EP0054680B1 - Smoke detector according to the radiation extinction principle - Google Patents

Smoke detector according to the radiation extinction principle Download PDF

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EP0054680B1
EP0054680B1 EP19810108849 EP81108849A EP0054680B1 EP 0054680 B1 EP0054680 B1 EP 0054680B1 EP 19810108849 EP19810108849 EP 19810108849 EP 81108849 A EP81108849 A EP 81108849A EP 0054680 B1 EP0054680 B1 EP 0054680B1
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EP
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Grant
Patent type
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radiation
characterized
smoke detector
detector according
evaluation circuit
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Expired
Application number
EP19810108849
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German (de)
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EP0054680A1 (en )
Inventor
Jürg Dr. sc. nat. Muggli
Martin Dr. Sc. Nat. Labhart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cerberus AG
Original Assignee
Cerberus AG
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10Actuation by presence of smoke or gases automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103Actuation by presence of smoke or gases automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light-emitting and receiving device
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/24Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rauchmelder nach dem Strahlungs-Extinktions-Prinzip mit Strahlungssender unterschiedlicher Wellenlänge und Strahlungsempfänger, welche Strahlungssender Strahlen über eine rauchzugängliche Messstrekke zum Messstrahlungsempfänger und Strahlen über eine nicht oder weniger rauchzugängliche Vergleichsstrecke zum Vergleichsstrahlungsempfänger senden, wobei eine den beiden Empfängern nachgeordnete Auswerteschaltung ein Signal bei einer bestimmten Strahlungsschwäche erzeugt. The invention relates to a smoke detector according to the radiation extinction principle, with radiation transmitters of different wavelengths and radiation receiver which transmit radiation transmitter beams over a smoke accessible test section for measuring radiation receiver and radiation through a non or less smoke-accessible comparison path for comparison radiation receiver, wherein a downstream the two receivers evaluation circuit a signal produced at a certain radiation weakness.
  • Bei einem derartigen Rauchmelder muss eine relativ kleine Abnahme der von einem Strahlungssender auf eine Strahlungsempfänger gerichteten Strahlung nachgewiesen werden. In such a smoke detector, a relatively small decrease of the directed from a radiation transmitter to a radiation receiver radiation must be detected. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass eine Bestrahlungsabnahme, beispielsweise durch Alterung der Strahlungsquelle, durch Verstaubung optisch wirksamer Flächen, oder der Temperaturgang von Strahlungssendern und -Empfängern eine ähnliche Wirkung haben können wie das Vorhandensein von Rauch in der Messstrecke, so dass ein fehlerhaftes Alarmsignal ausgelöst werden kann, auch wenn kein Rauch vorhanden ist, oder der Rauchmelder unempfindlicher und daher unbrauchbar wird. A disadvantage of this is that a radiation loss, can such as the presence of smoke in the measurement path, for example due to aging of the radiation source, by dusting optically effective surfaces or the temperature response of radiation transmitters and receivers have a similar effect, so that triggered an erroneous alarm signal can be, even if there is no smoke, or the smoke detector sensitive and therefore unusable.
  • Gemäss US-Patent 3 994 603 kann dieser Nachteil dadurch beseitigt werden, dass ein Vergleichsstrahlengang vorgesehen ist, der nicht oder weniger durch Rauch beeinflusstwird, wobei die Auswerteschaltung mittels eines Vergleichsstrahlungsempfängers die nicht durch Rauch bedingten Strahlungsänderungen kompensiert. According to US Patent 3994603, this disadvantage can be eliminated that a reference beam is provided which is not influenced or less by smoke, the evaluation circuit by means of a comparison radiation receiver compensates for the non-smoke caused by radiation changes. Auf diese Weise können zwar die genannten Nachteile weitgehend vermieden werden, jedoch lässt sich auf diese Weise Rauch nicht mit Sicherheit von anderen Schwebeteilchenarten, zB Staubpartikel oder Nebeldämpfe, unterscheiden. In this way, although the above-mentioned disadvantages can be avoided, however, can not be that way with smoke safety of others Schwebeteilchenarten, as dust particles or mist vapors differ.
  • Im US-Patent 3 895 233 ist ein Gerät zur Analyse von S0 2 in Abgasen mit festen Schwebeteilchen (Rauch) beschrieben, in welchen zwei abwechselnd betätigte Strahlungssender ihre unterschiedliche Wellenlängen aufweisenden Strahlen über einen Strahlungsteiler in eine Messstrecke und eine Vergleichsstrecke lenken, wobei jede Strecke an ihrem Ende einen eigenen Strahlungsempfänger enthält. In U.S. Patent 3,895,233 an apparatus for the analysis of S0 2 in exhaust gases with solid particulate matter (smoke) is described in which two alternately operated radiation transmitter their different wavelengths having rays via a beam splitter into a measuring section and a reference track guide, with each path at its end contains its own radiation receiver. Nachteilig hierbei ist, dass die festen Schwebeteilchen (Rauch) keinen Einfluss auf das Messergebnis der Analyse ausüben, und daher eine Extinktion der Strahlung ausgeschlossen ist. The disadvantage here is that the solid particulate matter (smoke) exert no influence on the measurement result of the analysis, and thus an extinction of the radiation is excluded.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Rauchmelder nach dem Extinktions-Prinzip zu schaffen, der gegen Temperaturschwankungen, Verstaubung oder Betauung, Alterung der Bauelemente und andere langsame Eigenschaftsänderungen unempfindlich ist, der eine verbesserte Langzeit-Stabilität aufweist und störunanfällig und betriebssicher arbeitet, und der Rauch mit grösserer Sicherheit von anderen Fehlalarme auslösenden Partikelarten, z. The invention has the object to avoid the disadvantages of the prior art and to provide a smoke detector according to the extinction principle, is insensitive to temperature variations, dusting or condensation, aging of the components and other slow changes in properties, which has an improved long-term stability working and not susceptible to interference and reliable, and the smoke with greater safety of other false triggering particle types such. B. Staub oder Nebeltropfen, zu unterscheiden vermag und eine geringere Fehlalarmanfälligkeit aufweist. As dust or fog droplets, able to distinguish and has a lower false alarm susceptibility.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruch 1 gelöst. The object of the invention is solved by the features of the characterizing part of the patent claim. 1
  • Die Erfindung, sowie zweckmässige Weiterbildungen derselben, werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. The invention and expedient further developments thereof are described with reference to illustrated in FIGS embodiments.
