DE2023463C - - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen durch die Lichtquelle nicht vermieden werden,

Rauchdetektor mit zwei vom Licht einer Lichtquelle daß sich Staub auch auf der lichtempfindlichen

beaufschlagten, in einem Meßgehäuse angeordneten Fläche des lichtempfindlichen Element's absetzt,

lichtempfindlichen Elementen, auf die eine infolge was dessen Empfindlichkeit außerordentlich beein-

Eindringens von Rauch in das Meßgehäuse hervor^«;- 5 trächtigt.

rufene Streustrahlung zu unterschiedlichen Anteilen Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt,

auftrifft. einen Rauchdetektor zu schaffen, der gegen Staubein-

Derartige Detektoren werden vorwiegend als Meß- fall weitgehend unempfindlich ist und seine einmal

fühler zur Anzeige eines Entstehungsbrandes ver- eingestellte Empfindlichkeit beibehält

wendet. Der dabei auftretende Rauch ruft in der ic Bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art

Strahlung einer Lichtquelle eine Streustrahlung her- wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die lichtemp-

vor, die auf ein lichtempfindliches Element trifft. Das undlichen Elemente außerhalb des direkten Strahlen-

dadurch hervorgerufene Ausgangssignal des lichtelek- gangs der Lichtquelle im Meßgehäuse hinter verschie-

trischcn Elements wird beispielsweise zur FeuermeJ- den großen Lichteintrittsöffnungen derart angeordnet

dung verwendet. 15 sind, daß das eine lichtempfindliche Element mit sei-

Es ist eine lichtelektrische Meldeeinnchtung für ner lichtempfindlichen Fläche der zugeordneten Licht-

trUbstoffangereich Mte Raumluft, insbesondere für eintrittsöffnung zugewandt ist, während das andere

Rauch, bekannt, a-c\ der zwei in ihren Abmessungen lichtempfindliche Element mit seiner lichtempfind-

gleiche, symmetrisch angeordnete, von einer gemein- liehen Fläche der zugeordneten Lichteintrittsöffnung

samen Lichtquelle durchstrahlte Kammern vorge- ao abgewandt ist, und daß die Lichteintrittsöffnungen

sehen sind, in denen sich lichtempfindliche Elemente so bemessen sind, daß die lichtempfindlichen EIe-

befinc-n (deutsche Patentschrift 1 038 455). Eine der mer.ie im Normalfall etwa gleichmäßig einer durch

Kammern wird von Raumluft durchströmt, während Reflexion an den Meßgehäusewänden hervorgerufe-

die andere Kammer luftdicht abgeschlossen ist. Durch nen Grundstreustr ihlung ausgesetzt sind, daß sie

Rauch in einem zu überwachenden Raum hervorge- 35 jedoch durch die im Alarmfall durch Eindringen von

rufene Trübung in der offenen Kammer führt zu einer Hauch in das Meßgehäuse hervorgerufene Streustrah-

Änderung des Ausgangssignals des zugeordneten lung unterschiedlich bestrahlt sind,

lichtempfindlichen fclements. Bei der Erfindung wird der bei einem Brand auf-

Die Eintrittsöffnungen ir; Meß^ehäuse, das beide tretende Rauch nicht wie beim bekannten Rauch-Kammern umgibt, und in der Meßkammer müssen 30 detektor in eine Meßkammer geleitet, die von der ausreichend groß gewählt werden, am im Fall des Lichtquelle direkt durchstrahlt wird, sondern die Auftretens von Rauch eine ausreichende Menge da- lichtempfindlichen Elemente werden mittels Reflevon in die Meßkammer durchzulassen, damit darin xion an den Gehäusewänden indirekt bestrahlt, woeine meßbare Trübung eintritt. Dadurch wird jedoch durch auftretender Rauch nicht in den Bereich des zwangläufig auch der Eintritt von Staubteilchen in 35 Meßgehäuses eintritt, in dem die lichtempfindlichen die Meßkammer zugelassen. Das Absetzen von Staub- Elemente angeordnet sind. Bei der Erfindune ist teilchen führt zur Reflexion der Lichtstrahlen der auch keine luftdicht abgeschlossene Vergleichskam-Lichtquelle an den normalerweise schwarzen Meß mer wie bei dem bekannten Detektor vorzusehen, kammerwänden, so daß das lichtempfindliche EIe- Auch ist nicht erforderlich, die gesamte Meßanordment in der Meßkammer nicht mehr mit der gleichen 40 nung gegen Außenlicht von der Umgebung abzu-Lichtmenge beaufschlagt ist wie die abgeschlossene schirmen. Vielmehr bildet bei einer vorteilhaften Bezugskammer und wie die ursprünglich unver- Ausführiingsform der Erfindung das durch das Umschmutzte Meßkammer. Als Folge davon wird der gebungslicht hervorgerufene Streulicht eine Kompo-Abgleich zwischen den beiden lichtempfindlichen nente der Grundstreustrahlung, von der die lichtempnif menten gestört, was die Empfindlichkeit 'des 45 findlichen Elemente im Normalfall gleichmäßig be-Rauchdetektors beeinträchtigt. Schließlich kann eine aufschlagt werden sollen.

