可以围绕所述枢轴旋转经过某一运动范围。运动范围由制动面3130和内部的球面(由后罩3020和/或前罩3030限定)之间的接触限制，还由与下述凸轮3100的接触限制。
如图25所示，制动块3110包括中心的纵向通道，所述纵向通道将两个翼部分开，每个翼部均承载各自的支柱3120。制动块3110具有一定程度的可塑性，使得制动块3110和后罩3040可以通过压缩所述翼部而组装，以减小横过支柱3120的整体尺寸并使制动块3110与后罩3040相配，从而支柱3120容纳在后罩3040中形成的互补的凹部(未示出)中。一旦释放，翼部恢复其未压缩的形状，从而支柱3120与互补的凹部卡扣配合。
凸轮3100由转轴3240承载。当然，另一选择是凸轮将与转轴整体形成，如图28所示。凸轮3100包括单一凸角，并且被布置为在向前离开支柱3120(以及由此限定的枢轴线)的位置向下作用在制动块3110上。
在接收器3000的安装过程中，在对准壳体3200之后，安装人员使用艾伦六角扳手一类的工具，经由通路3244进入转轴3240的凹头3160。使用艾伦六角扳手一类的工具对转轴3240进行转动会转动凸轮3100，这进而驱使制动块3110的前部向下，从而制动面3130与后罩3020和前罩3030所限定的内部球形表面摩擦啮合。由此，壳体3200相对于安装部分3180的对准被锁定。
在该实施例中，透镜3060和LED 3080设置为，在与透镜3060的平面垂直的方向上投射光。通路3244也垂直于透镜3060的平面。在安装过程中可以使用与上述相似的对准工具，其中所述对准工具具有柱形轴，其尺寸设计为与通路3244特小间隙滑动配合，并且所述对准工具包括激光指示器，所述激光指示器布置为投射与所述轴同轴的光束。在该实施例中，对准工具的轴终止于与凹头3160互补配合的艾伦六角扳手。在安装过程中，该工具插入通路3244并且与凹头3160啮合。啮合后，对准工具可以用作杠杆并且可以被操控，直到其投射的光束在目标(例如接收器)上聚焦。由此，通路3244提供了一种便利的装置，用于提供壳体3200的对准的直观指示。对准工具可以接着简单地围绕其轴线旋转，以将壳体3200锁定为正确对准。
如上所述，理想的是，电源(在这种情况下是电池3090)仅在快安装好时连接(以启动发射器)。转轴3240的套环3140在其圆周的点上承载磁体3150。磁体3150和凸轮3100的凸角的相对位置选择为，使得当制动块3110处于前方的“制动”位置时，磁体3150与安装在PCB 3070后表面上的簧片开关(未示出)相互作用，以闭合开关并因此连接电源启动接收器3000。套环3140上的磁体相对于凸轮3100的凸角的位置选择为，使得当制动块3110处于缩回的“活节”位置时，磁体3150的位置不会作用在簧片开关上，从而簧片开关保持打开并且接收器保持停用。
发射器单元3000是易于安装的。接收器3000可以提供为预组装好的单元——锁定机构处于缩回的活节位置，从而电池没有连接并且不会用完。与后罩3020通过简单的卡扣配合而附接的垫板被撬起(即没有扣住)并且被拧紧或者固定至墙壁或其他安装表面。后罩3020以及与其附接的接收器3000的剩余部分接着简单地卡扣到垫板上。接着使用前述对准工具将壳体对准，并且接着简单且便利地将壳体锁在所述对准位置并且由同一工具的单一运动启动。
图27和28示出了本发明的另一可选择的实施例(与图24至26所述的实施例相似)。图28与图25类似，然而图28示出了能够在本发明的实施例中使用的接收器3000′。接收器3000′包括通路3244′，穿过通路3244′可以接近转轴3240′，如同前面的实施例。该实施例与图24的实施例不同之处在于锁定机构的细节。转轴3240′包括一体形成的凸轮3100′，其被布置为作用在枢轴安装的杠杆臂3210上。
杠杆臂3210具有侧向方向(即垂直于上下和前后的方向)的长度。3120′处的支柱从杠杆臂3210的一端向前延伸。支柱3120′容纳在发射器壳体3200′内限定的互补的凹处(未示出)中，杠杆臂3210在此处枢轴支撑在发射器壳体3200′中。
短支柱3230从杠杆臂3210的另一端在前后方向伸出。支柱3230是同轴对准的。包括向上伸出的叉头装置的制动块3110′围住杠杆臂的另一端并且与支柱3230啮合，以便枢轴连接杠杆臂3210和制动块3110′。制动块3110′从杠杆臂3210向下伸出，并且具有正方形的截面，确定部分球形的制动表面3130′。
制动块3110′位于管状孔洞(未示出)中并且由该孔洞引导，该孔洞具有互补的正方形轮廓，位于发射器壳体3200′中。
转轴3240′在发射器3000′的安装过程中被旋转，如同前面的实施例。由于转轴3240′被旋转，凸轮3100′起到驱动杠杆臂3210围绕其枢轴轴线(由支柱3120′限定)向下的作用。制动块3110′进而被向下推动，以便与固定的安装部分3180′的内表面摩擦啮合。
杠杆臂3210包括一体形成的指状物3220，其从杠杆臂3210的端部向下伸出，与杠杆臂的主体成一锐角。指状物3220限定一弯曲路径，所述弯曲路径的外表面与发射器壳体3200′的内部互补。指状物3220的尺寸形成为压靠所述内部，并由此施偏压于杠杆臂3210，使其围绕其枢轴线(由支柱3120′限定)向上旋转。制动块3110′由此抵靠凸轮向缩回的非制动位置偏离。
如上所述，光学表面随时间的污染能够引起光束探测器中的一些问题。为解决问题，发明人已经确定，该系统能够适于随时间补偿光学系统的污染。图29示出了真实接收的亮度级(即到达系统的接收器或光传感器的光的等级)如何随时间下降。图29示出了随时间到达光束探测器接收器的传感器的真实亮度级在时刻t1和t2之间的图线。从图中可以看出，所接收的波长为λ1和λ2的光的亮度级，由于接收器的光学系统表面的污染的不断积累而随时间降低。为补偿敏感度的损失，在本发明的一个实施例中，系统增益对应地非常缓慢地随时间增加(如图30所示)，使得所探测的强度λ1和λ2能够基本上随时间保持稳定。
可以看到，图31与图30相似，除了波段λ1和λ2的下降情况不同。在该实施例中，λ2处的信号比λ1处的信号受到光学器件的污染的影响更大。在这样的情形中，使用所接收的两个波段中的信号之间的差值或相对值的系统，很可能随着所接收的波长λ1和λ2处的信号之间的差别的增加而进入错误报警状态。为解决该问题，为每个波长不同地调节增益，并且如图所示，当增益被调节，如图30所示，系统长期的平均输出保持基本恒定。
在图31和32的示例中，烟雾事件3500大约发生在时刻t1和t2的中间。在这种情况下，因为λ1有效地操作为参考波长，其经历非常小的强度下降，然而所接收的λ2处的信号经历非常明显的下降，因为λ2被小微粒吸收的趋势更加强烈。可以看到，因为与向增益应用的补偿相比，烟雾事件具有如此短的持续时间，对于系统污染的长期补偿不受到烟雾事件3500的发生的影响，而且烟雾事件3500同样被系统可靠地探测。
参照图33至35，示出了根据本发明的实施例的光源3300。光源3300包括带有透射区域3304的壳体3302，光从光源3300发出，穿过透射区域3304到达接收器3306。
在这种情况下，透射区域3304位于壳体3302的外部并且提供一些这样的点，来自壳体3302内的光，于这些点处，从光源3300朝接收器3306发送。为此，透射区域3304能够从光源3300外部访问并且可能受到灰尘/污垢堆积、昆虫/虫子活动等的影响。没有限制，透射区域3304可以是任何光学表面(或者光学表面的一部分)，并且尽管为了描述的目的，已经将透射区域示出为从壳体3302伸出，其自然也可以与壳体3302的壁齐平或者凹进壳体3302的壁中。透射区域3304可以与壳体3302是一体的，或者可以是其组成部分。
在本实施例中，壳体3302围住第一发光体3308、第二发光体3310和第三发光体3312。发光体3308至3312中的每一个均是LED并且发射一束光(分别为3314、3316和3318)，穿过透射区域3304到达接收器3306。第一发光体3308和第三发光体3312发射第一光谱带的电磁辐射，例如波长基本相等的紫外光(即电磁波谱的紫外部分的光)，并因此应当称为紫外发射体。第二发光体3310发射第二光谱带的电磁辐射，例如红外光(即电磁波谱的红外部分的光)，并因此应当称为红外发射体。对应地，光束3314和3318称为紫外光束，而光束3316称为红外光束。
光源3300还包括控制器3320，适于控制第一、第二和第三发光体3308至3312的操作。控制器可以容纳在壳体3302中，如图所示，或者可以远离壳体并且远程控制发光体3308至3312的操作。
正如将会理解的，控制器3320操作发光体3308至3312的具体方式取决于系统的程序。在该实施例中，控制器3320以重复交替的顺序轮流控制发光体3308至3312的操作。下文进一步详细讨论对接收器3306接收的这些光束的处理。
控制器还可以适于操作发光体3308至3312中的一个或多个，以向接收器3306发送控制信号。这样的控制信号可以指示关于光源3300的状态信息，例如指示光源3300是运转的、指示光源3300出现故障和/或指示光源3300的电池耗尽。控制信号可以通过各发光体3308至3312所发射的光束3314、3316和/或3318的时序和/或强度来确定。
可以看到，紫外发光体3308和3312彼此分开，这进而导致紫外光束3314和3318离开透射区域3304的点的分开。紫外发光体(以及紫外光束3314和3318)分开足够的距离，从而如果透射区域3304被外来物体3322遮挡，则仅有紫外光束3314或3318中的一个会被遮挡。为此，第一光束3314和第三光束3318之间分开大约50mm被认为是适宜的。由此，该装置有效地提供了在紫外波段的备用的发光体。
术语“外来物体”在此用于指代大于灰尘或烟雾微粒或可能存在于空气中的其他感兴趣颗粒的物体或讨厌的微粒。作为一个示例，遮挡透射区域3304的外来物体可能是爬过透射区域3304的昆虫或虫子。
图34示出了单个紫外光束3318被遮挡的示例，余下的红外光束3314未被遮挡。在该情况中，接收器3306识别出故障状况而不是报警状况，因为其仅每隔一次接收到期望的紫外脉冲。
如果这种状况(即紫外光束3314或3318中仅有一个在接收器3306处被接收，或者由于部分遮挡，所接收到的紫外光束3314或3318中的一条比另一条的亮度明显低)持续相当的时间(例如1分钟)，则接收器3306可以编程为，将此解释为光源3300发生错误/故障并且触发适宜的报警/错误信息。
相比于图34示出的遮挡，图35示出了烟雾微粒3324遮挡3条光束3314至3318的情形。在该情形中，烟雾3324使得光束3314和3318中的每一条衰减基本相同的程度，并且能够应用常见的报警逻辑以确定是否存在报警或故障状况。
图36提供了上述实施例的选择方案。与前面的实施例相似，光源3600包括壳体3602和透射区域(或窗口)3604，光束3614、3616和3618穿过透射区域3604发射至接收器3606。光源3600的操作由控制器3620控制。紫外光束3614和3618从单个紫外发光体3626发射。在这种情况下，光源3600包括分束器3628，其使得来自光源3626的光束分裂，从而第一光束3614和第三光束3618彼此分开足够的距离从透射区域3604离开，如上所述。
转到图37至40，提供了用于微粒探测系统的光源3700的另一可选择实施例。光源3700包括带有透射区域3704的壳体3702，光穿过透射区域3704从光源3700发射至接收器3706。透射区域3704如同前面参照透射区域3604所描述的，然而可以看到，其比透射区域3604小得多。
壳体3702容纳第一和第二LED发光体3708和3710。发光体3708是紫外发光体并且发射紫外光束3712，而发光体3710是红外发光体并且发射红外光束3714。光源3700还包括控制器3716，适于控制第一和第二光源3708和3710的操作。控制器可以容纳于壳体3702中，如图所示，或者可以远离壳体并且远程控制发光体3708和3710的操作。
