DE2619083A1

DE2619083A1 - Rauchdetektor

Info

Publication number: DE2619083A1
Application number: DE19762619083
Authority: DE
Inventors: Zoltan Horvath; Erwin Tresch
Original assignee: Cerberus AG
Current assignee: Cerberus AG
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1976-05-03
Publication date: 1977-10-06
Also published as: CA1111929A; BE852828A; SE411153B; FR2347676B1; IT1081572B; JPS52121379A; JPS5728361U; AU503661B2; US4175865A; NL7702836A; DE2619083C3; SE7703072L; FR2347676A1; DE2619083B2; CH592933A5; AU2320677A; GB1561421A

Description

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DR.-ING. !-;ZLC, DK-'.-.-Fr;ν£5. WULFF 7 STUlTGART 1, LANGG STRASSE 51

Reg·.-Nr. 125 012 Unsere Ref.: 84 O9src

CERBERUS AG

Männedorf (Schweiz)

RAUCHDETEKTOR

Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, welche Strahlung in einen bestimmten Raumbereich aussendet, und wenigstens einem Strahlungsempfänger, der ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches angeordnet ist und dem die an Partikeln im Strahlungsbereich gestreute Strahlung zugeführt wird.

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Die Strahlung kann dabei je nach Art der nachzuweisenden Rauchpartikel im sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich gewählt werden. Bei solchen Rauchdetektoren, wie sie beispielsweise in "der Brandmeldetechnik Verwendung finden, wird der Strahlungsempfänger nicht direkt bestrahlt, sondern ist ausserhalb des Strahlungsbereiches so angeordnet, dass er nur dann Strahlung erhält, wenn strahlungsstreuende Partikel in den Strahlungsweg eintreten und eine Strahlungsstreuung verursachen. Sobald die vom Strahlungsempfänger aufgenommene Streustrahlungsintensität ein gewisses Mass erreicht, wird über eins geeignete Auswerteschaltung ein Signal gegeben, · wie beispielsweise im Schweizer Patent 417405 oder in den japanischen Gebrauchsmusteranmeldüngen Sho 46-11437, 11694, und 44206 (Offenlegungsschxiften Sho 47-21577, 47-21578 und 48-2687), bzw. der japanischen Patentanmeldung Sho 46-12199 (OS Sho 47-32797) beschrieben.

Bei vorbekannten Rauchdetektoren dieser Art, wird die Strahlung mittels einer Optik in eine Messkammer geleitet, wobei der Strahlungsempfänger quer zur Strahlungsrichtung so angeordnet ist, dass er vorzugsweise die unter 90 gestreute Strahlung empfangen kann. Der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung ist jedoch relativ schlecht, da die Bestrahlung des Empfängers bei einer geringen Rauchdichte in der Messkammer nur sehr gering ist. Solche Rauchdetektoren haben daher den Nachteil, dass sie bei der Verwendung als Brandmelder nicht früh genug auf die ersten, durch einen Brandausbruch hervorgerufenen Rauchspuren reagieren.

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Es ist bereits versucht worden, die an sich bekannte Tatsache auszunützen, dass bei den meisten nachzuweisenden Partikelarten die Vorwärtsstreuung, bei welcher die Empfangsrichtung einen spitzen Winkel mit der Strahlungsrichtung bildet, grosser ist als die Seitwärts- oder Rückwärtsstreuung. Dabei wurde der Strahlungsempfänger so angeordnet, dass er gerade noch ausserhalb des Strahlungsbündels liegt. Die mit solchen Rauchdetektoren erreichbare Empfindlichkeitserhöhung hielt sich jedoch in engen Grenzen, da immer noch nur ein geringer Teil der Streustrahlung ausgenützt wurde. Ausserdem musste die Strahlung sehr gut gebündelt sein, damit der Empfänger nicht von direkter Randstrahlung getroffen -wird, was solche Geräte ziemlich aufwendig und schwer einstellbar macht.

Ziel der Erfindung' ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und die Schaffung eines Rauchdetektors mit verbessertem Wirkungsgrad, entsprechend verminderter Leistungsaufnahme, und erhöhter Funktionssicherheit, welcher bei Verwendung als Brandmelder eine sicherere und frühzeitigere Signalgabe schon bei geringen Rauchkonzentrationen gestattet.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels innerer Reflex ion strahlungsleitende Elemente vorge·^ sehen und so angeordnet sind, dass sie die in einem spitzen

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Winkel mit der Strahlungsrxchtung vorwärtsgestreute Strahlung in einer ringförmigen Zone um die direkte Strahlung abgreifen und einem Strahlungsempfänger zuführen.

