CN103080988B - 光学烟雾检测器 - Google Patents

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Abstract

提供一种光学烟雾检测器，该检测器包括光源(154)、光接收器(172)和用于控制检测器操作的控制电路(130)。控制电路(130)被配置成将未调电压施加至所述光源以使其发光，监测通过所述光源(154)的电流以便监测由所述光源(154)发出的光；以及监测由所述光接收器(172)接收到的光生成的电流以便监测所述光接收器(173)所接收的光。控制电路(130)生成表示所监测的电流的比例的比例信号；以及将所述比例信号与参考值进行比较并据此生成烟雾检测信号。

Description

光学烟雾检测器
本发明涉及光学烟雾检测器。
光学烟雾报警器使用通常由恒流源驱动的红外线发射源LED。将由红外线接受器根据从烟雾反射的光而生成的信号电平与固定参考进行比较以确定烟雾的报警阈值是否已经达到。
本发明致力于提供一种改善的光学烟雾检测器。
因此，本发明提供一种光学烟雾检测器，包括：光源；光接收器；以及用于控制检测器的操作的控制电路；其中所述控制电路被被制成：将未调电压施加至所述光源以使其发光；监测通过所述光源的电流以便监测由所述光源发射的光；监测由通过所述光接收器接收的光产生的电流以便监测由所述光接收器接收的光；生成表示所监测到的电流的比例的比例信号；以及将所述比例信号与参考值比较并据此生成烟雾探测信号。
通过使用未调电源和监测通过光源和光接收器的实际电流，以及然后确定二者的比例，对照于依赖于用于恒定光输出的稳压电源和将所接收的光与预设实体比较，探测电路可以被极大地简化并消除组件，尤其移除了对稳压电源的需要。
优选地，光源是LED且优选地通过所述光源的电流在LED的线性范围内。在一种布置中，光源可以是未经调整的并且通过所述光源的电流可以在200mA至600mA的范围中。
优选地，所述光源由高端半导体装置驱动，并且所述控制电路被配置成以预选时间间隔在预选时间周期内持续将所述高端半导体装置接通。
所述预选时间周期一般是100μs，并且所述预选时间间隔一般是10秒。
优选地，所述光源是发光二极管并且方便地所述光是红外光。
本发明还提供一种操作包括光源和光接收器的光学烟雾检测器的方法，该方法包括：使用未调电压为所述光源供给能量以使所述光源发光；监测通过所述光源的电流以便监测由所述光源所发射的光；监测通过所述光接收器的电流以便监测由所述光接收器接收的光；确定所监测的电流的比例以提供表示所述接收的光和发射的光的比例的比例；将所述比例与参考值比较；以及据此生成烟雾检测信号。
优选地，通过所述光源的电流是。在一种布置中，光源可以是未调整的并且通过所述光源的电流可以在200mA至600mA的范围内。
优选地，通过所述光源的电流在LED的线性范围内。在一种布置中，光源可以是未经调整的并且通过所述光源的电流可以在200mA至600mA的范围内。
方便地，在预选时间间隔为所述光源供给能量的时间持续预选时间周期。
优选地，所述光源由高端半导体装置驱动并且所述方法包括以预选时间间隔在预选时间周期内持续将所述高端半导体装置接通。
通常，所述预选时间周期是100μs，并且所述预选时间间隔是10秒。
方便地，所述光源是发光二极管并且所述光是红外光。
在下文中参考附图通过实例的方式进一步描述本发明，其中：
图1是从根据本发明的优选形式的报警器的从下面观察的透视图；
图2是图1报警器的侧视图；
图3是图1的报警器的控制电路部分的电路图；以及
图4a和4b是示出控制电路的操作的图。
参考这些图，其示出了具有外壳112的光学烟雾报警器110的优选形式，外壳112具有底座114和盖子116。底座能够通过适当的方法将报警器附着在主图房间天花板的表面上。该底座通常具有用于与天花板或中间安装板对接的平坦底面118，以及侧面120。后者具有多个沿着报警器圆周排布的用于允许烟雾等进入的开口122。盖子116通常是具有侧面个124和底面126的“杯”或“碟状”以限定盖子的内部。底面126通常具有面向底座114的内表面(未示出)。
报警器具有优选地包含在内表面127和底座114之间的外壳中的光学传感器131和控制电路130，控制电路用于控制检测器的操作。报警器还可以包括发声器132(图3)，当由控制电路响应于从传感器接收的信号触发发声器时，该发声器发出声音报警的。可替代地或另外地，发声器可以远离报警器安装并通过无线电或其他无线信号传输激活。
参考图3，其示出控制电路130的光发射电路150，其中高端驱动器门152被用于将电流切换至光学传感器131的光源154中。在所阐述的实施方式中，高端驱动器门是晶体管，但是可以使用任何合适的半导体装置。优选地光源是发光二级管(LED)并且所发射的光优选地为红外(IR)光。通常常规方法使用用于调整电流的低端驱动器晶体管(如NPN晶体管)。但是，这需要较高的最小电源电压以确保调整。在图3的优选实施方式中，晶体管152被完全接通以驱动LED 154并且电流为被调整。
