CN103597525A - 光电式烟感测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以高精度检测烟的光电式烟感测器。本发明涉及利用光检测流入壳体内的烟的光电式烟感测器。本发明的光电式烟感测器包括：发光元件，以面对所述壳体内的检测区域的方式设置，向该检测区域射出检查光；光接收元件，在偏离该发光元件的检查光的光路的位置上以面对所述检测区域的方式设置，接受所述检查光接触到烟后散射的散射光，从而检测烟；以及反射部件，设置于所述壳体内，使从所述发光元件射出的检查光偏离并反射而不入射到所述光接收元件。

Description

光电式烟感测器
技术领域
本发明涉及利用发光元件以及光接收元件的光电式烟感测器。
背景技术
光电式烟感测器是用于检测空间的伴随着火灾发生的烟的器械。具体而言，利用光检测流入光电式烟感测器的壳体内的烟。这样的光电式烟感测器设置于室内空间或各种装置内的空间内，检测该空间的烟。
设置于这样空间的光电式烟感测器要求是小型的。本申请人在专利文献1中提出了小型的光电式烟感测器。根据图1大致说明该例子。在下面的说明中，以图1的状态为基准而定义上下左右。
烟感测器1包括圆筒部2、从圆筒部2向上方延伸的平箱部3。
圆筒部2阻止外界光向烟感测器1的内部的进入，而允许烟的侵入，起到使烟导入内部的作用。在圆筒部2的下面开口上设置有具有山形形状(切去头部的圆锥形状)的山形迷宫4。山形迷宫4其中央部隆起为山形，同时在其周边部设置有作为烟的导入口发挥作用且阻止外界光的进入的多个开口5。
平箱部3具有大致呈长方体形状，主要起到烟的检测作用。平箱部3的宽度与圆筒部2的外径相同，平箱部3从圆筒部2向上方延伸，使圆筒部2的中心轴与自己的中心轴一致。
在平箱部3的上部设置有侧面小孔7。该侧面小孔7作为从烟感测器1的内部向外部导出烟时的开口发挥作用。即，使从山形迷宫4的开口5或圆筒部2的侧面小孔(无图示)导入至该烟感测器1的内部的烟从平箱部3的侧面小孔7导出。另外，还有烟从侧面小孔7向烟感测器1的内部流入的情况。
在烟感测器1的内部设置有发光元件8以及光接收元件9。
发光元件8是面对平箱部3的壳体内的检测区域AR设置并向该检测区域AR射出检查光的元件。发光元件8通过发光元件收容部11设置在平箱部3的内部空间的上方(图1中的左上方)的位置。发光元件收容部11收容发光元件8，以使从发光元件8射出的检查光只向前方射出。在发光元件收容部11的前方设置有光学窗口部12。
光接收元件9通过光接收元件收容部13设置在平箱部3的内部空间的左下方的位置。在光接收元件收容部13中，在其底部收容光接收元件9，在其上部安装有物镜14。
光接收元件9设置在偏离发光元件8的检查光的光路的位置，且以面对上述检测区域AR的方式设置，接受所述检查光与烟接触后散射的散射光，从而检测烟。具体而言，发光元件8的光轴和光接收元件9的光轴以大约120度左右的角度交叉，其交叉点附近成为烟的检测区域AR。由此，检测区域AR如果存在烟，则来自发光元件8的检查光因烟而散射，该散射光到达光接收元件9，并检测到烟的存在。
在发光元件8和光接收元件9之间(检测区域AR左邻的位置)设置有防止来自发光元件8的检查光未散射而直接射入光接收元件9中的遮蔽板15。
在光接收元件收容部13的右方设置有两个迷宫片17、18。迷宫片17向右上方倾斜地形成，以其下面向右上方引导来自下侧的空气流。此外，迷宫片17的上方的端部向左上方弯曲。该端部具有使沿着上面上升来的空气流朝向检测区域AR的作用。迷宫片18相对于迷宫片17在左上的位置向左上方倾斜地形成。迷宫片18将来自下方的直接空气流或沿着光接收元件收容部13的下方倾斜面13a的倾斜而来的空气流等引导至左上方。在迷宫片18的左上方具有光接收元件收容部13的上方倾斜面13b。朝向光接收元件收容部13的上方倾斜面13b的空气流通过该倾斜面13b朝向检测区域AR的方向。
