CN106448030B - 烟雾探测单元以及发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于危险报警器的光学式烟雾探测单元，其具有用于发出光的发光二极管和用于烟雾探测的在光谱上对发出的光敏感的光电接收器以及与发光二极管和光电接收器连接的控制单元，其中发光二极管是一体式结构单元并且包括LED壳体以及与LED芯片接触的、从LED壳体中伸出的连接接触部，LED壳体具有布置在其中的LED芯片。控制单元用于电驱控发光二极管以及关于火灾特征值分析由光电接收器发出的传感器信号。发光二极管具有在光谱上对发出的光敏感的光电传感器。控制单元被设立用于：在电驱控发光二极管期间同时检测光电传感器的电特征值，并且由此导出和输出发光二极管的老化信息，和/或由此确定发光二极管的光通量的减少并且通过控制单元借助改变地电驱控发光二极管修正该减少。最后，本发明涉及具有集成的光电二极管的发光二极管。

Description

烟雾探测单元以及发光二极管
技术领域
本发明涉及一种用于危险报警器、尤其用于烟雾报警器的光学式烟雾探测单元。烟雾探测单元具有至少一个用于发出光的发光二极管。发光二极管是一体式的结构单元并且包括LED壳体，该LED壳体具有布置在其中的LED芯片以及与LED芯片接触的、从LED壳体中伸出的连接接触部。烟雾探测单元还包括用于烟雾探测的至少在光谱上对发出的光敏感的光电接收器、例如光电二极管，以及包括与发光二极管并且与光电接收器连接的控制单元。控制单元典型地是微控制器。控制单元被设置至少用于电驱控发光二极管(用于发光)以及相对于火灾特征值对由光电接收器发出的传感器信号进行评估。用于时间上驱控两个LED芯片以及用于同步地检测和分析相应的光电传感器信号的相应的处理步骤可以通过合适的能在微控制器上实施的程序步骤来实现。发光二极管、光电接收器以及微控制器优选布置在电路载体上并且彼此互连。
背景技术
这样的烟雾探测器单元通常是已知的。它们(例如在本发明中也是如此)可以是闭合式结构或敞开式结构的散射光烟雾报警器的一部分。在闭合式结构中，这样的散射光烟雾报警器具有对于要探测的烟雾来说可透过的、但相对于直射的环境光屏蔽的光学测量腔。这样的测量腔也经常被称为迷宫式装置。相反，敞开式结构的散射光烟雾报警器具有布置在报警器壳体之外自由放置的探测室。最后，这样的烟雾探测单元可以是消光烟雾报警器的一部分，其中由现有的烟雾引起的光衰减通过光电接收器探测并且分析。
还已知的是，发光二极管在运行中老化并且随着时间推移具有减小的光功率。与之相反，光电传感器、例如光电二极管表现出比较小的、能忽略不计的老化现象。因此要监控光功率，以便在对于烟雾探测来说过小的光功率的情况下输出报警信息。替代地，可以提高用于驱控发光二极管的驱控功率或脉冲持续时间，以便修正减小的光功率或减小的发射的光通量。为此，使用单独的光电传感器是已知的，该光电传感器优选接收来自发光二极管的直射光并且与发光二极管相对置地布置。于是，取决于光电接收器信号地输出报警信息，并且/或者通过电驱控发光二极管的方式实现光功率补偿。
还已知的是，烟雾探测单元中的所有光电子器件随时间而脏污。这意味着，发光二极管的光发送功率和光电接收器用于烟雾探测的光学探测敏感度以及单独的光电接收器用于光功率监控或光通量监控的光学探测敏感度随着脏污增加并且与所述光电子器件的老化无关地减小。
最后，由现有技术已知有发光二极管，尤其是单色、双色或多色的发光二极管，它们是一体式的结构单元。这样的发光二极管具有LED壳体、至少一个布置在其中的用于相应的“颜色”的LED芯片以及与相应的LED芯片接触的、从LED壳体中伸出的连接接触部。
发明内容
由此出发，本发明的任务在于，说明一种光学烟雾探测单元，其在使用寿命和运行时间期间更可靠地工作。
该任务利用独立权利要求的特征来解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中说明。在独立权利要求12至14中说明了闭合式散射光烟雾报警器、敞开式散射光烟雾报警器和消光烟雾报警器，它们分别具有根据本发明的烟雾探测单元。在权利要求15中说明了双色或多色发光二极管，其被设置用于并且适合于根据本发明的烟雾探测单元。
