DE4240395C2 - Detector for the detection of electromagnetic radiation - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit minde stens einem unter einer für die Strahlung durchlässigen Abdeckscheibe in einem für elektro magnetische Strahlung undurchlässigen Gehäuse angeordneten Sensorelement, das auf elektromagnetische Strahlung anspricht und in Abhängigkeit von der Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.The invention relates to a detector for detecting electromagnetic radiation with mind at least one under a radiation-permeable cover plate in one for electro magnetic radiation impermeable housing arranged sensor element that on electromagnetic radiation responds and depending on the radiation an electrical Output signal generated.
Optische Detektoren der angegebenen Art werden beispielsweise zum schnellen Entdecken von Flammen, Funken oder anderen Feuererscheinungen, zum Bewachen von Räumen oder industriellen Prozessen eingesetzt. Ein Problem bei dem Einsatz derartiger Detektoren bildet vor allem die Verschmutzung der Abdeckscheibe des Sensorelementes, da hierdurch die An sprechempfindlichkeit erheblich herabgesetzt wird. Den Grad solcher Verschmutzungen kann man bisher nur mit Hilfe aufwendiger Prüfungen, die auch häufig das an den Detektor ange schlossene Gesamtsystem beeinflussen, unter Verwendung optischer Prüfeinrichtungen vor Ort feststellen.Optical detectors of the specified type are used, for example, for quick detection of flames, sparks or other fire phenomena, for guarding rooms or industrial processes. A problem with the use of such detectors is especially the contamination of the cover plate of the sensor element, as a result of this speech sensitivity is significantly reduced. The degree of such pollution can So far, only with the help of extensive tests, which is often the one attached to the detector affect the overall system, using optical test equipment Determine location.
Aus US 4,709,153 geht ein Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit minde stens einem unter einer für die Strahlung durchlässigen Abdeckscheibe in einem für elektro magnetische Strahlung undurchlässigen Gehäuse angeordneten Sensorelement hervor, dass auf elektromagnetische Strahlung anspricht und in Abhängigkeit von der Strahlung ein elektri sches Ausgangssignal erzeugt, wobei auf den Außenseiten des Gehäuses am Rand der Ab deckscheibe mindestens eine elektromagnetische Strahlung abstrahlende Strahlungsquelle angeordnet ist. Die Strahlungsquelle befindet sich an einem hervorspringenden Punkt, der Schmutz- oder Staubbrücken bilden kann. Ungleichmäßig über die Oberfläche verteilte Ver schmutzungen könne mit dieser Vorrichtung nicht ermittelt werden. Ferner kommt es zu Ab schattungen von Einstrahlungsbereichen der zu detektierenden Strahlungen. Die Messstrah lung wird bei dieser Vorrichtung nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Messbe reiches verteilt. Sehr dünne Schmutzschichten oder Schmutzschichten überhaupt, sind mit die ser Vorrichtung nicht messbar. Im Fensterbereich befindliche Verschmutzungen führen zur Verfälschung des Messsignales, so dass eine Verschlechterung der Detektionseigenschaften auftreten.From US 4,709,153 a detector for detecting electromagnetic radiation with at least at least one under a radiation-permeable cover plate in one for electro magnetic radiation impermeable housing arranged sensor element shows that responds to electromagnetic radiation and an electri depending on the radiation cal output signal, being on the outside of the housing at the edge of the Ab cover plate at least one radiation source emitting electromagnetic radiation is arranged. The radiation source is at a protruding point, the Can form dirt or dust bridges. Ver distributed unevenly over the surface Soiling cannot be determined with this device. Ab also occurs Shades of radiation areas of the radiation to be detected. The measuring beam In this device, the treatment is not uniform over the entire surface of the measuring area rich distributed. Very thin layers of dirt or layers of dirt at all are with them This device cannot be measured. Contamination in the window area leads to Falsification of the measurement signal, so that the detection properties deteriorate occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine selbsttätige Prüfung der Verschmutzung seiner Abdeckscheibe ermöglicht, ohne dass seine Überwachungsfunktion und das angeschlossene System gestört wird.The invention has for its object to a detector of the type mentioned create, which enables an automatic check of the contamination of its cover plate, without its monitoring function and the connected system being disturbed.