CN113418842A - 一种便于安装的双向光电烟雾传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便于安装的双向光电烟雾传感器，包括导气环、光电室，导气环安装在光电室下端面，导气环中间位置开设进流孔，光电室包括外壳、两个发射管、接收管，外壳内部为光电腔，光电腔下端连接进流孔、上端设置出流孔，第一发射管、接收管在光电腔侧壁上设置，第一发射管发射水平束状平行光。光电室还包括设置在外壳内部的透镜组，外壳在第一发射管所在的水平截面上设置两个隘口，透镜组至少包括一个短焦镜和两个长焦镜，第一发射管发射的光线先由短焦镜聚焦穿过隘口，再由长焦镜变为平行光束，再由长焦镜聚焦穿过另一个隘口射出，接收管位于发散后的平行光束的侧方。两个发射管发射不同波长光线。

Description

一种便于安装的双向光电烟雾传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体为一种便于安装的双向光电烟雾传感器。

背景技术

目前的烟雾报警器多使用光电检测原理，即，光电腔室内一个发射管发射一束光线，如果光路上没有任何遮挡，则被黑体吸收或者射出腔室，如果有烟尘颗粒的遮挡，则根据浓度不同，有对应强度的光被漫反射至一个接收管处被接收产生电信号。

现有技术都只是为该原理提供一个实体结构并寻求简便安装，但是，这种传统的烟雾传感器存在一些缺陷：

第一，烟雾的浓度在微小时检测不灵敏，因为需要有较大的进流孔，细小烟束进入腔室后，如果没有被光束照射到就流出，则在接收管处不产生信号；

第二，大浓度时基本不产生电信号变化，即烟尘浓度较高时，即使烟尘进一步增大，但传感器并不产生相应的信号变化，对于一些需要定量检测的场合不适用，只能用于火灾报警等定性检测场合；

第三，对于一些不怎么产生烟尘的火灾，烟雾检出率不高，较低浓度的高温烟气直接在烟雾传感器处进进出出，尚未达到烟雾检出阈值，只有等待火势进一步增大，烟气中烟尘含量提高才被检出，动作反应慢。

以上问题都限制了烟雾传感器的使用条件和使用场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于安装的双向光电烟雾传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种便于安装的双向光电烟雾传感器，包括导气环、光电室，导气环安装在光电室下端面，导气环中间位置开设进流孔，光电室包括外壳、第一发射管、接收管，外壳内部为光电腔，光电腔下端连接进流孔、上端设置出流孔，第一发射管、接收管在光电腔侧壁上设置，第一发射管发射水平束状平行光。烟雾在室内空间上升，到达导气环时，从中间位置的进流孔进入到光电腔内，第一发射管发出的水平束状光线在光路上触碰到烟雾颗粒造成反射、衍射等等，发散的光线汇聚在接收管上给出光电信号，信号大小与烟雾浓度相关，烟雾浓度越大，有越多的光线被发散，在接收管上获得更大的信号量，具体的对应关系可以通过出厂标定建立，气流再行上升从出流孔排出，方便新的气体进入。

进一步的，光电室还包括设置在外壳内部的透镜组，外壳在第一发射管所在的水平截面上设置两个隘口，透镜组至少包括一个短焦镜和两个长焦镜，第一发射管发射的光线先由短焦镜聚焦穿过隘口，再由长焦镜变为平行光束，再由长焦镜聚焦穿过另一个隘口射出，接收管位于发散后的平行光束的侧方。第一发射管的射出光线较细，但还是先行通过短焦镜聚焦穿过隘口，光线经过焦点后进行发散，只要长焦镜的焦点位置与短焦镜的焦点位置重合，那么，发散的光线又变成了平行光，只是此次的平行光较粗，较粗的平行光具有较大的光电识别范围，短焦与长焦是两个透镜焦距的相对大小，在设计与制造时自行选择具体焦距值，较粗的平行光被另一个长焦镜聚焦穿过隘口，只有这样确定光路上的光线才能从隘口出去，其余的反射光线只能在光电腔内不断反射并最终被侧方的接收管接收到，发射管射出的光线只要触碰到烟尘颗粒的，则被接收管接收的概率大大增加，很难从隘口跑出，光束加粗的光路，对于浓度检测的适应范围大大增加，在大浓度的烟尘下，仍然具有一定的信号-浓度线性度，本申请的浓度-信号对应范围要大于传统的烟雾传感器，在大浓度时，烟尘浓度升高，仍然可以获得一定的信号变化。