    • Figur 1 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit Reflektor. Figure 1 shows a smoke detector arrangement comprising a reflector.
    • Figur 2 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit Strahlungsleiter im Anschluss an die Messstrekke. Figure 2 shows a smoke detector arrangement comprising radiating conductor following the test section.
    • Figur 3 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit Dispersions-Prisma. Figure 3 shows a smoke detector arrangement with dispersion prism.
    • Figur 4 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit hintereinander angeordneten Strahlungssendern. Figure 4 illustrates a smoke detector arrangement comprising successively arranged radiation emitters.
    • Figur 5 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit Strahlungsleitern vor der Messstrecke. Figure 5 shows a smoke detector arrangement with radiation conductors in front of the measuring section.
    • Figur 6 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit Mattscheibe. Figure 6 shows a smoke detector arrangement with ground glass.
    • Figur 7 zeigt eine Rauchmelder-Anordnung mit Dachkanten-Prisma. Figure 7 shows a smoke detector arrangement comprising roof-edge prism.
    • Figuren 8 und 9 zeigen je eine Auswerteschaltung für einen Rauchmelder. Figures 8 and 9 each show an evaluation circuit for a smoke detector.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Rauchmelder-Anordnung sind zwei Strahlungssender L, und L G so angeordnet, dass ihre Hauptausstrahlungsrichtungen sich unter einem Winkel von 90° kreuzen. In the embodiment shown in Figure 1 smoke detector arrangement comprises two radiation transmitters L, L and G are arranged so that their main emission directions crossing at an angle of 90 °. Unter einem Winkel von 45° zu den beiden Strahlungsrichtungen ist ein halbdurchlässiger Spiegel D angeordnet. At an angle of 45 ° to the two radiation directions, a semitransparent mirror is disposed D. In der direkten Strahlungsrichtung des einen Strahlungssenders L, ist ein Vergleichsstrahlungsempfänger S v vorgesehen. In the direct radiation direction of a radiation emitter L, a comparison radiation receiver v S is provided. In Strahlungsrichtung des anderen Strahlungssenders L G liegt eine rauchzugängliche Messstrecke M, beispielsweise in der Länge von 10 cm-20 cm. In the radiation direction of the other radiation emitter L G is a smoke-accessible measurement path M, for example, in length from 10 cm-20 cm. Am Ende der Messstrecke befindet sich ein Strahlungsreflektor R, der die die Messstrecke M durchsetzende Strahlung auf einen Messstrahlungsempfänger S M zurückwirft. At the end of the measuring section, there is a radiation reflector R which reflects the measuring path M passes through radiation to a measurement radiation receiver S M. Mit dieser Anordnung wird bewirkt, dass sowohl die Strahlung des Strahlungssenders L R , umgelenkt durch den halbdurchlässigen Spiegel D, als auch der von diesem Spiegel D durchgelassene Anteil des anderen Strahlungssenders L G die Messstrekke M passiert und vom Reflektor R zurückgeworfen, vom Messstrahlungsempfänger S M aufgenommen wird. With this arrangement causes both the radiation of the radiation emitter L R, deflected by the half mirror D, and the light transmitted by this mirror D proportion of the other radiation emitter L G passes through the test section M and reflected by the reflector R, the measuring radiation receiver S M is recorded. Dahingegen trifft die vom Strahlungssender LR ausgehende direkte Strahlung nach Durchsetzen des halbdurchlässigen Spiegels D und die vom anderen Strahlungssender L G ausgehende, vom halbdurchlässigen Spiegel D reflektierte Strahlung nach Durchlaufen einer nicht oder weniger rauchzugänglichen Vergleichsstrecke auf den Vergleichsstrahlungsempfänger S v . In contrast, the outgoing from the radiation transmitter LR direct radiation impinges after passing the half mirror D and the outgoing from the other radiation transmitter L G, light reflected by the half mirror D radiation after passing through a no or less smoke-accessible comparison path to a comparison radiation receiver S v. Durch diese Anordnung wird also bewirkt, dass die beiden Strahlungsempfänger bei Abwesenheit von Rauch durch die beiden Strahlungssender nahezu gleich beaufschlagt werden, bei Anwesenheit von Rauch in der Messstrecke dagegen stark unterschiedlich. This arrangement therefore causes the two radiation receivers are applied almost equal in the absence of smoke through the two radiation transmitter, greatly different in the presence of smoke in the measurement path on the other hand.
