DE2310817B2 - Vorrichtung zur Erfassung von in einem Strömungsmittel mitgeführten Partikeln, insbesondere Rauchmelder - Google Patents
Vorrichtung zur Erfassung von in einem Strömungsmittel mitgeführten Partikeln, insbesondere RauchmelderInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung von in einem Strömungsmittel mitgeführten
Partikeln, insbesondere Rauchmelder, mit einer gegen Umgebungslicht abgeschirmten Kammer, in die das
Strömungsmittel einbringbar ist, mit einer Lichtquelle:, die ein Strahlungsbündel in die Kammer sendet, und mit
einem Lichtdetektor, der das unter einem Winkel gestreute Licht erfaßt.
Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (US-PS 97 303). Hierbei ist die Lampe von einer einzigen
Glühlampe gebildet, und der Lichtdetektor hat die Form eines Plättchens, dessen aktive Oberfläche annähernd
dem Durchmesser der Glühlampe entspricht. Das von der Lampe und einer zwischen ihr und der Kammer
liegenden Kugellinse erzeugte Strahlungsbündel hat einen .kreisrunden und gegenüber den Innenabmessungen
der Kammer kleinen Querschnitt. Durch eine vor dem Lichtdetektor liegende Kugellinse ist dafür gesorgt,
daß dieser einen gegenüber der Gesamtlänge des Strahlungsbündels in der Kammer schmalen Abschnitt
dieses Strahlungsbündel »sieht«; nur wenn im Strömungsmittel mitgeführte Partikel zur Kreuzungsstelle
des Strahlungsbündels und des Gesichtsfeldes des Lichtdetektors gelangen, beaufschlagt die an den
Partikeln gestreute Strahlung das Element. Nach dem Eintritt der Partikel durch die Wandung der Kammer
hindurch dauert es jedoch eine Weile, bis die Partikel in den im Gesichtsfeld des Lichtdetektors liegenden
AbschiiiUs des Sirahiungäbündsls gelangen, da dieser
Abschnitt um die Erfassung einer Streustrahlung durch den Lichtdetektor bei Abwesenheit der Partikel zu
verhindern, einen genügenden Abstand von der Innenseite der Wandung der Kammer haben muß.
Hierdurch wird die Erfassung der Partikel verzögert. Es ist andererseits nicht ohne weiteres möglich, etwa durch
Vergrößerung des öffnungswinkels des Strahlungsbündels ein größeres Volumen der Kammer auszuleuchten
und durch entsprechende Vergrößerung des Gesichtsfeldes des Lichtdetektors zur Erfassung der Partikel
heranzuziehen, da einerseits hierdurch die auf den Lichtdetektor gelangende Streustrahlung vergrößert
und damit die Empfindlichkeit der Erfassung vermindert würde und da andererseits in einem divergierenden
Lichtbündel die Beleuchtungsstärke der Partikel stark von dem Abstand von der Lichtquelle abhinge, so daß
die Genauigkeit der Erfassung vermindert würde.
Bei bistabilen elektro-optischen Schaltern mit einer Strahlungsquelle und einem mit dieser optisch gekoppelten
Lichtdetektor ist es bekannt, als Strahlungsquelle mehrere Emissionsdioden zu verwenden, die mit einem
einzigen fotoelektrischen Element mittels geeigneter optischer Strahlführungs.systeme gekoppelt sind
(DE-AS 12 69 174). Aus dem gleichen Zusammenhang ist es auch bekannt, die Emissionsdioden räumlich in
b5 einer Reihe anzuordnen, wobei dann jedoch jeder
Emissionsdiode ein gesonderter Lichtdetektor zugeordnet ist.
Der
Der
^rfinduns liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich (kr Empfindlichkeit bei der Erfassung von in einem
Strömungsmittel mitgeführten Partikeln zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß
die Lichtquelle aus mehreren in einer Reihe angeordneten Lampen besteht und ein Strahlungsbündel
erzeugt, das im Querschnitt eine ausgeprägte Längserstreclcung aufweist, und daß der Lichtdetektor
(26) das Streulitht aus dieser Längserstreckung erfaßt,
zu welchem Zwecke er länglich ausgebildet und mit seiner Längserstreckung parallel zur Lampenreihe
angeordnet ist
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann sich der Schnittbereich zwischen dem im Querschnitt
streifenförmigen Strahlungsbündel und dem Gesichtsfeld des langgestreckten Lichtdetektors praktisch durch
die gesamte Höhe der dem Strömungsmittel zugänglichen Kammer erstrecken, wodurch eine Verzögerung
der Erfassung von Partikeln nach deren Eintritt in die Kammer weitgehend vermieden wird, während andererseits
der streifenförmige Querschnitt des Strahlungsbündels zu keiner wesentlichen Erhöhung der
Größe der von dem Strahlungsbündel getroffenen Fläche der Wandung der Kammer und damit zu keiner
nennenswerten Erhöhung derjenigen Streustrahlung geführt, die bei Abwesenheit von zu erfassenden
Partikeln auf das fotoelektrische Element gelangt. Es ergibt sich daher eine Erhöhung der Genauigkeit und
Empfindlichkeit bei der Erfassung.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Rauchmelder dargestellt ist.
