CN102999993A - 利用光感测的火焰检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用光感测的火焰检测器。多传感器火灾检测器包括第一和第二火焰传感器，所述第一和第二火焰传感器通过刚性锥形的光耦合元件耦合到外部环境。所述耦合元件的外端部具备具有接近于180度的视角的固化的半球形形状。耦合到所述传感器的处理和控制电路关于火灾情况的存在做出确定。

Description

利用光感测的火焰检测器
技术领域
本申请涉及合并了多个不同传感器的火灾检测器。更具体地，本申请涉及包括了多个光传感器和相关联的滤波器以在两个不同频率光学感测周围火焰的这样的检测器。
背景技术
已经确认：多个不同类型的火灾指示传感器的用途可以用于关于火灾情况的存在做出确定。各种多传感器类型的火灾检测器也是已知的。这些检测器包括例如在专利US6967582题为“Detector with Ambient Photon Sensor andOther Sensors”、在US7068177题为“Multi-sensor Device and Methods forFire Detection”、在US7551096题为“Multi-sensor Device and Methods forFire Detection”以及US7602304题为“Multi-sensor Device and Methodsfor Fire Detection”中公开的那些。这些知名的专利都转让给其受让人并且通过参考合并于此。
利用了来自这些专利的概念和想法的现有产品显示出光学火焰检测是多传感器火灾检测的一个重要部分。但是，在这样的现有的产品中感测火焰的过程并不容许容易地确定是否所述光来源于火焰还是它具有一些其他无害的来源。已知的检测器经常只是检测光谱的近红外部分中的光的存在。
需要解决使得利用光信号成为困难的若干因素。例如，在一些例子中，每五秒(或最多每秒钟)获取的光信号的时间图案代表了可用于确定信号的变化是否是由于火焰的仅有信息。另外，正常的周围环境经常在没有火焰存在的情况下(灯泡，日光等)产生处于红外的信号。因此，每当信号处理并不具有充足的信息时，通常保守地表示观察到的信号增加是由于火焰。这潜在地导致了增加的误报警(nuisance alarm)的频率。
多传感器检测器可将涉及火焰的信息的使用限制到其中其他类型的传感器指示火灾正在发展的境况。存在如果和其他类型的火灾指示器的情况一样，与火焰相关的信号能够被认为是火灾情况的可靠的指示器，则能够更加迅速地检测正在燃烧的危险的火灾的情形。例如干净燃烧的酒精火灾可产生可观的火焰但非常少的烟雾和微小的温度升高。
目前，因为诸如烟雾和温度的其他火灾指示器并没有有效到足以确定一区域中火灾正在发展或存在，指示火焰存在的信号可能被不予理睬或者给予有限的权重。更可靠的火焰检测能够加快对燃烧的火灾的检测。
发明内容
本发明一方面涉及一种检测器，包括：
伸长的刚性光导，其具有半球形光输入端和光输出端；
靠近所述输出端设置的不同的第一和第二光学火焰传感器，其中每个传感器响应于与火焰相关的、各自频率的光信号；以及
控制电路，对至少来自所述传感器的输出做出响应，来检测火灾的火焰的存在。
本发明另一方面涉及一种火灾检测器，包括：
外壳，其具有用于空气中传播的周围粒子物质的流动端口以及具有超过一百二十度的输入视角的光输入端口；
锥形光导体，其中所述光输入端口包括所述导体的输入端，其中所述导体具有平面输出端；
第一和第二光带通滤波器，其靠近所述平面输出端定位；第一和第二光响应元件，其靠近于各自的第一和第二滤波器，其中所述滤波器夹在所述输出端的一部分和所述光响应元件的各自的一个之间。
附图说明
图1为示出其实施例的各方面的检测器的总体图。
图2为示出图1的检测器的细节的图。并且
图3为示出图1的检测器的其他方面的框图。
具体实施方式
虽然公开的实施例能够采用许多个不同的形式，但是其特定实施例在附图中示出并被详细地在此描述，应当理解的是本公开应被认为是其原理的示例，也是实践该原理的最佳模式，并且无意于将其权利要求限制到示出的特定实施例。
在所公开的实施例中，燃烧情况的多个特性能够在达到火灾确定方面被处理。在此感兴趣的是火焰的两种性质：火焰的闪烁和颜色(温度)。
非常确定的事实是由闪烁火焰发射的光以通常20Hz以下的振动频率改变强度。如果火焰传感器指示检测到的信号具有在那个频率范围中的可观的频率内容，那么具有由火焰产生的信号的可能性就远远高于不是该情况的可能性。还熟知大多数的火焰具有相似的外观，即熟悉的、闪烁的橘-微黄色。这种外观来源于火焰中形成的烟灰粒子。火焰中较热部分呈现更多的微黄-白色，较冷部分呈现更多的微红色。