如图所示，光源3700设置为(如下所述)，使得光束3712和3714沿基本上相同的路径从透射区域3704离开光源。最优选地，它们在同一直线上。这种布置所提供的特征是，如果透射区域3704被外来物体3718遮挡，如图38所示(同样，例如昆虫爬过透射区域)，紫外光束3712和红外光束3714被遮挡基本相同的程度。
当外来物体3718挡住透射区域3704时，其引起第一和第二光束3712和3714基本相同的遮挡，并且与接收器相关的控制器将应用报警和/或故障逻辑，以确定接收的亮度级下降的原因。故障和报警逻辑可以设置为以下述方式解释所接收的强度的相同且同时的下降。在强度有少量下降的某些情况下，系统可将此解释为故障或遮挡。如果状况持续，其能够在软件或提高的故障状况中补偿。大的强度下降可引起报警，即使基本的报警准则是基于两个波段的差式衰减(differential attenuation)，正如在我们共同在审的专利申请中所述。
图37和38提供了光源3700的一个实施例，其设置为提供光束3712和3714，它们沿基本上同一直线的路径从透射区域3704离开光源3726。在该实施例中，光束3712和3714并不源于物理上靠近的光源3708和3710，而是在到达透射区域前通过导光器件3722彼此靠近。导光器件3722可以是适于导光的任何光学器件，例如镜子、透镜(例如凸透镜、凹透镜、菲涅耳透镜)和/或棱镜或者它们的结合，并且还可以起到校准光束3712和3714的作用。
图39提供了发光体3724的可选择实施例，其设置为使得光束3712和3714从透射区域3726离开光源靠近在一起。在该实施例中，第一和第二发光体3728和3730是容纳于单个光学封装件3732中的半导体裸片(透射区域3726是发射的光束3712和3714离开封装件3732的点)。在该实施例中，光束3712和3714的靠近由封装件3732中的半导体裸片3728和3730的物理上的靠近以及封装件3732的释放效果(leasing effect)而实现。
这可以通过在共同的LED封装件中使用带有多个半导体裸片的LED来实现。图47至49示出了示例。正如典型的LED，壳体由透明材料制造并且其形状设计为，对发射的光束具有透镜效应，这种效应大体将光束约束在前进方向上。
在另一实施例中，并且如图41和42所示，光源3700还设有光束成形光学器件4102，用于调节从发光体3708和3710发射的光束的形状。尽管图41示出了单个元件，然而在实际中(并且如图42所示)，光束成形光学器件4102可以包括多个光束调节元件，以多种方式调节从光源3700发射至接收器3706的光的束宽和/或光束形状。
光束3712和3714(来自发光体3708和3710)经过光束成形光学器件4202，光束成形光学器件4202起到为已调节光束4104设置所需特性的作用，如下所述。
正如将会理解的，在横交于其轴线的方向上，光束将具有空间强度分布或者束分布。使用束分布，可以定义相等强度的两个点(例如最大值的任一侧的3db点，等等)之间的光束的束宽。束宽的一种常见度量是光束的“半高宽度(FWHM)”。例如，图42中已调节的光束4204示出为具有一个其内的光束4202的强度在预定的阈值(黑色示出)以上的宽的截面4212，光束的强度在预定的阈值以下的光束截面4216形成所述阈值的外围。
能够选择光束成形光学器件4102以获得所需的束分布，并且校准元件4208起到将光束3712和3714校准为更加紧密的光束形状的作用。校准元件4208例如可以是，透镜(例如菲涅耳透镜或凸透镜)或者反射器。
光束调节光学器件还可以包括扩散元件4210，选择为使得束分布“平坦”并且增加光束3712和3714的束宽。扩散元件例如可以是，毛玻璃/刻蚀玻璃/烟色玻璃扩散器。可选择地，扩散元件4210可以是应用至透射区域3704或另一光束调节器件的涂层。
图40示出了示例性的光学元件4000，其对束分布进行定形并且使其平坦。光学元件4000包括菲涅耳透镜4080，其与一个多元透镜4801背靠背放置。菲涅耳透镜校准光束，而多元透镜4801有效地扩散光束。代替多元件透镜4801，还可以使用另一扩散器(例如毛玻璃、烟色玻璃或刻蚀玻璃或表面)。
在发射器上提供扩散器是有利的，因为接收器将“看到”对应于光源的扩展斑，而不是一点(在没有扩散器的情况下将看到一点)。由此，位于透射区域3702的任何外来物体(例如昆虫)将覆盖透射区域的一小部分并因此对接收器3706处所接收的光的总量具有成比例的较小影响。此外，在多光束系统中，当所有发光体(3708和3710，即紫外波长和红外波长处的)经过共同的元件被扩散，透射区域3702上的任何外来物体(例如昆虫)将对光的每个波长(即紫外和红外)有基本上相同程度的影响。
此外，通过对已调节的光束4204提供更大的束宽，接收器3706与光源3700的对准得以简化。图43提供了对接收器4350的描绘，接收器4350接收来自光源4354的光束4352。通过具有宽的束宽，束宽上(靠近其中心)的强度的改变速率减小。这意味着，由于光束和接收器的对准随时间漂移，对于小的相对移动，靠近光束中心的接收强度的改变速率与带有窄的束宽的光束相比有所减少。
在这种情况下，光束4352的束宽4356对应传感器4350上的大约3个传感器元件。如果系统设计为对输出进行平均(或累加)，则这3个像素用于确定所接收的光束的强度，接收器和发射器之间的对准情况的小变化将要求系统精确跟踪传感器表面上的光束移动，或者可选择地，引起从这3个像素测量的信号强度的大变化。使用图44所示的较宽的束宽，该问题得到最大限度的解决。在该系统中，光表面4454发射的光束4462具有等于传感器4450上大约6个传感器元件的尺寸的宽度4456。正如将会理解的，在中间的3个像素位于中间的高强度光束区域外面之前，这样的系统更能容许对准漂移。
使用的扩散器和提供的束宽的具体特性将取决于接收器和发光体。然而使用LED，已经发现大约10度的束宽是已调节光束的强度保留以及宽度之间的恰当的折中，以调和接收器与光源的易于对准以及接收器和/或光源的漂移。
参照图42，选择分布调节元件4212，以使得已调节的光束4204的束分布在水平方向比竖直方向延伸更多。这起到尽可能增大已调节光束4202在接收器处的强度的作用，同时还考虑到了这样的事实：不断积累的移动通常在水平平面比竖直平面带来更多的变化。
光源可以包括依赖波长的分布调节元件4212，用于对不同波段的光束提供不同的强度分布。此外，光束调节元件可以是透镜、反射器、涂层等，其被选择用以提供在每个波长处的所需的束分布。
分布调节元件4212具有产生一个带有某一种光束分布的已调节光束4204的作用，在该光束分布中，紫外光(源于紫外发光体3708)的束宽比红外光(源于红外发光体3710)的束宽更宽。这在图45和46中示出，光源4500发射光束4502，在该光束中，紫外光4504的束宽比红外光4506的束宽更宽。这具有的优点在于，一旦光源4500或接收器4508移动(例如由于积累的移动)并且它们之间的对准被破坏，红外光4506(具有较窄的束宽)将比紫外光更早失去与接收器4508的对准(即减少接收器处接收的红外光的量)。这引起接收器处红外光的强度的降低，接着是紫外光强度的降低，因为对准情况逐渐变得更加糟糕。这与烟雾进入光束时看到的效果(此时紫外光在红外光之前下降)相反。由此，可以通过控制器的故障/报警逻辑将失准与烟雾事件区分开。
作为使用分布调节元件的可选择方案，光源可以采用多个紫外发光体围绕一个或多个红外发光体。在这种情况下，随着光源和接收器的对准被破坏，接收器将在其终止接收紫外光束之前终止接收红外光束，由此允许接收器将此解释为故障而不是报警事件。
在一些实施例中，可以形成异常的强度分布，例如具有sinc函数或类似形式的强度分布。在这种情况下，如果接收器传感器的一个传感器元件或一组传感器检测到所接收的光束的强度的、与发射光束的空间强度分布相匹配的变化，控制器能够确定光束扫过该传感器或该组传感器。这可以由故障逻辑来探测并发出信号，告知系统正在逐渐失准并且需要或者即将需要重新对准。
图47示出了发光体4740，其可以用于根据本发明实施例的光束探测器的发射器。发光体4740包括主体4742，一个或多个发光元件(未示出)容纳于该主体中。发射体4740包括透镜或窗口部分4744，发光元件产生的光束穿过其中发射。其还包括多个引线4746，用于产生与该设备的电连接。图48示出了相同的发光体4740的平面图。发光体4740包括多个发光元件4748、4750。在这种情况下，发光体是LED而发光元件是紫外LED裸片4748和红外LED裸片4750的形式的两个LED裸片，其构成了发光元件。封装件4740还包括主体4742中的光电二极管4752。发光元件4748、4750中的每一个均适于穿过透镜的4744发光。光电二极管4752接收发光元件4748、4750发射的光的某些部分并且产生供应至反馈电路的电信号。光电二极管的输出信号由反馈电路使用，以调节发光元件的输出，从而保持发光体4740的正确工作。
图49示出了光源的第二实施例。在该示例中，发光体4955包括以方格图样布置的多个发光元件。在这种情况下，发光体4955包括围绕中心的红外LED裸片4960布置的4个紫外LED裸片4958。如上所述，这种布置可以具有特别的优点，用于防止由光源及其对应的接收器的失准引起的错误报警。封装件4955还包括光电二极管4952。
图50示出了可以用于本发明的实施例的发射器的电路的示意性框图。电路5000包括2个发光体5002、5004，例如，它们对应如上所述的红外和紫外LED裸片。其还包括光电二极管5006。从上面的描述中显而易见的是，LED 5002、5004和光二极管5006可以是彼此靠近地封装在单一LED封装件中。然而，它们也可以独立封装在单独的部件中。发光体5002、5004电连接至电流源5008，而光电二极管5006电连接至反馈电路5010。反馈电路5010与电流源5008连通。在使用中，来自光电二极管5006的输出(其代表了LED 5002、5004的输出)通向反馈电路5010，反馈电路5010进而控制电流源5008向发光体5002、5004的输出。随着光电二极管5006处接收的光信号的减弱，例如由于LED随时间减弱的光输出或者发光体5002、5004减弱的光发射(由于温度的上升)，反馈电路5010将对电流源5008产生一个引起光源5002、5004的驱动电流增加的输出。这样，发光体5002、5004的光输出能够保持在基本恒定的亮度。因为发光体可以具有不同的特性以及系统正确操作所需的预定的照明特性，所以这两个发光体5002、5004的输出能够被单独控制和调节。这能够通过可选择地使得它们的照明脉冲化以及使用光电二极管5006单独地确定它们的光输出而实现。可选择地，可以以下述方式使用多个光电二极管：其中，这些光电二极管的响应是波长选择性的，并且调谐至对应的发光体。例如，这可以通过在光电二极管中的每一个的上方提供不同的带通滤光器而实现。在这种情况下，发光体5002、5004能够同时照明，而使用在此描述的反馈电路独立地稳定它们的输出。图51示出了图50的电路在稳定一个发光体(连续照明)的光输出时的反馈过程。图51的图线包括第一部分5102，第一部分5102表示光电二极管随时间的输出，以及表示来自光源的光输出随时间的下降。该输出反馈至反馈电路，反馈电路控制电流源5008的驱动电流输出。光电二极管输出的下降引起LED输出电流的增加，如曲线5104所示。
图52以示意性的框图形式示出了第二电路。在该示例中，不是去控制电流源的输出电流，而是利用反馈电路控制发光体的输出脉冲的持续时间。由此，图52包括两个光源5202、5204，它们中的每一个均与电流源5208连接。电路还包括光电二极管5206，其与反馈电路5210连接。该电路5200还包括驱动脉冲调制电路5212，其控制由电流源5208提供给发光体5202、5204的电流脉冲的时序和持续时间。在该示例中，当检测到光电二极管5212接收的亮度级的下降，反馈电路5210向调制电路5212提供信号。作为响应，调制电路5212增加电流源5208所产生的提供给LED的脉冲的长度。