进一步的，光电室还包括第二发射管，透镜组由两个短焦镜和四个长焦镜组成，外壳内壁上设有两个折光面，折光面上反射的光线夹角为九十度，第二发射管和第一发射管光路结构对称，第一发射管发射的光线依次经过短焦镜、隘口、长焦镜、折光面、长焦镜、长焦镜、折光面、长焦镜、隘口、止于第二发射管，光路中间位置的两个长焦镜相靠近侧焦点位置重合，第一发射管发射绿光或黄光，第二发射管发射近红外光。两个发射管分别发射不同波长的光，用于对检测的灰尘进行颗粒度的区分，以及针对大小颗粒度的烟灰进行更准确的浓度测量，两路光线对称布置，使用时交替切换，绿黄光波长较短，约0.49～0.6微米，基本小于所有的烟尘粒度，所以，在光线撞击到烟尘上后，只发生反射，单个灰尘的单次反射被接收管信号收集，只有一次信号，波长较小，所以，绕流性不足，只要发生遮挡，则全部反射，而近红外光波长约0.75～2微米，光波长与路径上烟尘粒径相近时，容易发生衍射和绕流，所以，如果是PM2.5级别的烟尘，则近红外光的光电信号为大量的衍射光，部分光发生绕流而还是沿光路前进不被接收管所检测，接收管检测获得的大量衍射光则存在杂乱的相位，更大的颗粒物，情况则是近红外光反射作用显著，检测效果明显，而绿黄光可能发生穿透作用被大颗粒所吸收掉一部分的能量，用来反射而产生光电信号的能量减弱，所以，本申请使用的两个发射管分别发射波长不同的光线，可以针对不同粒度的烟尘进行针对性的检测。

进一步的，传感器还包括导流锥，导流锥设置在进流孔上升通道处，导流锥为纺锤形，导流锥包括从下往上依次设置的分流面、竖直面和汇流面，分流面锥度大于汇流面锥度，竖直面直径大于等于进流孔直径，导流锥位于两个长焦镜重合焦点的正下方，导气环下表面设置倾斜的导入斜面。导流锥用于细微气流的汇集与导向，当一小束烟尘上升时，从导入斜面汇集到进流孔，然后上升到分流面，此后，这一束烟尘会紧贴导流锥表面上升，由于汇流面处锥度较小，所以，烟尘束不会脱离导流锥表面，最终在导流锥上端脱离然后上升到两个长焦镜焦点位置，导流锥用于将烟尘较少时，将烟尘束汇集往光路的中间焦点位置，光线在此位置聚集，所以，对于烟尘的检测灵敏度很高，只要有一小束烟尘，即可以被检测感知，提升在烟尘初期的检测效果，提升本申请在小浓度、烟束上升初始的检测灵敏度，扩大检测范围。进一步的，进流孔需要较大，以便大量烟尘产生时，允许较大流量的气体通过，烟尘较多、气流速度较快时，烟尘在导流锥上的贴附作用减弱，但此时已经不需要高灵敏的特性了，需要增加的是大浓度烟尘的检测准确性和范围，即，烟尘只要从进流孔上升到较粗光束的路径上即可。

进一步的，导气环在上部设置反光面，反光面为下凹弧形面，反光面下端与导入斜面的上端在相连接处的截面夹角为锐角。锐角可以确保烟束在导入斜面的顶部位于与导气环壁面分离，而不是贴附着导气环的壁面进行上升，确保气流顺着导流锥进行上升，导流锥在汇流面处的折角为较大的钝角，所以烟束不容易与壁面分离。

