DE2108707A1

DE2108707A1 - Smoke detector based on the scattered light principle at two wavelengths

Info

Publication number: DE2108707A1
Application number: DE19712108707
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. GO9f9-38 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-02-24
Filing date: 1971-02-24
Publication date: 1972-09-07

Description

R@@chdetoktor nach dem Streulichtprinzip bei zwei Wellenlängen Die @rfindung bezicht sich auf einen Rauchdetektor als Teil einer automatischen Brandentdeckungsanlage oder einer Einrichtung zum Steuern von Rauchklappen, Klimaanlagen, Feuerschutzabschlüssen oder selbsttätigen Löschanlagen, der nach dem Stlreulichtprinzip bei minsestens zwei Wellenlängen arbeitet und im Einzelnen die folgenden Eigenschaften besitzt: 1) Als Strahlungsquelle dient entweder ein Bauelement, das Strahlung im optischen Spektralbereich in einem breiten Wellelängengebiet aussendet (das also kein selektives, monochromatisches Emissionsspektrum besitzt, sondern eine Strahlungsverteilung auSweist), oder es werden zwei monochromatische Strahlungsquellen verwendet, deren Strahlung bei zwei verschiedenen Wellenlängen emittiert wird.R @@ chdetoktor based on the scattered light principle with two wavelengths Die The invention refers to a smoke detector as part of an automatic fire detection system or a device for controlling smoke flaps, air conditioning systems, fire barriers or automatic extinguishing systems that work according to the scattered light principle at minsesten works at two wavelengths and has the following properties: 1) Either a component, the radiation in the optical, serves as the radiation source Emits the spectral range in a broad wave length area (which is not a selective, has a monochromatic emission spectrum, but shows a radiation distribution), or two monochromatic radiation sources are used, their radiation is emitted at two different wavelengths.

Die au diese Weise erzeugte Strahlung wird durch ein Streuvolumen gelenkt und in einem optischen Sumpf vollständig absorbiert. The radiation generated in this way is through a scattering volume steered and completely absorbed in an optical sump.

2) Die Serahlung kann zeitlich konstant emittiert oder zeitlich moduliert werden, wobei die Modulation entweder elektrisch mit Hilfe der Versorgungsspannung oder mechanisch mit Hilfe eines Zerhackers erfolgen kann.2) The payment can be emitted at a constant time or modulated over time the modulation either electrically with the help of the supply voltage or mechanically with the help of a chopper.

3) Verwendet werden entweder ein nichtselektiver Strahlungsempfänger (rit oder ohne optische Filter) oder zwei selektive Strahlungsempfänger (ebenfalls mit oder ohne optische Filter) mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit in Korre@ation zur verwendeten Strahlungsquellenanordnung. Ziel der optischen Anordnung von Strahlungsquelle(n) und Empfänger(n) ist der Nachweis der in das Streuvolumen eingedrungenen Rußpartikel durch die bei zwei unabhängigen @ellenlängen gestreute Strahlungsleistung. Eine Zusammenstellung der verschiedenen i-iövlichkeiten zur erreichung dieses Ziels ist in fab. 4 angegeben.3) Either a non-selective radiation receiver is used (with or without optical filters) or two selective radiation receivers (also with or without optical filters) with different spectral sensitivity in correlation to the radiation source arrangement used. Objective of the optical arrangement of radiation source (s) and receiver (s) is the evidence of in the scattered volume soot particles penetrated by the scattered at two independent wavelengths Radiated power. A compilation of the various options for achievement of this goal is in fab. 4 specified.

Lur@n cen Einbau zusätzlicher optischer Filter kann die Selektivität @er s@@@tralen @mpfindlichkeit der Strahlungsempfäger in jedem der an,egebenen Fäll@ @orbessert werden. Die @odulation der Strahlung @ei zwei Frequenzen im Subaudio- und Niederfrequenzbereich kann @uch die Frequenz null einschließen (Gleichstrahlung). Lur @ n cen installation of additional optical filters can increase the selectivity @er s @@@ tralen @ sensitivity of the radiation receiver in each of the specified cases @ to be improved. The @odulation of the radiation @ei two frequencies in the subaudible and the low frequency range can also include zero frequency (direct radiation).