图53示出了图52的电路的操作方法。上方的图线5302示出了光电二极管的输出，正如所见，其总体上随时间下降。下方的图线5304示出了提供给发光体的驱动电流。在这种情况下，输出电流以方波脉冲(例如5306)的形式提供。随着光电二极管的输出下降，脉冲的持续时间逐渐增加。通过以这种方式调节脉冲持续时间并且将电流保持在恒定水平，发光体发射的有效的光强(在脉冲长度上进行积分)保持基本恒定。有利地，其还导致接收器处对脉冲更加精确的接收，因为接收器可以作为积分器并且收集更多的发射的信号，而不是接收器简单地在每个脉冲内提取光强的单个样本。
图51和53的图线示出了光电二极管的响应以及对于发射器的单个发光元件的驱动电路电流。可以为其他发光元件生成相似的图线。
在本发明的另一实施例中，可以提供LED强度的开环控制。例如，这可以通过提供电流驱动电路而低成本地实现，所述电流驱动电路对于LED的输出特性是温度稳定的或温度补偿的。
在本发明的又一实施例中，发光元件的输出可以只是受到微弱的控制，例如通过借助非常简单的电流控制电路，使该发光元件的输出由固定的脉冲长度来驱动。在这种情况下，由光电二极管测量的平均的输出强度可以传送给接收器。可以接着将接收器设置为在软件中补偿变化的LED输出。在优选的形式中，平均的LED输出可以使用光通信信道或其他无线通信信道传送给接收器。在使用光通信信道的情况下，这可以通过调制发光体自身的输出(通过在两个发光体中的一个或另外一个，或者这两个，的照明脉冲序列中插入或省略脉冲)来实现。该实施例具有的优点是仅需要相对低成本的发射器，而无需复杂的反馈电路。其还利用了下述事实：发光体的与温度和老化相关的输出漂移很可能相对较慢，因此仅需要低的通信带宽。
在上述方法(使用一个或多个光电二极管测量并控制发光体的输出强度)中将会存在的另一问题是，环境光可能干扰该测量。例如，阳光可能被光电二极管接收并且错误地增加了由光电二极管探测到的发光元件的亮度级。
为克服该问题，在一个实施例中，通过与光电二极管协力使用带通滤光器，有效的环境光能够被显著减弱。例如，可以使用这样的光电二极管：其只能通过其所对应的发光体所发射的波段中的光，而削弱所有其他波长(例如那些在阳光中常见的)。相似地，如果使用人工照明例如荧光照明，带通滤光器可以适于基本排除人工照明中的全部，而仍然传输相应的发光体发射的波段中的光。
在可选择的实施例中，光吸收挡板可以位于光电二极管周围，例如位于LED封装件中，使得只有来自发光元件的光能够到达光电二极管。通过在光电二极管和LED封装件的透镜之间放置挡板，光电二极管可以避开外部的光。
用于校正背景光的水平的另一机制是从光电二极管测量发光体何时处于“开”和“关”的状态。在这种情况下，在“关”期间(发光体的脉冲之间)进行的测量代表背景光。所述背景光的水平可以从接着的(或之前的)“开”期间(即发光元件的照明期间)所测得的亮度水平中减去。如果需要平滑背景光的水平，则可以在若干个“关”的帧中对背景光进行平均，并且从“开”期间数据中减去背景光水平的滑动平均值。例如，当环境光的水平以等于或基本等于发光体的脉冲频率的频率做大幅度变化时，可能需要这样。
图54示出了根据本发明的实施例的光源。光源5400包括电连接至控制电路5404的发光体5402，控制电路5404由电源5406供电。发光体5402经过光学系统5408向接收器投射一束(或多束)光。在一些实施例中，光学系统5408可以简单地是透明窗口，在使用中光束经过该透明窗口投射，但是光学系统5408还可以是一个更加复杂的光学装置，其例如包括适于赋予光源5402所发射的光束一些特定的光束特性的一个或多个透镜、镜子或滤光器等。如上所述，光学器件5408的外表面容易由于在其外表面上的昆虫或类似物体而受到临时遮蔽。
为了探测这些外来物体，光源5400设有与控制电路5404连接的光电二极管5410或其他光敏元件。在使用中，光电二极管5410布置为，使其接收从遮挡光学装置5408的外表面的至少一部分的外来物体散射的光。光电二极管5410连回控制电路5404，控制电路5404适于基于光电二极管5410所接收的散射光的完整性确定是否存在故障状况。例如，控制电路5404可以包括微控制器5412，其编有故障逻辑(还可以有其他逻辑)，所述故障逻辑将从光电二极管5410接收的反馈信号与预定的阈值进行比较，并且如果接收的强度高于所述阈值，或者反馈信号满足某些其他的基于强度和/或时间的准则，故障逻辑可以适于触发光源5400中的故障响应。例如，微控制器可以引起发光体5402的照明模式响应于故障状况而改变，以向微粒探测系统的接收器发送存在故障状况的信号。通过在光照模式中编码一个特定信号，可以向接收器发回故障类型。通过以预定方式调制所发射的光脉冲的幅度、持续时间和/或时序，可以传送故障状况。这样具有的优点是，无需在微粒探测系统的发射器和接收器之间布置有线或其他无线通信系统。
图55和56示出了本发明的这个方面的可选择实施例，并且共同的部件由共同的附图标记表示。
首先转到图55，其示出了根据本发明的实施例制得的光源5500的第二实施例。在该实施例中，光源5500已经设有附加的发光器件5502。该发光器件被放置为使其以浅的入射角照亮透镜。这增加了落在光学器件5408的外表面上的微粒或外来物体将会产生被光电二极管5410探测到的足够的反射的机会。在该实施例中，光电二极管能够被墙壁或挡板5504挡住，以防止光源5502的径直的照明。
图56示出了光源5600。该实施例与图54和55所示的光源的不同之处在于，其包括外部安装的发光体5602。该发光体5602被放置为使其直接照亮光学器件5408的外表面。这可以在正确识别外来物体(例如外表面上的昆虫或其他物体)的存在方面具有附加的优点。
在本发明的一些实施例中，光源可以设有内部安装的反馈光电二极管。所述反馈光电二极管通常用于监控一个或多个光源的光输出并且调节光源的发射特性(例如如果测量出所接收的亮度级的下降)。然而，通过将上阈值应用至内部的光电二极管所接收的信号，内部的光电二极管可以与本发明的这个方面的实施例一起使用，如果接收的亮度级高于所述上阈值(并且不是控制器5404引起的光输出的增加的结果)，则这可以确定为是外来物体位于光学系统5408的外表面上的结果。
本发明的实施例还能够与微粒探测系统的接收器一起使用。在该实施例中，接收器可以配有发光体(例如图14所示的)和光电二极管，并且设置为执行在此描述的与光源相关的方法。凭借所述接收器，明显有利的是，接收器壳体内的光传输并不妨碍系统的微粒探测性能。由此，光源5502可以选择为，使其发射接收器的接收带之外的光，或者接收器可以设有将所述的所选择的波长排除在外的带通滤光器。可选择地，如果微粒探测器的光源设定为，根据预定模式进行闪烁(闪烁之间具有“关期间”)，则外来物体探测功能可以在这些“关”期间执行。如果将要使用“关”期间的外来物体探测，则发光体(例如发光体5502)可以发射接收器的通带中的光，并且主接收器可以用于探测光学器件5408的外表面上的外来物体的存在。
如上所述，对于微粒探测器重要的是正确的安装和运转。正确的安装和运转确保系统的可靠且安全的操作。由此，现在描述能够用于微粒探测系统的安装和运转的若干过程。
为了清楚起见，下面的过程描述将集中于参照图2描述的微粒探测器。然而，该过程可以使用参照图3描述的装置和其他装置执行，这对于相关领域的技术人员来说的显而易见的。
在一个实施例中，过程包括两个阶段，包括运转阶段和操作阶段。运转阶段在光束探测器最初安装时执行，而操作阶段在安装一段时间之后执行。
图58示出了用于使所述微粒探测器运转的过程。技术人员或其他适宜的安装人员将光源32、接收器34和目标36(其在其他几何结构中是可选的)安装在合适的位置，跨过需要监控微粒(例如烟雾)的区域(步骤5801)。正如所讨论的，凭借使用视频照相机形式的接收器34或其他适宜的设备，安装过程可以简单而快速。
安装之后，在步骤5802，技术人员通过向微粒探测器供电启动探测器。最初，探测器探索该探测器至监视器的视场内的光源的存在。正如在本申请的其他地方和我们的共同在审的申请中所讨论的，控制器识别探测器视场的表示来自光源32的光的相关部分，并且接着测量从光源32接收的光信号的强度(步骤5803)。该识别过程可以是手动的，例如凭借技术人员将便携式计算机与接收器34联接、观察照相机捕捉的图像并且使用点击设备或其他设备指出视场中的相关部分。识别过程可以替代地是自动的，例如凭借被编程的控制器44来识别光源(例如，在使用紫外或红外光源的情况下的紫外和/或红外光)照亮的屏幕的部分。
在本申请的其他地方可以找到目标搜寻和时序发现的示例性的方法的详细描述。
在步骤5804中，将从每个识别的光源接收的亮度级与阈值比较，以确定接收的亮度级是否在可接受的范围内。如果控制器54接收来自光源32的高于现有阈值的光，则使得微粒探测器指示进行可接受的操作(步骤5805)。系统状态的指示可以包括在接收器34上持续点亮LED，尽管可以使用其他告知机制，例如产生声音和/或向与控制器44通信的PDA或计算机发射信号，用于技术人员观察。
探测系统将应用报警和故障逻辑来确定探测系统是否正确操作或者微粒是否被探测到。报警和故障逻辑将包括基于接收器处接收的光强的报警准则。该准则可以基于原始强度测量值，多个波长处的差值或比较值，或者本领域技术人员了解的其他量。通常，准则可以视为接收的数据与阈值水平的比较。发明人已经意识到，因为微粒探测系统的安装和运转受到技术人员的管理并且在运转期间并不依赖系统来提供微粒探测或生命安全功能，所以通常的报警阈值在很大程度上可以在运转阶段被忽视。由此，在运转阶段应用的阈值可以设定为，与操作阶段应用的报警或故障阈值中的一个或多个非常接近。
在优选的形式中，在运转阶段使用的至少一个阈值将设定为基本高于将会引起微粒探测器产生报警的水平，在操作阶段，采取指示烟雾已经被探测到或者产生故障的其他行动。
例如，在运转阶段接收的光可接收的最低亮度可以设定为超出将会在正常操作期间导致故障状况的亮度级的20％以上。这样的阈值要求安装人员确保系统的最初对准是非常精确的、光学表面清洁且情况良好以及传输路径的长度不超出可接受的范围，否则系统不会在运转期间达到相对严格的光强要求。
如果控制器44在运转阶段确定接收的光强低于预设阈值，控制器44引起微粒探测器指示错误(步骤5806)。这可以，例如包括使LED闪烁或者向技术人员的PDA或计算机发射信号。如果视场的相关部分的识别是自动的，则控制器44可以允许完成手动识别过程，之后重复步骤5802至5804。
在接收错误指示时，技术人员可以采取必要的行动以纠正问题。例如，技术人员可以重新定位光源32、接收器34和/或目标36，例如为了缩短光源32和接收器34之间的路径长度。在需要本质上缩短路径长度并且初始的安装中使用了目标36的情况下，技术人员可以移除目标36并且将接收器34放在目标36先前所处的位置，以将路径长度减半。或者，技术人员可以定位中点，在此处安装微粒探测器的部件。
可以对控制器44编程，以在每次启动时自动完成其在图58所示过程中的作用。可选择地，可以仅在要求时完成，例如通过按下与接收器34相关的按钮，或者在经过接收器34的通信端口接收命令的时候。
如果运转阶段已经成功完成，接收器34处于开始操作的状态。这种“操作阶段”的两个实施例在下文描述，第一个参照图59而第二个参照图60。在操作阶段，接收器34测量从光源32接收的光的强度。该数据被处理，并且如果接收的信号指示在光源32和接收器34之间的光路上存在烟雾，则控制器44在微粒探测器中引发报警状况，并且/或者发送信号以引起另一设备(例如消防控制面板)或系统(例如自动疏散系统)以产生报警。
在本发明的操作多个波长的优选实施例中，主报警阈值基于所接收的一个以上的波长的光强的差式度量(differential measure)，例如所接收的两个波长的光强的比值或差，或者此类测量值的改变速率。第二“备用”阈值可以根据所接收的一个或多个波长处的绝对光强或修正的光强而独立地设定。正确操作和故障状况的探测还可以基于接收的亮度级的差别或者绝对亮度级。