进一步的，光电腔内壁和反光面表面上涂覆反光层。通过反光层进行充分的光线反射，最终使其到达接收管。

进一步的，出流孔的孔径小于进流孔孔径。进口大而出口小，可以起到压缩作用，有些明火产生的烟尘量较小，但是，火势较大时，热量会较为显著，所以，上升气流的动力较足，一束低浓度的烟尘气流上升，上升速度较快，可以低阻力的通过进流孔，而通过出流孔时阻力较大，从而在光电室内形成一定的压力升高，低浓度在光电室内被压缩，气体能够压缩，而烟尘无法压缩，所以，浓度会略微提高，提高烟尘检出率，本效果适用于烟尘浓度较小，起火位置烟尘不多的情况。

进一步的，导气环下端设置防尘罩，防尘罩上开设通孔。通孔过流，防尘罩隔档较大的烟屑。

进一步的，光电室上表面设置底脚板。底脚板为烟雾传感器在天花板上的安装提供便利。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过两个发射管发射波长不等的光线，针对性对大颗粒与小颗粒进行检测，短焦镜与长焦镜的组合使用，可以收窄光线射入与射出光电腔的位置，让烟尘所上升通过的空间内被反射、衍射偏离路径的光线可以大比例的聚集往接收管，长焦镜发散光束，为较大的区域内气体进行照射，较大区域的烟尘浓度都可以被反应出来，改善高浓度烟尘的传感器检测信号质量，在进流孔中心线正上方聚焦的光线，可以对细烟束进行检测，提升灵敏度，进流孔大而出流孔小，则可以提高高热量、低浓度烟束的烟雾检出率，防止明火进一步发展。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的外形安装示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是图2中的视图A-A；

图4是图3中的视图B；

图5是本发明导流锥的作用原理图；

图6是图5中的视图D；

图7是本发明与传统烟雾传感器的信号H-浓度C响应曲线对比图。

图中：1-防尘罩、2-导气环、21-导入斜面、22-反光面、23-支架、29-进流孔、3-光电室、31-外壳、311-隘口、312-折光面、32-第一发射管、33-第二发射管、34-接收管、35-透镜组、351-短焦镜、352-长焦镜、39-出流孔、4-底脚板、5-导流锥、51-分流面、52-竖直面、53-汇流面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，一种便于安装的双向光电烟雾传感器，包括导气环2、光电室3，导气环2安装在光电室3下端面，导气环2中间位置开设进流孔29，光电室3包括外壳31、第一发射管32、接收管34，外壳31内部为光电腔，光电腔下端连接进流孔29、上端设置出流孔39，第一发射管32、接收管34在光电腔侧壁上设置，第一发射管32发射水平束状平行光。如图1所示，烟雾在室内空间上升，到达导气环2时，从中间位置的进流孔29进入到光电腔内，第一发射管32发出的水平束状光线在光路上触碰到烟雾颗粒造成反射、衍射等等，发散的光线汇聚在接收管34上给出光电信号，信号大小与烟雾浓度相关，烟雾浓度越大，有越多的光线被发散，在接收管34上获得更大的信号量，具体的对应关系可以通过出厂标定建立，气流再行上升从出流孔29排出，方便新的气体进入。

光电室3还包括设置在外壳31内部的透镜组35，外壳31在第一发射管32所在的水平截面上设置两个隘口311，透镜组35至少包括一个短焦镜351和两个长焦镜352，第一发射管32发射的光线先由短焦镜351聚焦穿过隘口311，再由长焦镜352变为平行光束，再由长焦镜352聚焦穿过另一个隘口311射出，接收管34位于发散后的平行光束的侧方。如图3、4所示，第一发射管32的射出光线较细，但还是先行通过短焦镜351聚焦穿过隘口311，光线经过焦点后进行发散，只要长焦镜352的焦点位置与短焦镜351的焦点位置重合，那么，发散的光线又变成了平行光，只是此次的平行光较粗，较粗的平行光具有较大的光电识别范围，短焦与长焦是两个透镜焦距的相对大小，在设计与制造时自行选择具体焦距值，较粗的平行光被另一个长焦镜352聚焦穿过隘口311，只有这样确定光路上的光线才能从隘口出去，其余的反射光线只能在光电腔内不断反射并最终被侧方的接收管34接收到，发射管射出的光线只要触碰到烟尘颗粒的，则被接收管34接收的概率大大增加，很难从隘口311跑出，光束加粗的光路，对于浓度检测的适应范围大大增加，在大浓度的烟尘下，仍然具有一定的信号-浓度线性度，如图7所示，本申请的浓度-信号对应范围要大于传统的烟雾传感器，在大浓度时，烟尘浓度升高，仍然可以获得一定的信号变化。