烟灰粒子通常表现为在它们发射光途中的阻断体。本领域技术人员理解如果火焰的发射谱来源于一些提升温度处的黑体，则如果测量在两个波长处的光强度就可以计算该温度。
火焰的温度在时间期间改变，但是光强度的比的平均值被关联到火焰的平均温度。实际上，实验指示用稍微不同的带通滤波器，可将红外信号的比分为两个截然不同的组。这些是来自于火焰的信号和来自于其他源的信号。
总之，大多数火焰具有类似的橘-微黄色并且光强度在低于20-30Hz频率处改变。如果这些情况二者都被同时观察到，那么就能够相当可靠地判断是否所观察到的信号归因于火焰。之后通过在更平等的立场上评估反映存在烟雾、温度增加和火焰的数据，该信息可被用于改善火灾检测器的性能。
在其一个方面，可使用具有稍不同的红外带通滤波器的两个光电二极管。使用两个紧密间隔的波长是有利的，因为来自于每个的信号量级可能期望是类似的。
另外，在大的波长跨度内表面的发射率可以大幅地改变。黑色的烟灰通常被认为几乎完美的黑体。但是，根据火灾期间的燃料和情况，烟灰可以合并其他的化学组分，并且具有未知发射的可能性将妨碍通过在两个不同波长处的强度比来确定温度的可能性。
使波长紧密间隔允许在获取强度比时抵消两个波长处的发射，并因此评估光源的温度。本领域技术人员将理解信号的AC和DC处理二者都是可选的。这种变化进入其精神和范围内。
图1-3示出了实施例的各方面，即其检测器10的各方面。检测器10包括外壳12，其具有用于周围空气传播的粒子物质的流动端口连同通常在12a处指示的光输入端口。
在图3中最好看到的，在正在发展的火灾情况的情形下，指示辐射能量11，I2的周围火焰落到外壳12上，指示辐射能量的入射火焰从外部光输入端口12a经由锥形波导或光导14耦合到一般在16a，16b处指示的第一和第二火灾传感器。
光导14具有伸长的锥形本体部14a，一般为半球形的光输入端14b和平面输出端14c。该伸长的对称轴A延伸经过光导14。
外壳12能够被可移除地安装在基座B上，基座B可以进而将检测器10经由有线或无线介质M耦合到移位的监视系统S。当被安装在基座B上时，该检测器10的外壳12朝着为了各种情况而被监视的区域R的一部分延伸。在该结构中，被暴露于(例如来自火焰的)周围光的所述光导14的该仅一部分是输入端14b。
将进入的辐射能量信号耦合到传感器16a，16b的所述锥形本体部14a是有利的，因为随着变化的源位置，来自于传感器组件16a，16b的信号的比变化较小。另外，对准公差也不需要像在柱状、非椎形本体部的情况中那样严格。此外，较小的信号变化可被期望来自于靠近的辐射能量源。
在图2的实施例中，所述传感器组件16a，16b每个都包括靠近输出表面14c定位并与输出表面接触的光带通滤波器16a-1，16b-1。辐射能量响应半导体(诸如光电晶体管或光电二极管16a-2，16b-2)靠近各自的滤波器16a-1，16a-2定位并且与其接触。
在市面上由Osram Opto Semiconductor GmbH作为BP 104 FAS和BP 104FASR光电二极管/日光滤波器组件而提供了示例性商用的传感器组件。850nm和950nm的示例性中心频率可用于双频温度确定，如上所讨论。在不偏离其精神和范围的情况下可以利用其他的光组件或滤波器或中心频率。例如，在不偏离其精神和范围的情况下，中心频率可进一步相隔诸如至少高达250纳米。
具有单个观察端口(诸如端口14b)保证了光响应半导体16a-2，16b-2暴露于普通的光源下。可替换地，可将两个相同的光导定位为彼此邻近，并且每个光导与光反应组件之一相关联。
在另一可替换的例子中，独立光源例如LED可被定位为邻近该一个或两个光导。这可用于验证检测器10的操作火焰检测电路的完整性。这样的光源可设置为靠近光导14的平面输出表面14c。
光传感器16a-2，16b-2的输出信号可被耦合到处理和控制电路20。如上所讨论的，双通道信号处理电路20a，20b可完成一系列的数字或模拟信号处理。
可以在电路20中实施闪烁检测。来自于组件16a，16b的光电二极管信号可在处理电路20a，20b中利用电流到电压转换器放大，该转换器具有与反馈电阻器并联的电容器。
所述电阻器可选择为使得该低通滤波器结构具有20-30Hz附近的截止频率。该信号可被用于通过经由大(例如：100uF)电容器的交流耦合来进行的随后的信号调节。随后的信号调节可包括各种技术。例如，但不限于，整流和测量直流信号电平，或者，测量均方根信号电平，或测量短时间间隔(例如，1秒)内的峰-峰值。