  • Die beiden Strahlungssender L R und L G sind nun so ausgebildet, dass sie Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängengebieten aussenden. The two radiation transmitters L R L and G are now formed so as to emit radiation in different wavelength regions. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den einen Strahlungssender so auszubilden, dass er bevorzugt Strahlung mit einer Wellenlänge unter 600 nm aussendet, vorzugsweise im Bereich des grünen Lichtes, während der andere Strahlungssender Strahlung über 600 nm produziert, vorzugsweise rotes Licht oder Infrarotstrahlung. It has proved to be expedient to form a radiation transmitter so that it preferably radiation having a wavelength below 600 nm emits, preferably in the range of green light, while the other radiation emitter producing radiation above 600 nm, preferably red light or infrared radiation. Die Wellenlängengebiete können auch so gewählt werden, dass ihre Mittelwerte einen Abstand von mindestens 50 nm voneinander haben. The wavelength regions can also be selected so that their average values ​​have a spacing of at least 50 nm from each other. Mit der Wahl der Wellenlängenbereiche können die unterschiedlichen Extinktionseigenschaften verschiedener Schwebeteilchen zur Unterscheidung von Rauch ausgenützt werden, da es sich gezeigt hat, dass der Unterschied der Absorption in den beiden genannten Spektralbereichen für verschiedene Partikelarten einen charakteristischen Wert hat. With the selection of the wavelength ranges different absorbance characteristics of various airborne particles to distinguish smoke can be exploited, as it has been shown that the difference in absorption in these two spectral ranges for different types of particles has a characteristic value. Wenn nun die an die beiden Strahlungsempfänger angeschlossene Auswerteschaltung, wie später erläutert, auf diesen Unterschied abgestimmt ist, so kann erreicht werden, dass Rauchpartikel ein besonders grosses Ausgangssignal liefern, während andere Partikelarten, zB Staub oder Nebeltröpfchen, einen wesentlich geringeren Einfluss zeigen, so dass eine Alarmsignalgabe im Wesentlichen durch Rauch bewirkt wird, jedoch nicht durch andere Partikelarten. Now, if the device connected to the two radiation receivers evaluation circuit, as explained later, is tuned to this difference, it can be achieved that smoke particles deliver a particularly large output signal, while other types of particles such as dust or mist droplets, a considerably less influence show such that an alarm signaling is mainly caused by smoke, but not by other types of particles. Als Strahlungsquellen können dabei Breitbandstrahler, z. possibility broadband emitter as radiation sources for. B. Glühlampen, mit entsprechenden, vorgeschalteten Farbfiltern verwendet werden. As incandescent lamps, are used with respective upstream color filters. Besonders zweckmässig hat sich die Verwendung von Leuchtdioden erwiesen, die auf die Emission von Strahlung in bestimmten Wellenlängenbereichen ausgerichtet sind. Particularly practical is the use of light emitting diodes has proven that are aligned with the emission of radiation in particular wavelength ranges. Zur Fokussierung der Strahlung auf die Messstrecke M ist dabei die Verwendung einer Kollimatorlinse K empfehlenswert, um Strahlungsverluste zu vermeiden. For focusing the radiation on the measuring path M while the use of a collimator lens K is recommended in order to avoid radiation losses. Auf eine solche Kollimatorlinse kann jedoch verzichtet werden, wenn die Strahlungsquellen als LASER-Dioden ausgebildet sind. however, may be dispensed with in such a collimator lens as the radiation sources are designed as a laser diode. Die beiden Strahlungsempfänger S v und S m sind zweckmässigerweise auf die Strahlung der beiden Strahlungssender L G und L R abgestimmt, dh, sie sind zweckmässigerweise so ausgebildet, dass sie für die Spektralbereiche beider Strahiungssender L G und L R empfindlich sind. The two radiation receiver S v and S m are expediently adapted to the radiation of the two radiation transmitters L G and L R, that is, they are conveniently formed so that they are sensitive to the spectral ranges of both Strahiungssender L G and L R.
  • Das Teilverhältnis des halbdurchlässigen Spiegels D kann, aber muss nicht 1 : 1 betragen. The division ratio of the semitransparent mirror D may or may not need 1: 1. Falls Strahlungssender L R und L G mit stark unterschiedlicher Intensität oder Strahlungsempfänger S, und S v mit stark unterschiedlicher Empfindlichkeit benützt werden, ist es zweckmässig, das Teilverhältnis abweichend zu wählen, nötigenfalls bis zu 50: 1, um zu erreichen, dass die Empfänger bei Bestrahlung in beiden Spektralbereichen etwa das gleiche Ausgangssignal abgeben. If radiation transmitter L R and L G are used with very different intensity or radiation receiver S, and S v with very different sensitivity, it is expedient to select the division ratio different, if necessary, up to 50: 1, in order to achieve that the receiver at about proposed radiation in two spectral regions the same output signal.
  • Statt eines einzigen Reflektors R können im Übrigen auch mehrere Reflektorelemente vorgesehen sein, mit denen die Messstrecke M mehrfach gefaltet wird, zB in Stern-Form (DE 2 856 259). Instead of a single reflector R, moreover, several reflector elements may be provided, with which the measuring section M is folded several times, for example, in a star-shape (DE 2856259).