Es zeigt
F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Rauchmelder,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,
Fig.3 eine perspektivische Ansicht des Rauchmelders gemäß F i g. 1,
F i g. 4 eine Draufsicht auf die Lampenreihe des Rauchmelders gemäß F i g. 1,
F i g. 5 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4 und
F i g. 6 das Schaltbild des Rauchmelders gemäß Fig. 1.
Der dargestellte Rauchmelder weist eine halbzylindrische, für Umgebungslicht unzugängliche Kammer 1
auf, die von einem Block 2 aus isolierendem Material, wie Holz oder Kunststoff, und Polyurethan-Schaumwänden
3, 4, 6 umgeben ist. Die Schaumwände 3, 4, 6 halten Umgebungslicht von der Kammer 1 ab, erlauben
jedoch den Durchtritt von Luft und in dieser suspendierten Partikeln, wie Rauchaerosolen, in die
Kammer 1.
Der isolierende Block 2 ist in seiner Höhe — in F i g. 2 der Querrichtung — von zwei Kanälen 17, 8 von
rechteckigem Querschnitt durchsetzt. Diese verlaufen innerhalb des Blockes 2 entlang zweier axialer optischer
Ebenen 9, 11 rechtwinklig zueinander und münden an der der halbzylindrischen Wand 3 gegenüberliegenden
Innenseite des Blockes 2 in die Kammer 1. Die Schnittlinie 10 der Ebenen 9,11 liegt in der Kammer 1.
Der erste Kanal 7 weist sich ebenfalls durch den Block 2 <i5
hindurch erstreckende zylindrische Hohlräume 12, 13 und die Mündung 14 in die Kammer 1 auf. Im zweiten
17 lie^t der sich sbsn^oPc
durch den Block 2 hindurch erstreckende zylindrische Hohlraum 16. Wände 18, 19 auf gegenüberliegenden
Seiten des Blockes 2 schließen die Kanäle 7, 8 einschließlich der Hohlräume 12, 13, 16 gegen
Umgebungslicht ab.
An dem im Block 2 liegenden Ende des ersten Kanals 7 im Hohlraum 12 befindet sich ein beispielsweise aus
einem Phenolharz bestehender Isolierstreifen 21, auf dem als Lichtquelle mehrere, im Ausführungsbeispiel
acht Emissionsdioden 22 in einer Reihe angeordnet sind. Deren Strahlungsmaximum liegt bei 6500 A. Wie im
einzelnen F i g. 4 und 5 zeigt, weist jede Diode 22 zwei Anschlußleiter 23 auf, die durch den Isolierstreifen 21
hindurchgeführt sind und an denen die Dioden 22 in geringejn gegenseitigen Abstand in einer geraden Reihe
gehalten sind, wobei sich die so gebildete Lampenreihe oder Gruppe durch den Block 2 hindurch erstreckt Wie
die gestrichelten Linien in F i g. 4 andeuten und F i g. 6 zeigt, sind die Dioden 22 zwischen den Anschlüssen 24
elektrisch in Reihe geschaltet Eine zylindrische Linse 30 richtet das von der Lampenreihe erzeugte Licht in
einem ggf. divergierenden Strahlungsbündel in die Kammer 1. Das Strahlungsbündel erstreckt sich entlang
der ersten optischen Ebene 9 und hat einen Querschnitt in Form eines schmalen Streifens, dessen Breite außer
durch die Linse 30 auch durch die Breite des Kanals 7 mitbestimmt wird.
An dem im Block 2 liegenden Ende des zweiten Kanals 8 befindet sich der in F i g. 3 näher dargestellte,
langgestreckte Lichtdetektor 26 mit zwei Elektrodenflächen 27, die mit Anschlüssen 28 verbunden und
voneinander durch eine fotoleitende aktive Oberfläche 29 getrennt sind. Der Detektor 26 hat eine spektrale
Empfindlichkeit, die an die spektrale Lage des Strahlungsmaximums der Emissionsdioden 22 angepaßt
ist. Eine zweite zylindrische Linse 31 ermöglicht es dem Lichtdetektor 26, die Kammer 1 längs eines divergierenden,
im Querschnitt streifenförmigen Weges entlang der axialen Ebene 11 zu sehen, die die axiale Ebene 9 des
Strahlenbündels unter 90° schneidet
Die von den Dioden 22 gebildete Lampenreihe und das fotoelektrische Element 26 haben nahezu die gleiche
Länge von z. B. 2,5 cm. Sie sind parallel zueinander, zur Schnittachse 10 und zur Achse der halbzylindrischen
Wand 3 angeordnet und haben eine übereinstimmende axiale Lage, so daß das Lichtbündel und der im
Querschnitt streifenförmige Betrachtungsweg des Lichtdetektors 26 an der Schnittlinie 10 dieselbe axiale
Länge und Lage haben.
