DE2801873A1

DE2801873A1 - Optischer teilchendetektor

Info

Publication number: DE2801873A1
Application number: DE19782801873
Authority: DE
Inventors: Donald Francis Steele
Original assignee: American District Telegraph Co
Current assignee: American District Telegraph Co
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1978-12-21
Also published as: FR2394081B1; GB1594275A; CA1113569A; JPS545779A; FR2394081A1; US4166698A; JPS6120807B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen optischen Teilchendetektor mit einer einem Rauch, Dunst, Nebel und dgl. zugänglichen Dunkelkammer, einer Lichtquelle, die Licht auf einem Weg in der Kammer projiziert, und einer Photozelle, die so angeordnet ist, daß sie einen Bereich in der Kammer sieht und auf Licht anspricht, welches durch Teilchen in dem Weg ausgebreitet wird.

Zum Stande der Technik wird die US-Patentschrift No. 3 868 184 sowie die US-Patentanmeldung mit der Serial No. 777 043 vom 14. März 1977 genannt.

Im vorstehend genannten Patent wird ein optischer Rauchdetektor beschrieben, welcher einen von einer Bedienungsperson betätigbaren Winkelhebel aufweist, der einen dünnen Draht trägt. Zum Erproben bzw. überprüfen des Rauchdetektors wird der Draht durch eine Rauch-Feststell-Zone geschwenkt, wo der Weg des Lichtes aus der Erregerquelle und die Sicht bzw. der Einblick der Photozelle zusammentreffen. Es wird dann Licht direkt vom Test- bzw. Erprobungsdraht zur Photozelle ausgebreitet. Ein derartiger Erprobungsdraht kann eine vorbestimmte Rauchdichte zufriedenstellend simulieren, hat jedoch den Nachteil, daß er sehr fein und flexibel ist, so daß er schwierig zu sehen und während der Herstellung schwierig zu handhaben ist. Ein größerer Draht würde weniger kritisch im Hinblick auf seine Anordnung bezüglich des Lichtstrahls und der Photozelle und des Reflexionsvennögens seiner Oberfläche sein, dieser würde jedoch auch viel mehr Licht als Rauchteilchen ausbreiten.

Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, einen Rauchdetektor mit einer Test- bzw. Erprobungs- bzw. Überprüfungseinrichtung zu schaffen, bei der ein feiner zerbrechlicher Draht nicht erforderlich ist und die Licht in einer Weise ausbreitet bzw. verteilt, die repräsentativer für Rauch bzw. Nebel ist.

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Erfindungsgemäß ist demnach ein optischer Teilchendetektor vorgesehen, mit einer Rauch, Dunst, Nebel und dgl. zugänglichen Dunkelkammer, einer Lichtquelle, die Licht auf einem Weg in der Kammer projiziert, und einer Photozelle, die so angeordnet ist, daß sie einen Bereich in der Kammer sieht und auf Licht anspricht, welches durch Teilchen in dem Weg ausgebreitet wird, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Betätigungseinrichtung außerhalb der Sicht der Photozelle vorgesehen ist, um Licht auf den gesichteten Bereich in der Umhüllung zu leiten, so daß Sekundärlicht von diesem Bereich zur Photozelle hin ausgebreitet wird und dadurch Teilchen in der Kammer simuliert werden. Der Begriff Einrichtung zum Leiten bzw. Lenken von Licht schließt eine Einrichtung zum Ausbreiten oder Reflektieren des Lichts von einer Primärquelle sowie zum Leiten von Licht in einer direkten Weise von einer Quelle auf einen Sekundär-Ausbreitungsbereich ein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Rauchdetektors,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer ^un anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, und

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich der Fig. 2 einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Der Optische Rauch-, Dunst- bzw. Nebeldetektor gemäß den Fig. 1 und 2 ist in größerer Einzelheit in der Anmeldung Serial No. 777 043 beschrieben und umfaßt eine kreisförmige Basisplatte