Anhand der Figuren 1-5 werden fünf verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, welche sich durch die unterschiedliche Ausbildung der strahlungsleitenden Elemente unterscheiden.

Bei dem. ersten, in Figur la dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine luftzugängliche Messkammer 1 von einem rohrförmigen Gehäuse ·2 . umschlossen, welches an beiden Enden durch Basisplatten .3.und 4 abgeschlossen ist, so dass zwischen diesen und dem Rohr 2 Lufteintrittsschlitze 5 verbleiben, durch welche die Aussenluft in das Messkammerinnere eindringen kann. Dabei ist eine Umlenkung des Luftstromes vorgesehen, eventuell durch zusätzliche Schikanen 6 , so dass der direkte Lichteinfall von aussen unterdrückt wird.

Auf der einen Basisplatte 3 ist ein Halterungskörper aufgesetzt, in welchem eine Strahlungsquelle 8 eingesetzt ist. Diese kann im Prinzip von beliebiger Ausführ rung sein, 'zum .Beispiel als Glühlampe, Entladungslampe oder als lichtemittierender Halbleiter, zum Beispiel als Galliumarsenid-Diode ausgeführt sein. Durch eine Optik

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zum Beispiel eine Linse, wird die Strahlung in einen Strahlungsbereich 10 gebündelt ausgesandt. Stattdessen können jedoch auch andere optische Mittel, zum Beispiel Reflektoren, vorgesehen sein oder es kann eine Lichtquelle mit bevorzugter Ausstrahlungsrichtung, zum Beispiel eine Laser-Diode, benützt werden.

Auf der gegenüberliegenden Basisplatte 4 ist ein weiteres Halterungsteil 11 vorgesehen, welches auf der Rückseite, also für die Direktbestrahlung nicht zugänglich, einen Strahlungsempfänger 12 trägt,' dessen Empfindlichkeit auf die Wellenlänge der Strahlung' abgestimmt

ist. Auf der vorderen der Strahlungsquelle zugewandten Seite ist das Trägerelement 11 im zentralen Teil, welcher von der direkten Strahlung getroffen wird, in geeigneter Weise strahlungsabsorbierend, zum Beispiel in der Art einer Lichtfalle 13 ausgebildet, damit möglichst wenig von der auftreffenden Strahlung wieder reflektiert wird. Der direkte Strahlungsbereich 10 ist von einem Kranz strahlungsleitender Elemente 14 umgeben, welche beispielsweise als bekannte, lichtleitende Fasern ausgebildet sein können. Die Eintrittsöffnungen dieser Fasern liegen in einer ringförmigen Zone um den direkten Strahlungsbereich 10, sodass an Partikeln im Strahlungsbereich 10 vorwärtsgestreute Strahlung auf die Eintrittsöffnungen trifft.

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Ein besonders guter Wirkungsgrad wird erreicht, wenn der Winkel der Streustrahlung von Partikeln im mittleren Strahlungsbereich 10 mit der Richtung der direkten Strahlung in der Grössenordnung von £>—45 liegt. Damit ist sichelgestellt, dass auch bei nicht idealer Bündelung in den Randgebieten keine direkte Strahlung auf die Eintrittsöffnungen trifft und das Signal/Rauschverhältnis optimal wird.

Wie in Figur 1 b in perspektivischer Ansicht dargestellt, führen die Lichtleiter-Fasern zum gemeinsamen Strahlungsempfänger 12 an der Rückseite. Damit wird erreicht, dass mit nur einem einzigen Strahlungsempfänger Streustrahlung aus der gesamten optimalen Zone um den direkten Strahlungsbereich den Streustrahlung aufgenommen und dem Empfänger zugeführt werden kann. Die Wirkung kann noch dadurch verbessert werden, dass nicht nur ein einziger Kranz von Lichtleiterfasern verwendet wird sondern mehrere, übereinander liegende Schichten.