Beim Eintritt von Rauchpartikeln in die Kammer 1 wird durch diejenigen Partikel, die in die Umgebung der
Schnittlinie 10 gelangen, der Lichtdetektor 26 mit Streulicht beaufschlagt, wodurch das fotoelektrische
Element 26, beispielsweise durch Widerstandsverminderung, ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt.
Wie Fig.6 zeigt, sind die Anschlüsse 28 des Lichtdetektors 26 mit den Eingangsanschlüssen 31 eines
Detektorkreises 32 verbunden, der auf die Widerstandsverminderung des Lichtdetektors 26 beim Unterschreiten
eines vorbestimmten Schwellenwertes anspricht und Alarm auslöst oder der in sonstiger Weise das
Vorhandensein von Rauchpartikeln signalisiert.
Zur Spannungsversorgung der Emissionsdioden 22 ist eine Kleinspannungs-Konstantstromquelle 20 verwendet
Diese liefert bei einer Ausgangsspannung von 16 V an ihren Anschlüssen 25 einen Gleichstrom von 30 mA,
wodurch sich bei der dargestellten Reihenschaltung ein Spannungsabfall von 3 V an einem Widerstand R t von
100 Ohm und ein Abfall von insgesamt 13 V über den acht Dioden 22 ergibt. Die Widerstandswerte der
Dioden 22 sind untereinander gleich, so daß auch die abgegebenen Lichtleistungen gleich und die Lichtverteilung
in dem erzeugten Strahlenbündel über dessen axiale Höhe gleichmäßig ist. Weiter sind die Widerstandswerte
der Dioden 22 so gewählt, daß bei der an ihnen abfallenden Spannung der Wert des sie
durchfließenden, konstant gehaltenen Stroms im Niedrigstrombereich ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie
liegt, d. h. daß die an ihnen abfallende Spannung unterhalb ihrer Nennspannung liegt. Hierdurch wird
trotz der Anzahl der anstelle einer einzigen Lampe vorgesehenen Emissionsdioden ein nicht allzu hoher
Stromverbrauch erreicht, und ebenfalls wird die ohnehin große Lebensdauer der Emissionsdioden 22
durch diese Maßnahme noch weiter verlängert. Die Stromaufnahme und die Lichtleistung der von dem
Emissionsdioden 22 gebildeten Lampenreihe entspricht damit annähernd der einer einzigen Glühlampe, jedoch
ist die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Melders gegenüber der Verwendung einer einzigen Glühlampe
erhöht, und die Lebensdauer der Lichtquelle wesentlich verlängert.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Erfassung von in einem Strömungsmittel mitgeführten Partikeln, insbesondere
Rauchmelder, mit einer gegen Umgebungslicht abgeschirmten Kammer, in die das Strömungsmittel
einbringbar ist, mit einer Lichtquelle, die ein Strahlungsbündel in die Kammer sendet, und mit
einem Lichtdetektor, der das unter einem Winkel gestreute Licht erfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle aus mehreren in einer Reihe angeordneten Lampen (22) besteht und
ein Strahlungsbündel erzeugt, das im Querschnitt eine ausgeprägte Längserstreckung aufweist, und
daß der Lichtdetektor (26) das Streulicht aus dieser Längserstreckung erfaßt, zu webhem Zwecke er
länglich ausgebildet und mit seiner Längserstrekkung parallel zur Lampenreihe angeordnet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen (22) untereinander gleiche
Widerstandswerte aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen Emissionsdioden
(22) sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen (22) in
Reihe geschaltet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der Emissionsdioden
(22) von einer Konstantstromquelle (20) gespeist ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsdioden (22) mit
einem Strom gespeist sind, dessen Wert im Niedrigstrombereich ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie
liegt.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung
des Strahlungsbündels zwischen den Lampen (22) und der Kammer (1) eine Zylinderlinse (30)
angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Kammer (1) und dem fotoelektrischen Element (26) eine Zylinderlinse (31) angeordnet ist, durch die
hindurch der Lichtdetektor (26) eine annähernd linienförmige Schnittstelle (10) des Strahlungsbündels
auf einem im Querschnitt streifenförmigen optischen Weg sieht.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite
der wirksamen Oberfläche (29) des Lichtdetektors (26) annähernd der Breite der Lampenreihe
entspricht.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansp"-üche, wobei die Wandungen (3, 4, 6) der
Kammer (1) eine halbzylindrische Wand (3) umfassen, deren offene Seite von einem Block (2)
abgeschlossen ist, in dem die Lichtquelle und der Lichtdetektor (26) gehaUen sind und der in die
Kammer (1) mündende, das Strahlungsbündel und das Gesichtsfeld des Lichtdetektors (26) begrenzende
Kanäle (7, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7, 8) jeweils an ihrem im Block (1)
liegenden Ende in einem sich durch den Block (1) erstreckenden Hohlraum (12) enden, indem die sich
durch den Block (1) erstreckende Lampenreihe bzw. der Lichtdetektor (26) angeordnet ist.
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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