@) @ie @eobaschtungswinkel #1 und #2 (Abb. 1) der strahlungsempfän@of @ö@hen verschieden gewählt werden und so die Weiterverarbei@@@@ des @l@@@rischen @mpfängerausgan ssignals erleichtern. \ cl.e selektiv 0 nicht selektiv iiöglBcEieit der i fänv < (rronochromat.) | (Spelitr.Ver.) 'Realisierunr Y 7 2 1 Zahl d. Strahlunzsou. 2 2 2 Zahl der Stral Tse. F Bsele'tig . . . ~ t nein nein opt. Filter erfordorl. 1 I nein nein odul Sei 2 reuee ] 1 2 ? Zahl uer Strahlsou. t 1 1 Zahl der BtralgE3-L. I niCitStSelerjtiy ! ~ nein ia o?t. Filter erforderl. X ja ja :iodul. be 2 vrequenzen . . ~ ~. zef srf Z Tab. 1 Mögliche Realisierungen eines Rauchdetektors nach dem Streulicht prinzip bei zwei Wellenlängen. @) @ie @eobaschtungswinkel # 1 and # 2 (Fig. 1) of the radiation receiver can be selected differently and thus facilitate the further processing of the @l @@@ rischen @ receiver output signal. \ cl.e selective 0 not selective iiöglBcEieit der i fänv <(rronochromat.) | (Spelitr.Ver.) 'Realization no Y 7 2 1 number d. Strahlunzsou. 2 2 2 Number of Stral Tse. F Sele'tig. . . ~ t no no opt. Filter required 1 I no no odul be 2 reuee] 1 2? Number of ray sou. t 1 1 number of BtralgE3-L. I. niCitStSelerjtiy! ~ no ia o? t. Filter required X yes yes: iodul. be 2 frequencies . . ~ ~. zef srf Z Tab. 1 Possible implementations of a smoke detector based on the scattered light principle with two wavelengths.

5) Die elektrischen Signale werden verstärkt, gleichgerichtetrvund geglättet(Tiefpaß) und in einem Logiknetzwerk miteinander verglichen. Stehen die Ausgangssignale der beiden Kanlle in einem bestimmten Verhältnis (oder einer bestimmten Differenz) zueinander, das dem Produkt aus Streuquerschnitt und Teilchenkonzentration bei den Meßwellenlängen entspricht, so wird Alarm ausgelöst. Bei Verwendung eines einz gen Strahlungsempfängers erfolgt die Trennung der Signale durch verschiedenartige Modulation (z.3. mit eine rotierenden Fllterrad mit vorgegebenem Frequenzmuster) und. auf der elektrischen Seite durch eine Frequenzweiche (z.B. zwei schmalbandige Bandpaßfilter). Bei der Strahlungsmodulation kann durch die Art des Zeitrasters eine Codierung aufgeprägt werden, die die Zuordnung der Signale in den beiden Kanälen im Logiknetzwerk erleichtert.5) The electrical signals are amplified and rectified smoothed (low pass) and compared with each other in a logic network. Are the Output signals of the two channels in a certain ratio (or a certain Difference) to each other, which is the product of the scattering cross-section and the particle concentration corresponds to the measurement wavelengths, an alarm is triggered. When using a single radiation receiver, the signals are separated by different types Modulation (e.g. with a rotating filter wheel with a given frequency pattern) and. on the electrical side by a crossover network (e.g. two narrow-band Bandpass filter). In the case of radiation modulation, the type of time pattern a coding can be impressed, which assigns the signals in the two channels facilitated in the logic network.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, mit Hilfe eines Streulichtmeßgeräts o@@r eines Detektors nach dem Streulichtprinzip das Produkt aus Streuquerschnitt und Teilchenkonzentration bei zwei Wellenlängen zu @rmitteln und auf diese Weise Rauche von anderen Aeerosplen und Stäuben zu unterscheiden.The invention is based on the idea with the aid of a scattered light measuring device o @@ r of a detector based on the scattered light principle is the product of the scattering cross-section and to average particle concentration at two wavelengths and in this way To distinguish smoke from other aerosols and dusts.