参照图59，对控制器44编程以对照绝对的信号强度阈值，再次检查从光源32或者每个光源32(如果多于一个)处，接收的信号强度。该检查可以持续地或周期性地(例如每天一次、每天两次或更多次，或者更低的频率)执行，取决于具体需求。还可以在要求时进行检查，例如在接收要求检查在接收器34的通信端口处接收的信号强度的命令时，或者在启动所设置的与接收器34相关的按钮时。如果控制器44在步骤5907中确定不需要检查，接收器34继续监控光路上的烟雾。
如果要求检查，则在步骤5908中，控制器44估计来自光源32的光的信号强度，并且在步骤5909中将其与阈值比较。该阈值可以与步骤5803中使用的相同，或者可选择地是另一设定值，其被确定以指示所需要的操作可靠性水平。
在步骤5910中，对比较的结果进行估计，并且如果没有超出最小所需强度对应的阈值，则指示/产生错误(步骤5911)，该错误可以与步骤5806中指示的错误相同或不同，这取决于特定的执行情况。例如，步骤5911中指示的错误可以是在微粒探测器的位置和/或控制点(例如建筑的安全位置)和/或远处的监控站(通过经过有线和/或无线的公共和/或专用网络传送错误)产生的能够听到的信号。
如果超出最小所需强度对应的阈值，则在步骤5912中，微粒探测器指示可接受的操作(这可以与在步骤5805进行的描述相同的方式指示)。
参照图60，示出了可以由控制器44完成以执行可供选择的操作阶段的过程的流程图。
在运转(即步骤5805)之后，控制器44在步骤6016确定延迟时间是否期满。该延迟时间可以是例如24小时，在该时间后，将期望微粒探测器以稳定状况工作。在其他实施例中，还可以使用其他非零的延迟时间。优选地，在延迟时间中，探测器并不用于基本的微粒探测的目的，而只是被监控以正确操作。
当延时时间已经期满，控制器44重新设定其阈值(在步骤6018中)。优选地，即将使用的新的阈值基于在(可选的步骤)6015中测量的信号强度(或者来自测量的信号强度的参数)。可选择地，其可以基于在延迟时间过期后进行的测量(步骤6017)。可操作阈值强度(operationalthreshold intensity)还可以具有预设的最小值。可选择地，可接受的阈值能够通过观察系统在延迟时间中的性能来确定，例如通过分析在延迟时间中在一个或多个波长处接收的光强的变化来确定。例如，如果在整个延迟时间中，由感兴趣的微粒侵入光束以外的原因(例如安装偏移、光源的依赖于温度的光输出变化等)引起的接收的光强中的变化是2％，则可接受的最小的接收亮度级可以设定为比平均的接收的亮度级低2％或者某些其他水平。可操作强度可以是在延迟时间的终点处测量的强度以及预设的最小值的函数，例如确定为这两个值的平均值。可操作阈值和预设的最小值，如果有的话，可以为每条光路单独地确定/设定(如果存在一条以上的光路)。
接着，控制器估计从光源32接收的光的强度(步骤608A)并且在步骤609A将其与新的可操作阈值比较。
使用在步骤689A中确定的可操作阈值，步骤600A至602A可以接着按照本申请前面参照图59的描述继续前进。
在存在多光源和/或来自单一光源的多条光路的情况下，可以在沿任意一条受监控光路接收的光的强度落在阈值以下时进行错误指示。可选择地，可以存在不同层次的错误状况，其中一个层次指示沿光路之一的光何时落在阈值以下，而另一层次指示沿一条以上或全部光路的光何时落在阈值以下。阈值对于每条光路可以不同，例如反应出光源32对该光路产生的光的强度的不同。
在前面的描述中，涉及了从光源32到接收器34的各条光路。相关领域的技术人员将会理解，光可以在多种结构上反射(例如天花板)，并且导致在光源和接收器上的特定点之间存在一条以上的路径。在来自光源的光通过多条路径被接收器接收的情况下，以及在来自一个光源的光被反射到接收另一光源的光的接收器部分上的情况下，其实现方式旨在落在本发明的范围内。
再次转到图57，在例如这样的安装中，从发射器5704、5706、5708到达接收器5702的光的强度之间的差别，在本发明的又一方面的实施例中，可以通过向该系统的每个发射器，或者至少是该系统中那些位于可能引起接收器5702饱和的距离处的发射器的光路应用光学衰减器而进行调节。图61示出了用于实现该机制的示例性的壳体。图61示出了穿过发射器壳体6100的横截面视图。光源(例如LED 6102)位于该壳体中。其连接至合适的电路(未示出)并且用来产生用于微粒探测的一束光。光源6102发射的光可以经过一个或多个光学元件6104，用于将光束聚焦为合适的形状(例如窄的发散体积或者宽的发散光束，或者在此描述的一些其他形状。发射器6100附加地包括一个或多个光学衰减器6108，用于衰减发射器6100发射的光束。通过使用一个或多个具有适宜特性的滤光器6108，可以针对发射器及其对应的接收器之间的间距，将衰减的程度选择和设定在合适的程度。可以串联添加多个滤光元件，以达到合适的衰减程度。图62示出了带有多个滤光器的系统的示例。在图62中，对相同的部件进行了标记，以对应图61。在优选的实施例中，发射器6100的壳体6106可以设置为具有结构6112，用于在合适的位置容纳滤光器6108(和6110)。最优选地，接收机构使得能够由安装人员在系统的运转期间附接或去除可选择的滤光器。例如，壳体可以包括多个凹槽，例如凹槽6112，每个凹槽均适于容纳单个滤光元件。
图63示出了3个典型的滤光元件，它们可以与本发明的实施例(例如图61和62所示的)一起使用。滤光器6300、6301、6302优选地是中性密度滤光器并且可以由衰减材料(例如塑料膜)制作。用于不同距离的衰减器可以通过增加材料的吸收水平(例如改变材料特性或增加材料厚度)来制作。
优选地，每个滤光器具有指示其强度的标记。例如，可以在滤光器上印制、凸刻或显示发射器和接收器之间的优选的距离或距离范围的标记。可选择地，可以显示分数的衰减。显示在滤光器上的信息可以由安装人员使用，以确定用于正在安装的特定的系统几何结构的发射器的合适的滤光器或滤光器组。
现在描述本发明的这个方面的可选择(或附带的)实施例。在该实施例中，系统适于使得接收器能够在无需使用滤光器的情况下避免饱和，尽管滤光器可以在必要时与该实施例一起使用。图64是时序图，示出了根据本发明的一个方面用于解决上述问题的第二方案。
在本发明的这个方面，发射器可以设置为，发射不同强度的脉冲序列并且在工作期间重复该序列。接收器则能够确定，在接收器处接收的哪个脉冲落在可接受的亮度级之内，并从那时起选择仅接收具有可接收的亮度级的那些脉冲。
现在转到图64，最上面的图线6400是时序图，示出了发射器随时间发射的脉冲序列的发射功率。下面的图线示出了接收器的接收状态。在起始时段t1，发射器在一个周期内给出一些发射功率逐渐增加的发射脉冲6404、6406和6408。该序列在时段t2和t3进行重复并且持续下去。在第一时段t1，接收器不知道哪个发射脉冲将会处于不会使接收器饱和，但是仍然足够高以使具有令人满意的信噪比的合适的水平。因此，对于时段t1，接收器持续处于“开”状态，并且能够接收发射的脉冲6404、6406和6408中的每一个。根据测量到的这3个接收的脉冲的强度，接收器能够确定应当从此接收哪个脉冲。在这种情况下，脉冲6408被确定为具有合适的强度，而接收器设置为在对应于相继的发射周期T2和T3中的脉冲6408的发射时段的时间6410和6412处启动。
如上所述，接收器和发射器通常并不彼此联接，而发射器将在其工作期间持续发射3个不同水平的脉冲。可选择地，在接收器可以连回发射器的实施例中，接收器能够向发射器发出哪个脉冲将要继续发射以及哪个脉冲将要去除的信号。这样的系统将降低发射器的功耗，因为将会发射更少的脉冲。
监控多个发射脉冲的起始时段可以被延长超过单个发射时间周期，因为这对于接收器发现发射器在若干发射时段中的照明方式来说是必要的。
在用于改进或解决该问题的第三解决方案中，本发明的又一方面使用电子装置来控制发射器的发射功率。在该示例中，可以将DIP开关引入在安装期间由安装人员设定为合适的发射水平的发射器。对DIP开关的设置可以选择为，降低通过LED的电流并由此使得LED变暗，或者减少“开期间”脉冲的持续时间，以避免接收器饱和。在这种情况下，可能有利的是具有这样的安装模式，其中发射器最初以不同的功率水平发光。在该时段，接收器可以确定合适的发射水平并且向安装人员指示将要制定的合适的DIP开关设置，以将发射水平设定到最优选的值。例如，接收器可以设有显示器或其他界面，可以用于显示针对发射器的DIP开关的设置。还应当理解的是，在带有多个发射器的系统中，可以对于每个发射器重复任何过程。
在本发明的这个方面的又一实施例中，具有多个发射器的系统可以在其中包括不同类型的发射器。可以对每种发射器的类型进行优化，以用于特定的距离或距离范围，并且在这种情况下，由安装人员来决定应当安装哪种类型的发射器。
图65示出了正在使用根据本发明另一方面的实施例的测试滤光器进行测试的微粒探测系统6500的实施例。微粒探测系统6500包括光源6502和光接收器6504。光源6502产生一束或多束光，包括第一波段6506(以λ1为中心的波段)和第二波段6508(以λ2为中心)的光。优选地，λ1是波长较短的波段，例如处于电磁波谱中的紫外部分，而λ2是波长较长的波段，例如中心位于近红外区。光束6506和6508穿过测试滤光器6510，通过轮换光束6506和6508，测试滤光器6510模拟烟雾对光束的作用。可以接着检查接收器6504的操作，以确定在给定测试滤光器6510引起的光束衰减程度的情况下，接收器6504的行为是否正确。因为由光源6502发射的光包含两个波段λ1和λ2中的光，所以滤光器6510需要以适当的方式处理这两个波段的吸收特性。在微粒探测器6500的优选形式中，如上所述，这两个波段λ1和λ2中的光强的差式度量(例如，在每个波长处测量的强度的比例，或者这些值的改变速率等)用于确定光束6506和6508中预定尺寸范围的微粒的存在。最优选地，如果接收的光强的比例以预定的方式变化，则可能表明微粒探测事件。由此，多数情况下，测试滤光器6510并不是均匀地衰减两个波段，但是必须在这两个波段中提供差式衰减，以模拟烟雾的作用。在该示例中，与长波λ2相比，测试滤光器6510明显地更多吸收短波λ1。例如，测试滤光器吸收的λ1的光可以明显大于λ2的光的两倍，可以确定，这很可能是特定类型的微粒。
由此，测试滤光器的特性选择为，设定所发射(或衰减)的不同波段的光的比例并且改变测试滤光器传输(或衰减)光的绝对亮度。这两个变数能够适于产生适宜的测试滤光器，以模拟不同的烟雾或微粒类型以及不同的烟雾或微粒密度。
图66示出了第一示例性的测试滤光器，其包括3个滤光元件6512、6514和6516。测试滤光器6510大体是薄层类的材料，由3层滤光器材料组成。在该示例中，前两个滤光元件6512和6514衰减波段λ1中的光，而第三滤光元件6516吸收波段λ2中的光。在该示例中，构成测试滤光器6510的滤光元件6512至6516中每一个均设置为对经过其的光提供相同的衰减量。由此，测试滤光器6510对波段λ1中的光的衰减是对波段λ2中的光的衰减的两倍。
图67示出了对于测试滤光器6570的传输谱。可以看到，测试滤光器基本上透射波段λ1和λ2之外的全部光，但是对波段λ1中的光的衰减大约是对波段λ2中的光的衰减的两倍。在其他实施例中，波段λ1和λ2之外的透射可以是任意程度的并且对所有波长不需要是均匀的。
可以以多种方式获得上述吸收特性。图68至75示出了一系列这些技术。其他的技术对于本领域技术人员是显然的。
图68示出了滤光元件。滤光元件具有前面6802，上面粘有大量微粒，这些微粒与要借助于该滤光元件来测试的微粒探测器所要探测的微粒具有大体相同的尺寸分布。这样的微粒可以使用多种已知工艺制造，或者通过从粉状物(例如氧化铝)中筛选分离而选择。图69示出了该机制的变体。图69的滤光元件6900包括与图68的实施例中使用的微粒相似的微粒，但是分布在滤光元件块体上。
图70示出了滤光元件7000，它的一个或两个表面已经进行了表面处理，以引入材料表面上的缺陷。表面缺陷可以通过，例如机械磨损、微粒喷砂、化学或激光刻蚀或类似方法产生。可选择地，使用例如3D激光刻蚀，缺陷可以遍布图70中的滤光元件的块体而产生。