限流装置被用于限制通过光源154的电流。在所阐述的实施方式中，限流装置由包含电阻器156、158的分压器电阻链形成。晶体管152的发射极被连接至通常为+3v的供电线路162，并且充电电容器160被连接在发射极和供电线路之间。当晶体管处于断开状态时该电容器被充电，并且当晶体管152处于接通时放电电荷通过晶体管152和LED 154，以便周期性地向LED 154提供高电流脉冲而不产生电池的过多的电流损耗。将发射极和电容160连接至供电线路的电阻器164在晶体管处于断开状态时允许电容器再充电。
通过光源154的电流值可以通过测量电阻器158两端的电压而确定并且这被应用至微处理器136的输入端。电阻器156、156充当分压器并将电压降低至微处理器136的可接受级别，以确保输入至微处理器136的电压不超过规定的范围。
控制电路130还具有用于监测由光学传感器131的光接收器172接收到的光的传感电路170。光接收器是接收二极管耦合至电路170的运算放大器174的输入(反相输入)的形式。当运算放大器的输出被第二运算放大器176进一步放大并被应用至微控制器136的输入时，运算放大器174的其他输入被连接至由分压器形式中的电阻器178、180形成的电压参考电平。
电阻器178、180和电容182提供用于传感电路170的偏置电压。所有运算放大器电压稳定所述电压升高，所以用于升高(由于电容器正在充电)的稳定时间是非常短的。当电路通过电池供电时，该电路通常将在尽可能短的时间被供电以最小化电流损耗。
通常控制电路130将处于睡眠模式，以预选时间间隔醒来以检查烟雾的存在或不存在。当控制电路切换至醒来模式时，其将打开脉冲(在该实施方式中为反相脉冲)施加至晶体管152的基极，接通晶体管并使电容160部分放电通过LED 154。通过LED的电流在电阻器158两端产生电压降，这被微处理器136监测。通常，以每10秒在大约100μs内持续接通晶体管52。
当LED 154被供电以发光时，光接收二极管172产生于接收到的红外辐射成比例的电流。其被放大以在放大器174的输出上产生信号。该信号被放大器176进一步放大。一定级别的红外辐射将总是被接收，因为从表面内部至传感器131的烟雾感测腔的反射建立在LED 154和接收二极管172周围。当烟雾进入腔中时，更多的辐射将从烟雾反射并且在接收二极管172上入射的辐射量将增加。因此，如果其他操作条件保持不变，则放大器176的输出将增加。
现在参考图4a，其示出在干净空气中传感电路170的响应。使用串联电阻器158间接测量通过红外发光二极管154的电流。通过具有变化电源电压的二极管的电流中的变化和因此在LED 154的光输出中的变化以曲线150示出。由具有入射光的接收二极管172所生成的并由传感电路170测量的电流中的变化也以曲线152示出。
因为非常低的电源电压，没有足够的电压以驱动通过发光二级管154的电流。当达到该二极管的阈值电压时，电流增加。在发射二极管电流的相当宽范围中，该二极管电流(即发射的光)和接收二极管响应于入射辐射生成的电流之间的比例相对稳定。发光二级管电流的典型使用范围是200mA至600mA并且选择组件和电源电压的值以确保当晶体管54接通时，通过LED 154的电流总是在上述范围内。
如果烟雾进入光学传感器腔131，则然后在接收二极管172上入射的反射光的量增加，因此通过二极管172的电流增加。图4b示出当腔部分或全部被烟雾填充时二极管的响应。以曲线154示出的LED(发射)电流未受影响。但是，由接收二极管172生成的电流增加，如以在曲线152上的曲线156所示。
通过LED 154的电流级别和在接收二极管172中生成的相应电流通过微处理器136监测，微处理器生成表示接收光和发射光的比例的比例信号。然后微处理器将该比例信号与参考值进行比较，如果比例信号超出预选参考值，则触发报警信号。
红外LED 154和检测二极管172的响应在宽工作范围上是有效的线性的。因此，对于给定级的入射光，这两个信号的比例是恒定的。所计算的比例与校准参考值比较以确定是否已经达到烟雾的临界浓度。
随着烟雾浓度的增加所述比例将增加，并且当在‘干净空气’的情况下，该比例不依赖于发射光，因此LED 154电流覆盖宽范围。
因此电流比例独立于电源电压(在设计限制内)并且该比例的增加表示烟雾浓度的增加。
上文描述和阐述的报警器不使用恒流源。反而，使用未调电源来驱动光源。LED电流被测量，然后接收的信号与LED电流的比例与参考值比较。
因此，需要低电压消耗以驱动LED(不需要线性调节器)并且可以使用诸如3v电池的较低电压供应而无需升压电路。
准确度也被提高。在传统电路中，ASIC(专用集成电路)提供驱动单独晶体管/发射器电阻器组合的已调节的输出电压以提供名义上的恒定电流。该电流随这温度变化而变化。
该控制电路与传统报警电路相比使用较少的组件，因此获得更高的可靠性并减少成本。

