EP0079011B1 - Rauchdetektor - Google Patents

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EP0079011B1
EP0079011B1 EP82110014A EP82110014A EP0079011B1 EP 0079011 B1 EP0079011 B1 EP 0079011B1 EP 82110014 A EP82110014 A EP 82110014A EP 82110014 A EP82110014 A EP 82110014A EP 0079011 B1 EP0079011 B1 EP 0079011B1
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EP
European Patent Office
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radiation
smoke detector
diaphragm
receiver
solid angle
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EP82110014A
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EP0079011A1 (de
Inventor
Jürg Dr. sc. nat. Dipl.-Phys. Muggli
Peter Gruber
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Cerberus AG
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Cerberus AG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention is based on a smoke detector operating according to the scattered radiation principle of the type defined in the preamble of claim 1.
  • Such a smoke detector is known for example from US-A-3 992 102.
  • the scattered light smoke detector described there has a cylindrical smoke chamber.
  • the light source and receiver are located approximately on the periphery of the cylinder and the sensitivity is adjusted using an adjusting screw located in the middle of the beam path at the top of a plate that prevents the receiver from being directly irradiated by the light source.
  • By turning the adjusting screw in not only the amount of light falling into the measuring room and the size of the room visible to the receiver are changed, but also (due to the scattering on the adjusting screw) the light scattered into the measuring room in the absence of smoke.
  • the smoke detector has the advantage that the amount of light emitted by the light source and the amount of light received by the receiver can be adjusted with a single setting device. At the same time, however, it must be accepted that the signal-to-noise ratio is adversely affected by an increase in the scattered light. Due to the arrangement of the adjusting screw in the middle of the beam path, the adjustment is not very
  • a smoke detector is known from CH-A-592 932, in which the radiation source emits the light in a conical shape and the receiver sees a hollow-conical solid angle.
  • the smoke detector contains an evaluation circuit which triggers an alarm when a predetermined signal level of the received scattered light is reached.
  • the smoke concentration at which the alarm is triggered is fixed.
  • the sensitivity setting for adaptation to different environmental conditions can also be achieved, for example, by changing the alarm threshold.
  • an electrical circuit arrangement for changing the sensitivity was proposed in CH-PS 468 683, in which the setting of the response threshold of a field effect transistor serving as an amplifier and threshold value detector takes place by means of a potentiometer, which is part of a voltage divider with which the source electrode is biased. Even if the setting is not made continuously with the potentiometer, but by means of a switch with which fixed resistors of different sizes are switched into the circuit, such electrical setting options are prone to failure and are not corrosion-resistant.
  • the invention has for its object to provide a smoke detector which does not have the disadvantages of the known smoke detectors mentioned and in particular to provide an optical smoke detector, the sensitivity of which can be changed in a defined manner by purely mechanical modification of optical parts.
  • the spatial angle visible by the radiation receiver is narrowed by a diaphragm which is arranged directly in front of the radiation receiver and can be displaced along the radiation direction.
  • the light falling from the radiation source onto the reference cell is narrowed by changing the opening in the aperture in front of the reference cell.
  • the radiation source 1 e.g. a semiconductor element emitting IR radiation, in the lower part of the detector.
  • the IR radiation is bundled in a hollow cone by the optics 17.
  • the central aperture 18 keeps the direct radiation away from the radiation receiver 16.
  • the reference source 12 measures and regulates the radiation emitted by the radiation source 1.
  • the aperture 3 limits the light scattered by smoke on the receiver.
  • the diaphragm 3 engages via a cam 6 in a helical groove 7 located in the cam plate 4. By turning the cam disc 4, the diaphragm 3 moves up or down in the direction of the axis due to the engagement of the cams 6 in the groove 7.
  • the amount of radiation scattered by the smoke onto the radiation receiver 16 is smaller or larger. It has been shown that a shift of the aperture 3 by a few millimeters is sufficient to make the detector less sensitive by a factor of two.
  • an opening 8 is made in the diaphragm 3, which is dimensioned such that an unimpeded radiation passage can take place in each position of the diaphragm 3.