根据本发明，发光二极管具有在光谱上对发出的光敏感的光电传感器。控制单元被设立用于电驱控、尤其是脉冲式驱控发光二极管并且用于同时检测光电传感器的电特征值，以便由此推导出和输出发光二极管的老化信息。替代地或附加地，控制单元可以被设立用于：由光电传感器的检测到的特征值确定发光二极管的光通量的减少并且通过改变地电驱控发光二极管对减少进行修正或补偿。
因此，控制单元被设立用于：优选地检测流经光电传感器的光电流作为用于被驱控的发光二极管的所发射的光通量的度量。此外，控制单元被设立用于：推导出和输出被驱控的发光二极管的取决于光电流的减少的程度的老化信息，并且/或者取决于该老化信息地改变被驱控的发光二极管的电驱控，以便对所发射的光通量的相应的减少进行修正。
光电传感器尤其容纳在LED壳体中。尤其是光电传感器与一个或多个LED芯片光学耦合。由此，从一个或多个LED芯片发出的光的一部分间接地或直接地，例如通过散射或反射到达光电传感器并且于是能通过光电传感器探测。
代替光电流，也可以对由发光二极管产生的光电压进行检测作为电特征值。为此，将流过发光二极管的光电流转换成与之成比例的光电压的欧姆的阻抗变换器与发光二极管并联。在此，发光二极管在其作为光电二极管的运行中与为此设置的电路装置(参见图9)的被设置用于电驱控发光二极管来发光的部分隔开。
通过确定光电流的额定电流值与光电流的当前的实际电流值之间的差，可以得到光电流的减少的程度。例如在光学式烟雾探测单元的定型试验或连续测试的范围内，可以确定额定电流值。该额定电流值也可以是在烟雾报警器的运行时间起始时所测量的电流值的平均值。这样确定的额定电流值例如可以储存在控制单元的存储器中，即微控制器的非易失性存储器中。控制单元可以被设立用于：以反复且尤其周期性的方式检测光电流的当前的实际电流值并且以计算方式形成储存的额定电流值与当前检测到的实际电流值的差。这两个电流值的差于是相应于光电流的减少的程度。
老化信息例如可以是多级的老化程度或是二进制的老化信息，例如“未老化”或“已老化”。老化程度例如可以通过数字值或百分数值，例如从0％至100％来代表。例如，百分数值0可以代表新状态，而百分数值100可以代表由于过小的散射光而不再能够实现可靠的烟雾探测的状态。用于新状态和用于不再可靠的烟雾探测的百分数值例如可以在烟雾探测单元或烟雾报警器的定型试验的范围内在测量技术上来确定。位于其间的百分数值可以线性地插值。在预给定值的情况下、例如在50％或80％的情况下，然后能够输出相应的报警信息，例如通过烟雾报警器的所连接的报警器总线、通过无线电和/或在烟雾报警器本身上以声学或光学的方式。光电传感器的检测到的光电流与示例性的从0％至100％的百分数范围的分配可以借助数值表或特性曲线来实现，所述数值表或特性曲线为了随后的通过微控制器的老化评估储存在微控制器的电子存储器中。
控制单元可以被设立用于：借助打开或闭合的调节回路使被驱控的(用于发光的)发光二极管的所发射的光通量跟踪对于烟雾探测所需的额定光通量。光通量例如可以通过延长在电驱控发光二极管时的脉冲长度而改变，使得每个光脉冲的光能量也增加。替代地或附加地，也可以提高驱控电流并且因此也提高发光二极管的光通量或者说光功率。在闭合的调节回路的意义下，可以持续确定当前的光通量并且通过在电驱控发光二极管中进行的改变进行跟踪。
特别的优点在于，LED芯片和光电传感器通过集成在共同的LED壳体中不会脏污。因此，通过在LED芯片与光电传感器之间的直接的光学耦合，污物颗粒不能到达光学耦合路径中。因此，光电接收器在烟雾探测单元的运行时间期间始终测量LED芯片的当前的光通量值或者说当前的光功率。为此，来自LED芯片的直接或通过在LED壳体处的反射照射到光电传感器上的一定的散射光就足够用于可能的测量技术上的检测和评估。
通过集成为一体式的发光二极管，不再需要外部的光电传感器。由光电传感器输出的传感器信号例如可以经由另外的且从LED壳体伸出的连接接触部在测量技术上来检测。光电传感器也可以已经具有集成的测量电路并且被设立用于：利用相应于当前所测量的光通量值的电流信号调制LED芯片的供电电流。该信号于是可以通过发光二极管之外的测量电路来检测和分析。在该情况下，无需另外的连接接触部。
根据一种实施方式，光电传感器是在光谱上对LED芯片的发出的光敏感的光电二极管，尤其是PIN光电二极管。