starke Verstaubung sogar zu einer äußerst uner- Auf Grund des bei der Erfindung gewählten Meßwünschten Fehlauslösung führen. prinzips vermag eingedrungener Staub in das Meßge-

Es ist ferner ein Rauchdetektor bekannt, bei dem häuse nur die Grundstreustrahlung anzuheben. Die

im direkten Strahlengang einer Lichtquelle zwei licht- 50 gleichmäßige Bestrahlung der beiden lichtempfind-

empfindliche Elemente angeordnet sind (deutsche liehen Elemente wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Patentschrift 658 811). Somit kann es auch nicht wie beim bekannten Rauch-

Das Meßprinzip bei diesem Rauchdetektor beruht detektor zu einer Störung des Abgleichs zwischen den

darauf, daß die lichtempfindlichen Elemente einen beiden lichtempfindlichen Elementen kommen, und

unterschiedlichen Abstand zur Lichtquelle haben, so ₅₅ die Empfindlichkeit des Rauchdetektors bleibt trotz

daß eingedrungener Rauch entlang der unterschied- des an den Gehäusewänden sich absetzenden Staubs

Hch langen Wege zwischen der Lichtquelle und den annähernd gleich.

lichtempfindlichen Elementen eine unterschiedliche Die lichtempfindlichen Elemente können so ange·

Trübung verursacht, was ein entsprechend geändertes ordnet sein, daß in den Bereich, in dem sie angeord-

Ausgangssignal der lichtempfindlichen Elemente zur 60 net sind, praktisch kein Staub eintritt. Dies um so we·

Folge hat. Auch bei diesem bekannten Rauchdetektor niger, wenn die Luft durch Kaminwirkung durch dai

führt eingedrungener und sich an den Meßkammer- Meßgehäuse strömt, und zwar durch den Bereicr

wänden absetzender Staub zu einer Beeinträchtigung des Meßgehäuses, der von dem direkten Licht de;

des Abgleichs zwischen den beiden lichtempfindlichen Lichtquelle bestrahlt wird.

hlcmcntcn, so daß es unter Umständen zu einer Fehl- 65 Eine Anordnung der lichtempfindlichen Element!

auslösung kommen kann. Auch b^i diesem bekann- in dem Meßgehäuse gemäß der Erfindung bringt da

tei. Rauchdetektor, ähnlich wie bei dem vorher bc- her mit sich, daß eine Verstaubung, die über längen

!.chriebenen, kann wegen der direkten Bestrahlung Zeiträume nicht zu vermeiden ist, ohne Einwirkun]

auf die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen empfindlichkeit eingestellt werden. An die Klem-

Detektors bleibt. mol,2 kann wahlweise eine Gahium-Arsenio-

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vor- Emissonsdiode 12 oder eine Glühlampe 13 angegesehen, daß die Grundstreustrahlung sich aus zwei schlossen werden. Die wahlweise Verwendung einer Sirahlungscnteilen zusammensetzt, von denen der 5 der beiden Strahlungsquellen ist durch die gestncneiie eine von dem Umgebungslicht gebildet ist, das durch Verbindung zur Glühlampe 13 angedeutet, tme mindestens eine öffnung für den Eintritt von Rauch Strahlungsdiode hat gegenüber einer Glühlampe eine in das Meßgehäuse eindringt und dessen durch Re- sehr lange Lebensdauer und benötigt wenig Energie flexion an den Wänden des Meßgehäuses verursachte bei großer Strahlungsleistung. Dieser Umstand tragt Streustrahlung auf die lichtempfindlichen Elemente io mit zur Sicherheit des Rauchdetektors bei, vor allem auftrifft, und von denen der andere von dem Licht dann, wenn mehrere Rauchmelder m Reihe gescnaieiner Lichtquelle gebildet ist, das indirekt über eben- tet sind. Die Verwendung einer Gallium-Arseniofalls eine durch Reflexion an den Wänden des Meß- Strahlungsdiode hat ferner den Vorteil, daß sich das gehäuses verursachte Streustrahlung auf die lichtemp- Maximum ihrer relativen Strahlungsenergie mit dem findlichen Elemente auftrifft. Zweckmäßigerweise 15 Maximum der Empfindlichkeit der Silizium-hotoeiewird das Licht der Lichtquelle von einem besonderen mente in etwa deckt. Grundsätzlich gilt, <dab der Teil der Meßkammer weitgehend absorbiert. Eine WeUenlängenbereich der Lichtquelle sowie der iicntjjewisse durch die Lichtquelle hervorgerufene Stieu- empfindlichen Elemente nach Möglichkeit im Kurzsirahlune läßt sich jedoch nicht umgehen Dadurch welligen Infrarotbereich liegen sollte, um die
an den lichtempfindlichen Elementen her orgerufene ao fassung sehr kleiner Aerobic zu ermöglichen^
unterschiedliche Ausgangssi_bnale können in der eiek- Der Ausgang des Verstärkers 6 ist ferner über einen tuschen Schaltung, beispielsweise mit Hilfe eines Spannungsteiler 10 und eine Diode 11 _ luckgeKoppen. Potentiometers, ausgeglichen werden. Die Diode 11 verhindert ein Kurzschließen des roto-

