ES2597844T3 - Mejoras relacionadas con detectores de partículas - Google Patents

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ES2597844T3 ES07113623.8T ES07113623T ES2597844T3 ES 2597844 T3 ES2597844 T3 ES 2597844T3 ES 07113623 T ES07113623 T ES 07113623T ES 2597844 T3 ES2597844 T3 ES 2597844T3
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Abstract

Un detector de partículas que comprende una cámara que tiene una entrada (1301) a través de la cual un fluido fluye hacia la cámara y una salida (1302) a través de la cual dicho fluido sale de la cámara, comprendiendo la cámara: un primer difusor (1308) adaptado para disminuir el flujo de fluido desde una primera velocidad a una segunda velocidad, en donde la segunda velocidad es inferior a la primera velocidad, proveyendo el primer difusor el flujo de fluido a la segunda velocidad a una zona (1207) de detección de partículas, un segundo difusor (1309) adaptado para acelerar el flujo de fluido desde dicha segunda velocidad a una tercera velocidad, en donde la tercera velocidad es más alta que la segunda velocidad, en donde un cambio de dirección ocurre a medida que el fluido pasa a través de la zona (1207) de detección de partículas, y en donde el flujo de fluido difundido pasa a través de la zona (1207) de detección de partículas de una manera que sustancialmente todas las partículas de polvo que pueden estar en el flujo de fluido difundido no son expulsadas de la suspensión en el fluido por fuerzas centrífugas.

Description

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DESCRIPCION
Mejoras relacionadas con detectores de partlcuias
y/o de la determinacion de materia o
humo, los cuales detectan la pirolisis o relaciona con detectores de humo del tipo de detection temprano, y que pueden ser aplicados a la monitorizacion de ventilation, aire acondicionado o ductos de un area particular. En aun otra forma, la presente invention se relaciona con la monitorizacion para seguimiento, para vigilancia, tales como monitorizacion de edificios, fuego o seguridad. En todavla otra forma, la presente invencion se relaciona con monitorizacion ambiental, tal como monitorizacion, deteccion y/o analisis de un fluido, zona, area y/o entorno ambiental, incluyendo entornos comerciales e industriales.
Como sera evidente, la presente invencion tiene amplia aplicacion y as! las formas particulares anotadas mas arriba solamente se dan a manera de ejemplo, y el alcance de la presente invencion no deberla ser limitado a solamente estas formas.
Arte anterior
La Solicitud de Patente Internacional WO 01/59737 A divulga un detector de partlculas para deteccion de partlculas suspendidas en un fluido, particularmente detectores de humo adecuados para su montaje sobre ductos para la deteccion temprana de humo creado por pirolisis o combustion indeseada de materiales en un area protegida o zona de fuego a la cual esta conectado el ducto. El detector provee alternadamente iluminacion a una zona de deteccion con una o con una primera o una segunda iluminacion. La carcasa del detector de acuerdo con la figura 1 involucra una tuberla para proveer flujo de aire a traves de una camara de deteccion. Esta tuberla puede incorporar una boquilla opuesta a un colector, para dirigir el flujo de aire a traves de la camara, de tal manera que la camara sea purgada rapidamente de humo en el evento de que el nivel de humo se este reduciendo.
Arte antecedente
El presente inventor ha determinado el entendimiento de que el tipo de humo producido en diversas circunstancias de pirolisis de combustion es diferente. Los fuegos de ignition rapida tienden a producir un numero muy grande de partlculas solidas muy pequenas que pueden aglomerarse en formas aleatorias para formar hollln. En contraste, las etapas tempranas de la pirolisis tienden a producir un numero mucho mas pequeno de partlculas llquidas relativamente grandes (de alto punto de ebullition), existentes tlpicamente como aerosoles que pueden aglomerarse para formar esferas mas grandes, traslucidas.
El presente inventor tambien ha determinado el entendimiento de que la deteccion de partlculas relativamente grandes que se incrementan lentamente en cantidad durante un perlodo extendido de tiempo indicarlan tlpicamente una pirolisis de condition llameante, mientras que la deteccion de numerosas partlculas pequenas que surgen rapidamente y sin pirolisis o llamas tempranas podrla indicar un incendio provocado que involucra el uso de acelerantes.
El presente inventor tambien ha determinado el entendimiento de que las partlculas de polvo son generadas por abrasion o descomposicion no termica de materiales u organismos naturales en el ambiente y que tales partlculas en general son muy grandes comparadas con las partlculas de humo.