在平箱部3的侧面小孔7的下端位置设置有大致向左方延伸的迷宫片20。该迷宫片20从其中间位置朝向左上方向弯曲。通过检测区域AR后想进一步上升的空气流被发光元件收容部11的上部倾斜面11a和迷宫片20的下面倾斜面节流后到达内部空间的上面，由其后面的空气流的压力使其朝向侧面小孔7，从侧面小孔7导出。另外，21是防虫网。此外，在迷宫片17的下方设置有迷宫片22。
通过所述山形迷宫4、光接收元件收容部13的下方倾斜面13a、迷宫片17、18、20、22等可以抑制外界光向内部进入。
根据以上构成，来自发光元件8的检查光向检测区域AR射出。此时，用遮蔽板15防止检查光向光接收元件9直接入射。此外，外界光从山形迷宫的开口5或者侧面小孔7侵入，然而，该外界光被迷宫片17、18、20、22等阻止。
在该状态下，如果烟从山形迷宫的开口5或者侧面小孔7侵入，则该烟通过迷宫片17、18、20、22等侵入检测区域AR。然后，来自发光元件8的检查光被烟散射，该散射光到达光接收元件9，从而检测烟的存在。
专利文献1：日本专利国际公开WO2006/112085号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据所述现有的光电式烟感测器，能够检测伴随火灾发生的烟，然而，在烟的浓度稀薄的时候，难以检测。即，如果烟侵入检测区域AR，则来自发光元件8的检查光被烟散射，该散射光到达光接收元件9，检测烟的存在，然而，烟的浓度如果稀薄，则检查光的散射量少，难以检测。
因此，期望能够以比现有的光电式烟感测器更高精度感测烟的光电式烟感测器。
本发明鉴于所述情况而完成的，提供一种小型且能够以更高精度检测烟的光电式烟感测器。
解决课题的手段
为了解决该课题，本发明是利用光检测流入壳体内的烟的光电式烟感测器，其特征在于，具备：发光元件，以面对所述壳体内的检测区域的方式设置，向该检测区域射出检查光；光接收元件，在偏离该发光元件的检查光的光路的位置上以面对所述检测区域的方式设置，用于接受所述检查光接触到烟后散射的散射光，从而检测烟；以及反射部件，设置于所述壳体内，使从所述发光元件射出的检查光偏离并反射而不入射到所述光接收元件。
发明效果
根据本发明能够以高精度检测烟。
附图说明
图1是示出现有的光电式烟感测器的侧面截面图。
图2是示出现有的光电式烟感测器的侧面截面图。
图3是示出本发明的第一实施方式的光电式烟感测器的侧面截面图。
图4是图3的平面截面图。
图5是示出现有的光电式烟感测器的侧面截面图。
图6是示出本发明的第二实施方式的光电式烟感测器的侧面截面图。
图7是示出现有的光电式烟感测器的发光元件的光源特性的曲线图。
图8是示出本发明的第二实施方式的光电式烟感测器的发光元件的光源特性的曲线图。
图9是示出本发明的实施例的实验结果的表格。
图10是本发明的第一变形例的光电式烟感测器的平面截面图。
图11是本发明的第二变形例的光电式烟感测器的平面截面图。
符号说明
3、平箱部            3a、壳体
3b、检测区域侧内壁   3c、侧壁面
3d、侧壁面           8、发光元件
9、直接光接收元件    17、迷宫片
25、突起部           31、光电式烟感测器
32、33、反射部件     32a、33a、反射面
41、发光元件         42、光接收元件
43遮蔽板             44、透镜
45、光接收元件收容部 47、反射部件
47a、反射面          48、反射部件
48a、反射面