图71和72示出了另一表面处理，其能够在滤光元件7100、7200上进行，以获得预定的衰减特性。在这些示例中，滤光元件由基本透明的材料制作并且通过使用表面印刷来修饰。例如，喷墨或激光打印机可以用于在滤光元件薄层的一个或两个表面上印制图样。优选地，点的图样在滤光元件的整个表面上被印制。最优选地，均一尺寸的点以预定的间距印制，这由通过滤光元件获得的衰减水平决定。图71和72是大体相同的，除了印制在滤光元件上的点的数量以外。可以看出，图71上印制的点将远少于图72上的点，并由此将会比图15E的滤光元件具有更小的吸收性。
显然，可以使用其他图样来获得预定的衰减。
图73示出了可以在滤光元件7300的表面上实施的印制图样。该滤光元件7300以双色印制工艺印制并且包括点的图样，该图样具有第一颜色7304的点和第二颜色7306的点。可以看出，颜色7304的点多于颜色7306的点，因此，滤光元件将对一个波长中的光衰减得比另一波长更多。可选择地，一种颜色的点的图样可以印在滤光元件的一侧，而另一侧的点图样可以以第二颜色印制。
图74示出了具有更复杂的结构的测试滤光器。该测试滤光元件7408由5个层7410至7418组成。5个层中的4个，7410至7416衰减波段λ1中的光，但是透射所有其他波段的光，而最后一层6818吸收波段λ2。
图75示出了另一测试滤光器。该测试滤光器具有中间部分7420，其特性被选择，以使获得对波段λ1和λ2中的光的预定的衰减，但是其被透明层7422和7424覆盖，以保护形成核心7420的衰减层。在衰减层使用表面处理(可能因为与其他物体或物质接触而损坏)，这尤其是有利的。
在另一实施例中，测试滤光器的一个或两个表面可以用多个薄膜处理，以产生预定的波长选择衰减特性。此外，滤光元件可以是反射性的而不是吸收性的，以获得所需的衰减特性。
图76示出了光束探测器7600，其包括发射器或光源7602和接收器7604。发射器7602包括一个或多个发光体7606，其适于产生一束或多束光7608。所述一束或多束光的至少一部分被接收器7604接收。优选地，发光体7606适于同时产生以不同波长λ1和λ2为中心的两个波段(以下称为“波段λ1和λ2”)中的光，用于向接收器7604发射。接收器7604包括光传感器7610，其适于输出表示在其表面上的多个位置接收到的、这两个波段中的光强的信号。这两个波段中的输出传送给控制器7612，控制器7612执行对于光接收器7604的输出的分析并且应用报警和/或故障逻辑，以确定是否需要响应于接收的信号而采取行动。接收器7604可以附加地包括光学系统7614，用于形成图像或者控制接收的光束7608。
在发光体7608同时以两个波段λ1和λ2发射的本发明的实施例中，接收器7604的传感器7610优选地适于同时且可分辨地接收每个波段中的光。为了达到此目的，接收器7604可以设有波长选择器件，其适于将波段λ1中的光与波段λ2中的光分离，并且将它们区别地引导至传感器7610，这种方式使得这两个波长组分能够被独立测量。
图77示出了使得该技术能够被执行的接收器7750的第一示例。接收器7750包括窗口7752，光束7754通过窗口7752进入接收器7750。窗口7752可以是平坦的玻璃片或类似物，或者可选择地，可以是一光学装置(例如透镜或透镜系列)的一部分，所述光学装置适于在光接收器上或靠近光接收器成像。接收器7750包括传感器7756，传感器7756包括多个传感器元件7758。波长选择器件7760贴近光传感器7756的前面安装并且包括例如马赛克染料滤光器。染料滤光器7760包括多个元件7762和7764。元件7762适于透射第一波段λ1而元件7764适于透射第二波段λ2。马赛克染料滤光器7760和光传感器阵列7756的组合使得第一组传感器元件或传感器7756的像素能够接收第一波段中的光，而传感器阵列7756的其他像素同时接收并记录第二波段λ2中使用的光强。
控制器可以接着设置为将一个组(即与一个波段相关的)中的强度值与另一组分开，例如传感器元件的输出可以被选择性地“读出”，以获得两个波段的信号。
图78示出了获得相似结果的可选择的实施例。在该实施例中，接收器7800与图77中的相似之处在于其包括光学器件7802，光学器件7802可以包括窗口或聚焦光学器件，光通过该窗口或聚焦光学器件进入接收器壳体7804。在经过光学器件7802后，光束进入波长选择棱镜7806，波长选择棱镜7806适于将光转向到不同方向上，这取决于入射光的波长。由此，波段λ1的光传输到第一光束7808中，而波段λ2的光传输到第二光束7810中。波段λ1中的光束落在第一传感器阵列7812上，而波段λ2中的光束落在第二传感器阵列7814上。正如前面参照之前的实施例所述的，传感器阵列7812和7814适于在其表面的多个点上同时记录光的强度。
图79示出了使用棱镜将光束分裂为其波长组分的第二实施例。在该实施例中，接收器7820包括单一传感器阵列7822，传感器阵列7822适于经由光学器件7824和分束器件7826接收光。分束器件适于将第一波段中的光与第二波段中的光分离，并且将它们在不同方向上引导。该实施例与图78的区别在于，分束器件7826安装为非常靠近传感器阵列7822，而不是将每个波段λ1和λ2中的像形成在分离的传感器阵列上。这样，光束分裂发生在非常靠近传感器阵列7822的表面的地方。有效地，这对传感器元件7822的像素的子集提供了独立的波长选择分束器。
图80示出了本发明的又一实施例。该实施例示出了光接收器7850，包括壳体7852，传感器元件7854安装在壳体7852中。光通过光学系统7856进入壳体，并且传输至光传感器7854。在该实施例中，传感器7854是多层传感器并且包括n个传感器层7854.1、7854.2至7854.n。每个传感器层7854.1至7854.n均适于接收不同能量的光。利用不同能量的光子渗透进入传感器器件7854的深度不同的现象，可以获得能量分离。在这种情况下，传感器器件可以是硅光传感元件。在传感器7854的每一层中，可以确定波长所对应的光强的空间上不同的测量值。
在前面描述的每个实施例中，多个波长处的信号可以根据前述方法处理，以产生微粒探测或故障状况输出。
应当理解的是，尽管参照双波长系统描述了优选实施例，三个或更多个波长也可以用在某些实施例中。
图81和82示出了本发明的一个实施例，其包括用于发射至少一束光8102的发射器8101和用于接收光束的接收器8103。接收器8103具有光传感器，所述光传感器具有多个光敏元件8104。适宜的接收器的示例是视频成像器，其传感器布置为像素矩阵。每个传感器元件产生与该传感器探测的光强相关(例如成比例)的电信号。
在图81中，发射器8101示出为跨过受监控的空间8105位于接收器8103对面。然而应当理解的是，发射器8101还可以以别的方式定位(即，并不直接使得发射的光束瞄准接收器8103)，只要发射的光束8102穿过受监控空间8105。发射的光束8102可以通过某一装置(例如光学反射器)被指向接收器8103。
扩散装置8106设置在发射的光束8102的路径上，以便在接收器的传感器8107A上产生光束的有意的扩散图像。来自传感器元件8104的信号传给控制器8108，例如处理器。
控制器8108将来自至少是某些传感器元件(例如仅光束落至其上面的那些传感器元件)组8109的信号联合，以确定接收的光束8107A的强度。CCD 8103中的每个传感器元件可以具有不同的固有噪声水平和不同的光转换效率。因此，在其计算中，控制器8108考虑关于传感器8109A(其最初与光束8107A对准)的信息。基于确定的强度，控制器8108应用报警逻辑并且决定是否采取任何行动，例如发出报警信号，或者向管理员或其他用户发出警示或消息。在前述系统中，该决定基于确定的强度是否低于阈值(对应烟雾微粒的存在)而作出。
在图82中，发射器8101的位置示出为，从图81所示的位置稍稍移开。这种变化导致扩散光束的图像8017B相对于接收器8103的位置的变化。扩散光束8107B入射到的一些传感器元件在传感器元件的子组8109之外，所述子组8109的信号最初被控制器8108读出。控制器8108适于跟踪扫过传感器8103表面的光束图像的位置并由此将传感器上接收的光合并到新的区域8109A中。正如将会理解的，区域8109A中的传感器组与原先在组8109中使用的不同，但是这两个组(8109、8109A)包括相同数量的传感器。
理论上，新的区域8109A中的传感器元件可以具有与原先区域8109中的传感器元件不同的固有信号误差。然而这种差别并不显著。在该示例中，4个新合并的传感器元件的平均的固有噪声水平大约与不再使用的4个传感器元件的平均的固有噪声水平相同。此外，传感器元件之间的间隔(即间隙的数量和尺寸)基本保持恒定，因此没有额外的光在传感器元件之间的间隙中损失。
这与锐聚焦图像的情况相反，在那种情况下，与接收的光束强度相关的误差将随着锐聚焦图像从一个传感器元件移至下一传感器元件而显著变化，这是因为这两个传感器具有不同的光转换效率，而这种不同没有通过平均而改善(在更为扩散的光束图像的情况下)。此外，随着聚焦的光束从一个传感器移至下一传感器，其将扫过传感器元件之间的间隔，并且将会存在一中间时期，此时大量的光功率将在传感器之间的间隔损失。如上所述，这些问题可以通过使用离焦像得以缓解。
以下段落描述的实施例是，如何布置接收器中使用的光学器件(例如成像系统)，以便产生有意的离焦目标。在本说明书中，术语”扩散装置”应当广泛地理解为在传感器上产生光束的扩散图像的任意装置或部件。
在图83所示的实施例中，扩散装置8301包括位于发射的光束路径上的聚焦透镜8302。
聚焦透镜8302具有相关的焦点8304。发射的光束8303由发射器(未示出)径直朝向透镜8302或反射器(未示出)发射，所述反射器将光束朝向透镜8302反射。在该实施例中，透镜8302和传感器8305的相对位置是使传感器离开聚焦的光束的图像8306所处的位置。传感器8305因此接收有意稍稍离焦的光束的图像。聚焦的量和扩散的量受到控制，从而可以获得信噪比(以更加紧凑的聚焦光束获得)，同时获得了相对稳定的系统(以扩散或模糊的图像获得)(甚至在系统中存在移动时)。
在又一实施例中(图84)，接收器8310包括聚焦透镜8311。光传感器8312位于聚焦的图像所在的光斑处。该实施例中的扩散装置包括扩散器8313，其位于透镜8311和光传感器8312之间的某处(例如直接在传感器的上方)。因此，接收的图像是被有意模糊的。扩散器8313可以是一片毛玻璃或刻蚀玻璃，或者简单地包括传感器自身上的刻蚀面。
在某些情况下，扩散装置8313可以位于朝向传感器8312的所发射的光束路径上的某处。
在一些实施例中，发射器可以输出具有两个(或更多)波段组分的光束(例如红外和紫外波段)，光束均沿基本上在同一直线的路径。这两个波长选择为，使得它们在存在待探测微粒(例如烟雾微粒)的情况下表现出不同的行为。这样，所接收的两个(或更多)波长处的光的相对改变可以用于给出引起光束的衰减的原因。
在一些实施例中，接收器可以接收多条光束，或者多个发射器可以发射待接收的光束。多条光束一起用于在受监控的空间中进行烟雾探测的目的。正如前面的实施例，传感器接收光束并且向控制器发送信号。控制器分析该信号，并且确定信号的哪一部分包含与各自光束最相关的信息。在该决策过程的结果中，控制器将会选出由各自的单独的传感器或传感器组产生的信号中的两个部分，因此所选的信号能够最可靠地用于测量光束的强度。选择其数据能够最可靠地加以使用的传感器的一种方式是，观察由接收器在烟雾探测器的运转时的图像并选择适宜的传感器。
确保所计算的接收光束强度尽可能接近接收光束强度的另一机制可以由控制器执行。控制器可以决定是否使用与某一传感器元件对应的值(根据该元件对总体的图像强度的贡献)。例如，从传感器元件的输出，控制器能够确定光束的“信号中心”位置。信号中心位置与质量中心位置相似，区别在于，在计算中所使用的是每个像素(即传感器元件)贡献的信号值而不是质量。例如，可以使用以下公式：
信号中心的位置矢量＝(每个像素的位置矢量×每个像素的值)之和/所有像素的值之和