根据一种实施方式，发光二极管具有两个优选类型相同的LED芯片，例如发蓝光或发红外光的LED芯片。两个LED芯片中的(仅)第一LED芯片被设置用于发出单色光，而(仅)另外的第二LED芯片被设置用于作为光电传感器来运行。控制单元被设立用于：电驱控(仅)第一LED芯片(用于发光)并且同时对流过第二LED芯片的光电流或由第二LED芯片产生的光电压进行检测，以便由此推导出和输出第一LED芯片的老化信息。替代地或附加地，控制单元可以被设立用于：由此确定第一LED芯片的光通量的减少并且通过改变地电驱控第一LED芯片对该减少进行修正。
本发明基于如下的认识，即，即使与特别为探测目的研发的光电二极管相比而具有明显更差的效率，每个发光二极管也可以作为光电二极管来使用或运行。尽管如此，通过分别另外的LED芯片接收的反射光至少足够用于至少定性地确定被电驱控的LED芯片的光通量。
在该实施方式中的优点在于，简单地实现了对单色的发光二极管的监控，其方式是：两个在制造的范围中结构相同的LED芯片并排地施装在共同的LED芯片载体上并且于是与连接接触部接触。
根据一种替代于此的实施方式，发光二极管(至少)是双色发光二极管。替代地，其也可以是多色发光二极管，例如RGB发光二极管。在这里被视为优选的双色发光二极管具有用于发出在第一波长范围和与之不同的第二波长范围中的光的第一和第二LED芯片。第一LED芯片例如可以被构造用于发出具有在665nm至1000nm范围内的波长的光，尤其用于发出具有940nm±40nm或860nm±40nm的波长的光。第二LED芯片例如可以被构造用于发出具有在350nm至500nm范围内的波长的光，尤其用于发出具有460nm±40nm或390nm±40nm的波长的光。总之，第一LED芯片优选发射在红/橙光、红光或红外线范围内的光，并且第二LED芯片发射在蓝绿光、蓝光、紫光或紫外线范围内的光。
LED芯片优选被构造为面式辐射器。“面式辐射器”在这里指的是光从平坦的面以朗伯特(Lambert’sche)光分布辐射。因此，面式辐射器也可以被称为朗伯特辐射器。
在该情况下，控制单元被设立用于：电驱控LED芯片之一(用于发光)并且将另外的LED芯片接通为作为光电二极管的运行方式。这也可以针对两个LED芯片交替进行。控制单元还被设立用于：对流过另外的LED芯片的光电流或由另外的LED芯片产生的光电压进行检测作为电特征值，以便由此推导出和输出相应的被驱控的LED芯片的老化信息。替代地或附加地，控制单元可以被设立用于：由此确定相应的被驱控的LED芯片的光通量的减少并且通过改变地电驱控相应的被驱控的LED芯片对该减少进行修正。
通过使用两个“LED颜色”可以通过可能地确定烟雾颗粒的颗粒大小和因此烟雾类型实现改善的烟雾探测。同样有利的是，可以实现在不允许的高的老化方面对LED芯片进行相互监控。
如在之前提到的情况那样，分别未被电驱控的LED芯片起到光电二极管的作用。在此，相对于被电驱控的LED芯片发出的光的波长，接收的光是越短波的，用于接收光的LED芯片的光敏感度就越好。换而言之，作为光电二极管的运行方式中的红外LED芯片对蓝光的探测明显好于蓝LED芯片对红外光的探测。
在两个之前提到的示例性的实施方式中，两个LED芯片并排地布置在发光二极管的芯片载体上，其中一个LED芯片的边缘与另外的LED芯片的边缘相对置，使得一个LED芯片的在侧向发出的边缘光以光学方式在侧向耦合输入到另外的LED芯片中。
LED芯片通常来自于具有多个在光电子半导体工艺中制造的LED芯片的晶片。这样的晶片通过机械分离工艺、尤其通过锯切或折断被拆开成多个LED芯片。这样的“裸露的”且本身具有完全功能能力的部件也被称为“裸芯片”。因此，其具有典型地方形的或矩形的形状。在此几乎不能被利用的光分量也通过这样的LED芯片的侧向边缘发出。该分量现在恰好可以被有利地用于老化监控。
根据一种有利的实施方式，发光二极管是双色发光二极管。其又如开头所述那样具有用于发出在第一波长范围和与之不同的第二波长范围中的光的第一和第二LED芯片。光电传感器是在光谱上对发出的光敏感的光电二极管，尤其是PIN光电二极管。控制单元被设立用于：以可选的方式电驱控LED芯片之一(用以发光)并且同时对流过光电二极管的光电流或由光电二极管产生的光电压进行检测作为电特征值，以便由此推导出和输出相应的被驱控的LED芯片的老化信息。替代地或附加地，控制单元被设立用于：由此确定相应的被驱控的LED芯片的光通量的减少并且通过改变地电驱控相应的被驱控的LED芯片对该减少进行修正。