El presente inventor tambien ha determinado el entendimiento de lo siguiente:
Los detectores de humo de tipo de punto convencional estan disenados primariamente para instalacion en techos en un area protegida. Estos detectores tienen una sensibilidad relativamente baja y tienen dificultad en detectar la presencia de pirolisis no deseada cuando grandes volumenes de aire pasan a traves del area que esta siendo monitorizada, diluyendo as! la capacidad del detector para detectar la presencia de pirolisis no deseada.
Para superar estas desventajas, se han desarrollado detectores de humo aspirado altamente sensible, y se despliegan frecuentemente en ductos con el proposito de monitorizar un area. Esto detectores proveen una medida de sensibilidad de algunos cientos de veces mayor que los detectores de punto convencionales. Estos sistemas aspirados emplean presion por suction a traves de una bomba de aire y tambien emplean un filtro de polvo para evitar que la polucion por polvo no deseada ensucie el detector o sea detectada de manera indistinguible del humo y produzca la activation de una falsa alarma.
El detector de humo empleado preferiblemente en un sistema aspirado es un nefelometro. Este es un detector
La presente invencion se relaciona con el campo de la deteccion, analisis partlculas suspendidas en un fluido.
En una forma particular, la presente invencion se relaciona con detectores de combustion indeseada de material. En otra forma, la presente invencion se
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sensible a muchos tamanos de partlcuias, tal como las muchas partlculas de humo producidas en fuegos o durante las etapas iniciales de sobrecalentamiento, pirolisis o llama.
Los detectores de humo tipo optico (o de partlculas aereas) del arte anterior usan tlpicamente una fuente de luz individual para iluminar una zona de deteccion que puede contener tales partlculas. El uso de dos fuentes de luz ha sido propuesto para algunos detectores. Una proporcion de esta luz puede ser dispersada por las partlculas hacia una o mas celdas receptoras (o sensores). Las senales de salida de las celdas receptoras se utilizan para activar una senal de alarma.
Otros detectores utilizan un haz de laser, que provee una fuente de luz monocromatica polarizada, tlpicamente en la longitud de onda del infrarrojo cercano. Estos detectores, sin embargo, no se consideran como verdaderos nefelometros puesto que son propensos a ser extremadamente sensibles a un rango de tamano de partlcula en particular a costa de otros rangos de tamano.
La desventaja sufrida por los detectores anteriores es su insensibilidad relativa a partlculas muy pequenas caracterlsticas de pirolisis temprana y fuegos incipientes, as! como a ciertos fuegos de ignicion rapida.
Los detectores de humo por ionizacion, por otro lado, utilizan un elemento radiactivo tal como americio, para ionizar el aire dentro de la camara de deteccion. Estos detectores son relativamente sensibles a partlculas muy pequenas producidas en fuegos en ignicion, pero relativamente insensibles a partlculas mas grandes producidas en pirolisis o por llama. Tambien se han encontrado relativamente propensos a corrientes de aire, las cuales sirven para desplazar el aire ionizado dentro de la camara de deteccion y as! activar una falsa alarma. Esto coloca un llmite practico sobre su sensibilidad util.
Otros detectores de humo han utilizado una lampara de xenon como fuente de luz individual. La lampara de xenon produce un espectro continuo de luz similar a la luz solar, abarcando las longitudes de onda ultravioleta, visible e infrarroja. El uso de esta fuente de luz puede detectar todos los tamanos de partlcula y los detectores producen una senal que es proporcional a la densidad de masa del humo, lo cual es caracterlstico de un verdadero nefelometro. Sin embargo, el tipo de fuego no puede ser caracterizado por que el tamano de partlcula particular no puede ser discernido. La luz de xenon tambien tiene solamente una vida util relativamente corta de cerca de 4 anos y se sabe que su intensidad de luz varla, lo cual afecta la sensibilidad.
El presente inventor tambien ha detectado que con el fin de proveer un rango de salida amplio en sensibilidad, los detectores del arte anterior proveen un convertidor analogo a digital (ADC) utilizado para aplicar los datos del nivel de humo a un microprocesador. Con un diseno cuidadoso, sustancialmente toda la capacidad del ADC se usa para representar el nivel de humo maximo, tal como (tlpicamente) 20%/m. La operacion por ADC a una resolucion de 8 bit es util mientras que ADC de 10 bit o mayores son mas costosos y requieren microprocesadores mas grandes. Se ha encontrado que un ADC de 10 bit permite que este nivel de 20%/m sea dividido en 1024 etapas, representando cada etapa un incremento de 20/1024 = 0.02%/m. As! las etapas son 0, 0.02, -0.04, 0.06, etc., sin oportunidad de incrementos mas finos. A niveles de humo bajos esto se considera una resolucion muy burda, siendo diflcil fijar umbrales de alarma finamente. Sin embargo a niveles de humo altos, una resolucion de 0.02%/m es innecesaria -la capacidad para fijar un umbral de alarma a 10.00%/m o 10.02%/m por ejemplo, tiene poco o ningun beneficio. As! la resolucion de los detectores del arte anterior se considera demasiado burda a niveles de humo bajos y demasiados fina a niveles de humo altos.