  • Figur 2 zeigt eine abgewandelte Ausführung einer Rauchmelder-Anordnung, bei der für jeden der beiden Strahlungssender L G und L, jeweils eine separate Kollimatorlinse K 1 und K 2 vorgesehen ist. Figure 2 shows a modified embodiment of a smoke detector arrangement is provided in each of the two radiation transmitters L G, and L, each having a separate collimator lens K 1 and K. 2 Zum Unterschied vom ersten Beispiel wird die Strahlung nach Durchlaufen der Messstrecke M nicht reflektiert, sondern mit einem Strahlungsleiter F (Fiberoptik) zum Messstrahlungsempfänger S M zurückgeleitet. Unlike the first example, the radiation after passing through the measuring section M is not reflected, but with a radiation conductor F (fiber optic) returned to the measuring radiation receiver S M. In diesem Ausführungsbeispiel können Messstrahlungsempfänger S, und Vergleichsstrahlungsempfänger S v unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein, oder in einer Weiterbildung der Erfindung, als Dual-Strahlungsempfänger ausgebildet sein. In this embodiment, the measuring radiation receiver S can, and comparison radiation receiver S v be disposed immediately adjacent each other, or in a development of the invention, be designed as a dual radiation receiver. Der Anschluss an die Auswerteschaltung wird hierdurch wesentlich erleichtert, und es werden gleiche optische Eigenschaften und gleicher Temperaturgang erreicht. The connection to the evaluation circuit is thereby made much easier, and it will reach the same optical properties and the same temperature response.
  • Figur 3 zeigt eine Rauchdetektor-Anordnung mit unmittelbar benachbart angeordneten Strahlungssendern L G und L R . Figure 3 shows a smoke detector arrangement arranged directly adjacent radiation emitters L G and L R. Um zu erreichen, dass bei einer solchen Anordnung die Messstrahlen beider Strahlungssender parallel zueinander verlaufen, wird die Dispersion eines Prismas P ausgenützt Die Strahlung der beiden Strahlungssender L R und L G wird zunächst von einem Kollimator K ausgerichtet und durchsetzt das gleiche Prisma P. Da längerwelliges Licht weniger gebrochen wird als kürzerwelliges Licht, wird dabei der Winkel der Hauptstrahlungsrichtungen ausgeglichen und beide Strahlen M treten parallel zueinander aus dem Prisma aus. In order to achieve that extend parallel to each other in such an arrangement, the measuring beams of the two radiation transmitters, the dispersion of a prism P is utilized, the radiation of the two radiation transmitters L R and L G is first aligned by a collimator K and passes through the same prism P. Since longer wavelength light is refracted less than shorter wavelength light, while the angle of the main radiation directions is equalized, and both beams M occur parallel to each other from the prism. Damit kann gewährleistet werden, dass für beide Wellenlängen oder Spektralbereiche die Messstrahlengänge weitgehend übereinstimmen und den gleichen Einflüssen unterliegen. Thus it can be ensured that for both wavelengths or spectral measurement beam paths broadly consistent and subject to the same influences. Die Vergleichsstrahlung kann dabei vor oder hinter dem Prisma an einer geeigneten Stelle abgenommen werden. Compare radiation can then be removed at a suitable location before or after the prism.
  • Figur 4 zeigt eine weitere Rauchmelder-Anordnung mit übereinstimmendem Messstrahl M in beiden Spektralgebieten. Figure 4 shows another smoke detector arrangement with matching measurement beam M in both spectral regions. In diesem Beispiel wird dies dadurch erreicht, dass die beiden Strahlungsquellen L R und L G auf der gleichen Achse hintereinander angeordnet sind. In this example, this is achieved in that the two radiation sources L and R L G are arranged on the same axis behind one another. Dabei kann beispielsweise ein grün emittierender LED-Chip auf einem Infrarot-emittierenden Chip montiert sein, so dass die vom Infrarot-Chip ausgesandte Strahlung durch den Grün-Chip hindurch strahlt. In this case, a green-emitting LED chip can for example be mounted on an infrared-emitting chip so that the light emitted from the infrared radiation radiated by the green chip-chip therethrough. Die beiden Strahlungsarten werden durch einen Kollimator K parallel gerichtet und durchlaufen die Messstrecke M auf identischen Wegen. The two types of radiation can be collimated by a collimator K and pass through the measuring section M on identical paths. Dabei ist vor oder hinter dem Kollimator K ein halbdurchlässiger Spiegel D vorgesehen, der einen Teil der Strahlung auf den Vergleichsstrahlungsempfänger S v leitet. In this case, before or after the collimator K a semitransparent mirror D is provided which directs a portion of the radiation on the comparison radiation receiver v S. Dies gewährleistet eine vollständige Kompensation aller Intensitätsschwankungen und Dejustierungen. This ensures full compensation of all intensity fluctuations and misalignments.
  • Wie in Figur 5 dargestellt, kann die Strahlung der beiden Strahlungssender L G und L R auch mittels strahlungsleitender Elemente F 1 , F 2 (Fiberoptik) und einem Kollimator K am Ausgang der Elemente zum Messstrahl M vereinigt werden. As shown in Figure 5, the radiation of the two radiation transmitters L G and L R may be 2 (fiber optic) and a collimator K are combined at the output of the elements to the measurement beam M by means of radiation conducting elements F 1, F.
  • Nach Figur 6 können die beiden Strahlungssender L G , L R auch das gleiche Mattscheiben-Element MS bestrahlen, wobei die von diesem ausgehende Strahlung mittels des Kollimators K in die Messstrecke M geleitet wird. Referring to Figure 6, the two radiation transmitters L G, L R can also irradiate the same ground glass element MS, wherein the radiation emanating from this radiation is passed by means of the collimator K in the measurement section M.
  • Gemäss Figur 7 kann die in leicht unterschiedlichen Richtungen ausgesandte Strahlung der beiden Strahlungssender L R , L G auch mittels eines Dachkantenprismas DP in der gleichen Richtung der Messstrecke M gerichtet werden. According to FIG 7, the light emitted in slightly different directions radiation of the two radiation transmitters L R, L G by means of a roof edge prism DP in the same direction of the measuring section M can be judged. Eine gleichmässigere Ausleuchtung der Apertur kann dabei noch erreicht werden, wenn anstelle des einen Dachkantenprismas ein ganzer Array (Nebeneinanderanordnung) von schmalen Dachkantenprismen verwendet wird (Fresnelprisma). A more uniform illumination of the aperture can be achieved when an entire array (juxtaposition) is used by narrow roof edge prisms, instead of a roof edge prism (Fresnel prism).
