DE19781742C5

DE19781742C5 - Nachweis von Schmutzstoffen in der Luft

Info

Publication number: DE19781742C5
Application number: DE19781742.4A
Authority: DE
Inventors: Ronald Knox; Christopher T. Ryan
Original assignee: Xtralis Technologies Ltd Bahamas
Current assignee: Garrett Thermal Systems Ltd
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2017-05-03
Also published as: DE19781742B4; WO1997042485A1; JP2000509503A; TW363178B; GB2326711B; JP2007286067A; GB9822923D0; DE19781742T1; AU717038B2; JP4802310B2; AUPN965896A0; US6184537B1; GB2326711A; AU2375597A

Abstract

Rauchmelder, umfassend eine Detektorkammer, einen Einlaß zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer, Einrichtungen für die Erzeugung eines Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor, der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb einer Zone der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms in der Zone anspricht, einen Lichtabsorber an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorbtion des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, eine erste Kollimatorscheibe zum Kollimieren des Strahls und eine zweite Kollimatorscheibe hinter der ersten Kollimatorscheibe, wobei die zweite Kollimatorscheibe eine Öffnung mit einer solchen Größe aufweist, dass der durch die erste Kollimatorscheibe kollimierte Strahl durch die Öffnung in der Kollimatorscheibe tritt, ohne den Rand der Öffnung zu berühren, wobei die Öffnung der zweiten Kollimatorscheibe größer als die Öffnung der ersten Kollimatorscheibe ist und die zweite Kollimatorscheibe dazu dient, Lichtschimmer abzufangen, die vom Rand der ersten Kollimatorscheibe stammen, und dadurch Störlicht in der Zone, in der der Nachweis der Lichtstreuung stattfindet, zu reduzieren und der Rauchmelder noch eine weitere Kollimatorscheibe umfasst, die sich hinter der zweiten Kollimatorscheibe befindet und eine Öffnung hat, die größer ist als die Öffnung der zweiten Kollimatorscheibe, so dass der durch die Öffnung in der zweiten Kollimatorscheibe hindurch tretende Strahl auch durch die Öffnung in der weiteren ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Nachweis von Schmutzstoffen in der Luft. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Detektor für Rauch und andere in der Luft befindliche Schmutzstoffe, wie sie im Falle eines Brandes oder unter Umständen, die zu einem Brand führen können, erzeugt werden können.
Brandschutz- und Brandlöschsysteme, die durch Nachweis der Gegenwart von Rauch und anderen in der Luft befindlichen Schmutzstoffen arbeiten, sind wohlbekannt. Wenn Rauch oberhalb eines Schwellenwerts nachgewiesen wird, kann ein Alarm aktiviert werden, und der Betrieb eines Brandlöschsystems kann eingeleitet werden. Während das Feuer selbst Schäden verursacht, können beträchtliche Schäden auch durch den Betrieb des Brandlöschsystems verursacht werden, und das anschließende Entfernen des Löschmittels kann sehr gefährlich sein. Viele herkömmliche Löschmittel, wie Halon, gefährden außerdem die Ozonschicht, so daß ihre Verwendung im Hinblick auf die Umwelt unerwünscht ist. Ein Meldesystem, das ausreichend empfindlich ist, um einen anormalen Zustand nachzuweisen, bevor ein Brand ausbricht, ist sehr vorteilhaft, da es das Ergreifen von Maßnahmen in einem sehr frühen Stadium ermöglicht, bevor der Brand tatsächlich ausbricht. Zum Beispiel entstehen bei den meisten Substanzen, wenn sie erhitzt werden, Emissionen, schon bevor sie so heiß geworden sind, daß sie zu brennen beginnen, und wenn diese Emissionen mit einem sehr empfindlichen System nachgewiesen werden können, kann es eine Warnung in diesem sehr frühen Stadium erlauben, das Problem zu erkennen und zu beheben, oder die Geräte können abgeschaltet werden, bevor der Brand tatsächlich ausbricht.
Es ist außerdem wünschenswert, daß das Meldesystem einen breiten Dynamikbereich des Betriebs hat, so daß es nicht nur bei geringen Mengen von Rauch und anderen in der Luft befindlichen Schmutzstoffen, wie sie vor dem tatsächlichen Ausbruch eines Brandes erzeugt werden können, wirksam ist, sondern auch einen Bereich von größeren Schwellenwerten von Rauch und anderen Schmutzstoffen nachzuweisen vermag. Große Rauchmengen weisen auf eine größere Wahrscheinlichkeit eines Brandes hin, und die höheren Schwellenwerte können einen Alarm auslösen, um die Klimaanlage herunterzufahren, die Brandschutztüren zu schließen, einen Brandlöschdienst zu alarmieren und schließlich ein Löschsystem auszulösen, wenn die Rauchmengen ausreichend hoch werden.