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mit einem Flansch 2, über den ein kreisförmiges Gehäuse 3 paßt. Das Gehäuse 3 enthält eine untere Umfangswand 4 mit einer Stirnfläche 5 um einen optischen Block 6. Der Block 6 enthält eine Lichtemissions-Diodenquelle (LED) 7, eine Rauch-Feststell-Photozelle 17 und eine Kompensations-Photozelle 21. Das Licht aus der LED-Quelle 7 strahlt durch einen Durchgang 8 im optischen Block längs eines durch die Achse 11 angegebenen Weges, wobei selbstverständlich der Lichtweg ein divergierender Konus längs der Achse 11 ist. Der Lichtweg erstreckt sich in eine Dunkelkammer 12, die vom vorstehend beschriebenen Gehäuse 3 umschlossen ist. Darüber hinaus enthält das Gehäuse einen Aufbau mit Außenwänden 13, Innenwänden 14, die über der Stirnfläche 5 sich erheben, und einer Abdeckung 16 über den Wänden 13 und 14. Die Dunkelkammer 12 weist somit einen Raum innerhalb der Wände 13 und 14 und der Abdeckung 16 auf.

Die Rauch-Feststell-Photozelle 17 empfängt den Lichtweg 11 durch einen Durchgang 9 im Block 6 längs einer Achse 18 und sieht auch das Innere der Dunkelkammer 12 in Bereichen, wie beispielsweise die Unterseite der Abdeckung 16 und die Wände seines Durchgangs 9. Der Rauch kann in die Dunkelkammer 12 durch Wände bzw. Gitter 24 eintreten, die zwischen äußeren Raucheinlaßöffnungen 22 in den Außenwänden 13 und den inneren Einlaßöffnungen 23 in den Innenwänden 14 geneigt sind. Diese Einlasse und die Dunkelkammer sind aus Kunststoff oder einem anderen Material mit einer nicht reflektierenden schwarzen Oberfläche ausgebildet, so daß die Erregungswirkung des Lichtes vom Rauchdetektoräußeren auf bzw. bei der Rauch-Feststellzelle 17 in der Kammer 12 verringert wird. Es ist jedoch Teil der Erfindung, daß trotz der Maßnahmen zum Eliminieren der Lichtreflexion die verschiedenen Oberflächen der Dunkelkammer 12 eine Lichtstreu- bzw. Verteileigenschaft beibehalten, auch wenn diese schwach bzw. gering ist.

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Erfindungsgemäß ist, wie in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht, eine Licht-Streu-Fahne bzw. -Platte 30 auf einem Winkelhebel 31 befestigt, der bei 32 auf dem optischen Block 6 schwenkbar ist. Die verlängerten Arme 33 einer um den Schwenkstift 32 gewickelten Feder halten normalerweise die Platte 30 in der gezeigten Stellung anstoßend an den optischen Block 6 außerhalb des Lichtwegs 11 und der Sicht 18 der Rauch-Feststell-Photozelle 17. Ein Stößel 34, der sich von außerhalb der Abdeckung 16 des Detektors zu dem einen Ende des Winkelhebels 31 erstreckt, kann durch den Eigentümer oder die Bedienungsperson des Detektors betätigt werden, so daß der Winkelhebel gedreht und die Platte 30 in den Lichtkonus längs der Achse 11 bewegt wird, der von der LED-Lichtquelle 7 herrührt.

Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt, weist die Platte oder Fahne 30 einen wesentlich größeren Oberflächenbereich als der feine Draht des vorgenannten Patentes auf. Darüber hinaus ist, wie in Fig. 2 ersichtlich, ein Anschlag 36 im Weg des Winkelhebels angeordnet, so daß die Bewegung der Platte 30 auf eine Stellung 30* begrenzt wird, die strichliert gezeigt ist, wobei die Stellung im Weg des Lichtes aus der LED-Quelle 7, jedoch im wesentlichen außerhalb der Sicht der Rauch-Feststell-Photozelle 17 gelegen ist. In der strichliert gezeigten Stellung 30* breitet die Platte keine oder nur eine unwesentliche Lichtmenge direkt zur Rauch-Feststell-Zelle 17, obgleich eine kleinere Lichtmenge zur Wand 9 hin verteilt werden kann, welche zur Photozelle 17 führt. Es verteilt jedoch, wie durch Pfeile gezeigt, welche von der Primär-Verteiloberflache der Platte bei 30* ausgehen, die Oberfläche der Platte bzw. Fahne eine wesentliche Lichtmenge in diffuser Weise zu Sekundärlicht-Verteilbereichen in den oberen Abschnitten der Dunkelkammer einschließlich des inneren Bereichs der Stirnfläche 5 und des Bereichs 16* der Abdeckung 16. Diese Sekundärlicht-Verteilbereiche, die wesentlich grosser als die Primär-Verteiloberfläche um einen Faktor von mehreren Tausend sind, streuen ihrerseits das von der Platte 3O*

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empfangene Licht in verschiedenen Richtungen einschließlich denjenigen der Pfeile wieder zurück, die nach unten von dem unterseitigen Bereich 16* der Abdeckung 16 in Richtung der Rauch-Feststell-Photozelle 17 ausgehen. Die Sekundärstreuung vom Bereich 16* verteilt den größten Teil des Lichtes in Richtungen, die nicht in Richtung der Photozelle 17 weisen, da jedoch die umfaßten Verteil- bzw. Streubereiche groß sind, erreicht Licht die Photozelle 17, das äquivalent demjenigen ist, welches durch den Rauch mit einer vorbestimmten Dichte ausgebreitet wird. Die vorbestimmte Dichte kann beispielsweise diejenige Dichte an Rauch bzw. Nebel sein, die einen Lichtstrahl auf 30,48 cm (1 foot) vermindert.

Die vorgenannte Primär- und Sekundärstreuanordnung hat den Vorteil, daß die Platte infolge ihrer großen Oberfläche Licht von einem relativ großen und demzufolge eher repräsentativen Lichtstrahl-Querschnitt ausbreitet und eine solche repräsentative Probe trotz einer Herstellung von Veränderungen in der Lichtquelle 7 wie der Orientierung des Lichtemissionselementes relativ zu seiner Basis und der zugehörigen reflektierenden oder transmittierenden bzw. durchlässigen Optik verteilt. Darüber hinaus bewirken Veränderungen in den geometrischen Beziehungen zwischen der Lichtquelle 7, der Plattenposition 30* und der Rauch-Feststell-Photozelle 17 keine großen Veränderungen in dem sekundär verteilten Licht, welches letztlich die Photozelle infolge der Tatsache erreicht, daß die Primärstreuung den Sekundär-Verteilbereich

deckt und Licht jenseits des Sekundär-Bereiches ausbreitet. Diese erwähnten Veränderungen in den geometrischen Beziehungen verändern lediglich das Licht, welches außerhalb des Sekundär-Verteilbereiches fällt, während eine repräsentative Intensität im Sekundär-Bereich beibehalten wird, der durch die Photozelle 17 gesehen bzw. bestrichen wird.

Vorteilhafterweise sind der Winkelhebel 31 und die sich in rechten Hinkein dazu erstreckende Platte bzw. Fahne integral

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aus einem homogen gefärbten Kunststoffmaterial, wie z.B. aus glasgefülltem Nylon, mit einer mattgrauen Oberfläche ge- bzw. verformt. Ein solches Material hat entscheidende Vorteile gegenüber einer behandelten Metalloberfläche, wie z.B. eine zuverlässige Reproduzierbarkeit der Licht-Verteil-Charakteristik und die Aufrechterhaltung dieser Charakteristik über längere Zeiträume.