  • this opening can also be used to mechanically change the sensitivity of the smoke detector, as described below.
  • the above-described configuration of the smoke detector according to the invention mechanically changes the solid angle visible by the radiation receiver.
  • the diaphragm 3 instead of the diaphragm 3, it is readily possible to mount a corresponding diaphragm, not shown in the figure, in such a way that the solid angle irradiated by the radiation source 1 is changed mechanically, for example as below the central aperture 18 in the vicinity of the radiation source 1.
  • a possible form for actuating the cam 4 is shown in supervision.
  • the cam disk 4 can be rotated through an elongated hole 5 in the cover 10.
  • the small depression 11 can e.g. be pushed from one stop to another. So that the height of the diaphragm 3 is more precisely defined in both positions, the groove 7 of the cam plate 4 can have a horizontal part instead of a uniformly rising shape at both end stops.
  • the groove 7 also has at least one horizontal section in the central part.
  • the distance between the depressions 11 and the length of the hole 5 are in this case coordinated with one another in such a way that the displacement of a depression 11 from one end of the hole 5 to the other allows the cam 6 to slide straight to the next horizontal section and that the next depression in particular 11 appears at the other end of the hole. If this second recess 11 is moved to the other end of the hole 5, the cam 6 slides exactly to the next horizontal section, etc.
  • a further embodiment of the mechanical adjustment device according to the invention consists of an iris diaphragm or a diaphragm ring, not shown in the figures, i.e. a rotatable disc with openings of different sizes, which are located between the central diaphragm 18 and the radiation source 1 or radiation receiver 16.
  • Another possibility of the mechanical adjustment consists in a variable covering of the reference cell 12.
  • the proportion of the light received by the radiation source 1 becomes smaller.
  • this is controlled for a stronger transmission power, as a result of which the radiation scattered on the smoke, which is received by the radiation receiver 16, becomes larger.
  • This makes the smoke detector more sensitive.
  • This can be done, for example, by changing the opening 8 in the aperture 3.
  • This change can take place by means of inserts into the opening 8 which change the cross section of the opening 8 or by means of a ring which can be rotated about the axis of the smoke detector and which contains openings of different cross sections.
  • the opening 8 can be designed such that a displacement of the diaphragm 3 at the same time causes a change in the cross section of the beam of rays falling through the opening 8 onto the reference cell 12.
  • the signal emitted by the radiation receiver 16 and dependent on the measured smoke density is fed to an evaluation circuit which, when the received signal is exceeded above a predetermined threshold value, forwards a signal to a flip-flop for emitting an alarm signal.
  • This evaluation circuit is not the subject of the present invention.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einem nach dem Streustrahlungsprinzip arbeitenden Rauchdetektor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung.
  • Ein solcher Rauchdetektor ist beispielsweise aus der US-A-3 992 102 bekannt. Der dort beschriebene Streulicht-Rauchdetektor weist eine zylindrische Rauchkammer auf. Lichtquelle und Empfänger befinden sich annähernd auf der Peripherie des Zylinders und die Empfindlichkeitseinstellung erfolgt mit einer Einstellschraube, die sich in der Mitte des Strahlenganges am oberen Ende einer Platte befindet, die die direkte Bestrahlung des Empfängers durch die Lichtquelle verhindert. Durch das Hineindrehen der Einstellschraube werden nicht nur die Lichtmenge des in den Messraum fallenden Lichts und die Grösse des vom Empfänger einsehbaren Raums verändert, sondern auch (durch Streuung an der Einstellschraube) das bei Nichtvorhandensein von Rauch in den Messraum gestreute Licht. Der Rauchmelder hat zwar den Vorteil, dass die von der Lichtquelle ausgesandte Lichtmenge und die vom Empfänger aufgenommene Lichtmenge mit einer einzigen Einstellvorrichtung eingestellt werden können. Gleichzeitig muss aber in Kauf genommen werden, dass durch eine Erhöhung des Streulichts der Signal-/Rausch-Abstand ungünstig beeinflusst wird. Durch die Anordnung der Einstellschraube in der Mitte des Strahlenganges ist die Einstellung nicht sehr genau.