Es sind Meldesysteme bekannt, die ein Sammelrohr-Netzwerk beinhalten, das aus einem oder mehreren Sammelrohren besteht, in denen an Positionen, wo Rauch oder einem Brand vorausgehende Emissionen aufgenommen werden können, Sammellöcher installiert sind. Mit Hilfe eines Sauggebläses oder Ventilators wird Luft durch die Sammellöcher und durch das Rohr eingesaugt und an einer entfernten Stelle durch einen Detektor geleitet.
Es gibt mehrere verschiedene Typen von Rauchmeldern, die als Detektor in einem System wie dem oben skizzierten verwendet werden können. Eine besonders gut geeignete Detektorform für die Verwendung in einem solchen System ist jedoch ein optischer Streuungsdetektor, der bei vertretbaren Kosten eine gute Empfindlichkeit zu bieten vermag. Optische Streuungsdetektoren arbeiten nach dem Prinzip, daß Rauchteilchen oder andere in der Luft befindliche Schmutzstoffe geringer Größe beim Einleiten in eine Detektorkammer, die einen Lichtstrahl hoher Intensität aufweist, eine Lichtstreuung verursachen. Das gestreute Licht wird von einem Streulichtdetektor registriert. Je größer die Menge der Rauchteilchen innerhalb der in die Detektorkammer eingeleiteten Probe, desto größer wird das Ausmaß der Lichtstreuung sein. Der Streuungsdetektor weist die Menge des gestreuten Lichts nach und ist daher in der Lage, ein Ausgabesignal zu erzeugen, das die Menge der Rauchteilchen oder der anderen Schmutzteilchen innerhalb des Meßstroms anzeigt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rauchmelder des Typs mit optischer Streuung bereitzustellen, der eine verbesserte Empfindlichkeit gegenüber der Gegenwart kleiner Mengen Rauch und anderer Schmutzstoffe und insbesondere gegenüber der Gegenwart relativ kleiner Mengen solcher Schmutzstoffe, wie sie vor dem Ausbrechen des eigentlichen Brandes erzeugt werden können, aufweist.
Ein wesentlicher Faktor, der die Empfindlichkeit eines Detektors des Typs mit optischer Streuung beeinflußt, ist die Intensität des Hintergrundlichts innerhalb der Detektorkammer. Insbesondere wenn eine sehr geringe Lichtstreuung nachgewiesen werden soll, wie es der Fall ist, wenn sich sehr kleine Mengen Rauch oder anderer Schmutzteilchen in dem Meßluftstrom durch die Kammer befinden, muß die Intensität des Hintergrundlichts sehr niedrig sein. Zwar können verschiedene elektronische Techniken verwendet werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis des Ausgabesignals aus dem Detektor zu verbessern; jedoch sind diese Techniken alle durch die Intensität des Hintergrundlichts innerhalb des Detektors beschränkt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verschiedene Aspekte des Detailaufbaus eines Detektors, der nach dem Prinzip der optischen Streuung arbeitet, um die Intensität des Hintergrundlichts innerhalb des Detektors zu reduzieren und dadurch die Empfindlichkeit des Detektors und das Signal-Rausch-Verhältnis der Ausgabe zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rauchmelder bereitgestellt, umfassend eine Detektorkammer, einen Einlaß zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer, Einrichtungen für die Erzeugung eines Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor, der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb einer Zone der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms in der Zone anspricht, einen Lichtabsorber an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorption des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, eine erste Kollimatoreinrichtung zum Kollimieren des Strahls und eine zweite Kollimatoreinrichtung hinter der ersten Kollimatoreinrichtung, wobei die zweite Kollimatoreinrichtung eine Kollimatorscheibe umfaßt, die eine Öffnung mit einer solchen Größe aufweist, daß der durch die erste Kollimatoreinrichtung kollimierte Strahl durch die Öffnung in der Scheibe tritt, ohne den Rand der Öffnung zu berühren, wobei die Scheibe dazu dient, Lichtschimmer abzufangen, die von der ersten Kollimatoreinrichtung stammen, und dadurch Störlicht in der Zone, in der der Nachweis der Lichtstreuung stattfindet, zu reduzieren, wobei sich diese Zone hinter der zweiten Kollimatoreinrichtung befindet.
Erfindungsgemäß umfaßt die erste Kollimatoreinrichtung eine Kollimatorscheibe (eine erste Kollimatorscheibe), deren Öffnung kleiner ist als die Öffnung der Scheibe der zweiten Kollimatoreinrichtung (der zweiten Kollimatorscheibe).