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。本发明的光电式烟感测器是可以设置于一般家庭或公共设施等人员集中的场所、工厂的半导体制造装置、机床、配电盘、工业用控制器等具有发生火灾的可能性的机器等的高灵敏度的烟感测器。
（A）第一实施方式
本实施方式涉及的光电式烟感测器的特征在于设置了反射部件的方面。另外在这里，为了将该反射部件与现有技术进行比较说明，首先根据图2说明整体上与本发明相同构成的现有的光电式烟感测器，然后根据图3说明本实施方式的光电式烟感测器。图2的现有的光电式烟感测器是成为本发明的基础的光电式烟感测器。本发明对该图2的光电式烟感测器进行了改进。在本实施方式的光电式烟感测器中，从发光元件8射出的检查光的光路与图2的情况不同，在图3中，为了示出在图2的构成的光电式烟感测器设置本发明的反射部件，检查光的光路保持原样。
图2的光电式烟感测器具有整体上与所述图1的光电式烟感测器几乎同样的构成。图2的光电式烟感测器与图1的光电式烟感测器的不同点主要在于是否具有圆筒部2、侧面小孔7、迷宫片20、防虫网21。其他部分具有与图1的光电式烟感测器同样的构成。因此，在同一部件中附上同一符号，省略其说明。在图2的光电式烟感测器中，取代侧面小孔7，在上面设置有小孔24。此外，在具体设置光电式烟感测器的情况下，除本实施方式中说明的构成之外，还可以包括必要的构成，然而这些都是众所周知的构成，因此在这里省略说明。
在该图2的构成的光电式烟感测器中，如图2中箭头所示，从发光元件8射出的检查光被平箱部3的壳体3a的检测区域侧内壁3b反射，其一部分反射光直接入射到光接收元件9。并且，存在被设置于光接收元件9的开口部的突起部25或迷宫片17的突起部17a反射的反射光也入射到光接收元件9的情况。这些光成为噪音使光电式烟感测器的检查精度降低。
本实施方式的光电式烟感测器控制入射到该光接收元件9的反射光(从发光元件8射出的检查光的反射光)。即，本实施方式的光电式烟感测器主要控制被检测区域侧内壁3b反射的反射光。具体而言，如图3、图4所示，光电式烟感测器31内设置了反射部件32、33。该反射部件32、33是使从所述发光元件8射出的检查光偏离该光接收元件9并反射而不入射到所述光接收元件9的部件。反射部件32、33设置于隔着所述检测区域AR(参照图1)与所述发光元件8相对的位置即壳体3a的检测区域侧内壁3b。如图3所示，反射部件32、33设置于检测区域侧内壁3b的整个上下方向。并且，如图4所示，反射部件32、33具备平面形状倾斜成V形的反射面32a、33a。该反射面32a、33a是用于使从发光元件8射出的检查光向着不朝向光接收元件9的方向、以偏离光接收元件9的方式反射的面。反射面32a形成得大于反射面33a。反射面32a设置于壳体3a的一个侧壁面3c侧，所占面积较大。反射面33a设置于壳体3a的另一个侧壁面3d侧，所占面积小于反射面32a。由此，从发光元件8射出的检查光被两个反射面32a、33a不规则地反射。通过使检查光被两个反射面32a、33a不规则地反射，如图4所示，反射光向着不朝向光接收元件9的方向(偏离光接收元件9)反射。两个反射面32a、33a的面积或倾斜角在与发光元件8的关系上设定为使反射光不朝向光接收元件9。
另外，在反射光中，还具有被V字形的反射面32a、33a两次反射而改变180度方向进行反射的光。然而，检查光如果进行两次反射，则亮度大幅度衰减，光量大幅度减少。因此，两次反射的反射光(二次反射光)即使入射到光接收元件9，也是极其微弱的光，因此没有影响。
此外，对除所述构成以外的部分没有特别的限定。可以组装到本发明的光电式烟感测器中的构成(现有的光电式烟感测器的周边构成)都可以适用于本发明。
在如上所述构成的光电式烟感测器中起到下面的作用。