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung e'ementes 7.

ist vorgesehen, daß die lichtempfindlichen Elemente a₅ In zwei gleich aufgebauten Unterkaminern eines

svmmetrisch zun direkten Strahlengang der Licht- Meßgehäuses 14 (Fig. 2) sind die beiden I otoeie-

quelle hinter den Lichteintrittsoffniingen in Unter- mente 7, 8 angeordnet. Die Unterkammern und die

kammern angeordnet sind und daß jeder Lichtein- Fotoelemente 7, 8 sind symmetrisch /um direKien

trittsöffnung eine als Strahlungsblende ausgebildete Strahlengang einer Lichtquelle 17 angeordnet, uas

Öffnung in dem Meßgehäuse für den Eintritt von 30 nicht abgelenkte Licht dieser L ichtquelle: l / wiru in

Rauch zugeordnet ist. einer kastenartigen Ausnehmung 15 des Meßgehauses

Als lichtempfindliche Elemente werden Vorzugs- 14, dessen Wände schwär/ sind, nahezu vo Ug abweise Silizium-F.toeleniente verwendet. Als Licht- sorbiert. Die Unterkammern begrenzen mit ihren quelle dient verzugsweise eine Gallium-Arsenid- unteren inneren Wänden einen Kamin 10, der arr. Emissionsdiode. Hierbei wird der Vorteil erhalten, 35 anderen Ende durch die kastenartige Ausnehmung daß die maximale Empfindlichkeit der Fotoelemente 15 begrenzt ist. Vom Kamin Io fuhren als ^tramungsetwa m selben WeUenlängenbereich liegt wie die blenden 22, 23 ausgebildete öffnungen in das McB-maximale Strahlungsenergie der Emissionsdiode. gehüuse 14. In dem Meßgehäuse 14 sind beidseitig,in

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nach- den Unterkammern verschieden groJJeUcn.ein.rms-

stehend an Hand von Zeichnungen näher beschrieben 40 öffnungen 24, 25 vorgesehen. Die lichtempfindliche

_werden Fläche des Fotoelementes 8 ist der zugeordneten

Fig. 1 zeigt eine elektronische Schaltungsanord- Öffnung24 zugekehrt, während die lichtempfindliche

nung für einen erfindungsgemäßen Rauchdetektor; Fläche des Fotoelementes 7 der zugeordneten OM-

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine schematische Dar- nung25 abgewandt ist. Die Lichteintnttsoffnungcn

stellung des erfindungsgemäßen Rauchdetektors; 45 24, 25 und die Strahlungsblenden 22 23 sind in ihren

Fig. 3 zeigt eine zum ersten lichtempfindlichen Abmessungen so gewählt, daß die Fo.oelemen e 7 »

Element gehörende Lichteintrittsöfinung mit zugeord- annähernd mit einem gleichen Gnindstreustrahlungs-

neter Strahlenblende; anteil 21 beaufschlagt sind^ D'^i³™"^^ ^

Fig. 4 zeigt eine zum anderen lichtempfindlichen lung 21 dringt durch den Kamin 16 und die Mran-