Die zweite Scheibe dient dazu Lichtschimmer abzufangen, die vom Rand der Öffnung der ersten Scheibe stammen.
Vorteilhafterweise befindet sich eine dritte Kollimatorscheibe hinter der zweiten Scheibe und weist eine Öffnung mit einer solchen Größe auf, daß der durch die Öffnung in der zweiten Scheibe kollimierte Strahl auch durch die Öffnung in der dritten Scheibe tritt, ohne den Rand der Öffnung zu berühren, wobei die dritte Scheibe dazu dient, wenigstens den allergrößten Teil der Lichtschimmer abzufangen, die vielleicht bis hinter die zweite Scheibe gelangen könnten, um dadurch zu verhindern, daß solche Lichtschimmer die Zone erreichen, in der der Nachweis der Lichtstreuung stattfindet.
Vorteilhafterweise befinden sich die erste und die zweite Scheibe so nahe wie möglich an der Lichtquelle, und die dritte Scheibe wird so nahe wie möglich an die Nachweiszone gebracht, zum Beispiel dicht neben dem Einlaß für die zu messende Luft.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Rauchmelder bereitgestellt, umfassend eine Detektorkammer, einen Einlaß zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer, Einrichtungen für die Erzeugung eines Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor, der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms anspricht, sowie einen Lichtabsorber an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorption des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, wobei der Detektor weiterhin in Verbindung mit der Lichtquelle eine Reihe von Kollimatorscheiben umfaßt, deren Öffnungen von Scheibe zu Scheibe immer größer werden, um zu verhindern, daß Lichtschimmer in die Zone der Kammer eindringen, in der der Nachweis als Ergebnis der Gegenwart von Streulicht stattfindet, das durch die Gegenwart von Rauchteilchen induziert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Rauchmelder bereitgestellt, umfassend eine Detektorkammer, einen Einlaß zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer, Einrichtungen für die Erzeugung eines Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor, der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms anspricht, sowie einen Lichtabsorber an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorption des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, wobei der Lichtabsorber ein Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung, durch die der Strahl in das Gehäuse eintritt, und mit einer inneren Grenzfläche, deren Achse mit der Achse des Strahls zusammenfällt, umfaßt, wobei das Gehäuse eine Auffangfläche aufweist, die so arbeitet, daß sie den eintretenden Strahl zur Grenzfläche des Gehäuses ablenkt, damit er innerhalb des Gehäuses absorbiert und reflektiert wird, wobei die Auffangfläche durch einen Teil der Oberfläche eines Kegels definiert ist, dessen Spitze auf die Eintrittsöffnung gerichtet ist, wobei die Achse des Kegels gegenüber der Achse des Strahls geneigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung fällt der Mittelpunkt der Grundfläche des Kegels im wesentlichen mit der Achse des Strahls zusammen, so daß der Kegel nicht die Form eines geraden Kreiskegels hat. Vorzugsweise hat die Grenzfläche des Gehäuses die Form eines doppelten Kegelstumpfs, deren Durchmesser in einer Richtung von der Eintrittsöffnung weg zunächst zunimmt und dann wieder abnimmt, wobei die Achse der Fläche in Form eines doppelten Kegelstumpfs im wesentlichen mit der Achse des Strahls zusammenfällt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Kollimatorscheibenanordnung und einen Lichtabsorber, wie er oben definiert ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematischer Querschnitt durch die Detektorkammer einer bevorzugten Ausführungsform eines Rauchmelders gemäß der Erfindung;
2 zeigt schematisch und in übertriebener Form die Anordnung von Kollimatorscheiben innerhalb des Detektors;
3 ist ein axialer Querschnitt, der schematisch einen Lichtabsorber des Detektors zeigt; und
4 ist eine schematische Draufsicht auf den Absorber, von vorne gesehen.