从发光元件8向着检测区域AR射出的检查光透过该检测区域AR，并照射反射部件32、33。此外，虽然也有照射侧壁面3c、3d的检查光，但该光被侧壁面3c、3d反射后，照射反射部件32、33。
在反射部件32、33使光被V字形的反射面32a、33a无规则地反射，使朝向光接收元件9的反射光消失。反射光的一部分虽然朝向光接收元件9，然而如上所述，由于这样的光反射两次以上而大幅度地衰减，因此，没有影响。
被反射面32a、33a反射的反射光照射相对的反射面33a、32a或侧壁面3c、3d。然后，被反射面33a、32a反射的反射光也几乎都照射侧壁面3c、3d，并被该侧壁面3c、3d反射。此外，被侧壁面3c、3d反射的反射光也几乎都照射到相对的侧壁面3c、3d，再次进行反射。由此，检查光的反射光集中在检查区域AR的周边，反复反射，几乎没有入射到光接收元件9中。
在该状态下，如果烟从外部侵入并到达检测区域AR附近时，则来自发光元件8的检查光与烟接触后散射，该散射光入射到光接收元件9，从而检测烟。此时，由于在检测区域AR周边也分布有反射光，因此，在该部分中也产生散射光，平箱部3的壳体3a内的散射光增加。
由此，由于能够大幅度地减少成为噪音的反射光入射到发光元件8，同时使烟导致的散射光增加，因此，光接收元件9能够以更高的精度检测烟。
其结果是，与现有的光电式烟感测器同样，既可以保持装置小型，又可以高精度地检测烟。
（B）第二实施方式
以下对本发明的第二实施方式进行说明。
在本实施方式中，对于图2的光电式烟感测器，对光源、遮蔽板、迷宫等突起部进行了改进。图5是示出了现有的具备发光元件8、光接收元件9以及遮蔽板15的光电式烟感测器中的发光元件8的检查光的照射角和光接收元件9的视角的重叠状态的图。图6是示出了本实施方式的具备发光元件41、光接收元件42以及遮蔽板43的光电式烟感测器中的发光元件41的检查光的照射角和光接收元件42的视角的重复状态的图。
在本实施方式中，使所述发光元件41的光源的光量增加。并且，增强了光源的指向性。也缩小了检查光的出射角。具体而言，与图7的现有的光源相比，如图8所示，增强了指向性，形成了较细的光。即形成了比现有的检查光更细更强的检查光。
遮蔽板43设置在所述发光元件41和光接收元件42之间，是用于防止来自发光元件41的检查光直接入射到光接收元件42的部件。
遮蔽板43设置在所述发光元件41侧，靠近该发光元件41侧，远离光接收元件42。
光接收元件42被构成为：其透镜44的焦距被缩短，光接收元件收容部45的整个长度被缩短，使该光接收元件42远离所述遮蔽板43。由此，扩大了光接收元件42的前方，并扩大了光入射角。该光入射角是光可以入射的角度，即从平箱部3的壳体3a内入射到光接收元件42的散射光的入射角。通过扩大该光入射角，增加了在光接收元件42可以捕捉的散射光的光量即信号量。
在光接收元件收容部45内部中，在透镜44的内侧设置有倾斜部件45a。配设倾斜部件45a，使其从内侧覆盖透镜44的周边部。在倾斜部件45a的表面设置圆锥状(锥状)的倾斜面45b。该倾斜面45b是用于将入射到光接收元件收容部45内的反射光向光接收元件收容部45外部反射的反射面。来自发光元件41的检查光在壳体3a内反射的情况下，该反射光几乎都被所述遮蔽板43等遮住，然而有可能一部分入射到光接收元件收容部45内。然后，这样的反射光大多入射到透镜44的周边。因此，设置于透镜44的周边的倾斜面45b使入射到光接收元件收容部45内的反射光向外部反射，从而防止向光接收元件42入射。另外，该倾斜面45b只要可以反射光即可，然而为了有效地进行反射，还可以进行抛光处理。
并且，取消了图5所示的迷宫片17的突起部17a、光接收元件42的开口突起部25。因为这些突起部17a、25使检查光反射，有入射到光接收元件42的可能性。