处理过的信号可被耦合到控制电路20c，在控制电路20c处可以实施进一步的处理以做出火灾确定。所述控制电路20c可至少部分地利用可以执行预存的控制软件20-2的处理器20-1来实施。软件20-2可存储在非易失性存储单元中的控制电路20中用于由处理器20-1执行。
可从外壳12承载的不同类型的火灾传感器得到确认信号。这些传感器包括烟雾传感器，光或离子化传感器以及热传感器。来自这样的传感器诸如24,26的输出可被耦合到控制电路20c并合并到多传感器处理中，如本领域技术人员将理解的那样。
在外壳12中还可提供输入/输出电路20d以经由介质M与系统S进行无线通信。如果有需要，这样的通信也可以经由线缆经过基座B来路由。
附加的周围情况传感器可包括诸如24的烟雾传感器，气体传感器，诸如26的热传感器，湿度传感器，所有的传感器都可以，没有限制。这样的传感器可由外壳12承载，并经由外壳12上的开口或周围流入端口暴露于区域R中的周围情况中。
根据上述，将看出在不偏离本发明的精神和范围的情况下可实现很多变化和修改。可以理解的是意图或应当推断出关于这里示出的特定的装置是没有限制的。当然，意图通过所附权利要求覆盖落入权利要求范围内的所有这样的修改。
此外，在附图中示出的逻辑流程不要求所示的特定顺序或者连续的顺序来得到期望的结果。也可提供其他步骤，或者从描述的流程中消除步骤，并且可以向所描述的实施例添加其他的部件，或从其移除部件。

Claims (20)

1.一种检测器，包括：
伸长的刚性光导，其具有半球形光输入端和光输出端；
靠近所述输出端设置的不同的第一和第二光学火焰传感器，其中每个传感器响应于与火焰相关的、各自频率的光信号；以及
控制电路，对至少来自所述传感器的输出做出响应，来检测火灾的火焰的存在。
2.如权利要求1所述的检测器，其中所述各自频率包括不同的第一频率和第二频率。
3.如权利要求2所述的检测器，其中所述光导具有锥形本体部。
4.如权利要求3所述的检测器，其中所述输入端在超过一百七十度的视角上接收输入辐射能量。
5.如权利要求3所述的检测器，其中所述输入端绕伸长轴对称，该伸长轴延伸经过所述输出端。
6.如权利要求3所述的检测器，其包括耦合到各自的传感器和所述控制电路的第一和第二信号处理电路，并且其中所述传感器包括辐射能量响应半导体。
7.如权利要求3所述的检测器，其包括定位于所述输出端和所述传感器之间的第一和第二光带通滤波器。
8.如权利要求7所述的检测器，其中所述滤波器每个均展现出具有彼此频率偏移的中心频率，并且其中所述滤波器对称地设置在延伸经过所述光导和所述输出端的伸长轴的每一侧上。
9.如权利要求8所述的检测器，其包括至少一个不同于所述第一和第二传感器的添加的传感器类型。
10.如权利要求9所述的检测器，其中所述添加的传感器从至少包括烟雾传感器，气体传感器，热传感器或者湿度传感器的类中选择。
11.如权利要求10所述的检测器，其包括至少具有光输入和周围情况输入端口的外壳。
12.如权利要求11所述的检测器，其中所述外壳承载至少三种不同类型的火灾传感器。
13.如权利要求11所述的检测器，其中所述控制电路评估由来自于所述第一和第二传感器的信号指示的周围温度。
14.如权利要求11所述的检测器，其中所述控制电路形成来自于所述第一和第二传感器的信号的比。
15.如权利要求14所述的检测器，其中所述信号处理电路每个均包括选定的低通滤波器。
16.如权利要求11所述的检测器，其中所述光导在所述外壳的一部分和所述第一和第二传感器之间延伸。
17.一种火灾检测器，包括：
外壳，其具有用于空气中传播的周围粒子物质的流动端口以及具有超过一百二十度的输入视角的光输入端口；
锥形光导体，其中所述光输入端口包括所述导体的输入端，其中所述导体具有平面输出端；
第一和第二光带通滤波器，其靠近所述平面输出端定位；
第一和第二光响应元件，其靠近于各自的第一和第二滤波器，其中所述滤波器夹在所述输出端的一部分和所述光响应元件的各自的一个之间。
18.如权利要求17所述的检测器，其中所述滤波器具有彼此相差不超过250纳米的各自的中心带通频率。
19.如权利要求17所述的检测器，其中所述光响应元件的输出耦合到处理电路。
20.如权利要求19所述的检测器，其包括耦合到所述处理电路的控制电路，并且包括耦合到所述控制电路的热传感器和烟雾传感器中的至少一个。
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