通过使用在光谱上对两个LED芯片的发出的光敏感的光电二极管，可以有利地实现非常准确地确定两个LED芯片的老化程度以及其修正或补偿。
另外的优点在于，光电二极管与两个相邻布置的LED芯片一起紧凑地集成在芯片载体上。由于没有任何脏污可能性可以实现精确地确定两个LED芯片的老化。
根据另外的实施方式，LED壳体在其外侧上形成与环境空气的这样的光学分界面，使得由LED芯片发出的光的一部分被反射到光电传感器或者说到另外的LED芯片。光电传感器优选是光电二极管。LED壳体由透明的、优选由明净的材料制成，例如由塑料或玻璃制成。“透明的”在这里指的是，塑料壳体或玻璃壳体至少对于来自于第一和第二LED芯片的所发射的光来说是可透过的。在此，在存在针对在LED壳体的外侧处的全反射的临界角的情况下，从一个或多个LED芯片发出的光束在确定的角范围内被反射。该效应也在发光二极管的具有3mm直径或5mm直径的标准壳体中展现出。该标准壳体在注塑方法中制成，其中LED芯片载体与施装在其上的LED芯片、光电传感器和连接接触部一起被浇注到塑料壳体中。众所周知的是，这样的3mm或5mm发光二极管“现成地”作为成批的消费品来售卖。具有这样的标准壳体的发光二极管典型地被设置用于通孔装配。
替代地或附加地，LED壳体可以具有这样的光学特性和/或光学结构，即从一个LED芯片发出的光的一部分被反射到光电传感器或者说到另外的LED芯片。光电传感器优选是光电二极管。这例如可以通过在LED壳体中嵌入反射的散射体来实现。也可以在LED壳体的通常平滑的外面上对一个区域进行粗糙化，例如通过机械加工或蚀刻，使得该区域起到如散射体或反射体的作用。
根据一种有利的实施方式，烟雾探测单元具有在光学上接在发光二极管后面的光圈和/或在光学上后置的反向散射体，使得发出的光的一部分又沿朝向发光二极管的方向被反射，以便因此照明相应的LED芯片。在该情况下，反向散射体位于发光二极管之外。在最简单的情况下，与发光二极管相对置的光圈面的一部分被构造为反射的或明亮的。尤其该光圈面以如下方式来取向，即发光二极管的射到那里的光有针对性地沿发光二极管的方向被向回反射。
发光二极管也可以替代地是用于在电路载体上进行表面装配的SMD器件。
本发明的任务还通过散射光烟雾报警器来解决，其具有报警器壳体和容纳在其中的光学测量腔，该光学测量腔具有至少一个可以使要探测的烟雾穿过的开口。在测量腔中容纳有根据本发明的相对于环境光屏蔽的烟雾探测单元。光电接收器被布置成具有至少一个在前向和/或后向散射光布置中的发光二极管。控制单元被设立用于：当由光电接收器发出的传感器信号高于最小散射光水平时输出火灾警报。在前向散射光布置的情况下，发光二极管与光电接收器之间的角度在20°至90°的范围内，尤其在30°至70°的范围内。在后向散射光布置的情况下，该角度在大于90°至160°的范围内，尤其在110°至150°的范围内。
该任务还通过具有根据本发明的烟雾探测单元的敞开式散射光烟雾报警器来解决。根据本发明的烟雾探测单元布置在敞开式散射光烟雾报警器的报警器壳体中或上，其中被设置用于探测散射光的探测空间于是位于报警器壳体之外。换而言之，一方面在发光二极管与位于壳体外的探测空间之间以及在光电接收器与位于壳体外的探测空间之间不存在报警器壳体的其他部分。除此之外，可以存在用于防止报警器壳体上的发光二极管和光电接收器脏污的透明的遮盖部。控制单元被设立用于：当由光电接收器发出的传感器信号高于最小散射光水平时输出火灾警报。
本发明的任务还通过消光烟雾报警器来解决，其具有带有至少一个可以使要探测的烟雾穿过的开口的报警器壳体以及根据本发明的布置在报警器壳体中的、相对于环境光屏蔽的烟雾探测单元。光电接收器与用于探测直射光的发光二极管相对置地布置。控制单元被设立用于：当由光电接收器发出的传感器信号低于用于最大允许的光衰减的比较值时输出火灾警报。
最后，本发明的任务通过发光二极管、尤其通过多色发光二极管来解决，其中根据本发明，至少在光谱上对于从发光二极管的相应LED芯片发出的光敏感的光电二极管布置在LED壳体中，使得发出的光的至少一部分能通过光电二极管探测到。光电二极管与伸出的连接接触部或至少一个另外的连接接触部相接触，以及确定地被构造用于探测光且不用于发出光。光电二极管尤其是PIN光电二极管。光电二极管也可以具有集成的电子测量放大电路。
附图说明
在以下附图的示例中阐述本发明以及本发明的有利实施方案。在此：