  • Falls die beiden Strahlungssender hintereinander montiert sind, lässt sich deren Licht in die Messstrecke vereinigen, indem man eine bifokale Fresnellinse verwendet. If the two radiation emitters are mounted behind each other, their light can join in the measuring section, by using a bifocal Fresnel lens. Jeder zweite Ring dieser Fresnellinse bildet den einen Strahlungssender auf einen Punkt (der sich auch im Unendlich befinden kann) ab, während die anderen Ringe den anderen Strahlungssender auf denselben Punkt abbilden. Every second ring of this Fresnel lens forms one radiation emitter from a point (which may also be located on the infinite), while the other rings represent the other radiation transmitter on the same point. Falls die beiden Strahlungssender nebeneinander montiert sind, können sie mit Hilfe einer zylindrischen bifokalen Fresnellinse auf denselben Bildpunkt abgebildet werden. If the two radiation emitters are mounted side by side, they can be mapped using a cylindrical bifocal Fresnel lens on the same pixel.
  • Eine vollständige Identität der Messstrecke für die beiden Spekträlgebiete kann im Übrigen dadurch erreicht werden, dass die beiden Strahlungssender zu einer spektralvariablen Strahlungsquelle, zB einer Glühlampe mit einem auf zwei verschiedene Spektralgebiete umschaltbaren optischen Filter oder einer durchstimmbaren Leuchtdiode, vereinigt sind. A full identity of the measuring path for the two Spekträlgebiete can be achieved, moreover, characterized in that the two radiation transmitters are to a spectral variables radiation source, such as an incandescent lamp with a switchable in two different spectral regions optical filter or a tunable light emitting diode combined.
  • Figur 8 zeigt eine geeignete Auswerteschaltung, die an die Strahlungsempfänger S m und S v angeschlossen werden und zum Betrieb der Strahlungssender L R und L G dienen kann. Figure 8 shows a suitable evaluation circuit coupled to said radiation receiver S m and S v to be connected and can be used for operating the radiation transmitter L R and L G.
  • In dieser Schaltung ist der Vergleichsstrahlungsempfänger S v an den negativen Eingang eines Operationsverstärkers C 1 vom Typ MC 34002 angeschlossen, dessen positiver Eingang geerdet ist und dessen Ausgang über einen Widerstand R 1 mit dem negativen Eingang gegengekoppelt ist. In this circuit, the comparison radiation receiver S v to the negative input of an operational amplifier C 1 is connected on the type MC 34002, whose positive input is grounded and whose output is fed back via a resistor R1 to the negative input. Der Ausgang des Operationsverstärkers C 1 ist an einen steuerbaren Schalter S w angeschlossen, zB ein FET-Schalter MC 14066, der von einem Oszillator OS periodisch von einer Ausgangsstellung auf die andere umgeschaltet wird. The output of the operational amplifier C 1 is connected to a controllable switch S w, for example, a FET switch MC 14066, which is switched by an oscillator OS periodically from a starting position to the other. Beide Ausgänge der Schalteinrichtung SW sind an je einen Treiberkanal für die beiden Strahlungssender L G und LR angeschlossen. Both outputs of the switching means SW are connected to a respective drive channel of the two radiation transmitters and L G LR. Der Oszillator bewirkt, dass die beiden Strahlungssender alternierend Strahlung aussenden, und zwar entweder aneinander anschliessend oder mit Zwischenzeiten, dh in Form alternierender Strahlungsimpulse. The oscillator causes the two radiation transmitters emit radiation alternately, either adjacent to one another or with intermediate times, that is in the form of alternating pulses of radiation. Beide Kanäle können im Prinzip identisch oder unter Berücksichtigung unterschiedlicher Eigenschaften der Strahlungssender zumindest analog aufgebaut sein. Both channels can at least be constructed analogously in principle identical or taking into account different characteristics of the radiation station. In der folgenden Beschreibung sind die analogen Komponenten jeweils in Klammern gesetzt. In the following description, the analog components are each enclosed in parentheses. Die beiden Ausgänge der Schalteinrichtung SW liegen über einen Widerstand R 3 (R 7 ) an Erde und sind gleichzeitig mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers C 3 (C 4 ) vom Typ MC 34002 verbunden, dessen positiver Eingang am Abgriff eines Spannungsteilers R 4 , R s (R a , R 9 ) liegt. The two outputs of the switching means SW are connected through a resistor R 3 (R 7) on earth and are C 3 (C 4) simultaneously connected to the negative input of an operational amplifier of the type MC 34002, whose positive input at the tap of a voltage divider R 4, R s (R a, R 9). Der Ausgang des Operationsverstärkers C 3 (C 4 ) betreibt über einen Widerstand R 6 (R 10 ) den zugehörigen Strahlungssender L G (L R ). The output of the operational amplifier C 3 (C 4) operates via a resistor R 6 (R 10) the associated radiation transmitter G L (L R). Ein Widerstand des Spannungsteilers, beispielsweise Widerstand R 4 (R 8 ), ist zweckmässigerweise einstellbar oder auswechselbar, um das Regelniveau für die Intensität der beiden Strahlungsquellen einstellen zu können. A resistor of the voltage divider, for example, resistor R 4 (R 8), is conveniently adjustable or interchangeable, in order to adjust the control levels for the intensity of the two radiation sources.