在信号中心位置确定后，根据传感器元件与信号中心位置之间的距离，控制器可以权衡每个传感器元件贡献给所接收的光束强度值的信号(即对应每个传感器产生的电信号)。这样，控制器确定其信号最能代表目标图像并且最不可能由于传感器上的光束图像位置的漂移而从后续测量中消失的传感器元件。
图85示出了本发明的又一方面的实施例。在该实施例中，微粒探测系统8500包括发射器8502和接收器8504。发射器8502包括一个或多个光源，适于发射包括波段λ1和λ2的光。光源8502可以包括多个发光元件(每个发光元件均适于发射不同的波段的光)或一宽带光源。发射器8502可以附加地包括一个或多个光学器件(例如8506)，用于形成带有所需的束分布或色散特性的光束。接收器8504也可以包括导光或成像光学器件8508，其适于在接收器8504的传感器阵列8510上形成光束的图像。为了尽可能减小环境光对接收器8504的干扰，接收器8504还设有多个通带滤光器装置8512。例如，所述多个通带滤光器可以是干涉滤光器，布置为选择性地传输第一通带和第二通带(对应于光源8502的发射波段)。最优选地，滤光器装置8512是多个通带干涉滤光器，其具有在长波长处的通带以及该波长的一个或多个谐频。在这样的实施例中，光源8502必须设置为在相似关联的谐频处发光。例如，单个干涉滤光器可以设计为基本上传输800纳米处和400纳米处的所有的光，然而阻挡其他波长处的大部分光。当使用这样的滤光器时，光源能够适于在800纳米和400纳米处发光。
在本发明的又一实施例中，滤光器装置8512可以包括并排使用的、一个以上的干涉滤光器或染色滤光器或其他类似的滤光器。例如，对应于波段数量(系统设置为以该波段数量工作)的两个或更多滤光器可以以并排关系放在接收器的成像路径上。图86至89示出了这样的滤光器装置的示例。在这一点上，图86至89的滤光器装置包括适于传输第一通带中的光的部分(该部分由附图标记8602表示并且是白色阴影)以及由附图标记8604表示并且是灰色阴影的交错的部分，该部分适于传输第二通带中的光。图88适用于4波长系统，并因此附加地包括由附图标记8606和8608表示的部分，其适于传输第三和第四波段中的光。在每个滤光器装置中，滤光器的表面不同的波长组分之间近似相等地划分，并由此向接收器近似传输每个波段中的基本等量的光。与上述多个通带滤光器的布置相比，这样的布置具有的缺点是接收器透镜的有效直径减小(例如，对于图86、87和89中的每个波长大约减小一半)，由此减小了有效的信号强度。然而，这在一定程度上由以下事实补偿，即光源LED不需要在彼此的谐频处，可以考虑其他优势(例如商品的成本)来选择。此外，在这样的布置中，滤光器的成本可以更低并且不需要如此精确地确定波长的中心，并因此对于随温度起伏的发射器的输出的变化不那么敏感。
图90示出了火灾报警系统的示意图，可以在其中使用本发明的实施例。火灾报警系统9000包括消防控制面板9010，连接有火灾报警回路9012。火灾报警回路9012从消防控制面板向连接至系统9000的各种火灾报警设备传输电力和通信信息。例如，火灾报警回路9012可以用于与一个或多个点探测器9014和报警器9016通信并且供电。其还可以用于与一个或多个吸气式微粒探测器9018通信。此外，光束探测系统9020也可以连接至火灾报警回路9012。在本发明中，光束探测系统9020可以是在此参照上述任意实施例描述的类型，并且包括第一端的接收器9022和位于远离接收器之处的发射器9024。优选地，发射器9024是电池供电的设备，而且不需要从火灾报警回路9012汲取电力。可选择地，其可以由，例如独立的电网或回路供电。接收器9022连接至火灾报警回路9012，从该回路汲取电力并且经由回路与消防控制面板9010通信。通信的方式是本领域技术人员所了解的，并且允许光束探测器9020向消防控制面板9010指示火灾或故障状况或其他状况。
本发明人已经意识到，因为烟雾探测器不需要瞬间响应，所以可以通过间歇性地(以在处理和捕捉中止时的周期)启动烟雾探测器的视频捕捉和/或视频处理子系统而获得可接受的平均功耗。由此，该系统能够进入“冷冻”状态，系统设计为在该状态下几乎或者完全没有功耗。
获得这种解决方案的第一方式是为微粒探测器的视频处理子系统提供简单的定时单元，该单元操作为间歇性地启动视频捕捉和处理子系统。
然而在系统的优选形式中，发射器9024并不由回路或其他电网供电，而是由电池供电并且优选地没有连接至接收器9022或与接收器9022高速通信。在这样的系统中，发射的光脉冲的时序可以不由接收器控制，也不与可能与同一发射器9024通信的任何其他的接收器同步。
此外，在视频处理器“冷冻”期间，接收器9022可能仍被要求管理其他功能，例如处理来自火灾报警回路的轮询，或者使LED或其他类似设备闪烁。因此，使用简单的定制机制以启动系统处理器并将其从“冷冻”状态中唤醒，不是对该问题优选的解决方案。
在本发明的优选形式中，接收器9022采用次处理器，其具有比主处理器低得多的功耗，所述次处理器用于启动主处理器并且处理必须在主处理器处于其“冷冻”状态时不间断地持续的其他功能。
图91示出了实施本发明的这个方面的接收器9100的示意性框图。
接收器9100包括图像芯片9102，例如Aptina公司生产的CMOS传感器，零件号码MT9V034，用于从发射器9024接收光信号。
其可以可选地包括光学系统9104，例如聚焦透镜(例如标准的4.5mm，f1.4c-mount透镜)，用于将接收的电磁辐射以所需的方式聚焦到图像芯片上。
图像芯片9102与控制器9106和相关的存储器9108进行数据通信，控制器9106优选地是Actel M1AGL600-V2现场可编程门阵列(FPGA)，存储器9108包括PC28F256P33闪存ROM(用于程序存储)、两个IS61LV51216高速RAM(用于图像存储)和两个CY621777DV30L(用于程序执行和数据存储)。控制器的功能是控制图像芯片9102并且执行数据操作所需的序列，以实现探测系统所需的功能。控制装置具有正确操作所需的，并且是数字电子设计领域的技术人员所理解的各式各样的附加部件。
还设置次处理器9112。该处理器9112可以是德州仪器的MSP430F2122微控制器或类似器件并且执行某些功能，例如检查控制装置的健康状况，以及如果需要，向外部的监控设备发送故障信号(如果控制装置失效或者控制装置出于任何其他原因不能执行其所需的任务)。其还负责控制装置和成像装置适时的功率控制，以便尽可能降低功耗。这由处理器9112执行，在不需要主处理器9106时将其停用，而在需要的时候间歇性地将其唤醒。
处理器9112还与接口装置9114(例如显示器或用户界面)进行数据通信，并且还连接至火灾报警回路以便能够与连接至火灾报警回路的其他设备(例如消防控制面板)进行数据通信。
在优选的实施例中，接口装置9114用于告知外部的监控设备是否存在报警或故障状况。如果接收器确定存在故障，则接口装置通过打开开关并由此中断流向上述监控设备的电流而将此告知该监控设备(例如图90的消防控制面板9010)。在优选的实施例中，该开关是使用金属氧化物半导体场效应晶体管的固态装置，这种晶体管的优点是启动和停用的功耗非常低。如果接收器确定存在报警状况，则接口装置通过从监控设备汲取超出预定阈值的电流而将此告知监控设备。在优选的实施例中，通过在来自监控设备的接口线上设置双极型晶体管、限流断路器，获得超出的电流汲取。大约50mA的电流汲取用于指示报警状况。在优选的实施例中，在非报警状况下，正常操作的电力从连接线向监控设备汲取，大约3mA。
在本发明的优选实施例中，晶体管9024包括控制器，以对每个光源(例如红外和紫外光源)控制其照明模式，照明时间、顺序及强度。例如，这可以是德州仪器的MSP430F2122微控制器。微控制器还在首次安装时探测设备的启动。在发射器的优选实施例中，电源是锂亚硫酰氯电池。
在本发明的优选形式中，在系统的运转期间，可以对主处理器9106编程以发现每个光源(例如图90的光源9024)的照明模式，并且持续优选地是几分钟(例如10分钟)的时间，确定其启动模式。该过程可以为所有与接收器相关的光源进行重复。低功率处理器9112可以使用已发现的光源排序信息，在正确的时刻启动主处理器9106。
正如将会理解的，通过使用该结构的系统，系统(必须一直工作)的功能可以由极低功耗的处理器9112控制，而高强度的处理可以由主视频处理器9106间歇性地执行，这样，平均功率可以保持在相对低的水平。
发明人已经确定，对实际的实施例存在多种且通常是相互竞争的限制，这些限制必须在选择发射器的照明模式和对应的接收器操作时进行处理，以便准确地获得并跟踪发射器输出。例如，在某些系统中，理想的是使用衰减的改变速率，来将故障条件与微粒探测事件区分。这使得背景中讨论的长的积分时间变得复杂。优选的实施例使用10秒的积分周期用于正常测量，而1秒的较短积分周期用于基于改变速率的故障探测。
对系统性能的另一限制是场景照明水平。对于实际的系统，通常有必要假设场景在其使用寿命的至少一部分中被阳光照亮。还可能存在对于照相机上使用的波长选择滤光器的能力的限制(例如至少是成本限制)。因此，有必要使用短暂曝光以避免饱和，并且仍然留下用于信号的足够的顶部空间。在系统优选的实现方式中，曝光持续时间是100μs，但是理想的值将取决于传感器、滤光器、透镜、最坏情况的场景照明以及用于信号的顶部空间量的选取。
还需要将接收器与发射器同步的装置。优选的是，无需使用附加的硬件(例如音频系统)来实现。替代地，在一个理想的实现方式中，使用用于微粒探测的同一成像和处理硬件以光学方式实现所述同步。然而，正如本领域技术人员将会理解的，将用于微粒探测的同一硬件用作同步，联系了系统中的两个关注点，由此增加了对这些可能的解决方案另外的限制。
系统中的另一限制是由于噪声的存在。系统中主要的噪声源是照相机散粒噪声和来自场景中光的变化的噪声。对于必须要处理全部阳光的系统而言，暗噪声通常不是一个重要成分。场景噪声非常有效地由我们早期的专利申请中描述的背景消除方法应对。散粒噪声不能完全消除，因为其是量子探测过程的基础。然而，散粒噪声可以通过减少曝光时间以及汇总较少的曝光量而降低。在优选的实施例中，基本全部的发射器功率处于非常短暂的闪烁，带有依然能允许充分的系统反映时间的重复率。
例如，每秒1次的重复率将满足反映时间的要求，并且可以使用少于1μs的闪烁持续时间和2μs的曝光时间(理论上)。在实际中，这将是很难同步的。此外，发射器LED将需要处理非常高的峰值电流，以在如此短的时间内传输能量，这进而增加了成本。另一限制是传感器的动态范围。使全部功率处于每秒1次的闪烁将引起传感器中的饱和。
考虑到上述因素，优选的实施例使用100μs的曝光量、50μs的闪烁持续时间和9000ms的周期。3个样本的积分长度用于基于改变速率的故障探测。30个样本的积分长度用于烟雾测量。
为执行背景消除技术，接收器还需要捕捉刚好在闪烁之前和之后的图像，该图像用于消除来自场景的贡献。理想地，这些“关”曝光将尽可能靠近“开”曝光而出现，以在随时间变化的背景的情况下对消除进行优化。凭借在优选的实现方式中使用的接收器系统，最大的实际的帧率是1000fps，因此“关”曝光位于“开”曝光的任一侧1ms处。
在一个形式中，发射器的光输出由一系列带有极低占空比的短脉冲组成。这些脉冲布置为与成像系统的帧率(例如1000fps)匹配。图92示出了与接收器中传感器的曝光相关的示例性的脉冲序列。在这种情况下，发射器适于发射红外波段和紫外波段的光。所述系列的脉冲以9000ms的周期进行重复。
在示例中，存在5个脉冲，如下：
●同步1(帧1)110和同步2(帧2)112：同步脉冲用于保持发射器和接收器之间的同步(下面更加详细地讨论)。这些脉冲优选地在功率最为有效的波段中形成。在这种情况下使用红外光源，因为其引起较低的功耗。此外，长波更能够穿透烟雾，因此可以在更大的条件范围内保持同步。同步脉冲是50μs长。
理想地，在时间上，每个同步脉冲的中心位于接收器的遮光器的开期间的前沿(同步1)和后沿(同步2)。这使得它们的接收强度以小的同步误差改变。