Es kann jedoch, wie durch den Rauchsimulator der Fig. 3 und 4 beispielhaft gezeigt, ein relativ großer Stahldraht mit einem natürlichen dunkel- bzw. mattgrauen oxidierten Aussehen verwendet werden. Unter einem großen Draht wird ein Draht von 1/2 nm oder mehr u (18 cd .mehr mil) Im Durchmesser verstanden im Vergleich zu 1/8 inn 6 mil) oder kleineren früheren Versuchsdrähten. Ein Draht mit1/2 im (18 mi]) Durchmesser ist nicht zerbrechlich und auch nicht schwierig in der Herstellung zu handhaben und unterbricht einen ziemlich repräsentativen Querschnitt eines erregenden Lichtstrahls. Eine solche Drahtplatte bzw. -fahne 3OA ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt, die die Arme eines Hebels 31A überbrückt, welcher bei 32 auf einem optischen Block 6A schwenkbar ist, der eine einzige Rauch-Feststell-Photozelle 17 in einem Durchgang 9 und eine LED-Quelle 7 in einem Durchgang 8 enthält. Der Hebel 31A ist aus einem blattartigen Metall bzw. aus Blech in einer U-Form ausgebildet und weist zwei parallele Arme 36, ein Verbindungsende 37 und eine Zunge 38 auf, die sich längs des U von dem Verbindungsende für einen Eingriff mit einem von Hand betätigten Stößel 34 erstreckt, wie dieser in Fig. 2 gezeigt ist. Eine Feder 39 drängt normalerweise den Draht 3OA gegen den optischen Block 6A außerhalb des Strahls des Lichtes aus der LED-Quelle 7, wie dies bei dem Detektor nach den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Werden der Stößel 34 und der Hebel 31A betätigt, bewegt sich der Draht in eine Stellung 3OA*, in der er Licht zu den Sekundär-Verteilbereichen, wie z.B. den Bereich 16* der Fig. 2, ausbreitet, und dadurch wird die Rauch-Feststell-Zelle 17 wie vorstehend beschrieben indirekt erregt.

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In der Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt, bei der eine unabhängige Lichtquelle 4O die Funktion der Primärlichtverteilungen 30 und 3OA nach den Fig. 1 bis durchführt. Gemäß Zeichnung ist die Lichtquelle 40, die eine LED-Quelle ist, in einem Lichtdurchgang 41 eines optischen Blocks 6B angrenzend an den Durchgang 9 von der Rauch-Feststell-Photozelle 17 angeordnet. Die vorstehend beschriebene Erregerlampe 7 ist ebenfalls im Block vorgesehen. Normalerweise wird Licht von der LED-Quelle 40 durch eine Blende abgedeckt, welche auf einem Stößel 42 getragen bzw. geführt wird, der durch einen von Hand betätigbaren Knopf 43 außerhalb einer Rauchdetektorabdeckung 16B ähnlich demjenigen der Abdeckung 16 in den Fig. 1 und 2 betätigt wird. Wird der Stößel 42 gegen eine Feder 44 niedergedrückt, bis die Blendenöffnung das Licht der LED-Quelle 40 passiert, wird das Licht, welches vorher in Transmission bzw. in übertragender Weise längs des Durchgangs 41 durch eine Diffusionsscheibe 45 diffundiert worden ist, über den verschiedenen Innenbereichen, wie z.B. den Unterseitenbereich 16B der Abdeckung 16 gemäß den Fig. 1 und 2 verteilt. Die Sekundärverteilung aus dem Bereich 16B erregt die Rauch-Feststell-Zelle 17 wie vorstehend erklärt.

Erfindungsgemäß ist demnach eine Art eines Rauch- bzw. Dunstoder Nebeldetektors vorgesehen, der ein Gehäuse aufweist, welches eine Dunkelkammer bildet, in der Licht auf einen Weg geleitet wird, welcher durch eine Rauch-Feststell-Photozelle gesehen wird. Der Rauch in dem eingesehenen Lichtweg breitet Licht zur Zelle aus, das die Zelle in einen Alarmbzw. Warnzustand erregt, wenn der Rauch eine vorbestimmte Dichte aufweist, die gefährlich ist. Der Detektor wird für ein Ansprechen auf eine vorbestimmte Rauchdichte mit Hilfe eines äußeren betätigbaren Knopfes getestet. Durch ein Niederdrücken des Knopfes wird ein Hebel oder ein Winkelhebel gedreht, der den Lichtweg bzw. Lichtlauf in der Kammer unterbricht und Licht zu einem oder mehreren großen Bereichen in

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der Dunkelkammer ausbreitet. Diese Sekundär-Bereiche verteilen ihrerseits wieder das ausgebreitete Licht zu der Photozelle zurück bzw. reflektieren dieses, wobei Rauch simuliert und die Zelle in einen Alarm- bzw. Warnzustand erregt wird.