Der Strcnquerschnitt einer Partikel hängt ab 1) von der Form der Partikel (z.B. Kugelförmige oder kubische Partikel, @@gregat kugelförmiger Partikel), 2) vom Material, aus dem die Partikel bestehen (homogene Partikol oder Aumpartikel mit Wasserhaut umgeben; wellenlängenabhängige optische konstanten: 3-rechungs- und Absorptionsindex), 3) Grö@e der Partikel (monodisperses Aerosol oder polydisperse Korngrößenverteilung der Partikeldurchmesser eines Kollektivs von Partikeln), 4) von dem Beobachtungswinkel unter dem die gestreute Strahlung beobachtet wird, 5) von der Jellenlnge des Meßlichts(oder der Strahlung). The cross-section of a particle depends on 1) the shape of the Particles (e.g. spherical or cubic particles, @@ gregat spherical particles), 2) the material from which the particles are made (homogeneous particles or particles surrounded with water skin; wavelength-dependent optical constants: 3-calculation and Absorption index), 3) size of the particles (monodisperse aerosol or polydisperse Particle size distribution of the particle diameter of a collective of particles), 4) on the observation angle at which the scattered radiation is observed, 5) on the length of the measuring light (or radiation).

Für gegebene Partikelform, Materialart (Rußpartikel mit bekannten optischen Konstanten),Partikelgröße und Beobachtungswinkel hängt der Streuquerschnitt und damit die empfangene gestreute Strahlungsleistung in charakteristischer Weise von der Wellenlängea ab, bei deD diese Strahlung gomessen wird. Entscheidet man sich zur Realisierung eines Rauchdetektors f:r die in Abb. 1 dargestellte Anordnung, so kann durch geschickte Wahl der zwei Strahlungsempfänger durch die Wahl der Beobachtungswinel und der Meßwellenlänge erreicht werden, daß die elektrischen Signale an den E@pfüngern etwa gleich groß sind, sofern eine bestimmte Rauchart vorgegebener Konzentration in das Streuvolumen eingedrungen ist. Für Stäube, Dämpfe, Mebel und andere Aerosolarten werden sich die Signale stark unterscheiden, weil Partikelform, Partikelart(optische Konstanten), Partikelgröße und Teilchenkonzentration anders sein werden.For a given particle shape, type of material (soot particles with known optical constants), particle size and observation angle depends on the scattering cross-section and thus the received scattered radiation power in a characteristic way on the wavelength a at which this radiation is measured. One decides to implement a smoke detector for the arrangement shown in Fig. 1, so can by clever choice of the two radiation receivers through the choice of the observation angle and the measurement wavelength can be achieved that the electrical signals at the E @ pfüngern are about the same size, provided a certain type of smoke of a given concentration has penetrated into the litter volume. For dust, vapors, mist and other types of aerosol the signals will differ greatly because of the particle shape, particle type (optical Constants), particle size and particle concentration will be different.

Claims

Claim:

1. Smoke detector based on the scattered light principle at two wavelengths, characterized in that according to one of the possibilities given in Tab the radiation power scattered by aerosols (especially: smoking) from a scattered volume is measured at at least two wavelengths, the electrical signals are passed on be processed (e.g. amplified, rectified and smoothed in a low pass) that these output signals can be tapped for measurement purposes and that a downstream Logic network including threshold value block alarm is triggered as soon as the difference or the quotient of the signals in the two channels is one for the type of aerosol to be measured assumes characteristic value, the observation angle in the case of use of 2 selective radiation receivers can be selected in a suitable manner.

Smoke detector according to claim 1, characterized in that for at least one of the radiation receivers, the forward scattering is used by the Absorbance cannot be separated, so that for at least one of the channels the extinction principle becomes effective.