  • Die beschriebene Schaltung bewirkt, dass die Intensität der beiden Strahlungssender L G und L R je nach Intensität der vom Referenzstrahlungsempfänger S v aufgenommenen Referenzstrahlung auf ein bestimmtes Intensitätsniveau automatisch geregelt wird, so dass Intensitätsschwankungen durch Alterung, Temperaturänderungen und ähnliche Effekte automatisch kompensiert werden. The circuit described causes the intensity of the two radiation transmitters L G and L R is automatically controlled depending on the intensity of the v received from the reference radiation receiver S reference radiation to a certain intensity level, so that intensity variations due to aging, temperature changes, and similar effects are automatically compensated.
  • Der Messstrahlungsempfänger S M ist ebenfalls an den negativen Eingang eines Operationsverstärkers C 2 vom Typ MC 34002 angeschlossen, dessen positiver Eingang wiederum geerdet ist und dessen Ausgang über einen Widerstand R 2 mit dem negativen Eingang gegengekoppelt ist. The measuring radiation receiver S M is also connected the type MC 34002, whose positive input is again grounded and whose output is fed back via a resistor R 2 to the negative input to the negative input of an operational amplifier C. 2 Der Ausgang dieses Operationsverstärkers C 2 ist mit einem Wechselspannungsverstärker AC verbunden, an dessen Ausgang eine Alarmschaltung A liegt. The output of this operational amplifier C 2 is connected to an AC voltage amplifier AC, at whose output an alarm circuit A is located.
  • Die Amplitude des der Alarmschaltung zugeführten Ausgangssignales des Wechselspannungsverstärkers AC hängt also in folgender Weise von den vom Messstrahlungsempfänger S M aufgenommenen Strahlungsintensitäten I G und I R in den beiden Spektralbereichen und von den vom Referenzstrahlungsempfänger S v in den gleichen Spektralbereichen aufgenommenen Referenzstrahlungsintensitäten I Rv und I Gv ab: The amplitude of the alarm circuit supplied output signal of the AC amplifier AC therefore depends in the following manner from the recorded from the measuring radiation receiver S M radiation intensities I G and I R in the two spectral ranges and of the v received from the reference radiation receiver S in the same spectral reference radiation intensity I Rv, and I Gv from:
    Figure imgb0001
    dabei sind a und b Faktoren, die sich aus den Eigenschaften der Komponenten speziell im Spannungsteilerverhältnis R 4 /R 5 (R 8 /R 9 ) ergeben. where a and b are factors that result from the properties of the components, especially in the voltage divider ratio R 4 / R 5 (R 8 / R 9). Durch geeignete Einstellung des Widerstandes R 4 (R s ) kann dabei erreicht werden, dass das Wechselspannungssignal A Null wird, wenn kein Rauch in der Messstrecke M vorhanden ist. By suitable adjustment of resistor R 4 (R s) can be achieved with this is that the AC voltage signal A is zero when there is no smoke in the measurement path M. Das Ausgangssignal A wird dabei unmittelbar abhängig von der Rauchdichte, und die Alarmschaltung kann so eingerichtet werden, dass ein Alarmsignal ausgelöst oder weitergegeben wird, sobald das Ausgangssignal A einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. The output signal A is thereby directly related to the smoke density, and the alarm circuit can be set so that an alarm signal is triggered or passed as soon as the output signal A exceeds a predetermined threshold. Da in diesem Fall die Abweichung von Null als Kriterium zur Auslösung eines Alarmsignales dient, werden die Schwierigkeiten vorbekannter, nach dem Extinktionsprinzip arbeitende Rauchmelder, bei denen eine kleine Abweichung von einem grossen und schwierig zu stabilisierenden Wert bestimmt werden musste, von Vornherein vermieden. Since the deviation from zero as the criteria for triggering an alarm signal used in this case, the difficulties of prior art, operating according to the extinction principle smoke detector in which a small deviation from a large and difficult to be stabilized value had to be avoided from the outset be.
  • Es besteht auch die Möglichkeit eine der Grössen There is also the possibility one of the sizes
    Figure imgb0002
    oder or
    Figure imgb0003
    oder or
    Figure imgb0004
    zu bilden und als Alarmkriterium auszuwerten. to form and evaluate an alarm criterion. Sie sind ebenfalls ein Mass für die Rauchdichte. They are also a measure of the smoke density.
  • Dabei wird ein Alarmsignal ausgelöst, wenn eine der Grössen A, B/a, C/b oder 2D/a einen Wert zwischen 0,01 (bedingt durch die Stabilität des Rauchmelders) und 0,2 (bedingt durch die Länge der Messstrecke) überschreitet, wobei a und b so gewählt werden, dass In this case, an alarm signal is triggered when one of the sizes A, B / a, C / b or 2D / a exceeds a value between 0.01 (due to the stability of the smoke detector), and 0.2 (due to the length of the measurement path) , where a and b are selected such that
    Figure imgb0005
    werden. become.
  • Die Schaltung kann noch so weitergebildet werden, dass zusätzlich weitere Kenngrössen gebildet werden, zB The circuit can be further formed so that in addition further characteristic values ​​are formed, for example,
    Figure imgb0006
    oder or
    Figure imgb0007
    die von der Rauchart abhängen und die einen Schluss darauf zulassen, welche Art von Rauch vorliegt. depending on the Rauchart and allow a conclusion as to present what kind of smoke.