Claims (17)

1.一种光学烟雾检测器，所述检测器包括：
发光二极管；
光接收器；以及
用于控制所述检测器操作的控制电路；
其中所述控制电路被配置成
将未调电压施加至所述发光二极管以使所述发光二极管发光；
监测通过所述发光二极管的电流以便监测由所述发光二极管发出的光；
监测由所述光接收器接收到的光生成的电流以便监测所述光接收器所接收到的光；
生成表示所监测的电流的比例的比例信号；以及
将所述比例信号与参考值进行比较并据此生成烟雾检测信号。
2.根据权利要求1所述的检测器，其中通过所述发光二极管的电流在所述发光二极管的线性范围内。
3.根据权利要求2所述的检测器，其中通过所述发光二极管的电流在200mA至600mA的范围内。
4.根据权利要求1所述的检测器，其中通过所述发光二极管的电流在200mA至600mA的范围内，并且所述所监测的电流的比例对于给定等级的入射光而言是大体恒定的，因此独立于电源电压。
5.根据权利要求1所述检测器，其中所述发光二极管由高端半导体装置驱动，并且所述控制电路被配置成以预选时间间隔在预选时间周期内持续将所述高端半导体装置接通。
6.根据权利要求5所述的检测器，其中所述预选时间周期是100μs。
7.根据权利要求5所述的检测器，其中所述预选时间间隔是10秒。
8.根据权利要求1所述的检测器，其中所述光是红外光。
9.一种操作包括发光二极管和光接收器的光学烟雾检测器的方法，该方法包括：
使用未调电压为所述发光二极管提供能量以使所述发光二极管发光；
监测通过所述发光二极管的电流以便检测所述发光二极管所发射的光；
监测通过所述光接收器的电流以便监测所述光接收器所接收的光；
确定所监测电流的比例以提供指示所述接收的和发射的光的比例；
将所述比例与参考值进行比较；以及
据此生成烟雾检测信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过所述发光二极管的电流在所述发光二极管的线性范围内。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述发光二极管的电流在200mA至600mA的范围内。
12.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述发光二极管的电流在200mA至600mA的范围内，并且所述所监测的电流的比例对于给定等级的入射光而言是大体恒定的，因此独立于电源电压。
13.根据权利要求9所述的方法，其中以预选时间间隔在预选时间周期内持续为所述发光二极管供给能量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述发光二极管由高端半导体装置驱动，并且所述方法包括以预选时间间隔在预选时间周期内持续将所述高端半导体装置接通。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述预选时间周期是100μs。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述预选时间间隔是10秒。
17.根据权利要求9所述的方法，其中所述光是红外光。
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