  • Aus der CH-A-592 932 ist ein Rauchmelder bekannt, bei dem die Strahlungsquelle das Licht kegelförmig aussendet, und der Empfänger einen hohlkegelförmigen Raumwinkel einsieht. Der Rauchmelder enthält eine Auswerteschaltung, welche bei Erreichen eines vorbestimmten Signalpegels des empfangenen Streulichts Alarm auslöst. Die Rauchkonzentration, bei welcher Alarm ausgelöst wird, ist fest eingestellt.
  • Die Empfindlichkeitseinstellung zur Anpassung an unterschiedliche Umgebungsbedingungen kann beispielsweise auch durch Veränderung der Alarmschwelle erreicht werden. Es ist aber häufig vorteilhaft, die einzelnen Melder individuell einstellen zu können. Für lonisationsrauchmelder wurde in der CH-PS 468 683 eine elektrische Schaltungsanordnung zur Empfindlichkeitsveränderung vorgeschlagen, bei welcher die Einstellung der Ansprechschwelle eines als Verstärker und Schwellenwertdetektor dienenden Feldeffekttransistors mittels eines Potentiometers erfolgt, der Teil eines Spannungsteilers ist, mit dem die Source-Elektrode vorgespannt wird. Auch wenn die Einstellung nicht kontinuierlich mit dem Potentiometer vorgenommen wird, sondern mittels eines Schalters, mit dem Festwiderstände unterschiedlicher Grösse in den Stromkreis geschaltet werden, sind solche elektrische Einstellmöglichkeiten störanfällig und nicht korrosionsfest.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rauchdetektor zu schaffen, der die erwähnten Nachteile der bekannten Rauchmelder nicht aufweist und insbesondere einen optischen Rauchdetektor zu schaffen, dessen Empfindlichkeit durch rein mechanische Veränderung optischer Teile definiert verändert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchdetektors erfolgt die Einengung des vom Strahlungsempfänger einsehbaren Raumwinkels durch eine unmittelbar vor dem Strahlungsempfänger angeordnete längs der Strahlungsrichtung verschiebbare Blende.
  • Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Einengung des von der Strahlungsquelle auf die Referenzzelle fallenden Lichts durch Veränderung der vor der Referenzzelle in der Blende befindlichen Öffnung.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielshalber erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 den Aufbau einer Ausführungsform eines Rauchdetektors in Seitenansicht teilweise geschnitten,
    • Fig. 2 die Verstelleinrichtung in Draufsicht und
    • Fig. 3 eine Ausführungsform der Verstelleinrichtung in Seitenansicht.
  • Im Rauchdetektor gemäss Fig. 1 liegt die Strahlungsquelle 1, z.B. ein IR-Strahlung aussendendes Halbleiterelement, im unteren Teil des Melders. Die IR-Strahlung wird durch die Optik 17 hohlkegelförmig gebündelt. Die Zentralblende 18 hält die direkte Strahlung vom Strahlungsempfänger 16 fern. Die Referenzquelle 12 misst und regelt die von der Strahlungsquelle 1 ausgesandte Strahlung. Die Blende 3 begrenzt das durch Rauch auf den Empfänger gestreute Licht. Die Blende 3 greift über einen Nocken 6 in eine in der Kurvenscheibe 4 befindliche, schraubenförmige Nut 7 ein. Durch Drehen der Kurvenscheibe 4 verschiebt sich die Blende 3 durch den Eingriff der Nocken 6 in die Nut 7 in Richtung der Achse auf- oder abwärts. Je nach der Lage der Kurvenscheibe 4 und damit zwangsläufig der Lage der Blende 3, ist die vom Rauch auf den Strahlungsempfänger 16 gestreute Strahlungsmenge kleiner oder grösser. Es hat sich gezeigt, dass eine Verschiebung der Blende 3 um einige Millimeter nach unten genügt, um den Melder um einen Faktor zwei unempfindlicher zu machen.