Cualquier discusion de documentos, dispositivos, actas o conocimientos en esta especificacion se incluyen para explicar el contexto de la invencion. No deben considerarse como admision de que cualquiera de los materiales forma una parte de la base de arte anterior o del conocimiento general comun en el arte relevante en Australia o en ningun otro lugar o antes de la fecha de prioridad de la divulgacion y reivindicaciones presentes.
Un objeto de la presente invencion es proveer un aparato y metodos para la deteccion de partlculas que permiten una deteccion, discriminacion y/o analisis mejorados de partlculas, pirolisis, eventos y polvo por llama y/o ignicion, proveyendo as! una mejora correspondiente en la deteccion de partlculas presentes en fluidos.
Un objeto adicional de la presente invencion es proveer un aparato y metodos para la deteccion de partlculas adecuados para uso con ductos o como detectores y/o monitores individuales.
Un objetivo todavla adicional de la presente invencion es aliviar al menos una desventaja asociada con el arte anterior.
Resumen de la invencion
De acuerdo con aspectos de la presente invencion, la monitorizacion, vigilancia, determination, deteccion y/o analisis de partlculas, ambiente, fluidos, humo, zonas o areas puede comprender la determinacion de la presencia
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y/o caracterlsticas de las partlcuias segun se requiera dada la aplicacion particular de la presente invencion.
En esta llnea, un aspecto de la invencion provee, un metodo y un dispositivo para determinar, en una muestra de fluido, la presencia de partlculas que tienen sustancialmente un tamano o rango de tamano predeterminado, comprendiendo el metodo las etapas de iluminar la muestra con una primera longitud de onda de luz, obteniendo una primera senal de respuesta indicativa de la primera iluminacion, iluminar la muestra con una segunda longitud de onda de luz, obteniendo una segunda senal de respuesta indicativa de la segunda iluminacion, y determinar la presencia de partlculas que tienen el tamano o rango de tamanos comparando la primera y segunda senales.
Preferiblemente, las iluminaciones son polarizadas horizontal y/o verticalmente.
En otro aspecto de la invencion, se provee un aparato para control de ganancia adaptado para proveer control de ganancia en un monitor de partlculas, comprendiendo dicho aparato una primera etapa de ganancia que tiene un primer amplificador, una segunda etapa de ganancia que tiene un segundo amplificador, y una retroalimentacion de voltaje o corriente controlada desde la salida de la segunda etapa a la entrada de la primera etapa de tal manera que la respuesta en frecuencia del amplificador no se afecta por dicha retroalimentacion.
En todavla otro aspecto de la invencion, se provee un metodo para determinar un intervalo de servicio para un monitor de partlculas, comprendiendo el metodo las etapas de determinar la presencia de partlculas de polvo, proveyendo una medicion de la presencia de las partlculas, y proveyendo una indicacion de servicio cuando la medicion ha alcanzado un umbral predeterminado.
En aun otro aspecto de la invencion, se provee una camara para monitorizacion de partlculas, que comprende un primer lente operable en asociacion con una fuente de iluminacion, un segundo lente adaptado para enfocar la luz incidente hacia una celda receptora, y un iris primario configurado para evitar sustancialmente que la luz que emana directamente del primer lente impacte sobre el segundo lente.
En un aspecto adicional de la invencion, se provee un metodo y un dispositivo para determinar la velocidad de fluido que fluye a traves de un area dada, comprendiendo el metodo las etapas de proveer un primer sensor en el camino del flujo del fluido en un punto de velocidad de fluido relativamente baja, proveyendo un segundo sensor en el camino del flujo de fluido en un punto de velocidad de fluido relativamente alta, teniendo el segundo sensor caracterlsticas de temperatura sustancialmente similares a las del primer sensor, y determinando la velocidad de fluido con base en una medicion del efecto de enfriamiento del fluido que pasa a traves del primero y segundo sensores.