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Außenseite des Gehäuses am Rand der Abdeckscheibe mindestens ein elektromagnetische Strahlung einer Strahlungs quelle abstrahlendes Element angeordnet ist. Ein Teil der von dem Element abgestrahlten Strahlung durchdringt die Abdeckscheibe des Detektors und eine eventuell darüberlie gende Schmutzschicht und wird von dem Sensorelement erfaßt. Je nach Art und Umfang der Schmutzschicht weicht der zu dem Sensorelement gelangene Anteil dieser Strahlung von dem Anteil ab, der ohne Verschmutzung der Abdeckscheibe dorthin gelangen würde. Aus dieser Abweichung, die an dem Ausgangs signal des Sensorelements ablesbar ist, kann somit auf den Grad der vorhandenen Verschmutzung geschlossen werden. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Prüfung der Ver schmutzung des Detektors ermöglicht.The object is achieved in that on the outside of the housing at least on the edge of the cover plate an electromagnetic radiation of a radiation source radiating element is arranged. A part of radiation emitted by the element penetrates the Cover plate of the detector and a possibly above dirt layer and is detected by the sensor element. Depending on the type and extent of the layer of dirt, it deviates to that Share of this radiation from the sensor element Proportion that goes there without contamination of the cover plate would arrive. From this deviation that at the output signal of the sensor element can be read, can thus on the Degree of pollution present. On this way, a continuous review of ver contamination of the detector.
Ein einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Detektors läßt sich nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreichen, daß auf der Außenseite des Sensorgehäuses eine die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zum Rand der Abdeckscheibe leitende Schicht angebracht ist, die bis auf eine Strahlungseintrittsfläche und eine Strah lungsaustrittsfläche mit einer strahlungsundurchlässigen Abdeckung abgedeckt ist. Die Anbringung einer strahlungs leitenden Schicht auf dem Sensorgehäuse ist mit einfachen kostengünstigen Maßnahmen zu erreichen und macht das heran führen elektrischer Anschlüsse an den Rand der Abdeck scheibe entbehrlich. Ergänzend kann erfindungsgemäß vorge sehen sein, daß das Gehäuse, die strahlungsleitende Schicht und die Abdeckung aus teleskopartig ineinandergreifenden Teilen gebildet sind, die zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Teile der Baueinheit rotationssymmetrisch ausgebildet. Erfindungsgemäß kann wei terhin vorgesehen sein, daß die Baueinheit als Schraubfas sung ausgebildet ist, die an ein die Strahlungsquelle, elektronische Schaltungselemente des Detektors und elektri sche Anschlußeinrichtungen aufnehmendes Detektorgehäuse anschraubbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung sind empfindliche, elektronische Bauelemente innerhalb des Detektorgehäuses geschützt angeordnet. Die Schraubfassung bildet ein mit dem Detektorgehäuse lösbar verbundenes Ele ment, das je nach Anwendungsfall durch ein anderes, für einen anderen Anwendungsfall, beispielsweise einen anderen Spektralbereich vorgesehenes Element ausgetauscht werden kann.A simple construction of the detector according to the invention can themselves according to a further proposal of the invention achieve that on the outside of the sensor housing the electromagnetic radiation from the radiation source conductive layer is attached to the edge of the cover plate, except for a radiation entrance surface and a beam exit area with a radiation-impermeable Cover is covered. The attachment of a radiation conductive layer on the sensor housing is simple to achieve cost-effective measures and does that lead electrical connections to the edge of the cover disc dispensable. In addition, according to the invention can be seen that the housing, the radiation-conducting layer and the cover made of telescoping interlocking Parts are formed that form a unit with each other are connected. The parts of the structural unit are preferably rotationally symmetrical. According to the invention, white be further provided that the unit as a screw is formed, which is connected to the radiation source, electronic circuit elements of the detector and electri cal connection devices receiving detector housing is screwable. With such a configuration sensitive, electronic components within the Detector housing arranged protected. The screw socket forms an Ele detachably connected to the detector housing ment, depending on the application, by another, for another use case, for example another Spectral range provided element are exchanged can.