  • Es kann auch It can also
    Figure imgb0008
    gebildet werden, are formed,
    welche ebenfalls, in Kombination mit dem Hauptkriterium A, B, C oder D, dazu verwendet werden können, die Unterschiede im Ansprechverhalten für verschiedene Feuerarten zu verändern. which also, in combination with the main criterion A, B, C or D can be used to alter the differences in the response for different fire types. Eine Zusatzauswertung einer der Grössen E, F, G, oder H kann auch verwendet werden, um noch schärfer zwischen Rauch und Störgrössen wie Staub oder Betauung zu unterscheiden. An additional evaluation of the quantities E, F, G, or H can also be used to distinguish between even sharper smoke and disturbance variables, such as dust or condensation.
  • Die Rauchentwicklung kann verfolgt werden, wenn zusätzlich noch der zeitliche Differentialquotient dA/dt, dB/dt, dC/dt oder dD/dt des Ausgangssignales A, B, C oder D gebildet wird. The smoke development can be followed, if additionally the time differential quotient dA / dt, dB / dt, dC / dt or dD / dt of the output signal A, B, C or D is formed.
  • Die Stabilität des Rauchmelders kann noch erheblich erhöht werden, wenn man die kleinen und langsamen Veränderungen des Ausgangssignals unterdrückt und nur Signale auswertet, welche mindestens so schnell sind, wie sie durch ein Feuer erzeugt werden können. The stability of the smoke detector can be considerably increased if suppresses the small and slow variations of the output signal and evaluates only signals which are at least as fast as they can be produced by a fire. Dies kann erzielt werden entweder dadurch, dass mindestens einer der Faktoren a, b, c, d, e, f, g oder h langsam verändert wird, um diese Schwankungen auszugleichen oder dadurch, dass das Ausgangssignal mit seinem gleitenden Mittelwert verglichen wird. This can be achieved either in that at least one of the factors a, b, c, d, e, f, g or h is changed slowly in order to compensate for these fluctuations, or in that the output signal is compared to its moving average.
  • Eine andere Auswerteschaltung ist in Figur 9 aufgezeichnet. Another evaluation is plotted in FIG. 9 Das Signal des Messstrahlungsempfängers S M wie auch das Signal des Vergleichsstrahlungsempfängers S v wird zeitlich integriert (A 2 , C 2 , S 2 bzw. A 1 , C 1 , S,). The signal of the measurement radiation receiver S M as well as the signal of the comparison radiation receiver S v is integrated over time (A 2, C 2, S 2 and A 1, C 1, S,). Der Komparator K vergleicht das Integral des Vergleichsstrahlungsempfängers mit einem vorgegebenen Wert, welcher durch den Spannungsteiler E3, R 4 bestimmt wird, und öffnet den Schalter S 3 des Sample and Hold-Verstärkers (S 3 , C 3 , A 3 ) zu demjenigen Zeitpunkt zu dem der Integrationswert den vorgegebenen Wert überschreitet. The comparator K compares the integral of the comparison radiation receiver with a predetermined value, which is determined by the voltage divider E3, R 4, and opens the sample and hold amplifier switch S 3 (S 3, C 3, A 3) at the timing to the integration value exceeds the predetermined value. Am Ausgang des Verstärkers A 3 liegt eine Alarmschaltung A. Der Oszillator OS steuert die Wiederholung des Integrationsvorganges und schaltet mit Hilfe des Flip-Flops FF zwischen den beiden Strahlungssendern L G und L R um. At the output of the amplifier A 3 is an alarm circuit A. The oscillator OS controls the repetition of the integration process, and switches between the two radiation transmitters L G and L R with the aid of flip-flop FF.
  • Die beschriebenen Rauchmelder weisen eine wesentlich verbesserte Stabilität, auch über längere Zeiträume, sowie eine verbesserte Funktionssicherheit und eine grössere Störunanfälligkeit auf. The smoke detectors described have substantially improved stability, even over extended periods, as well as improved reliability and greater noise immunity. Änderungen durch Verstaubung und Änderungen der Eigenschaften der Komponenten werden automatisch kompensiert ohne die Gefahr einer fehlerhaften Alarmauslösung und ohne Empfindlichkeitsverlust. Changes dusting and changes in the characteristics of the components are automatically compensated without the risk of a faulty alarm and without loss of sensitivity. Durch eine zweckmässige Auswahl der benützten Spektralbereiche kann zudem erreicht werden, dass die beschriebenen Rauchmelder vorzugsweise auf Rauchpartikel reagieren, jedoch nicht oder nur schwach auf andere Partikelarten. Through a purposeful selection of benützten spectral ranges can also be achieved, that the smoke detector described preferentially react to smoke particles, but not or only weakly to other types of particles.