Wie in 1 gezeigt, umfaßt ein Rauchmelder 2 des Typs mit optischer Streuung eine Detektorkammer 4 in Röhrenform, der an einem Ende eine Lichtquelle 6 und eine Linse 8 aufweist, um in der Kammer axial einen fokussierten Lichtstrahl 10 zu erzeugen. Die Lichtquelle 6 kann entweder eine Breitbandquelle oder eine Schmalbandquelle sein. Beispiele für Breitbandquellen sind Glühlampen, Bogenlampen und Xenonblitzlampen. Beispiele für Schmalband-Lichtquellen sind gefiltertes Breitbandlicht, LEDs und Laser. Die Lichtquelle 6 im Detektor der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Laser, obwohl alternativ auch andere Formen von Lichtquellen verwendet werden können. Der Lichtstrahl 10 wird in einen Lichtabsorber 12 am anderen Ende der Kammer 4 gerichtet. Der Lichtstrahl, der in den Absorber 12 eintritt, wird innerhalb des Absorbers mehrfach reflektiert und absorbiert, so daß er nicht wieder in die Kammer 4 eintritt. Ein Einlaß 14 und ein Auslaß 16 für den zu messenden Luftstrom sind vorhanden, so daß der Luftstrom schräg durch die Kammer 4 und an einer Stelle direkt neben dem Lichtabsorber 12 durch den Weg des Strahls 10 geleitet wird. Ein Photodetektor 18 zur Aufnahme von Streulicht ist innerhalb eines Gehäuses 20 neben dem Absorber 12 montiert, wobei das Gehäuse 20 eine Eingangsöffnung 22 hat. Eine Gruppe von Kollimatorscheiben 24, 26, 28 ist vorhanden, um aus der Hauptachse heraustretendes Störlicht zu reduzieren.
Es ist anzumerken, daß auch mehr als ein Photodetektor eingebaut sein kann, um Streulicht aufzunehmen. Die jeweiligen Detektoren können sich an verschiedenen Stellen innerhalb der Kammer 4 befinden und/oder von verschiedenem Typ sein.
Die Reduktion der Intensität des Hintergrundlichts und damit die verbesserte Empfindlichkeit des Detektors der bevorzugten Ausführungsform wird als Ergebnis der Konfiguration der Kollimatorscheiben und der Gestaltung des Lichtabsorbers erzielt, wie im folgenden beschrieben wird.
Eine Kollimatoranordnung, die eine Reihe von mehreren Scheiben in gleichmäßigem Abstand und mit Öffnungen identischer Größe umfaßt, führt zwar zu einer Entfernung von aus der Achse heraustretendem Störlicht, aber Licht, das den Rand der Öffnung in der letzten Scheibe der Reihe berührt, führt zu Lichtschimmern hinter dieser Scheibe, was wiederum zu einer Erhöhung der Intensität des Hintergrundlichts führt. Eine solche Anordnung schränkt daher das Verhältnis von Licht auf der Achse zu Licht außerhalb der Achse ein und setzt der Intensität, bis zu der das Hintergrundlicht abfallen kann, eine Grenze. In der Kollimatoranordnung der bevorzugten Ausführungsform haben die drei Kollimatorscheiben 24, 26, 28 Öffnungen unterschiedlicher Größe, wobei die Öffnung der zweiten Scheibe 26 größer ist als die der Scheibe 24 und die Öffnung der dritten Scheibe 28 größer ist als die der Scheibe 26. Die erste und die zweite Scheibe 24, 26 befinden sich relativ nahe beieinander und direkt hinter der Lichtquelle 6, und die dritte Scheibe 28 befindet sich in einem wesentlichen Abstand von der ersten und der zweiten Scheibe 24, 26.
Die Scheiben 24, 26, 28 und die Art, wie sie mit dem Lichtstrahl 10 zusammenwirken, sind in übertriebener schematischer Form in 2 gezeigt. Bei dieser Anordnung übt die erste Scheibe 24 die primäre kollimierende Wirkung auf den Lichtstrahl 10 aus. Die zweite Scheibe 26 hat eine Öffnung mit einer solchen Größe, daß der kollimierte Lichtstrahl 10 durch die Öffnung treten kann, ohne den Rand der Öffnung zu berühren, und infolgedessen entstehen keine Schimmer als Folge des Durchtritts des Lichtstrahls durch die Öffnung der zweiten Scheibe 26. Die Funktion der zweiten Scheibe 26 besteht darin, die Schimmer abzufangen, die am Rand der Öffnung in der ersten Scheibe 24 entstehen. Die Öffnung in der dritten Scheibe 28 ist größer als die in der zweiten Scheibe 26, so daß der Lichtstrahl 10 durch die dritte Scheibe 28 tritt, ohne den Rand der Öffnung zu berühren und dementsprechend auch ohne weitere Schimmer zu verursachen. Obwohl die zweite Scheibe 26 den weitaus größten Teil der Schimmer von der ersten Scheibe 24 abfängt, besteht die Möglichkeit, daß einige Schimmer durch die Öffnung in der zweiten Scheibe 26 treten oder vom Rand der Öffnung in der zweiten Scheibe 26 zur dritten Scheibe 28 reflektiert werden. Die dritte Scheibe 28 dient also dazu, Schimmer abzufangen, die durch die zweite Scheibe hindurchgelangen, oder wenigstens den allergrößten Teil solcher Schimmer. Für eine maximale Effektivität befindet sich die dritte Scheibe 28 so weit wie möglich von der Lichtquelle entfernt, und dies bedeutet in der Praxis, daß sie sich so nahe wie möglich am Einlaß 14 für die zu messende Luft in die Kammer 4 befindet, so daß die Wahrscheinlichkeit äußerst gering ist, daß Schimmer bis hinter die dritte Scheibe 28 in den kritischen Teil der Kammer 4 gelangen, in dem die Lichtstreuung als Ergebnis von Teilchen innerhalb des zu messenden Stroms nachgewiesen werden. Dies führt zu einer erheblichen Reduktion der Intensität des Hintergrundlichts infolge von Störlicht und erlaubt damit eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses.