图1示出用于根据本发明的烟雾探测单元的示例性的发光二极管，该烟雾探测单元具有第一LED芯片以及第二LED芯片或者具有用于对从第二LED芯片发出的光的一部分进行探测的光电二极管；
图2示出根据本发明的具有唯一的LED芯片和光电二极管的第一实施方式；
图3示出具有两个LED芯片的第二实施方式；
图4以象征性视图示出根据本发明的对两个LED芯片的交替式驱控和测量技术上的分析；
图5示出根据本发明的具有两个并排布置的用于发射和探测分别发出的边缘光的LED芯片的另外的实施方式；
图6示出根据本发明的具有两个LED芯片和用于对分别从LED芯片发出的光的一部分进行探测的光电二极管的另外的实施方式；
图7、图8示出根据本发明的用于例如蓝光和红光在LED壳体中的光传播和反射的示例以及蓝光和红光通过分别另外的LED芯片进行探测的示例；
图9示出根据本发明的示例性的电路装置，其用于分别借助阻抗变换器交替式驱控以及交替式分析两个LED芯片；以及
图10示出根据本发明的用于散射光烟雾报警器的烟雾探测单元的示例，该烟雾探测单元具有双色LED和在前向散射光布置中的光电接收器。
具体实施方式
图1示出用于根据本发明的烟雾探测单元的示例性的发光二极管L，该烟雾探测单元具有第一LED芯片R、B以及第二LED芯片B、R或者替代地具有用于对从第二LED芯片B、R发出的光的一部分进行探测的光电二极管PD。附图标记R表明其优选是发红光或发红外光的LED芯片，而附图标记B表明其优选是发蓝光的LED芯片。OK表示光学耦合。其象征性地表示，从相应的LED芯片R、B发出的光的一部分到达分别另外的LED芯片B、R或到达光电二极管PD，以便在那里能被探测到。附图标记1表示发光二极管L的连接接触部。示出的发光二极管L还具有透明的LED壳体，该LED壳体在光线射出侧的区域中形成用于聚焦发出的光的光学透镜LI。A表示光学轴线或发光二极管L的主轴线，发出的光的主传播沿着该光学轴线进行。
图2沿着图1中所示的视线方向II示出根据本发明的具有唯一的LED芯片R、B和光电二极管PD的第一实施方式。附图标记7表示由透明的塑料制成的LED壳体，附图标记8表示芯片载体并且附图标记9表示接合线，所述接合线在相应的接触面10、11、12上将LED芯片R、B与从LED壳体7引导出的连接接触部1接触。附图标记10表示用于共同的电压电位的共同的连接接触面并且向外形成共同的连接接触部1。
图3沿着图1中所示的视线方向III示出具有两个LED芯片R、B的第二实施方式。根据本发明，两个LED芯片R、B是类型相同的光电子器件，它们典型地来源于同一批次。在此，确定地设置两个LED芯片R、B中的第一LED芯片用于发出单色光，而设置另外的第二LED芯片R、B用于作为光电二极管运行。为此，与两个LED芯片R、B连接的控制单元被设立用于：(仅)电驱控第一LED芯片R、B并且同时检测流过第二LED芯片R、B的光电流或通过第二LED芯片R、B产生的光电压，以便由此推导出和输出第一LED芯片R、B的老化信息。替代地或附加地，控制单元被设立用于：由此确定第一LED芯片R、B的光通量的减少并且通过改变地电驱控第一LED芯片R、B对该减少进行修正。适合于此的电路装置在图9的示例中示出。
图4以象征性视图示出根据本发明的对发光二极管的两个LED芯片R、B的交替式驱控和测量技术上的分析。在附图的左侧部分中，通过闭合的开关SB象征性表示的“蓝”LED芯片B被电驱控用于发出蓝光，而通过打开的开关SR并且通过用于检测“红”LED芯片R的电特征值的测量设备象征性地表示的“红”LED芯片R接通处于作为光电二极管的运行中并且通过光学耦合OK探测蓝光的一部分。在附图的右侧部分中，“红”LED芯片R现在被电驱控用于发出红光，而“蓝”LED芯片B接通处于作为光电二极管的运行中并且通过光学耦合OK探测红光的一部分。在此，通过“红”LED芯片R探测蓝光比通过蓝LED芯片B探测红光更高效。这在图4中通过与在红LED芯片T中的指针偏转相比在蓝LED芯片B中更小的指针偏转来象征性地表示。
图5示出根据本发明的具有两个并排布置的用于发射和探测分别发出的边缘光KL的LED芯片R、B的另外的实施方式。如图5所示，两个LED芯片R、B的两个边缘相对置，使得分别发出的边缘光KL可以直接在侧面耦合输入到分别相对置的LED芯片R、B中。在示出的实施方式中，“蓝”LED芯片B具有比“红”LED芯片R大超过2.5倍的更大的光学有效的表面。“光学有效”指的是LED芯片的表面的在电流激励下发射光的部分。因此，表面上的用于LED芯片接触的区域，例如被确定用于接触接合线的区域不属于此。由于“蓝”LED芯片B的较大的光学有效的表面，在产生光时可以至少部分地补偿较差的电光效率。