在以上构成的光电式烟感测器中，如果烟流入检测区域AR(参照图1)，则作为强光的检查光与烟接触而发出散射光。该散射光与检查光成正比并成为强光，入射到光接收元件42。
并且，光接收元件42由于光入射角宽，因此捕捉更多的散射光而检测烟。
由此，因为能够大幅度减少成为噪音的反射光入射到光接收元件42，同时还能够增加入射到光接收元件42的散射光，从而能够更高精度地检测烟。
其结果是，能够与现有的光电式烟感测器同样地保持装置小型，同时还能够以更高精度检测烟。
（C）实施例
以下对使用组合了所述第一实施方式和第二实施方式所有的构成元件的光电式烟感测器而得的实验结果，通过与现有的光电式烟感测器比较而进行说明。
使用具备以下性能的元件作为本实施例的光电式烟感测器的发光元件41。即，使用输出功率为11mW、施加电压为9V、施加电流为550mA的发光元件。
此外，使用输出功率为11mW、施加电压为9V、施加电流为300mA的发光元件作为现有的光电式烟感测器的发光元件。由此，本实施例的发光元件41与现有的发光元件相比，光量增加。
此外，使用具备以下性能的元件作为本实施例的光电式烟感测器的光接收元件42。即，使用最大灵敏度波长为940nm、色温为2856K、标准钨丝白炽灯泡的EV显示值1000Lx时的开路电压为0.35V、短路电流75μA的性能的光接收元件。
还可以使用与所述本实施例的光接收元件42同样的光接收元件作为现有的光电式烟感测器的光接收元件。
使用这些光电式烟感测器，用检测浓度5%/m的烟进行实验。该实验结果如图9的表格所示。另外在这里对现有的光电式烟感测器、在具有本发明的反射部件32、33的平箱部3安装现有的发光元件以及光接收元件的光电式烟感测器、本实施例的光电式烟感测器的三个光电式烟感测器进行了实验。
在图9的表格中，在现有的光电式烟感测器中，ADL为108，然而在使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器中降低至13。在本实施例的光电式烟感测器中为25，比现有的光电式烟感测器大幅度地降低。即，由于使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器中降低至13，因此能够增加本实施例的发光元件41的光量。其结果是在本实施例的光电式烟感测器中能够使ADL比现有的光电式烟感测器大幅度地降低。
此外，ADH在现有的光电式烟感测器中为147，然而在使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器中为90。在本实施例的光电式烟感测器中为109。其结果是在信号量没有大的变化。
由此，ADH-ADL在现有的光电式烟感测器中为39，而在使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器中为77。本实施例的光电式烟感测器中为84。如果换算为1%/m的变化量，则现有的光电式烟感测器中为7.8，而使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器中为15.4。在本实施例的光电式烟感测器中为17。其结果是变化量与现有的相比几乎增加至两倍。并且，S/N比在现有的光电式烟感测器中为0.37，而使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器中为5.93。在本实施例的光电式烟感测器中为3.3。其结果是在本实施例的光电式烟感测器中与现有的光电式烟感测器相比抗噪声性能大幅度提高。