Claims (24)

1. Smoke detector according to the radiation- extinction principle, having two radiation transmitters (LR, LG) of different wave length which are to be actuated in a time sequence, said radiation transmitters (LR, LG) transmitting a radiation (IR, IG) over a smoke-accessible measurement path (M) to a measurement radiation receiver (SM) and a radiation (IRV, IGV) over a no or less smoke-accessible comparison path (V) to a comparison radiation receiver (Sv) whereby an evaluation circuit subordinated to the two receivers generates an output-signal which, at a certain radiation weakness of the radiation (IR, IG) across the measurement path (M), causes an alarm release, characterized in that the evaluation circuit generates, from the radiation intensity IR, IG of the radiation received successively from the two radiation transmitters (LR, LG) after passage of the measurement path (M) and from the radiation intensity IRv, IGV of the radiation received from the two radiation transmitters after passage of the comparison path (V), the output signal
Figure imgb0017
a, b being predetermined coefficients which are set by means of circuit components of the evaluation circuit or are programmed in said evaluation circuit. (figs. 8, 9)
2. Smoke detector according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit generates, from the radiation (IR, IG) received after passage of the measurement path (M) and from the radiation (IRV, IGV) received after passage of the comparison path (V), the output
Figure imgb0018
or
Figure imgb0019
or
Figure imgb0020
a, b being predetermined coefficients that are programmed in the evaluation circuit. (fig. 9)
3. Smoke detektor according to claim 1, characterized in that circuit components of the evaluation circuit, preferable, resistors (R4, R8) in voltage dividers (R4, Rs; Re, Rg), are selected in such a way that the output A is zero when there is no smoke in the measurement path. (fig. 8)
4. Smoke detector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the evaluation circuit in addition selectively generates the output signal
Figure imgb0021
or
Figure imgb0022
c, d, e and f being predetermined coefficients and programmed in the evaluation circuit. (fig. 9)
5. Smoke detector according to one of claims 1, 2, 4, characterized in that in the evaluation circuit additionally the output signal
Figure imgb0023
is selectively generated, g and h being predetermined coefficients and programmed in the evaluation circuit. (fig. 9)
6. Smoke detector according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation circuit is formed such that at least one of the coefficients a, b, c, d, e, f, g or h can be slowly varied. (figs. 8, 9)
7. Smoke detector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the evaluation circuit compares the instant values of at least one of the output signals A, B, C, D, E, F, G or H with the shifting average value of the selected output signal or signals. (figs. 8, 9)
8. Smoke detector according to claims 1 and 2 or one of claims 4 to 6, characterized in that the evaluation circuit generates, in addition to at least one of the output signals, the time differential quotient of this or another output signal. (figs. 8, 9)
9. Smoke detector according to one of claims 1, 3, 6, 7, 8, characterized in that the evaluation circuit comprises a current circuit (AC) in which the alternate part of the output signal of the measurement radiation receiver (SM) is generated as a criterion for relaising the alarm. (fig. 8)
10. Smoke detector according to one of claims 1, 3, 6, 7, 8, 9, characterized in that the evaluation circuit comprises control means (R1, C1, R3, R4, C3, R6; R1, C1, R7, Rs, Rg, C4, R10) that controls the radiation intensity of the two radiation transmitters (LG, LR) onto a predetermined level in response to the received radiation intensity (IGV, IRV) within the corresponding wave length field. (fig. 8)
11. Smoke detector according to claim 10, characterized in that the control level (R4, Rs; R8, Rg) for the radiation within the two wave length fields is adjustable. (fig. 8)
12. Smoke detector according to one of claims 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, characterized in that the evaluation circuit comprises at least one integration stage (S1, C1, A1; S2, C2, A2) which carries out a time integration of the signal of at least one of the two radiation receivers (SM, Sv). (fig. 9)
13. Smoke detector according to claim 12, characterized in that the evaluation circuit comprising a comparator (K) and a current circuit (S3) evaluates the integration value of the signal of the measurement radiation receiver (SM) in that moment in which the integral of the signal of the comparison receiver (Sv) reaches a predetermined level. (fig. 9)
14. Smoke detector according to claim 2, characterized in that the evaluation circuit generates an alarm signal when one of the coefficients A, B/a, C/b or 2D/a exceeds a value being within 0,01 and 0,2 whereby the coefficients a, b are selected such that
Figure imgb0024
if there is no smoke in the measurement path (M). (figs. 8, 9)
15. Smoke detector according to one of claims 1-14, characterized in that the two radiation transmitters (LR, LG) on one hand, for parallely conducting their rays (IR, IG, IRV, IRG), and/or the two radiation receivers (SM, Sv) on the other hand, for compensating their temperatures, are arranged in close vicinity to each other and that the two radiation emitters are triggered by the evaluation circuit in such a manner that they give alternating rays onto the radiation receivers.
16. Smoke detector according to claim 15, characterized in that a prism (P) is arranged between the radiation transmitters (LR, LG) and the measuring path (M) which, by means of its dispersion, deviates the rays (IR, IG) in such a manner that the measuring path is nearly equal for the two wave lengths. (fig. 3)
17. Smoke detector according to claim 15, characterized in that the two radiation transmitters (LR, LG) are disposed on behind the other in the radiating direction so that the radiation of one radiation transmitter (LR) penetrates the other radiation transmitter (LG). (fig. 4)
18. Smoke detector according to claim 15, characterized in that the two radiation transmitters (LR, LG) are disposed one behind the other or side by side in the radiating direction and that a bifocal Fresnel lens is provided that depicts the radiation of the two radiation transmitters (LR, LG) on the same viewpoint.
19. Smoke detector according to claim 15, characterized in that the two radiating transmitters (LR, LG) are disposed such that they radiate onto a focussing screen (MS), whereby the radiation emanating from the radiated surface of the focussing screen is conducted into the measuring path (M). (fig. 6)
20. Smoke detector according to claim 15, characterized in that there is provided a greater number of roof edge prisms which each combine the radiation of the two radiating transmitters (LR, LG) toward the measuring path (M). (fig. 7)
21. Smoke detector according to one of claims 15-20, characterized in that each radiating transmitter (LR, LG) is made up as a wide-band radiation source having an optic filter which is in front with it.
22. Smoke detector according to one of claims 15 to 21, characterized in that the two radiation transmitters (LR, LG) are made up as a wide-band radiation source having an optic filter in front with it whose passband is variable by means of electric signals.
23. Smoke detector according to one of claims 15-20, characterized in that the radiation transmitters (LR, LG) are made up as an entirely tuneable light emitting diode.
24. Smoke detector according to claim 15, characterized in that the measuring radiation receiver (SM) and the comparison radiation receiver (Sv) are combined to a dual radiation receiver.
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