Eine Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Strahlungs quellen kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht werden, daß an der Strahlungseintrittsflä che der strahlungsleitenden Schicht an einer der Strah lungsquelle diametral gegenüberliegenden Stelle ein Strah lungsempfänger angeordnet ist. Da ein Teil der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung nach Durchlaufen der strahlungsleitenden Schicht und des Zwischenraums im Bereich der Abdeckscheibe an der der Strahlungsquelle dia metral gegenüberliegenden Stelle der Schicht wieder aus tritt, kann mit Hilfe des dort angeordneten Strahlungsem pfängers die Betriebsbereitschaft der Strahlungsquelle geprüft werden.A review of the operational readiness of the radiation can swell according to a further proposal of the invention can be achieved in that at the radiation entry surface of the radiation-conducting layer on one of the beams a diametrically opposite point is arranged receiver. Because part of that of the Radiation source emitting radiation after passing through the radiation-conducting layer and the space in the Area of the cover plate on the radiation source dia metrically opposite point of the layer again occurs, using the radiation em arranged there the operational readiness of the radiation source being checked.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigenThe invention is illustrated below with the aid of an embodiment game explained in more detail, which is shown in the drawing is. Show it
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Detektors zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit gelöster Schraubfassung, Fig. 1 is a perspective view of a detector for detecting electromagnetic radiation with dissolved screw socket,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schraubfassung des Detektors gemäß Fig. 1 und Fig. 2 shows a cross section through the screw socket of the detector according to Fig. 1 and
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Funktionsprin zips der Erfindung anhand eines Teilschnitts durch die Schraubfassung und das Detektorgehäuse des Detektors gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a schematic representation of the OPERATINGPRINCIPLE zips of the invention in a partial section through the screw socket and the detector housing of the detector of FIG. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Detektor weist ein Detektorge häuse 1 mit einer Frontplatte 2 auf, in der eine mittige, mit einem Innengewinde versehende Öffnung 3 zum Einschrau ben einer Schraubfassung 4 vorgesehen ist. Aus der Öffnung 3 ragt ein zylindrischer Sockel 5 raus, der auf seiner Stirnfläche opto-elektronische Sensorelemente 6 zur Erfas sung elektromagnetischer Strahlung trägt. Die Sensorele mente 6 sind an eine elektronische Schaltung im Innern des Detektorgehäuses 1 angeschlossen. Um die Öffnung 3 herum sind in gleichmäßigem radialen Abstand zu dieser mehrere Löcher 7 von im Vergleich zur Öffnung 3 geringem Durchmes ser vorgesehen, denen im Innern des Detektorgehäuses 1 Strahlungsquellen gegenüberliegen.The detector shown in Fig. 1 has a Detektorge housing 1 with a front plate 2 , in which a central, provided with an internal thread opening 3 for screwing ben a screw socket 4 is provided. A cylindrical base 5 protrudes out of the opening 3 and carries opto-electronic sensor elements 6 for detecting electromagnetic radiation on its end face. The Sensorele elements 6 are connected to an electronic circuit inside the detector housing 1 . Around the opening 3 are provided at a uniform radial distance from this several holes 7 of small diameter compared to the opening 3 water, which are opposite radiation sources in the interior of the detector housing 1 .
Die Schraubfassung 4 ist in Fig. 2 näher dargestellt. Sie besteht aus einem ringförmigen, metallischen Gehäuse 8 mit einer zylindrischen Bohrung 9, die zur Aufnahme des Sockels 5 dient. Die Mantelfläche des Gehäuses 8 weist einen abge setzten, mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt 10 auf, der in die Öffnung 3 einschraubbar ist. Das dem Abschnitt 10 abgekehrte Ende der Bohrung 9 ist durch eine Abdeckscheibe 11 verschlossen, die in einem bestimmten Spektralbereich für elektromagnetische Strahlung durchläs sig ist. Bei einer Verwendung des Detektors als Flammenmel der kann die Abdeckscheibe 11 beispielsweise im nahen Infrarotbereich strahlungsdurchlässig sein.The screw socket 4 is shown in more detail in FIG. 2. It consists of an annular, metallic housing 8 with a cylindrical bore 9 , which serves to receive the base 5 . The outer surface of the housing 8 has a set, provided with an external thread section 10 , which can be screwed into the opening 3 . The section 10 remote end of the bore 9 is closed by a cover plate 11 which is permeable to electromagnetic radiation in a certain spectral range. When the detector is used as a flame detector, the cover plate 11 can be transparent to radiation, for example in the near infrared range.