由此可知，与现有的光电式烟感测器相比较，使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器以高灵敏度检测烟，本实施例的光电式烟感测器以高灵敏度检测烟。可知，本实施例的光电式烟感测器特别是ADH-ADL的值比使用本发明的平箱部3的现有的光电式烟感测器更高，以高灵敏度检测烟。
其结果是本实施例的光电式烟感测器能够以高精度检测烟。
（D）变形例
在涉及所述各实施方式等的发明中，具备反射部件32、33等构成元件而构成，但不限定于第一实施方式、第二实施方式以及组合他们的实施例的三个方式的组合，还可以形成其他的组合。还可以是适当组合在构成所述各实施方式中所述的发明的元件中任一个或者任两个以上元件，并构成光电式烟感测器。在这种情况下，也可以得到与所述各实施方式同样的作用和效果。
在所述第一实施方式中，通过反射部件32、33而提供V字形的反射面32a、33a，然而如图10所示，还可以由一个较大的反射部件47形成一个反射面47a。由此，检查光被反射面47a反射，全部照射到侧壁面3d，并被该侧壁面3d反射。然后，二次反射光大幅度衰减。由此，使来自发光元件的检查光向着不朝向光接收元件的方向反射。在该构成的情况下也可以得到与所述第一实施方式同样的作用和效果。
此外，如图11所示，还可以具备由于反射部件48而弯曲的反射面48a。并且，还可以如反射望远镜的凹面镜，形成反射面48a，使反射光集中于检测区域AR或其周边。用该反射面48a使来自发光元件的检查光向着集中到检测区域的方向反射。即，为了更多地产生由流入壳体3a内的烟导致的散射光，也可以弯曲构成反射面48a，使检查光以及反射光集中在检测区域AR或其周边。这种情况下，也可以使反射面48a为镜面。通过使反射面48a形成镜面，可以将更多的反射光集中于检测区域AR或其周边。
根据这些构成可以以更高的精度检测烟。

Claims (7)

1.一种光电式烟感测器，其是利用光检测流入壳体内的烟的光电式烟感测器，所述光电式烟感测器的特征在于，包括：
发光元件，其以面对所述壳体内的检测区域的方式设置，向该检测区域射出检查光；
光接收元件，其在偏离该发光元件的检查光的光路的位置上以面对所述检测区域的方式设置，接受所述检查光接触到烟后散射的散射光，从而检测烟；以及
反射部件，其设置于所述壳体内，使从所述发光元件射出的检查光偏离并反射而不入射到所述光接收元件。
2.根据权利要求1所述的光电式烟感测器，其特征在于，
所述反射部件设置在隔着所述检测区域与所述发光元件以及光接收元件相对的位置，使来自所述发光元件的检查光向着不朝向所述光接收元件的方向反射。
3.根据权利要求1所述的光电式烟感测器，其特征在于，
所述反射部件设置在隔着所述检测区域与所述发光元件以及光接收元件相对的位置，使来自所述发光元件的检查光向着集中到所述检测区域的方向反射。
4.根据权利要求1所述的光电式烟感测器，其特征在于，
所述光电式烟感测器使所述发光元件的光源的光量增加的同时，增强了指向性。
5.根据权利要求1所述的光电式烟感测器，其特征在于，
设置在所述发光元件和光接收元件之间、防止来自该发光元件的检查光直接入射到该光接收元件的遮蔽板靠近所述发光元件侧，且所述光接收元件的透镜的焦距被缩短，该光接收元件被远离所述遮蔽板，从而扩大该光接收元件的光入射角。
6.根据权利要求1所述的光电式烟感测器，其特征在于，
在所述壳体内具备防止外界光侵入而允许烟侵入的迷宫，该迷宫的突起部和所述光接收元件的开口的突起部被取消。
7.根据权利要求1所述的光电式烟感测器，其特征在于，
所述光接收元件与透镜一起安装在光接收元件收容部内，并在该光接收元件收容部内的所述透镜的内侧设置倾斜部件，
该倾斜部件具备倾斜面，所述倾斜面将入射到该光接收元件收容部内的所述透镜的周边的反射光向光接收元件收容部外反射。
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