Die Primärlicht-Verteiloberfläche des Winkelhebels und die Bereiche der zweiten Lichtverteilung sind groß genug, daß das letztlich zur Photozelle ausgebreitete Licht gleich demjenigen ist, welches durch den Rauch mit einer vorbestimmten Dichte verteilt wird.

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Leerseite

Claims

DL· tiFEL · SCHÖN · HERTEL PATEKTANWIITE /öU I ö / J DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS. Hl/Hk/ga-A 2545 American District Telegraph Company 15 Exchange Place Jersey City, New Jersey O73O3 / USA Optischer Teilchendetektor Patentansprüche

1.j Optischer Teilchendetektor mit einer einem Rauch, Dunst, Nebel und dgl. zugänglichen Dunkelkammer, einer Lichtquelle, die Licht auf einem Weg in der Kammer projiziert, und einer Photozelle, die so angeordnet ist, daß sie einen Bereich in der Kammer sieht und auf Licht anspricht, welches durch Teilchen in dem Weg ausgebreitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Betätigungseinrichtung außerhalb der Sicht der Photozelle vorgesehen ist, um Licht auf den gesichteten Bereich in der Kammer zu lenken, so daß Sekundärlicht von diesem Bereich zur Photozelle ausgebreitet wird und dadurch Teilchen in der Kammer simuliert werden.

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2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung eine Primärlicht-Ausbreitober fläche aufweist, die von außerhalb des Lichtweges in eine Stellung im Lichtweg im wesentlichen außerhalb der Photozellensicht bewegbar ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärlicht-Ausbreitbereich wesentlich größer als die Primär-Ausbreitoberflache ist.

4. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht-Ausbreitkapazität des Sekundärlicht-Ausbreitbereiches zur Photozelle hin wesentlich größer als die der beweglichen Ausbreitoberfläche ist.

5. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärlicht-Ausbreitbereich Licht wesentlich über dem Photozellenbereich diffundiert.

6. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärlicht-Ausbreitbereich die Sicht der Photozelle überschreitet, so daß Veränderungen im primär ausgebreiteten Licht infolge der Lichtquellenrichtung und der Ausbreitungs-Einrichtungs-Stellung das Ansprechen der Photozelle nicht nennenswert beeinträchtigt.

7. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärlicht-Ausbreitungsoberfläche Licht über einem Sekundärlicht-Ausbreitungsbereich ausbreiten kann, welcher die Sicht der Photozelle beim Verändern der räumlichen Beziehungen der Lichtquelle und der Sekundäroberfläche überschreitet.

8. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht-Ausbreitungsoberfläche ein homogen gefärbtes Kunststoffmaterial aufweist.

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9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche ein mattgraues, glasgefülltes Nylonmaterial ist.

10. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen Hebel umfaßt, der auf einem optischen Block schwenkbar ist, der die Photozelle befestigt.

11. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen Hebel umfaßt, der auf einem optischen Block schwenkbar ist, der die Lichtquelle befestigt.

12. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein U-förmiges Joch umfaßt, das auf entgegengesetzten Seiten eines optischen Blocks schwenkbar ist und einen Draht trägt, der das Joch überbrückt.

13. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die sich zum Detektoräußeren für einen manuellen Betrieb erstreckt.

14. Detektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlageinrichtung vorgesehen ist, die die Bewegung der Betätigungseinrichtung begrenzt.

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