In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung, bei der die Lichtquelle 6 eine Laserdiode ist, die zusammen mit einer Linse 8 verwendet wird, ergibt dies einen kollimierten Strahl, wobei jedoch die Intensität des aus der Achse heraustretenden Störlichts 10⁵ mal so hoch ist wie gewünscht. Die drei Kollimatorscheiben 24, 26, 28 werden verwendet, um dieses aus der Achse heraustretende Störlicht zu reduzieren. In dieser praktischen Ausführungsform hat die Öffnung in der ersten Scheibe 24 einen Durchmesser von 3,5 mm, die Öffnung in der zweiten Scheibe 26 hat einen Durchmesser von 4,0 mm, und die Öffnung in der dritten Scheibe 28 hat einen Durchmesser von 4,5 mm.
In der beschriebenen Ausführungsform sorgen zwar die Linse 8 und eine einzige erste Scheibe 24 für die primäre Kollimation des Strahls, wobei die zweite und die dritte Scheibe 26, 28 dazu dienen, Störlicht und Schimmer abzufangen, die von der ersten Scheibe 24 stammen, doch kann in alternativen Anordnungen die primäre Kollimation auch durch eine Linse und/oder eine erste Reihe von Scheiben mit Öffnungen identischer Größe erreicht werden, auf die eine zweite und dritte Scheibe folgen, wie sie hier beschrieben sind.
Der Lichtabsorber 12 an dem von der Lichtquelle entfernten Ende der Kammer 4 wird verwendet, um den Lichtstrahl 10 nach dem Durchtritt durch den zu messenden Luftstrom zu absorbieren. Dies ist notwendig, da der Strahl 10 ansonsten reflektiert würde, so daß eine Intensität des Hintergrundlichts entstünde, die die von den Rauchteilchen innerhalb der Probe erzeugte relativ geringe Streulichtintensität überstrahlen würde. Der Lichtabsorber 12 umfaßt ein Gehäuse 38 mit einer Eintrittsöffnung 40, durch die der Strahl 10 in das Gehäuse 38 eintritt. Die Innenfläche des Gehäuses 38 ist vorzugsweise durch ein glatt poliertes schwarzes Material definiert, um eine maximale Absorption des auf die Fläche treffenden Lichts zu erhalten, ohne daß diffuse Reflexe entstehen. Wie gezeigt, hat die Innenfläche die Form eines doppelten Kegelstumpfs, der mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle zuerst breiter (38a) und dann wieder enger (38b) wird, wobei die Achse dieser Fläche in Form eines doppelten Kegelstumpfs mit der Achse des Lichtstrahls 10 zusammenfällt. Das entfernt liegende Ende des Absorbers, das der Eintrittsöffnung 40 gegenüberliegt, trägt eine Auffangfläche 42 mit im allgemeinen konischer Form, wobei die Auffangfläche 42 ebenfalls vorzugsweise aus einem glatt polierten schwarzen Material besteht. Der Lichtstrahl 10 tritt durch die Eintrittsöffnung 40 in den Absorber 12 ein und trifft auf die im allgemeinen konische Auffangfläche 42. Von der Auffangfläche 42 reflektiertes Licht wird von der doppelt-kegelstumpfförmigen Fläche 38a, 38b des Gehäuses 38 mehrfach reflektiert und absorbiert.
Wenn die Auffangfläche 42 in Form eines geraden Kreiskegels vorliegt, dessen Achse genauso wie die Achse des Strahls 10 ausgerichtet ist, reflektiert der konische Spitzenteil der Fläche den Strahl in einem kreisförmigen Muster. In der Praxis ist es jedoch äußerst schwierig, einen perfekten Kegel herzustellen und zu gewährleisten, daß seine Spitze genau auf der Achse des Strahls ausgerichtet ist, und daher wird das Reflexionsmuster in der Praxis nicht völlig vorhersagbar sein und von Detektor zu Detektor variieren, und diese Variabilität kann dazu führen, daß etwas Störlicht durch die Eintrittsöffnung 40 aus dem Absorber austritt.
Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, verwendet der Lichtabsorber 12 keine Auffangfläche 42 in Form eines geraden Kreiskegels, sondern er verwendet einen Kegel mit asymmetrischer Form, wobei die Hauptachse des Kegels vom Mittelpunkt der Grundfläche bis zur Spitze des Kegels gegenüber einer Achse, die senkrecht zur Grundfläche des Kegels durch deren Mittelpunkt verläuft, geneigt ist, wobei diese letztere Achse mit der Achse des Strahls zusammenfällt. Als Ergebnis dieser Neigung trifft der Strahl 10, der in den Absorber eintritt, an einer vorbestimmten Stelle irgendwo mitten auf der Fläche auf die konische Oberfläche der Auffangfläche (und nicht auf oder in der Nähe der konische Spitze, wie bei Verwendung einer Auffangfläche in Form eines geraden Kreiskegels), und dadurch kann ein erheblich besser vorhersagbares Reflexionsmuster erreicht werden. Es ist anzumerken, daß geringfügige Variationen, die von Probe zu Probe auftreten können, nicht zu einer erheblichen Variation des innerhalb des Absorbers auftretenden Reflexionsmusters führen, so daß die Geometrie der Absorberflächen so gestaltet werden kann, daß man eine totale Lichtabsorption innerhalb des Absorbers erhält, ohne daß Störlicht aus dem Absorber ausstreten kann, wobei dieser Effekt trotz geringfügiger Variationen, die bei der Herstellung des Absorbers und beim Zusammenbau des Detektorsystems auftreten, von Probe zu Probe wiederholbar ist. Dementsprechend braucht bei der Herstellung des Absorbers keine hohe Genauigkeit eingehalten zu werden, so daß ein befriedigender Absorber mit wesentlich reduzierten Kosten hergestellt werden kann.
In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung beträgt der Winkel, unter dem die Achse des Kegels gegenüber der senkrechten Achse geneigt ist, etwa 15 Grad; dies ist ausreichend, um zu gewährleisten, daß kein Teil des Strahls auf die Spitze des Kegels fällt. Wenn die Lichtquelle eine normale Quelle für polarisiertes Licht ist, liegt die Neigung vorzugsweise innerhalb der Polarisationsebene, da dies die Absorption von auf die Oberfläche fallendem Licht erhöht und weniger Licht reflektiert wird.
Obwohl die Anordnung von Kollimatorscheiben und die Gestaltung des Lichtabsorbers in dem beschriebenen Detektor beide zu einer niedrigen Intensität des Hintergrundlichts beitragen, hat die beschriebene Kollimatoranordnung immer noch eine günstige Wirkung in bezug auf die Reduktion der Lichtintensität, wenn der Detektor eine andere Form von Lichtabsorber beinhaltet, und der beschriebene Lichtabsorber führt auch ohne die Gegenwart der beschriebenen Kollimatoranordnung zu einer Reduktion der Intensität des Hintergrundlichts.
In einem Rauchmelder, der nach dem Prinzip der optischen Streuung arbeitet, können sich mit der Zeit Rauchteilchen und kleine Staubteilchen, die in der zu messenden Luft vorhanden sind, auf kritischen Teilen des optischen Systems, wie der Oberfläche des Streulichtdetektors und anderen optischen Komponenten des Systems, absetzen und diese verschmutzen, wodurch die Empfindlichkeit des Systems reduziert wird. Bei dem Detektor der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß ultragefilterte saubere Luft (zum Beispiel Luft, aus der alle Teilchen, die größer sind als 0,3 μm, durch Filtration entfernt wurden) an ausgewählten Stellen in die Detektorkammer eingeleitet wird, um die Ansammlung von Rauchteilchen oder anderen kleinen Teilchen an kritischen Teilen des Detektors zu verhindern.