Element gehörende Uchteintrittsöffnung mit zugeord- so lungsblenden 22, 23 und die Lichtemtnttsoffnungcn

neter Sträh.enblende 24,25 in die Unterkammern ein. Die Wände dur

In F i g. 1 sind zwei Silizium-Fotoelemente 7 und 8 Unterkammern und des Meßgehäuses "sind so geschaltet, daß ihre beiden positiven Anschlüsse schwarz, eine gewisse Grundstrah.ung labt sich jedoch auf einer gemeinsamen elektrischen Mitte liegen, wäh- nicht vermeiden insbesondere, wenn die Wände rend ihre negativen Anschlüsse an die Eingänge 4 55 durch Lcaubeinfall =™ ""f^"?¹!^""⁰^' _in einen und 5 eines Verstärkers 6 angeschlossen sind. Der Das Meßgehause 14 öffnet sich nach oben 11. einen Verstärker 6 kann aus einzelnen Bauelementen oder gewölbten Trichter 18, der die Lichtquelle 17 im auch aus einem integrierten Baustein bestehen. Der unteren Teil konzentrisch umgibt. ^ den Kamm zum Fotoelement 8 gehörende Eingang 5 ist ein inver- 16, die Strahlungsblenden 22 23, ,das Meßgeliause 14 tierender Eingang, und der zum Fotoelement 7 _Re- 60 und den Tnchter 18 ziehender Rauch 20 entweicht hörende Eingang 4 ist ein nicht invertierender Ein- über Öffnungen 19 in die Umgebung
gang. Der Verlrker6 ist über Anschlüsse 1, 2 an In den Fig 3 und 4 sind die Abmessung η der eine nicht gezeigte Spannungsquelle angeschlossen. Lichteintnttsoffnungen 24 25 und der Strahlungs-An die nicht gezeigte Spannungsquelle ist außerdem Wenden 22, 23 wiedergegeben mit üenen eine gleichem Potentiometer 9 angeschlossen, dessen Abgriff 6₅ mäßige. Beaufschlagung der Fotoelenente 7 8 vo
mit dem invertierenden Eingang 5 des Verstärkers 6 einer Grundstreustrahlung erreicht wird. Die zum VerbundentatMH Hilfe des Potentiometers 9 kann Fotoelement 8 gehörende Lichteiiitrittsoffnung 24 ist sowohl die Eingangsspannung als auch die Ansprcch- ein schmaler Spalt in der Bre.te des

Die Breite der zugehörigen Strahlungsblendc 22 beträgt ein Vielfaches der Lichteintrittsöffnung 24. Der Verlauf eines mehrfach reflektierten Lichtstrahles ist mit der gestrichelten Linie 21 angedeutet. Die zum Fotoelement? gehörende Lichteintrittsöffnung25 ist mehr als doppelt so breit wie das Fotoelement 7, während die zugehörige Strahlungsblende 23 so breit wie die Lichteintrittsöffnung 25 ist.

Die Grundstreustrahlung 21, die infolge der unterschiedlichen Abmessungen von Lichteintrittsöff- nungen und Strahlungsblende beide Fotoelemente 7,8 in gleicher Weise beaufschlagt, setzt sich, wie bereits oben erwähnt, aus zwei Strahlungsanteilen zusammen. Einmal aus dem durch den Kamin 16 eingestreuten Lichtanteil von außen und zum anderen aus gestreutem Licht der Lichtquelle 17, das durch die restliche Reflexionsfähigkeit der an sich schwarzen Meßgehäusewände verursacht wird. Erfolgt dennoch eine gewisse Ungleichmäßigkeit in der Beaufschlagung der Fotoelemente 7,8 durch die Grundstreustrahlung »o 21, dann werden die dadurch auftretenden unerwünschten Spannungsdifferenzen durch das Potentiometer 9 (F i g. 1) kompensiert. An den Eingängen 4,5 des Verstärkers 6 liegt daher kein Differenzsignal, so daß ein Ausgangssignal des Verstärkers 6 von nahe as Null vorliegt. Dieser einmal eingestellte Zustand ändert sich auch dann nicht, wenn durch Staubeinfall über längere Zeit die Reflexionsfähigkeit der Meßkammerwände zunimmt, so daß sich der Grundslreulichtanteil merklich erhöht. Erst in dem Augenblick, in dem Rauch-Aerosole 20, die als kugelförmig angesehen werden können, auf die Lichtstrahlen der Lichtquelle 17 treffen, erfolgt eine Streuung dieser Strahlung, wobei ein Teil der Streustrahlung über die Lichteintrittsöffnungen 24, 25 auf die Fotoelemente 7,8 gelangt. Dabei erzeugt das Silizium-Fotoelement 8 auf Gmnd seiner der Öffnung 24 zugekehrten lichtempfindlichen Fläche eine größere Spannung als das Fotoelement 7. An den beiden Hingängen 4, 5 des Verstärkers 6 liegt daher eine Differenzspannung, die ein weiterzuverarbeitendes Ausgangssignal des Verstärkers 6 verursacht.