Das Gehäuse 8 ist von einer Schicht 12 aus einem elektroma gnetische Strahlung leitenden Material umgeben, die die zylindrische Mantelfläche und die an die Abdeckscheibe 11 angrenzende Kreisringfläche des Gehäuses 8 sowie den in das Gehäuse 8 eingelassenen Rand der Abdeckscheibe 10 bedeckt. Die Schicht 12 weist eine kreisringförmige Eintrittsfläche 13 und eine zylindrische Austrittsfläche 14 auf. Nach außen ist die Schicht 12 durch eine kappenförmige Abdeckung 15 aus einem für elektromagnetische Strahlung undurchlässigen Material abgedeckt.The housing 8 is surrounded by a layer 12 made of an electromagnetic radiation-conducting material which covers the cylindrical outer surface and the annular surface of the housing 8 adjacent to the cover plate 11 and the edge of the cover plate 10 embedded in the housing 8 . The layer 12 has an annular entry surface 13 and a cylindrical exit surface 14 . To the outside, the layer 12 is covered by a cap-shaped cover 15 made of a material that is impermeable to electromagnetic radiation.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Detektors wird anhand der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 3 im folgenden erläu tert. Wie die Darstellung zeigt, befindet sich im zusammen gebauten Zustand die Schicht 12 der Schraubfassung 4 unmit telbar über den Löchern 7 in der Frontplatte 2 des Detek torgehäuses 1. Die von Strahlungsquellen 16 ausgehende Strahlung gelangt durch die Löcher 7 zur Eintrittsfläche 13 der Schicht 12 und wird von der Schicht 12 aufgenommen, weitergeleitet und am Rand der Abdeckscheibe 11 über die Austrittsfläche 14 diffus abgestrahlt. Ein Teil dieser abgestrahlten Strahlung durchdringt die Abdeckscheibe 11 und wird von den unter der Abdeckscheibe 11 befindlichen Sensorelementen 6 erfaßt. Die Intensität der erfaßten Strahlung bei sauberer Abdeckscheibe 11 wird als Normalzu stand gemessen und gespeichert. Ist die Abdeckscheibe 11 verschmutzt, so erreicht die Sensorelemente 6 je nach Art und Grad der Verschmutzung nur ein Teil der Strahlung, die sonst ohne Verschmutzung dort hingelangen würden. Durch Vergleich dieser Abweichung mit dem Normalzustand kann auf den Grad der Verschmutzung der Abdeckscheibe geschlossen werden. Dieser Verschmutzungsgrad kann entweder angezeigt werden oder bei Erreichen eines Grenzwerts ein Wartungssi gnal auslösen.The mode of operation of the detector described is explained in the following on the basis of the basic illustration according to FIG. 3. As the illustration shows, in the assembled state, the layer 12 of the screw socket 4 is immediately above the holes 7 in the front plate 2 of the detector housing 1 . The radiation emanating from radiation sources 16 passes through the holes 7 to the entry surface 13 of the layer 12 and is absorbed by the layer 12 , transmitted and diffusely emitted at the edge of the cover plate 11 via the exit surface 14 . A part of this emitted radiation penetrates the cover plate 11 and is detected by the sensor elements 6 located under the cover plate 11 . The intensity of the radiation detected when the cover plate 11 is clean is measured and stored as the normal state. If the cover plate 11 is soiled, the sensor elements 6, depending on the type and degree of soiling, only reach part of the radiation that would otherwise get there without soiling. By comparing this deviation with the normal state, the degree of contamination of the cover plate can be concluded. This level of contamination can either be displayed or trigger a maintenance signal when a limit value is reached.
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