Einlässe, durch die saubere Luft in die Kammer 4 geleitet wird, sind bei 60, 62, 64 gezeigt. Saubere Luft, die durch den Einlaß 60 in die Zone der Kammer 4 zwischen der zweiten und dritten Kollimatorscheibe 26, 28 eintritt, dient dazu, die zu messende Luft vom Laser-Linsen-System 6, 8 wegzulenken. Saubere Luft aus dem Einlaß 62 tritt in das Detektorgehäuse 20 ein und strömt durch die Austrittsöffnung 22 aus dem Gehäuse 20 heraus und verhindert dadurch, daß die zu messende Luft in das Gehäuse 20 eintritt und damit den Streulichtdetektor 18 verschmutzt. Schließlich leitet der Einlaß 64 saubere Luft in den Lichtabsorber 12, um zu verhindern, daß zu messende Luft in den Absorber eintritt und die optischen Flächen des Absorbers verschmutzt. Die saubere Luft wird aus der Zone zwischen den Kollimatorscheiben 26, 28, dem Detektorgehäuse 20 und dem Lichtabsorber 12 durch das Innere der Kammer 4 in den Auslaß 16 gesaugt. Entsprechend wird dadurch eine Verschmutzung der Oberflächen dieser optischen Geräte mit Rauch und anderen kleinen Teilchen mit einer entsprechenden Reduktion der Empfindlichkeit de Systems verhindert.
Die Ausführungsform wurde nur beispielhaft beschrieben, und Modifikationen davon innerhalb des Umfangs der Erfindung sind möglich.

Claims

Rauchmelder, umfassend eine Detektorkammer, einen Einlaß zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer, Einrichtungen für die Erzeugung eines Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor, der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb einer Zone der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms in der Zone anspricht, einen Lichtabsorber an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorbtion des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, eine erste Kollimatorscheibe zum Kollimieren des Strahls und eine zweite Kollimatorscheibe hinter der ersten Kollimatorscheibe, wobei die zweite Kollimatorscheibe eine Öffnung mit einer solchen Größe aufweist, dass der durch die erste Kollimatorscheibe kollimierte Strahl durch die Öffnung in der Kollimatorscheibe tritt, ohne den Rand der Öffnung zu berühren, wobei die Öffnung der zweiten Kollimatorscheibe größer als die Öffnung der ersten Kollimatorscheibe ist und die zweite Kollimatorscheibe dazu dient, Lichtschimmer abzufangen, die vom Rand der ersten Kollimatorscheibe stammen, und dadurch Störlicht in der Zone, in der der Nachweis der Lichtstreuung stattfindet, zu reduzieren und der Rauchmelder noch eine weitere Kollimatorscheibe umfasst, die sich hinter der zweiten Kollimatorscheibe befindet und eine Öffnung hat, die größer ist als die Öffnung der zweiten Kollimatorscheibe, so dass der durch die Öffnung in der zweiten Kollimatorscheibe hindurch tretende Strahl auch durch die Öffnung in der weiteren Kollimatorscheibe tritt, ohne den Rand der Öffnung zu berühren, wobei die weitere Kollimatorscheibe dazu dient, wenigstens den allergrößten Teil der Lichtschimmer abzufangen, die vielleicht bis hinter die zweite Kollimatorscheibe gelangen könnten, um dadurch zu verhindern, dass solche Lichtschimmer die Zone erreichen, in der der Nachweis der Lichtstreuung stattfindet, wobei diese Zone hinter der weiteren Kollimatorscheibe liegt.
Rauchmelder gemäß Anspruch 1, wobei sich die erste und die zweite Kollimatorscheibe direkt hinter der Lichtquelle befinden und sich die weitere Kollimatorscheibe direkt vor der Nachweiszone befindet.
Rauchmelder gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Einlaß zum Einleiten des zu messenden Luftstroms in die Kammer an einer Stelle in unmittelbarer Nähe der weiteren Kollimatorscheibe in die Nachweiszone der Kammer führt.
Rauchmelder gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Detektor wenigstens einen Einlaß zum Einleiten ultragefilterter sauberer Luft in die Kammer umfaßt, um die Ansammlung von Substanzteilchen auf Teilen des Detektors zu verhindern, deren Verschmutzung die Empfindlichkeit des Detektors reduzieren würde.
Rauchmelder gemäß Anspruch 4, wobei der Einlaß zum Einleiten ultragefilterter sauberer Luft in die Kammer so positioniert ist, daß zu messende Luft von den Einrichtungen zur Erzeugung des Lichtstrahls weggelenkt wird.
Rauchmelder gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Einlaß zum Einleiten ultragefilterter sauberer Luft in die Kammer so positioniert ist, daß die Luft in ein Gehäuse für den Streulichtdetektor eingelassen wird, um zu verhindern, daß zu messende Luft in das Gehäuse eintritt und den Detektor verschmutzt.
Rauchmelder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lichtabsorber ein Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung, durch die der Strahl in das Gehäuse eintritt, und mit einer inneren Grenzfläche, deren Achse mit der Achse des Strahls zusammenfällt, umfaßt, wobei das Gehäuse eine Auffangfläche aufweist, die so arbeitet, daß sie den eintretenden Strahl zur Grenzfläche des Gehäuses ablenkt, damit er innerhalb des Gehäuses absorbiert und reflektiert wird, wobei die Auffangfläche durch einen Teil der Oberfläche eines Kegels definiert ist, dessen Spitze auf die Eintrittsöffnung gerichtet ist, wobei die Achse des Kegels gegenüber der Achse des Strahls geneigt ist.