Claims (12)

Patentansprüche: 45

1. Optischer Rauchdetektor mit zwei vom Licht einer Lichtquelle beaufschlagten, in einem Meßgehäuse angeordneten lichtempfindlichen Elementen, auf die eine infolge Eindringens von so Rauch in das Meßgehäuse hervorgerufene Streustrahlung zu unterschiedlichen Anteilen auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (7,8) außerhalb des direkten Strahlengangs der Lichtquelle (17) im Mcßgehäusc (14) hinter verschieden großen Lichteintrittsöffnungen (24. 25) derart angeordnet sind, daß das eine lichtempfindliche Element (8) mit seiner lichtempfindlichen Fläche der zugeordneten Lichteintrittsöffnung (24) zugewandt ist, während das andere lichtempfindliche Element (7) mit seiner lichtempfindlichen Fläche der zugeordneten Lichteintrittsö^ffnung (25) abgewandt ist. und daß die Lichteintrittsöffnungen (24,25) so bemessen sind, daß die lichtempfindlichen Eicmente (7. 8) im Normalfall etwa gleichmäßig einer durch Reflexion an den Meßgehäusewänden hervorgerufenen Grundsircustruhlung (21) ausgesetzt sind, daß sic jedoch durch die im Alarmfall durch Eindringen von Rauch in das Meßgehäuse (14) hervorgerufene Streustrahlung unterschiedlich bestrahlt sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundstreustrahlung (21) sich aus zwei Strahlungsanteilen zusammensetzt, von denen der eine von dem Umgebungslicht gebildet ist, das durch mindestens eine Öffnung (22. 23) für den Eintritt von Rauch in das Meßgehäuse (14) eindringt und dessen durch Reflexion an den Meßgehäusewänden verursachte Streustrahlung über die Lichteintrittsöffnungen (24, 25) auf die lichtempfindlichen Elemente (7, 8) auftrifft, und von denen der andere von dem Licht der Lichtquelle (17) gebildet ist, das indirekt über ebenfalls eine durch Reflexion an den Mcßgehäusewänden verursachte Strcustrahlung auf die lichtempfindlichen Elemente (7, 8) auftrifft.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Meßgehäuses (14) schwarz sind.

Λ. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im direkten Strahlengang der Lichtquelle (17) eine kastenartige Ausnehmung (15) in dem Meßgehäuse (14) gebildet ist, deren Wände rbenfalls schwarz sind.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (7, 8) symmetrisch zum direkten Strahlengang der Lichtquelle (17) hinter den Lichteintrittsöffnungen (24, 25 in Unterkammern angeordnet sind, und daß jeder Lichteintrittsöffnung (24, 25) eine als Strahlungsblende (22, 23) ausgebildete Öffnung in dem Meßgehäuse (14) für den Eintritt von Rauch zugeordnet ist.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsöffnung (24) des ersten lichtempfindlichen Elementes (8) etwa die Breite seiner lichtempfindlichen Fläche hat. während die Breite der zugeordneten Strahlungsblende (22) ein Vielfaches der Breite der Lichteintrittsöffnung (24) ist, und daß die Lichteintrittsöffnung (25) des zweiten lichtempfindlichen Elementes (7) mindestens doppelt so breit ist wie dessen lichtempfindliche Fläche, währe, d die zugeordnete Strahlungsblende (23) etwa so breit ist wie die Lichteintrittsöffnung (25).

7. Detektor nach Anspruch S oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der IJnterkammern einen Kamin (16) begrenzen, in dessen Innerem die Strahlungsblenden (22,23) angeordnet sind.

8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die mit den lichtempfindlichen Elementen (7,8) verbundene Schalteinrichtung einen Verstärker (6) aufweist, an dessen nicht invertierendem Eingang (4) der negative Anschluß des einen Elementes (7) und an dessen invertierendem Eingang (5) der negative Anschluß des anderen lichtempfindlichen Elementes (8) angeschlossen ist.

9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (6) auf den nicht invertierenden Eingang (4) rückgekoppelt lit.

10. Detektor nach' einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Fmp-

idlichkei: der lichtempfindlichen Elemente (7,8) wa im gleichen Wellenlängenbereich liegt wie e maximale Strahlungsenergie der Lichtlelle (17).

11. Detektor nach einem der Ansprüche 1 s 10, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtemp-

findliche Elemente Silizium-Fotoelemente (7, 8) dienen.

12. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Gallium-Arsenid-Emissionsdiode (17) dient.

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