  • Wichtig ist dabei, dass die Blende 3 bei ihrer Bewegung den Strahlengang von der Strahlungsquelle 1 zur Referenzzelle 16 nicht stört. Daher ist in der Blende 3 eine Öffnung 8 angebracht, die so bemessen ist, dass bei jeder Stellung der Blende 3 ein ungehinderter Strahlungsdurchtritt erfolgen kann. Diese Öffnung kann jedoch auch zur mechanischen Empfindlichkeitsveränderung des Rauchdetektors benutzt werden, wie weiter unten beschrieben wird.
  • Durch die vorstehend beschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemässen Rauchdetektors wird der vom Strahlungsempfänger einsehbare Raumwinkel mechanisch verändert. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, anstelle der Blende 3 eine entsprechende, in der Figur nicht dargestellte Blende so anzubringen, dass der von der Strahlungsquelle 1 bestrahlte Raumwinkel mechanisch verändert wird, beispielsweise unterhalb der Zentralblende 18 in der Nähe der Strahlungsquelle 1.
  • In Fig. 2 ist in Aufsicht eine mögliche Form zur Betätigung der Kurvenscheibe 4 dargestellt. Durch ein längliches Loch 5 in der Abdeckung 10 lässt sich die Kurvenscheibe 4 drehen. Dabei kann die kleine Vertiefung 11 z.B. von einem Anschlag zum anderen geschoben werden. Damit die Höhe der Blende 3 in beiden Stellungen noch genauer definiert wird, kann die Nut 7 der Kurvenscheibe 4 statt einer gleichmässig steigenden Form an beiden Endanschlägen je einen waagrechten Teil besitzen.
  • In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Kurvenscheibe 4 dargestellt. Dabei weist die Nut 7 ausser an den Enden auch im mittleren Teil mindestens ein horizontales Teilstück auf. In diesem Fall ist auch mehr als eine kleine Vertiefung 11 vorhanden. Der Abstand der Vertiefungen 11 und die Länge des Lochs 5 sind in diesem Fall so aufeinander abgestimmt, dass die Verschiebung einer Vertiefung 11 von einem Ende des Lochs 5 zum anderen den Nokken 6 gerade bis zum nächsten horizontalen Teilstück gleiten lässt und dass gerade die nächste Vertiefung 11 am anderen Ende des Lochs erscheint. Wird diese zweite Vertiefung 11 zum anderen Ende des Lochs 5 verschoben, so gleitet der Nocken 6 genau bis zum nächsten horizontalen Teilstück, usw.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen mechanischen Verstellvorrichtung besteht in einer - in den Figuren nicht dargestellten - Irisblende oder einem Blendenring, d.h. einer drehbaren Scheibe mit unterschiedlich grossen Öffnungen, die sich zwischen Zentralblende 18 und Strahlungsquelle 1 oder Strahlungsempfänger 16 befinden.
  • Eine andere Möglichkeit der mechanischen Verstellung besteht in einer variablen Abdeckung der Referenzzelle 12. Durch Abdecken der Referenzzelle 12 wird der Anteil des empfangenen Lichts von der Strahlungsquelle 1 kleiner. Dadurch wird diese auf eine stärkere Sendeleistung gesteuert, wodurch die am Rauch gestreute Strahlung, die vom Strahlungsempfänger 16 aufgenommen wird, grösser wird. Der Rauchdetektor wird dadurch empfindlicher. Dies kann beispielsweise durch eine Veränderung der Öffnung 8 in der Blende 3 erfolgen. Diese Veränderung kann durch Einsätze in die Öffnung 8 erfolgen, welche den Querschnitt der Öffnung 8 verändern oder durch einen um die Achse des Rauchdetektors drehbaren Ring, der Öffnungen verschiedener Querschnitte enthält. Schliesslich kann die Öffnung 8 so gestaltet sein, dass eine Verschiebung der Blende 3 gleichzeitig eine Veränderung des Querschnittes des durch die Öffnung 8 auf die Referenzzelle 12 fallenden Strahlenbündels bewirkt.