●红外(帧5)110和紫外(帧7)116：红外和紫外脉冲用于信号水平测量(并进而用于测量衰减和烟雾水平)。它们是50μs长，这在不影响所接收的强度的情况下允许发射器和接收器之间高至25μs的时序误差。
●数据(帧9)118：数据脉冲用于向接收器传输少量数据。该数据通过发射或不发射数据脉冲而编码。数据脉冲具有降低的幅度以节省功率，并且出于同样原因而是红外光。它们是50μs长。该系统提供3bps的数据信道。该数据可以包括序列号、生产日期、总运行时间、电池状态和故障状况。本领域技术人员将意识到在该系统中发送数据的很多可选择的方式。这些方式可以包括脉冲位置编码、脉冲宽度编码和多级编码方案。可以容易获得更大的数据率，然而在优选的实现方式中使用的简单方案对于少量数据是足够的。
在图92中，在“关”帧(即，没有对应的发射器输出的帧)期间来自接收器的数据用于以下目的：
●帧0和3用于同步脉冲的背景消除
●帧4和6用于红外脉冲的背景消除
●帧6和8用于紫外脉冲的背景消除
●帧8和10用于数据脉冲的背景消除
(a)空间搜索
如上所述，接收器接收图像帧中的一个或多个像素形式的发射的每个脉冲。
然而，在运转期间，当系统开始操作时(至少是首次)，必须建立图像帧中的发射器的位置。这可以通过例如手动过程执行，该手动过程涉及操作员检查图像，并且在坐标中编程。然而，由于需要特殊训练、特殊工具以及长期的复杂安装过程，因此是令人不满的。在优选的实施例中，确定图像帧中的发射器的位置是自动的。用于定位发射器的执行过程操作为：
●系统以高的帧率和足够的时间首先捕捉多个图像，以确保发射器脉冲将存在于一个或多个图像中(如果发射器在照相机的视场之内并且在捕捉期间发射脉冲)。
●系统接着减去每对(临时的)相邻的图像，并且取每个像素的模，接着将每个像素对照阈值进行测试，以探测大的变化的位置，发射器可能存在于该位置。
●系统接着通过合并相邻或不远处(例如间隔小于3个像素)的候选点而缩减发射器位置的候选名单。可以使用重心方法以找到一组候选点的中心。
●系统接着在每个候选中心执行尝试同步(使用下述过程)，以校验在候选中心处接收的值对应真正的发射器。
●系统接着检查发射器数量与发射器的期望数量的匹配。通过在安装之前对接收器进行预编程，或者通过安装在接收器单元上或连接至接收器单元的一个或多个开关，可以设定该数量。在优选的实现方式中，存在一组纳入接收器单元的配置DIP开关，并且只有当系统没有安装至墙壁时是容易接近的。
图像中的这组发射器的位置存储在非易失性存储器中。这些位置可以通过将接收器布置到特定模式中而清除(例如通过将DIP开关设定为特定设置并且对接收器供电或断电，或者通过使用例如笔记本电脑的特殊工具)。这只有在发射器从其原先位置移动或者系统即将再次安装在其他位置时才需要。
图像系统中的性能限制可能会限制以高的帧率进行操作时能被读出的像素数或行数。在一种实现方式中，可以在1ms内读出最多30行640像素。因此，上述方法起初的少数几步需要重复16次以覆盖整个640×480像素的帧。可选择地，某些实施例仅使用图像帧的一部分。相似地，某些实施例使用较慢的帧率。然而，如果使用较低的帧率，则强光条件下的传感器饱和的可能性通常限制了曝光时间，而背景光条件中的变化通常引入了更多的噪声。
帧率的选择必须确保发射器脉冲不会总是在遮光器关闭的时期出现。例如，如果帧率是准确的1000fps，带有100μs的曝光，并且发射器在准确的1ms边界上产生脉冲，则该脉冲将会全部发生在遮光器关闭的时候。选择接收器帧率，使得存在轻微差别，引起渐变相移，确保脉冲迟早将充分落在遮光器的开期间。
在一些实施例中，通过不分析所有的像素，而是仅仅对每n个(例如4个)水平和竖直像素求减并加以检查，来应对处理速度的限制，从而降低处理精力(例如降低了16倍)。假若接收的图像(即传感器上的每个发射器的图像)在足够大的面积上铺开(例如具有5个像素直径的光斑)，则仍然将会可靠地找到发射器。
每逢系统被加电，凭借已知的一组发射器位置，或者作为上述空间搜索的一部分，凭借一组候选位置，使用相位搜索和锁定方法来建立最初的同步。
该方法的主要步骤包括：
系统以高的帧率捕捉图像(至少是期望的位置中的部分图像)。
系统等待期望的脉冲模式出现在候选的中心位置。
系统将在所述所期望的模式中的所选的脉冲的到达时间用作锁相环的起始相位。
系统等待PLL的稳定。如果没有形成PLL锁，则在测试候选位置的情况下，将位置标记为假的，或者当重新建立与已知的发射器位置的同步时，接收器能够继续地再次尝试并宣布故障，直至成功。
如同空间搜索，接收器的帧率中小的偏离用于引起渐变的相移，确保脉冲迟早将充分落在遮光器的开期间。
对于每一帧，总的强度在图像的小区域中计算，所述图像的中心位于已知或候选的位置。接着针对来自发射器的所期望的模式，计算强度值的序列。
对于期望的模式的测试操作如下：
在已经收集了至少9帧的强度值之后，用以下方式测试这些强度值，以测试所期望的发射器脉冲序列的存在。
给定强度值I(n)，0＜n＜N，
对于以帧0开始、在帧n处接收的可能的发射器信号进行测试
首先，计算“关帧”的参照水平
I0＝(IR(n+0)+IR(n+3)+IR(n+4)+IR(n+6)+IR(n+8))/5{“关帧”的平均值}
计算相对强度
IR(n+m)＝I(n+m)-I0对于m＝0至8
与预定的阈值相比，以确定每一帧中存在或不存在发射器脉冲
Found＝{(IR(n+1)＞ION)or IR(n+2)＞ION}and    {同步1或同步2脉冲}
        (IR(n+5)＞ION)and                    {红外脉冲}
(IR(n+7)＞ION)and    {紫外脉冲}
(IR(n+0)＞ION)and    {关帧}
(IR(n+3)＞ION)and    {关帧}
(IR(n+4)＞ION)and    {关帧}
(IR(n+6)＞ION)and    {关帧}
(IR(n+8)＞ION)and    {关帧}
由于随机的相位误差，同步脉冲中的任一个可能完全丢失，因此在上述表达式中使用“or(或)”。可选择地，对于同步脉冲的测试可以完全省略，并且对于关帧的测试也可以减少。然而必须小心，以确保没有错误地识别发射器脉冲序列的位置。
遵循正探测，对应帧n的时刻以某一变量记录。相位脉冲的幅度可以用于修剪所记录的时刻值，以便更加接近地表示序列的开始。这有助于减小锁相环不得不处理的起始的相位误差，并且在频率误差不是充分小的情况下可能是不需要的。
在优选的实现方式中，图像捕捉率是1000fps，如上所述地匹配发射器时序。使用100μs的遮光器时间。
这完成了初始的同步。现在通过简单地将已知的发射器周期增加到先前步骤中记录的时间，可以预测下一组脉冲的到达时间。
尽管接收器了解发射器周期(在优选的实现方式中的300ms)，然而在时钟频率的每一端存在小的误差。这将不可避免地引起发射的脉冲与接收器的遮光器的打开时间不重合。锁相环系统用于保持正确的相位或时序。PLL技术是公知的，因此不再详细描述。在优选的实现方式中，PLL控制公式在软件中实现。相位比较器功能基于对相位脉冲的幅度的测量。通过减去在最近邻的关帧(帧0和3)中测量的强度的平均值来计算这些幅度。相位误差接着以下面的公式计算：
其中T是相位脉冲的宽度。
在相位脉冲的幅度落在预定的阈值以下的情况下，相位误差设计为零值。这样，允许噪声数据进入PLL，并且在实际中，系统能够保持至少几分钟的充分的同步。因此，高的烟雾水平并不在能够发出报警前引起同步失效。在有障碍的情况下，该特征允许系统在障碍解除后迅速复原。
PLL控制公式包括比例和积分项。不必使用微分项。在优选的实现方式中，发现分别为0.3和0.11的比例增益和积分增益产生可接受的结果。在又一变化中，增益可以在初始时设定为较大的值，并且在相位误差低于预定的阈值后下降，由此降低了给定环路带宽的总体锁定时间。
+/-10μs以下的相位误差可以用于指示锁相，为的是校验候选的发射器位置的目的以及为了允许正常的烟雾探测操作可以开始的目的。
图93示出了环境监控系统9300，适于监控房间9304中的区域9302。该环境监控系统包括光束探测子系统9306，其包括接收器9308和4个发射器9310、9312、9314、9316。光束探测子系统根据上述任意一个系统的实施例进行操作。
环境监控系统9300还包括4个附加的环境监控器9318、9320、9322、9324。附加的环境监控器9318至9324中的每一个可以是相同的类型，但是可选择地，可以是不同的类型(即，检测不同的环境状况或者用不同的机制检测相同的状况)。环境监控器可以包括，例如二氧化碳、一氧化碳、温度、火焰、其他气体的传感器或类似设备。附加的环境监控器9318至9324中的每一个由通信信道连接至附近的光束探测子系统的发射器。例如，附加的环境监控器9318经由线9326连接至光束探测子系统9306对应的发射器9310。相似地，环境监控器9320与发射器9312进行数据通信，环境监控器9322与发射器9314进行数据通信，而环境监控器9324与发射器9316进行数据通信。每个环境监控器及其各自的发射器之间的数据通信信道可以是硬连接，或者是经由无线连接(例如无线、光等)的通信链路。在多数实施例中，通信链路仅需要是单向的，然而在一些实施例中可以是双向的。在单向的情况下，通信信道适于使得环境监控器能够向光束探测子系统9606发出其探测到的报警和/或故障状况或者其他输出(例如原始的或处理过的传感器输出)。
正如可以理解的，环境传感器可以容纳在发射器中，而不是位于远处并通过长线或通信链路连接。
光束探测子系统9306的发射器适于接收来自环境监控器的信号，并且采用或不采用附加的编码，经由光通信信道，将这些信号再次发射回接收器9308。光通信信道可以通过调制微粒探测光束或由发射器发送至接收器9308的次光束来实施。通信信道可以轮流地或间歇性地在发射器产生的微粒探测光束的脉冲之间被发送。可选择地，其可以被持续照明(有可能与微粒探测光束同时)。在这种情况下，用于微粒探测光束的波长可以与实施光通信信道的波长不同。
使用这样的系统，环境监控器网络可以放置在受监控的区域9302周围，而这些监控器检测到的环境状况可以传回光束探测子系统的接收器。接收器9308与消防报警控制面板进行数据通信(例如，经由火灾报警回路或专用网络或其他告知系统，无需环境监控器网络和火灾报警系统之间复杂的专用布线系统)。在优选的实施例中，多条光通信信道可以区别编码，从而光束探测子系统的接收器能够将每条光通信信道相互辨别。例如，每条光通信信道可以进行不同的调制，或者可以被布置在不同的时期工作。由此，可以对于不同的光通信信道有效地使用时分复用装置。还可以为每条通信信道使用不同的波长。
系统还使得能够确定环境状况是在哪个位置被探测到的，因为接收器9308能够对来自不同发射器的光通道进行解析，例如基于接收的信号或者信号到达传感器上的位置——如果接收器的传感器是多传感器元件类型。寻址信息或信道信息可以传给消防报警控制面板，而警报的位置可以传给操作员或消防局。
在图93的示例中，发射器和环境监控器中的每一个均优选地是电池供电的，以去除对布线的需要。
图94示出了本发明的这个方面的又一实施例。在该实施例中，环境监控系统9400包括光束探测子系统9402以及环境监控子系统9404。光束探测子系统包括接收器9406和发射器9408。发射器适于发射由接收器9406接收的一束或多束光9410。接收器9406具有宽视场，该视场具有由线9409A、9409B表示的边界。在接收器9406的视场中放置两个环境监控器9412、9414。环境监控器9412和9414可以是上述的任意类型，并且附加地包括各自的发光体9416、9418。发光体9416、9418可以是低功率的LED或类似发光体，并且用于产生由接收器9406接收的光信号。LED 9416、9418中的每一个可以单独调制，以将相应的环境监控器9412、9414的输出传回接收器9406。正如前面的实施例所述，光通信信道可以彼此是时分复用或波分复用的，并且微粒探测光束9410由发射器9408发射。该实施例比图93的实施例的具有额外的优点，即不需要在环境监控器9412和9414以及微粒探测子系统的发射器9408之间的任何布线或通信信道。由此尽可能降低了安装成本。