光电室3还包括第二发射管33，透镜组35由两个短焦镜351和四个长焦镜352组成，外壳31内壁上设有两个折光面312，折光面312上反射的光线夹角为九十度，第二发射管33和第一发射管32光路结构对称，第一发射管32发射的光线依次经过短焦镜351、隘口3111、长焦镜352、折光面312、长焦镜352、长焦镜352、折光面312、长焦镜352、隘口311、止于第二发射管33，光路中间位置的两个长焦镜352相靠近侧焦点位置重合，第一发射管32发射绿光或黄光，第二发射管33发射近红外光。如图3所示，两个发射管分别发射不同波长的光，用于对检测的灰尘进行颗粒度的区分，以及针对大小颗粒度的烟灰进行更准确的浓度测量，两路光线对称布置，使用时交替切换，绿黄光波长较短，约0.49～0.6微米，基本小于所有的烟尘粒度，所以，在光线撞击到烟尘上后，只发生反射，单个灰尘的单次反射被接收管34信号收集，只有一次信号，波长较小，所以，绕流性不足，只要发生遮挡，则全部反射，而近红外光波长约0.75～2微米，光波长与路径上烟尘粒径相近时，容易发生衍射和绕流，所以，如果是PM2.5级别的烟尘，则近红外光的光电信号为大量的衍射光，部分光发生绕流而还是沿光路前进不被接收管34所检测，接收管34检测获得的大量衍射光则存在杂乱的相位，更大的颗粒物，情况则是近红外光反射作用显著，检测效果明显，而绿黄光可能发生穿透作用被大颗粒所吸收掉一部分的能量，用来反射而产生光电信号的能量减弱，所以，本申请使用的两个发射管分别发射波长不同的光线，可以针对不同粒度的烟尘进行针对性的检测。

传感器还包括导流锥5，导流锥5设置在进流孔29上升通道处，导流锥5为纺锤形，导流锥5包括从下往上依次设置的分流面51、竖直面52和汇流面53，分流面51锥度大于汇流面53锥度，竖直面52直径大于等于进流孔29直径，导流锥5位于两个长焦镜352重合焦点的正下方，导气环2下表面设置倾斜的导入斜面21。如图5、6所示，导流锥5用于细微气流的汇集与导向，当一小束烟尘上升时，从导入斜面21汇集到进流孔29，然后上升到分流面51，此后，这一束烟尘会紧贴导流锥5表面上升，由于汇流面53处锥度较小，所以，烟尘束不会脱离导流锥5表面，最终在导流锥5上端脱离然后上升到两个长焦镜352焦点位置，导流锥5用于将烟尘较少时，将烟尘束汇集往光路的中间焦点位置，光线在此位置聚集，所以，对于烟尘的检测灵敏度很高，只要有一小束烟尘，即可以被检测感知，提升在烟尘初期的检测效果，如图7所示，提升本申请在小浓度、烟束上升初始的检测灵敏度，扩大检测范围，最终检测范围△C2，而传统的烟雾检测浓度范围则是△C1。进一步的，进流孔29需要较大，以便大量烟尘产生时，允许较大流量的气体通过，烟尘较多、气流速度较快时，烟尘在导流锥5上的贴附作用减弱，但此时已经不需要高灵敏的特性了，需要增加的是大浓度烟尘的检测准确性和范围，即，烟尘只要从进流孔29上升到较粗光束的路径上即可。

导气环2在上部设置反光面22，反光面22为下凹弧形面，反光面22下端与导入斜面21的上端在相连接处的截面夹角为锐角。如图6所示，锐角即为图中的角度a，锐角可以确保烟束在导入斜面21的顶部位于与导气环2壁面分离，而不是贴附着导气环2的壁面进行上升，确保气流顺着导流锥5进行上升，导流锥5在汇流面53处的折角为较大的钝角，所以烟束不容易与壁面分离。