  • Das von dem Strahlungsempfänger 16 abgegebene, von der gemessenen Rauchdichte abhängige Signal wird einer Auswerteschaltung zugeführt, welche bei Überschreiten des Empfangssignals über einen vorgegebenen Schwellwert ein Signal an eine Kippstufe zur Abgabe eines Alarmsignals weiterleitet. Diese Auswerteschaltung ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Claims (8)

1. Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle (1), einem ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle (1) angeordneten, bei Anwesenheit von Rauch im Strahlungsbereich durch Streustrahlung beaufschlagten und ein Ausgangssignal abgebenden Strahlungsempfänger (16), wobei durch von aussen betätigbare mechanische Veränderung von Elementen (3, 8) das Ausgangssignal des Strahlungsempfängers (16) in vorbestimmtem Mass verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) so ausgebildet ist, dass sie hohlkegelförmig Licht aussendet, dass der Strahlungsempfänger (16) so ausgebildet ist, dass er auf der Kegelachse einen hohlkegelförmigen Raumwinkel einsieht und dass die Veränderung des Ausgangssignals des Strahlungsempfängers (16) durch konzentrisch erfolgende Einengung des von der Strahlungsquelle (1) bestrahlten Raumwinkels, des vom Strahlungsempfänger (16) einsehbaren Raumwinkels oder des von der Strahlungsquelle (1) direkt auf eine die Ausstrahlung der Strahlungsquelle (1) steuernde Referenzzelle (12) fallenden Lichts durch optische Elemente (3, 8) bewirkt wird.
2. Rauchdetektor gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einengung des vom Strahlungsempfänger (16) einsehbaren Raumwinkels durch eine längs der Strahlungsrichtung verschiebbare Blende (3) bewirkt wird.
3. Rauchdetektor gemäss Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die längs der Strahlungsrichtung verschiebbare Blende (3) über Nocken (6) in eine schraubenförmige Nut (7) eingreift, welche sich auf der Kurvenscheibe (4) befindet, wobei durch Drehung der Kurvenscheibe (4) eine definierte Verschiebung der Blende (3) erfolgt.
4. Rauchdetektor gemäss Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) auf der Kurvenscheibe (4) mindestens zwei waagrechte Stücke enthält, welche eine definierte Einstellung der Blende (3) bewirken.
5. Rauchdetektor gemäss einem der Patentansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (4) durch mindestens ein längliches Loch (5) in der Abdeckung betätigbar ist.
6. Rauchdetektor gemäss Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einengung des vom Strahlungsempfänger (16) einsehbaren Raumwinkels durch eine Irisblende bewirkt wird.
7. Rauchdetektor gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einengung des von der Strahlungsquelle (1) auf die Referenzzelle (12) fallenden Lichts durch Veränderung der vor der Referenzzelle (12) befindlichen Öffnung (8) in der Blende (3) erfolgt.
8. Rauchdetektor gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, welche bei Überschreiten des Empfangssignals über einen vorgegebenen Schwellwert ein Signal an eine Kippstufe zur Abgabe eines Alarmsignals weiterleitet.
EP82110014A 1981-11-11 1982-10-29 Rauchdetektor Expired EP0079011B1 (de)

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AT82110014T ATE17061T1 (de) 1981-11-11 1982-10-29 Rauchdetektor.

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CH7250/81A CH656474A5 (de) 1981-11-11 1981-11-11 Rauchdetektor.
CH7250/81 1981-11-11

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Publication Number Publication Date
EP0079011A1 EP0079011A1 (de) 1983-05-18
EP0079011B1 true EP0079011B1 (de) 1985-12-18

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ID=4322193

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EP82110014A Expired EP0079011B1 (de) 1981-11-11 1982-10-29 Rauchdetektor

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EP (1) EP0079011B1 (de)
JP (1) JPS5888643A (de)
AT (1) ATE17061T1 (de)
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CA (1) CA1208333A (de)
CH (1) CH656474A5 (de)
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