图95示出了微粒探测系统的组件。组件9500是一光源，其用于发射穿过针对微粒而进行监控的体积的一束或多束光。光源9500包括一个或多个发光体9502，它们连接至电路9504，电路9504向发光体9502供电。发光体9502的工作受到微控制器9506的控制，微控制器9506使得发光体以预定的方式照明，例如以特定的顺序闪烁。光源9500由电池9508供电。电池的输出受到监控部件9510的监控，而该部件的工作环境状况受到环境监控器9512的监控。环境监控器9512可以是温度传感设备，例如热电偶。控制器9506接收电池监控器9510的输出和环境传感器9512的输出，并且确定预期的电池寿命。
更特别地，控制器接收代表紧邻电池的周围环境的温度的信号以及电池9508的测量的输出电压。将电池输出电压与对应于测量的温度的阈值电压相比，并且确定电池9508的放电状态。
在可选择的实施例中，电池监控器9510适于测量从电池汲取的总电流。例如，监控器9510可以是电表并且确定正从电池汲取的电流水平。在这种情况下，控制器适于将测量的电流随时间积分，并且确定仍然可用的电量。当计算得到的仍然可用的电量低于预定的阈值时，可以产生电池迫近放电完毕状态的指示。
在又一可选择的情况中，可以形成对总电流的估计。例如，在优选的实施例中，从电池汲取的大部分电量将以脉冲形式汲取，用于使发光体9502闪烁。如果电路9504以恒定电流工作(这是优选的)，则LED工作的持续时间乘以该恒定电流，将提供对系统随时间使用的总电量的相对准确的测量。在更粗略的可选择情况中，设备要求了解的典型的平均电流消耗可以预先计算，并且可以使用部件的工作时间长度来确定从电池随时间汲取的总电流。
在上述实施例中，环境状况(最有利地是紧邻电池的周围环境的温度)可以随时间监控，并且该温度数据可以由控制器使用，以产生对电池9808中仍然可用的电量更加准确的估计。正如将会理解的，控制器可以适于在普遍情况下计算对仍然可用的电池寿命的估计。剩余时间可以与报警阈值比较，并且如果超出了阈值，则可以产生逐步接近放电完毕状态的指示。
在优选的实施例中，可以选择预定的时间阈值(在该时间阈值处电池的逐步接近放电完毕状态的指示产生)，使得允许维修人员在定期维修事件中收到即将发生的电池放电的指示。如果能够在足够早的阶段给出迫近的电池放电的报警，即在另一定期维修事件(电池需要在此时充电)前的定期维修事件之前，则不需要额外的不定期的维修事件。此外，维修人员能够确保在维修事件(电池将在此时充电)前获取所需的设备(例如专用工具和电池)。例如，在一部件具有5年的额定电池寿命并且布置每年的定期检查时，即将发生的电池失效的指示可以在额定的寿命终点之前13或14个月出现。这样，在系统运转大约4年之后进行检查时，维修人员将发现电池需要在接下来的维修时期(在一年的时间内)充电并且可以计划在下一年度检查时带来备用电池。应当理解的是，为避免系统的失效，额定的电池寿命以某一安全余量设定。选择13或14个月的时间是为了考虑两次维修时期的安排余量，即一次是维修人员了解到电池的放电状态，而下一次是对电池充电。
在本发明的优选形式中，当受监控的部件是微粒探测器的光源时，光源控制器可以适于将电池状态发给接收器。这可以通过以预定方式调制一个或多个发射的光脉冲的幅度、持续时间和/或时序来实现。用于数据传输的光脉冲可以是，用于微粒探测的光脉冲或者添加到光脉冲序列(由光源产生，用于从光源到接收器的数据通信的目的)的附加的光脉冲之一。如上所述，这样的方案避免了在单元之间布线的需要。可选择地，光源可以装配有附加的低功率LED，所述低功率LED可以闪烁，以向远处的人(不是接收器)指示其电池的状态。
在特别完善的实施例中，光源的控制器可以适于产生电池输出信号(例如通过将光束调制为特定的代码)，借此而指示在预期电池放电前的时间。例如，输出信号可以指示预期电池电力不足前的月数。这允许维修人员更加准确地安排下一定期维修时期，并且确定电池在下次定期检查前是否需要更换。此外，如果知道准确的“达到完全放电的时间”，则光源能够进入低功率模式，例如其占空比从正常降低，以延长电池寿命。可以对接收器编程，以探测该低占空比模式并指示故障，如果观察到低占空比模式。
图96示出了根据本发明的又一实施例的系统。在该系统9600中设置第一接收器9602，第一接收器9602与一对发射器9604和9608有关。第一发射器9604发射第一光束9606，而第二发射器9608发射相应的光束9610。两束光均被接收器9602接收，而微粒探测决策可以根据在此描述的本发明的实施例来做出。系统9600还包括接收器9612和相关的发射器9614，发射器9614发射一束光9616。光束9616被接收器9612接收，接收器9612可以适于确定微粒的存在，正如本申请其他地方所述的。光束探测器装置有效地提供3个光束探测器，它们具有在两个地方同时发生的(或几乎同时发生的)光束。接收器9602和9612均连接至控制器9618，控制器9618适于应用故障和/或报警逻辑，以确定存在故障状况和/或微粒探测条件。正如将会理解的，交叉的光束9606和9616，以及9610和9616使得系统9600能够通过将来自接收器9602和9612的输出建立关联，来确定是否已经在光束的交叉点处探测到微粒。这样的装置还使得能够执行相对先进的处理，并且使得各个光束探测器中的每一个的微粒探测算法与单个的独立式光束探测器中使用的微粒探测算法相区别。例如，可以执行简单的双报警系统，其中在给出报警之前至少两束光必须探测到微粒在预定的阈值之上。在优选的形式中，这样的系统可以降低总体的错误报警率，因为错误报警状况不大可能在两条不同的光束中发生。然而这也允许了较低的报警阈值的使用，从而使得能更快速地探测微粒，对系统的错误报警率基本没有影响。在这样的系统中，整个系统的错误报警概率与光束的单独的错误报警概率相同。正如将会理解的，上述系统的优点均能够通过设定报警阈值而在一定程度上实现，所述报警阈值包括敏感度和错误报警率改进之间的折中。此外，各种光束探测器的微粒探测输出的时间特性可以用于改进微粒探测性能或减少错误报警的出现。在这一点上，每条光束中可疑的烟雾事件出现的时间间隔可以用于在不增加错误报警的前提下提高早期探测的可能性。例如，基本同时发生的一对光束中的每一个进入报警的时间可以用于确定报警状况是否由微粒的存在或错误的报警引起。如果它们在时间上基本同时发生，则微粒探测事件可能是真实的。另一方面，如果微粒探测事件基本发生在不同的时刻，则可能指示存在错误报警。在完善的系统中，可以将时变的微粒探测特性与每个光束探测器比较，以识别对应的微粒探测事件。例如，这可以通过将系统中多个基本同时发生的光束探测器的输出建立互相关来实现。在一对输出被确定为高度互相关的情况下，这可以指示光束探测器中的每一个的输出均经历了相似的状况，例如相同的微粒探测事件或者相同的错误报警事件。关于此类事件的确定，可以通过分析一些特性(例如遮掩的持续时间；昏暗的水平；观察开始时的改变速率等)而实现，以确定事件是否由微粒的存在或外来物体引起。
将会理解的是，在本说明书中公开并限定的本发明延伸至从文字或附图中提到的或明显可知的两个或更多的单独特征的全部可选择组合。所有这些不同的组合构成了本发明的多个可选择的方面。

Claims (20)

1.一种被设置为探测受监控的空间(101)中的微粒的存在的光束探测器(100)，所述光束探测器(100)包括：
适于产生至少一条光束(4502)的光源(4500)，所述至少一条光束具有至少在第一波段和第二波段中的组分(4506、4504)；
相对于所述光源(4500)布置的传感器(4508)，使得来自所述光源(4500)的所述至少一条光束在所述至少一条光束穿过所述受监控的空间后在所述传感器处被接收，所述传感器是能够在横过其视场中的多个点(202)记录和报告光强的光传感器阵列；以及
处理装置，该处理装置被设置为，至少部分地基于所述传感器处所接收的光强中的所述第二波段相对于所述第一波段的相对减弱而确定微粒正侵入所述至少一条光束(4502)；
其中所述光源(4500)被设置为使得：所述光源发射的所述至少一条光束具有针对至少第一波段和第二波段中的组分(4506、4504)不同的空间强度分布以使得当所述光源(4500)相对于所述传感器(4508)失准时，在所述传感器处所接收的光强中的第二波段中的组分(4504)降低之前，所述传感器处所接收的光强中的第一波段中的组分(4506)先降低，引起所接收的光强的相对改变，所述所接收的光强的相对改变与由所述受监控的空间中侵入所述至少一条光束的微粒所引起的所接收的光强中的所述第二波段相对于所述第一波段的相对减弱是能区分的。
2.根据权利要求1所述的光束探测器(100)，其中所述第二波段中的组分(4504)的束宽比所述第一波段中的组分(4506)的束宽更宽。
3.根据权利要求1所述的光束探测器(100)，其中第一波段中的光比所述第二波段中的光的波长更长。
4.根据权利要求1所述的光束探测器(100)，其中所述第一波段包括电磁波谱中的红外或红色部分。
5.根据权利要求1所述的光束探测器(100)，其中所述第二波段包括电磁波谱中的蓝色、紫色或紫外部分中的光。
6.根据权利要求1所述的光束探测器(100)，其中所述光源包括：
用于发射第一光束的第一发光体；
用于发射第二光束的第二发光体；以及
光学系统，所述光学系统包括透射区域，来自所述第一和第二发光体的光从所述透射区域从所述光源发射，其中光学系统布置为，使得对透射区域的遮挡引起对于所述第一和第二光束本质上相同的遮挡。
7.根据权利要求6所述的光束探测器(100)，其中所述第一和第二发光体是半导体裸片。
8.根据权利要求7所述的光束探测器(100)，其中所述半导体裸片容纳在单个光学封装件内。
9.根据权利要求6所述的光束探测器(100)，其中所述光学系统进一步包括导光器件，用于将来自所述第一和第二发光体的所述第一和第二光束引导至所述透射区域。
10.根据权利要求9所述的光束探测器(100)，其中所述导光器件选自：凸透镜、菲涅尔透镜和镜子，或者是凸透镜、菲涅尔透镜和镜子中的任意两个或更多个的组合。
11.根据权利要求6所述的光束探测器(100)，其中所述透射区域形成所述光学系统的外部可接近的光学表面的至少一部分。
12.根据权利要求6所述的光束探测器(100)，其中所述光学系统包括光束成形光学器件，所述光束成形光学器件适于改变所述第一和第二光束中的一条或两条的光束形状。
13.根据权利要求12所述的光束探测器(100)，其中所述光束成形光学器件向从所述光源发射的光提供大约10度的发散角。
14.根据权利要求12所述的光束探测器(100)，其中所述光束成形光学器件改变光束中的一条或两条的光束形状，使其在一个方向上比另一方向上延伸得更远。
15.根据权利要求12所述的光束探测器(100)，其中所述光束成形光学器件改变所述第一和第二光束，使得它们具有彼此不同的光束形状。
16.根据权利要求15所述的光束探测器(100)，其中所述光束成形光学器件改变所述第一光束，以使其具有比所述第二光束更宽的光束形状。
17.根据权利要求12所述的光束探测器(100)，其中所述光束成形光学器件包括一个或多个光束强度调节元件，所述光束强度调节元件设置为调节光束的空间强度。
18.根据权利要求17所述的光束探测器(100)，其中所述光束强度调节元件选自：
光学表面涂层，
毛玻璃扩散器，以及
刻蚀玻璃扩散器。
19.根据权利要求6所述的光束探测器(100)，其中所述第二发光体发射紫外光束，而所述第一发光体发射红外光束。
20.根据权利要求9所述的光束探测器(100)，其中所述光学系统包括光束成形光学器件，所述光束成形光学器件适于改变所述第一和第二光束中的一条或两条的光束形状，以及所述导光器件和所述光束成形光学器件结合为单一光学元件。
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