光电腔内壁和反光面22表面上涂覆反光层。通过反光层进行充分的光线反射，最终使其到达接收管34。

出流孔39的孔径小于进流孔29孔径。进口大而出口小，可以起到压缩作用，有些明火产生的烟尘量较小，但是，火势较大时，热量会较为显著，所以，上升气流的动力较足，一束低浓度的烟尘气流上升，上升速度较快，可以低阻力的通过进流孔29，而通过出流孔39时阻力较大，从而在光电室内形成一定的压力升高，低浓度在光电室内被压缩，气体能够压缩，而烟尘无法压缩，所以，浓度会略微提高，提高烟尘检出率，本效果适用于烟尘浓度较小，起火位置烟尘不多的情况。

导气环2下端设置防尘罩1，防尘罩1上开设通孔。通孔过流，防尘罩1隔档较大的烟屑。

光电室3上表面设置底脚板4。底脚板4为烟雾传感器在天花板上的安装提供便利。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述传感器包括导气环(2)、光电室(3)，所述导气环(2)安装在光电室(3)下端面，导气环(2)中间位置开设进流孔(29)，所述光电室(3)包括外壳(31)、第一发射管(32)、接收管(34)，所述外壳(31)内部为光电腔，所述光电腔下端连接进流孔(29)、上端设置出流孔(39)，所述第一发射管(32)、接收管(34)在光电腔侧壁上设置，第一发射管(32)发射水平束状平行光。

2.根据权利要求1所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述光电室(3)还包括设置在外壳(31)内部的透镜组(35)，所述外壳(31)在第一发射管(32)所在的水平截面上设置两个隘口(311)，所述透镜组(35)至少包括一个短焦镜(351)和两个长焦镜(352)，所述第一发射管(32)发射的光线先由短焦镜(351)聚焦穿过隘口(311)，再由长焦镜(352)变为平行光束，再由长焦镜(352)聚焦穿过另一个隘口(311)射出，所述接收管(34)位于发散后的平行光束的侧方。

3.根据权利要求2所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述光电室(3)还包括第二发射管(33)，所述透镜组(35)由两个短焦镜(351)和四个长焦镜(352)组成，所述外壳(31)内壁上设有两个折光面(312)，所述折光面(312)上反射的光线夹角为九十度，所述第二发射管(33)和第一发射管(32)光路结构对称，第一发射管(32)发射的光线依次经过短焦镜(351)、隘口(3111)、长焦镜(352)、折光面(312)、长焦镜(352)、长焦镜(352)、折光面(312)、长焦镜(352)、隘口(311)、止于第二发射管(33)，光路中间位置的两个长焦镜(352)相靠近侧焦点位置重合，所述第一发射管(32)发射绿光或黄光，所述第二发射管(33)发射近红外光。

4.根据权利要求3所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述传感器还包括导流锥(5)，所述导流锥(5)设置在进流孔(29)上升通道处，所述导流锥(5)为纺锤形，导流锥(5)包括从下往上依次设置的分流面(51)、竖直面(52)和汇流面(53)，所述分流面(51)锥度大于汇流面(53)锥度，所述竖直面(52)直径大于等于进流孔(29)直径，所述导流锥(5)位于两个长焦镜(352)重合焦点的正下方，所述导气环(2)下表面设置倾斜的导入斜面(21)。

5.根据权利要求4所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述导气环(2)在上部设置反光面(22)，所述反光面(22)为下凹弧形面，所述反光面(22)下端与导入斜面(21)的上端在相连接处的截面夹角为锐角。

6.根据权利要求5所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述光电腔内壁和反光面(22)表面上涂覆反光层。

7.根据权利要求4所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述出流孔(39)的孔径小于进流孔(29)孔径。

8.根据权利要求1所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述导气环(2)下端设置防尘罩(1)，所述防尘罩(1)上开设通孔。

9.根据权利要求1所述的一种便于安装的双向光电烟雾传感器，其特征在于：所述光电室(3)上表面设置底脚板(4)。

Images