Der Strahlungsempfänger 12 ist ebenso wie die Strahlungsquelle 8 mit einer elektronischen Schaltung 15 verbunden, welche in einem Hohlraum des Trägerelementes 7 vergossen angeordnet ist. Diese Steuer- und Auswerteschaltung kann in bekannter Weise.so ausgeführt sein, dass die Strahlungsquelle 8 intermittierend betrieben wird und der Strahlungs-

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V" _

empfänger 12 im Koinzidenzschaltung damit arbeitet. Mittels der Kontakte 16, zum Beispiel in Bajonettoder Stiftausführung, kann die Schaltung 15 über Leitungen mit einer"Signalzentrale verbunden werden.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, in welchem die zu Figur 1 äquivalenten Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist eine Strahlungsquelle 8 mit Richtcharakteristik vorgesehen, zum Beispiel eine Laserdiode. Um einen begrenzten Strahlungsbereich 10 zu erhalten, sind in diesem Falle keine optischen Bündelungsmittel nötig, sondern es genügt ein System von Blenden 17, welche am entsprechend ausgeformten Trägerelement 7 vorgesehen sind.

Auf der Empfängerseite ist anstelle der lichtleitenden Fasern ein zwiebelschalenförmiger Lichtleiter 18 vorgesehen, welcher die in der ringförmigen Eintrittszone 19 eintretende Streustrahlung wiederum mittels innerer Totalreflexionen zum Strahlungsempfänger 12 leitet. Damit wird eine besonders einfache Form' der Erfassung der Streustrahlung in einer ringförmigen Zone um den direkten Strahlungsbereich 10 erreicht.

Das von der direkten Strahlung 10 getroffene Zentrum innerhalb des zwiebelschalenförmigen Strahlungsleiters 18

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ist als sogenanntes Rayleigh-Horn 20 ausgebildet, welches eine besonders gute Auslöschung der auftreffenden Strahlung und eine äusserst geringe Reflexion gewährleistet.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich vom vorhergehenden Beispiel lediglich auf der Empfängerseite dadurch, dass mehrere übereinanderliegende zwiebel— förmige Strahlungsleiter 21, 22, 23 mit zurückversetzten Oeffnungsringen vorgesehen sind, welche die Streustrahlung wiederum auf ein einziges Empfängerelement 12 führen. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass ein noch grösserer Streuwinkelbereich der Streustrahlung von den lichtleitenden Elementen erfasst und dem Strahlungsempfänger 12 zugeleitet werden kann. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Anordnung im Vergleich zu den Vorhergehenden Beispielen weiter verbessert.

Ein weiterer Unterschied ist der, dass in diesem Beispiel im Zentrum des Strahlungsbereiches 10 keine Strahlungsfalle vorgesehen ist, sondern ein weiterer Strahlungsempfänger 24. Dieser ist mit dem Streustrahlungsempfänger in einer Differenz- oder Quotientenschaltung verbunden, etwa gemäss dem deutschen Gebrauchsmuster G 76.09 014.7 Hierbei wird die Tatsache ausgenützt, dass Rauch nicht nur eine Strahlungsstreuung verursacht, sondern ebenfalls

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eine Strahlungsextinktion im Zentrum des Strahlungsbereiches. In der beschriebenen Weise kann daher die Empfindlichkeit der Anordnung durch Anbringung des weiteren Strahlungsempfängers 24 zusätzlich zum Streustrahlungsempfänger 12 weiter verbessert werden.

Das in Figur 4 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel ist im Prinzip nichts anderes, als eine vereinfachte und leichter und billiger herzustellende Ausführungsform des Beispieles nach Figur 3, wobei die mehrfach übereinanderliegenden zwiebeiförmigen Schalen 21, 22, 23 etc. durch ein einziges Element 25 ersetzt sind und auf die Trennwände der einzelenen Schalen verzichtet wird. Der Wirkungsgrad ist natürlich etwas geringer als bei lichtleitenden Glasfasern oder Glasschalen, bei'welchem die Strahlungsleitung vermittels Totalreflexionen stattfindet. Zum Ausgleich kann jedoch die Aussenflache 26 des lichtleitenden"Körpers 25 verspiegelt sein, sodass auch hier eine genügende Strahlungssammlung gewährleistet ist. Mit besonderem Vorteil kann der geäamte Körper 25 aus einem leichter zu verarbeitenden Material, zum Beispiel aus Plexiglas hergestellt sein.

Am hinteren Ende trägt der lichtleitende Körper 25 einen ringförmigen Streustrahlungsempfänger 27, während im Zentrum des Strahlungsbereiches 10 wiederum ein Strahlungsempfänger 28 für die direkte Strahlung vorgesehen ist.

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In diesem Ausführungsbeispiel befinden sich ein Teil der Auswerteelektronik 29 und die Anschlusskontakte 3O auf der Empfängerseite.

Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt ebenfalls einen aus einem Stück aufgebauten lichtleitenden Glas- oder transparenten -Kunststoffkörper 31, dessen Aussenfläche 32 die Form einer schlanken Zwiebel besitzt. Im Zentrum besitzt dieser Körper 31 eine dem Oeffnungswinkel des Strahlungsbereiches 10 angepasste Bohrung mit leicht konischer Innenfläche 31, welche in einen ebenfalls zwiebeiförmig ausgebildeten Absorptionsraum 34 mündet, dessen Innenfläche geschwärzt oder verspiegelt sein kann. Bei Ausführung des lichtleitenden Körpers 31 aus stark brechendem Material, zum Beispiel einem geeig-* neten Glas, wirkt die Aussenfläche 32 zumindest für flach eintreffende, das heisst vorwärtsgestreute Strahlen total-reflektierend, ebenso die Innenseite des Absorptionsraumes 34. Bei Ausführung aus transparentem Kunststoff, zum Beispiel Plexiglas empfiehlt sich doch eine Verspiegelung der Aussenfläche. Wiederum ist ein Strahlungsempfänger 12 an der Spitze der Zwiebel angebracht um die durch die Innenfläche 33 hindurchtretende Streustrahlung zu sammeln, während die direkte, in den Absorptionsraum 34 eintretende Strahlung absorbiert wird. Da bei dieser

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Anordnung der lichtsammelnde Körper 31 einen grossen
Teil des Strahlungsbereiches 10 umschliesst, wird ein besonders grosser Teil der Streustrahlung aufgenommen und durch die besondere flache Zwiebelform des lichtleitenden Körpers 31 mit besonders gutem Wirkungsgrad zum Strahlungsempfänger 12 geleitet. Ein Rauchdetektor nach diesem Ausführungsbeispiel weist also trotz einfachen Aufbaues eine besonders grosse Empfindlichkeit auf.

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Claims

ANSPRÜCHE

.J Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, welche Strahlung in einen bestimmten Raurabereich aussendet, und wenigstens einem Strahlungsempfänger, der außerhalb des direkten Strahlungsbereiches angeordnet ist und dem die an Partikeln im Strahlungsbereich gestreute Strahlung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß -mittels innerer Reflexionen strahlungsleitende Elenente vorgesehen und so angeordnet sind, daß sie die in einem spitzen Winkel mit der Strahlungsrichtung vorwärts gestreute Strahlung in einer ringförmigen Zone um die direkte Strahlung abgreifen und dem Strahlungsempfänger (12) zuführen.
2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsleitenden Elemente als strählungsleitende Fasern (14) ausgebildet sind, deren Eingangsöffnungen in einer ringförmigen Zone (R) um die direkte Strahlung angeordnet sind und deren Ausgänge auf den Strahlungsempfänger (12) münden.
3* Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtleitenden Elemente als zwiebelschalenförmige Schichten (18, 21, 22, 23) ausgebildet sind, deren ringförmige Eingangsöffnungen in der ringförmigen Zone (R) um die direkte Strahlung (1O) liegen und an deren Spitze der Strahlungsempfänger (12) angeordnet ist.
4« Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlungsleitendes Element ein transparenter Körper

(25) mit reflektierender Außenfläche (26) und stufenringförmigen Eintrittsöffnungen außerhalb der direkten Strahlung

(10) vorgesehen ist.

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5, Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als liehtleitendss Element ein Körper mit zwiebelschalenförmiger Außenfläche (32) und zylindrischer oder schwach konischer, die direkte Strahlung (10) unischließender, in einen Absorptionsraum (34) mündender Bohrung vorgesehen ist, wobei an der Zwiebelspitze der Strahlungsempfänger (12) angeordnet ist.
6. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des oder der lichtleitenden Elemente eine Strahlungsfalle angeordnet ist.
7c Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des oder der lichtleitencien EIeiaente ein weiterer Strahlungsempfänger (24, 28) zur Aufnahme der direkten Strahlung angeordnet ist.
8. Rauchdetektor nach einen der Anspräche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel (9, 17) zur Fokussierung oder Begrenzung der von der Strahlungsquelle (C) ausgasandten Strahlung auf einen zentralen Strahlungsbereich (10) innerhalb der ringförmigen Zone (R) .

9_r Rauchdetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Fokussiarungs- oder Segrenzungsmittel eine Linse (9) bzw. Blenden (17) vorgesehen sind. -

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