图6示出根据本发明的具有两个LED芯片R、B和用于对分别从LED芯片R、B发出的光的一部分进行探测的光电二极管PD的另外的实施方式。因此，发光二极管是双色发光二极管L。光电二极管PD在光谱上对发出的双色光是敏感的。光电二极管PD是PIN光电二极管，例如硅PIN光电二极管，并且优选是具有改善的蓝色敏感度的硅PIN光电二极管。两个LED芯片R、B和构造为芯片或者说作为“裸芯片”存在的光电二极管PD并排地布置在芯片载体8上。
图7和图8示出根据本发明的用于例如红光和蓝光RO、BL在LED壳体7中的光传播和反射的示例以及红光和蓝光通过分别另外的LED芯片R、B进行探测的示例。在图7中，“红”LED芯片R被驱控用于发出红光。发出的红光束RO通过构造在LED壳体7中的光学透镜LI被聚焦。但是，光束RO的一部分在与位于外面的环境空气的分界面GF处被反射并且作为散射光此外也到达“蓝”LED芯片B。借助该光学耦合，通过“蓝”LED芯片B能探测到来自“红”LED芯片R的光。图8类似地示出发出蓝光和通过“红”LED芯片R探测反射的蓝光束BL的一部分的情况。
图9示出根据本发明的示例性的电路装置，其用于分别借助阻抗变换器RTI交替式驱控以及交替式分析两个LED芯片R、B。在图9的下侧部分中示出构造为微控制器的控制单元MC，该控制单元被编程用于交替地闭合和打开两个开关SR、SB。两个开关SR、SB通常是开关晶体管。它们在该示例中已经集成在微控制器MC中。利用两个开关SR、SB，两个LED芯片R、B交替式地接通至供电电压VCC，用于发出光。分别与LED芯片R、B并联的欧姆电阻RTI被设置用于将在运行方式“光电二极管”中的相应的产生的光电流IB、IR转换成相应的光电压UB、UR。在此，两个电阻RTI的欧姆值比LED芯片R、B在正向方向上的内阻大多倍。在此，现在存在的光电压UB、UR可以特别简单地通过模数转换器来检测并且通过微控制器MC来分析。模数转换器也可以集成在微控制器MC中。
图10最后示出根据本发明的用于散射光烟雾报警器的烟雾探测单元的示例。该报警器具有双色发光二极管DL和在前向散射光布置中的光电接收器2，该光电接收器具有前置的透镜4。附图标记LY表示光学测量腔，其对于要探测的烟雾来说是可通过的并且相对于直射的环境光是屏蔽的。这通过测量腔LY的薄片6的合适的布置来实现。附图标记A表示发光二极管DL的光学轴线并且附图标记EA表示光电接收器2的光学接收轴线。两个轴线A、EA示例性地形成大约60°的前向散射光角。附图标记Z表示散射光中心。要探测的在该散射光区域或散射光空间Z中被发光二极管DL照亮的颗粒的散射光的一部分最后到达光电接收器2。为了避免直射光从发光二极管DL到达光电接收器2，附加地设置有光圈3、5。附图标记RO’和BL’表示发出的通过发光二极管DL的光圈3的光束。根据本发明，在发光二极管DL与光圈3之间可以安装反向散射体OB，或者在光圈上可以安装反射层F，使得发出的光束RO、BL的一部分又沿朝向发光二极管DL的方向反射。于是，该散射光S的一部分到达相应的未被驱控的LED芯片R、B。于是可以经由发光二极管DL的连接接触部1检测和分析在该LED芯片R、B处产生的光电压。
附图标记列表
1、10-13 连接接触部
2 光电传感器、光电二极管、硅PIN光电二极管
3 光圈、孔形光圈
4 光电接收器透镜
5 光电接收器光圈
6 薄片、光屏蔽元件
7 壳体、LED壳体、光电二极管壳体
8 LED芯片载体、载体、载体板
9 接合线
A 光学轴线、光学发送轴线
B 蓝LED芯片
BL 蓝光束
BL’ 通过的蓝光束
DL 双色发光二极管，DUAL-LED
EA 光学轴线、光学接收轴线
F 反射层、颜色层
GF 光学分界面
IR、IB 光电流
KL 边缘光
L 发光二极管、LED
LI 光学透镜
LY 光学测量腔、迷宫式装置
MC 控制单元、微控制器
OB 反向散射体
OK 光学耦合
PD 光电传感器芯片、光电二极管
R 红LED芯片
RO 红光束
RO’ 通过的红光束
RTI 电阻、阻抗变换器
S 反向散射光