Rauchmelder gemäß Anspruch 7, wobei der Mittelpunkt der Grundfläche des Kegels im wesentlichen mit der Achse des Strahls zusammenfällt.
Rauchmelder gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Grenzfläche des Gehäuses die Form eines doppelten Kegelstumpfs hat, deren Durchmesser in einer Richtung von der Eintrittsöffnung weg zunächst zunimmt und dann wieder abnimmt.
Rauchmelder gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, der einen Einlaß zum Einleiten ultragefilterter sauberer Luft in den Lichtabsorber umfaßt, um zu verhindern, daß zu messende Luft in den Absorber eintritt und optische Oberflächen des Absorbers verschmutzt.
Rauchmelder, umfassend eine Detektorkammer (4), einen Einlaß (14) zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß (16) für den Luftstrom aus der Kammer, eine Lichtquelle (6) und eine Linse (8) für die Erzeugung eines fokusierten Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor (18), der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb einer Zone der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms anspricht, sowie einen Lichtabsorber (12) an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorption des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, wobei der Detektor weiterhin zwischen der Linse (8) den fokusierten Lichtstrahl und der Zone eine Reihe mit drei Kollimatorscheiben hinter der Linse (8) umfaßt, deren Öffnungen von Scheibe zu Scheibe immer größer werden, um zu verhindern, daß vom Rand der ersten Kollimatorscheibe (24) gestreute Lichtschimmer in die Zone der Kammer eindringen, in der der Nachweis als Ergebnis der Gegenwart von Streulicht stattfindet, das durch die Gegenwart von Rauchteilchen induziert wird.
Rauchmelder gemäß Anspruch 11, wobei der Lichtabsorber eine Auffangfläche in Form eines asymmetrischen Kegels umfaßt, auf den der Strahl gerichtet wird.
Rauchmelder, umfassend eine Detektorkammer, einen Einlaß zum Einleiten eines zu messenden Luftstroms in die Kammer, einen Auslaß für den Luftstrom aus der Kammer, Einrichtungen für die Erzeugung eines Lichtstrahls innerhalb der Kammer, einen Streulichtdetektor, der auf die Gegenwart von Streulicht innerhalb der Kammer infolge der Gegenwart von Rauchteilchen innerhalb des zu messenden Luftstroms anspricht, sowie einen Lichtabsorber an einem Ende der Kammer, das von der Lichtquelle entfernt ist, zur Aufnahme und Absorption des Strahls nach dem Durchgang durch die Kammer, wobei der Lichtabsorber ein Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung, durch die der Strahl in das Gehäuse eintritt, und mit einer inneren Grenzfläche, deren Achse mit der Achse des Strahls zusammenfällt, umfaßt, wobei das Gehäuse eine Auffangfläche aufweist, die so arbeitet, daß sie den eintretenden Strahl zur Grenzfläche des Gehäuses ablenkt, damit er innerhalb des Gehäuses absorbiert und reflektiert wird, wobei die Auffangfläche durch einen Teil der Oberfläche eines Kegels definiert ist, dessen Spitze auf die Eintrittsöffnung gerichtet ist, wobei die Achse des Kegels gegenüber der Achse des Strahls geneigt ist.
Rauchmelder gemäß Anspruch 13, wobei der Mittelpunkt der Grundfläche des Kegels im wesentlichen mit der Achse des Strahls zusammenfällt.
Rauchmelder gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Grenzfläche des Gehäuses die Form eines doppelten Kegelstumpfs hat, deren Durchmesser in einer Richtung von der Eintrittsöffnung weg zunächst zunimmt und dann wieder abnimmt.
Rauchmelder gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, der einen Einlaß zum Einleiten ultragefilterter sauberer Luft in den Lichtabsorber umfaßt, um zu verhindern, daß zu messende Luft in den Absorber eintritt und optische Oberflächen des Absorbers verschmutzt.
Lichtabsorber zur Verwendung in einem Rauchmelder des Streulichttyps, umfassend ein Gehäuse, in das ein Detektorstrahl des Detektors gerichtet wird, und eine Auffangfläche für den Strahl innerhalb des Gehäuses, wobei die Auffangfläche einen asymmetrischen Kegel umfaßt, der so arbeitet, daß er den Strahl zur Innenfläche des Gehäuses ablenkt, damit er innerhalb des Gehäuses mehrfach reflektiert und absorbiert wird.