SR、SB 能驱控的开关、晶体管
UR、UB 光电压
VCC 供电电压
Z 散射光中心、测量空间

Claims (18)

1.用于危险报警器的光学式烟雾探测单元，所述烟雾探测单元至少具有：
- 用于发出光的发光二极管（L），其中所述发光二极管（L）包括LED壳体（7），所述LED壳体具有布置在所述LED壳体中的LED芯片（R、B），以及包括与所述LED芯片（R、B）接触的、从所述LED壳体（7）中伸出的连接接触部（1），
- 用于烟雾探测的至少在光谱上对发出的光敏感的光电接收器（2），
- 与所述发光二极管（L）和所述光电接收器（2）连接的控制单元（MC），所述控制单元用于电驱控所述发光二极管以及用于相对于火灾特征值对由所述光电接收器（2）输出的传感器信号进行分析，
其特征在于，
- 所述发光二极管（L）具有在光谱上对发出的光敏感的、布置在所述LED壳体（7）中的光电传感器（PD），并且
- 所述控制单元（MC）被设立用于：在电驱控所述发光二极管（L）期间同时检测所述光电传感器（PD）的电特征值，以便由此推导出和输出所述发光二极管（L）的老化信息，并且/或者由此确定所述发光二极管（L）的光通量的减少并且通过改变地电驱控所述发光二极管（L）对所述减少进行修正。
2.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中危险报警器是烟雾报警器。
3.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中所述光电传感器（PD）是在光谱上对发出的光敏感的光电二极管。
4.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中所述光电传感器（PD）是在光谱上对发出的光敏感的PIN光电二极管。
5.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中所述光电传感器（PD）具有集成的电子测量放大电路。
6.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中所述发光二极管（L）具有两个类型相同的LED芯片（R、B），其中两个LED芯片（R、B）中的第一LED芯片被设置用于发出单色光，而另外的第二LED芯片（R、B）被设置用于作为光电传感器（PD）来运行，其中所述控制单元（MC）被设立用于：电驱控第一LED芯片（R、B）并且同时对流过第二LED芯片（R、B）的光电流（IR、IB）或由第二LED芯片（R、B）产生的光电压（UR、UB）进行检测，以便由此推导出和输出第一LED芯片（R、B）的老化信息，并且/或者确定第一LED芯片（R、B）的光通量的减少并且通过改变地电驱控所述第一LED芯片（R、B）对所述减少进行修正。
7.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中所述发光二极管（L）是双色发光二极管（DL），其中所述双色发光二极管（DL）具有用于发出在第一波长范围和与之不同的第二波长范围中的光的第一LED芯片（R、B）和第二LED芯片（R、B），其中所述控制单元（MC）被设立用于：电驱控LED芯片（R、B）之一并且将另外的LED芯片（R、B）接通为作为光电二极管（PD）的运行方式，并且其中所述控制单元（MC）被设立用于：检测流过另外的LED芯片（R、B）的光电流（IR、IB）或由另外的LED芯片（R、B）产生的光电压（UR、UB）来作为电特征值，以便由此推导出和输出相应的被驱控的LED芯片（R、B）的老化信息，并且/或者由此确定相应的被驱控的LED芯片（R、B）的光通量的减少并且通过改变地电驱控相应的被驱控的LED芯片（R、B）对所述减少进行修正。
8.根据权利要求6或7所述的烟雾探测单元，其中两个LED芯片（R、B）并排地布置在发光二极管（D、DL）的芯片载体（8）上，其中一个LED芯片（R、B）的边缘与另外的LED芯片（R、B）的边缘相对置，使得一个LED芯片（R、B）的在侧向发出的边缘光（KL）以光学方式在侧向耦合输入到另外的LED芯片（R、B）中。
9.根据权利要求1所述的烟雾探测单元，其中所述发光二极管（L）是双色发光二极管（DL），其中所述双色发光二极管（DL）具有用于发出在第一波长范围和与之不同的第二波长范围中的光的第一LED芯片（R、B）和第二LED芯片（R、B），其中所述光电传感器（PD）是在光谱上对发出的光敏感的光电二极管，并且其中所述控制单元（MC）被设立用于：以可选的方式电驱控LED芯片（R、B）之一并且同时检测流过光电二极管（PD）的光电流（IR、IB）或在所述光电二极管（PD）上产生的光电压（UR、UB）作为电特征值，以便由此推导出和输出相应的被驱控的LED芯片（R、B）的老化信息，并且/或者由此确定相应的被驱控的LED芯片（R、B）的光通量的减少并且通过改变地电驱控相应的被驱控的LED芯片（R、B）对所述减少进行修正。
10.根据权利要求9所述的烟雾探测单元，其中所述光电传感器（PD）是在光谱上对发出的光敏感的PIN光电二极管。
11.根据权利要求1-7和9-10中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述LED壳体（7）在其外侧上形成与环境空气的这样的光学分界面（GF），使得由LED芯片（R、B）发出的光的一部分被反射到所述光电传感器（PD）或者说到另外的LED芯片（R、B）。
12.根据权利要求1-7和9-10中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述LED壳体（7）由对于要发出的光来说透明的塑料制成，并且其中所述LED壳体（7）具有如下这样的光学特性和/或光学结构，使得从LED芯片（R、B）发出的光的一部分被反射到所述光电传感器（PD）或者说到另外的LED芯片（R、B）。
13.根据权利要求1-7和9-10中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述烟雾探测单元具有在光学上接在所述发光二极管（L、DL）后面的光圈（3）和/或在光学上后置的反向散射体（OB），使得发出的光的一部分又沿朝向所述发光二极管（L、DL）的方向被反射，以便因此照明相应的LED芯片（R、B）。
14.根据权利要求1-7和9-10中任一项所述的烟雾探测单元，其中LED芯片（R、B）中的至少一个被构造用于发出具有在665nm至1000nm范围内的波长的光和/或用于发出具有在350nm至500nm范围内的波长的光。
15.根据权利要求1-7和9-10中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述发光二极管（L、DL）具有带有3mm直径或5mm直径的标准塑料壳体，或者其中所述发光二极管（L、DL）是用于在电路载体上进行表面装配的SMD器件。
16.一种散射光烟雾报警器，所述散射光烟雾报警器具有报警器壳体和容纳在所述报警器壳体中的光学测量腔（LY），所述光学测量腔具有至少一个能够使要探测的烟雾穿过的开口，其中在所述测量腔（LY）中容纳有根据前述权利要求1至15中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述烟雾探测单元相对于环境光屏蔽，光电接收器（2）被布置成具有至少一个在前向和/或后向散射光布置中的发光二极管（L、DL），并且其中控制单元（MC）被设立用于：当由所述光电接收器（2）发出的传感器信号高于最小散射光水平时输出火灾警报。
17.一种敞开式散射光烟雾报警器，具有根据前述权利要求1至15中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述烟雾探测单元布置在所述敞开式散射光烟雾报警器的报警器壳体中，其中被设置用于探测散射光的探测空间位于报警器壳体之外，并且其中控制单元（MC）被设立用于：当由光电接收器（2）发出的传感器信号高于最小散射光水平时输出火灾警报。
18.一种消光烟雾报警器，所述消光烟雾报警器具有带有至少一个能够使要探测的烟雾穿过的开口的报警器壳体以及根据前述权利要求1至15中任一项所述的烟雾探测单元，其中所述烟雾探测单元布置在所述报警器壳体中并相对于环境光屏蔽，光电接收器（2）与用于探测直射光的发光二极管（L、DL）相对置地布置，并且其中控制单元（MC）被设立用于：当由所述光电接收器（2）发出的传感器信号低于用于最大允许的光衰减的比较值时输出火灾警报。
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