Adicionalmente se provee de acuerdo con otro aspecto de la invencion, un metodo y un dispositivo para montar una carcasa en un ducto, comprendiendo el metodo las etapas de proveer al menos un elemento de pestana en asociacion con la carcasa, localizando la carcasa proxima al area de montaje del ducto, conformando el elemento de pestana para que se ajuste sustancialmente a un perfil del ducto proximo al area de montaje, y acoplando la carcasa utilizando el elemento de pestana.
La presente invencion tambien provee un monitor para monitorizar la presencia, concentracion y caracterlsticas de partlculas en el medio fluido.
La presente invencion tambien provee, como activacion de salida el umbral o alarma del detector, una senal logarltmica. Esto significa una senal, cuya amplitud puede ser comprimida de acuerdo con una funcion o escala logarltmica. La senal logarltmica puede representar diversos atributos de partlculas detectadas, tales como la presencia, numero, frecuencia, concentracion y/o duracion.
En esencia, en un aspecto de la invencion, se utilizan diferentes longitudes de onda, diversos rangos de longitudes de onda y/o polarizacion para detectar partlculas predeterminadas en el fluido.
En esencia, en otro aspecto de la invencion, la sustraccion o provision de una relacion de dos senales permite una salida mas medible que indica la deteccion de partlculas y los tamanos de partlcula.
En esencia, en otro aspecto de la invencion, esta salida que indica la deteccion de partlculas es amplificada de acuerdo con las dos senales.
Otros aspectos y aspectos preferidos estan divulgados en la especificacion y/o definidos en las reivindicaciones anexas, formando una parte de la descripcion de la invencion.
Se ha encontrado que la presente invencion da como resultado una serie de ventajas, tales como tamano, coste y consumo de energla reducidos a la vez que alcanza los estandares mas altos de la industria en cuanto a sensibilidad, confiabilidad, perlodo de mantenimiento y minimizacion de falsas alarmas, y/o monitorizacion de un
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ambiente en cuanto a la presencia de humo y/o partlcuias de polvo de tal manera que puede proveerse una sensibilidad muy alta al humo sin sufrir falsas alarmas debidas al polvo.
A lo largo de esta especificacion, se hace referencia a una serie de diferentes fuentes de luz que tienen ciertas longitudes de onda. La referencia a las fuentes de luz y longitudes de onda se hace solamente puesto que son fuentes de luz comercialmente disponibles actualmente. Debe entenderse que los principios que subyacen a la presente invencion tienen aplicabilidad igual a las fuentes de luz de diferentes longitudes de onda.
Un monitor puede incluir una referencia a un detector o aparato similar.
El alcance adicional de la aplicabilidad de la presente invencion sera evidente a partir de la description detallada dada a continuation. Sin embargo, debe entenderse que la descripcion detallada y los ejemplos especlficos, a la vez que indican realizaciones preferidas de la invencion, se dan solamente a manera de ilustracion, puesto que diversos cambios y modificaciones dentro del esplritu y alcance de la invencion seran evidentes para los experimentados en el arte a partir de esta descripcion detallada.
Breve descripcion de los dibujos
Divulgation, objetos, ventajas y aspectos adicionales de la presente invencion pueden ser entendidos mejor por los experimentados en el arte relevante con referencia a la siguiente descripcion de realizaciones preferidas tomadas en conjuncion con los dibujos acompanantes, los cuales se dan a manera de ilustracion solamente, y no son limitantes de la presente invencion, y en los cuales:
La figura 1 ilustra resultados de longitudes de onda de azul a 430 nm y roja a 660 nm para partlculas en un rango de tamanos de partlcula,
La figura 2 ilustra resultados de longitudes de onda de azul a 430 nm y verde a 530 nm para partlculas sobre un rango de tamanos de partlcula,
La figura 3 ilustra los resultados de longitudes de onda de azul a 470 nm e infrarroja a 940 nm para partlculas sobre un rango de tamanos de partlcula,
La figura 4 ilustra el resultado que sigue a la sustraccion relativa de las senales roja de la azul,
La figura 5 ilustra el resultado que sigue a la sustraccion relativa de las senales verde de la azul,
La figura 6 ilustra el resultado que sigue a la sustraccion relativa de las senales de infrarrojo de azul,
La figura 7 ilustra el desarrollo del tamano de partlcula con el tiempo para diversos tipos de combustibles,
La figura 8 ilustra una respuesta comparativa de canales de infrarrojo y azul al humo de diversos combustibles y/o etapas de crecimiento del fuego,
La figura 9 ilustra relaciones relativas de las salidas del canal B y canal A en respuesta a partlculas aereas a partir de combustibles dados durante una prueba,
La figura 10 ilustra un diagrama de bloque esquematico de un monitor de humo de acuerdo con una realization de la presente invencion,
La figura 11 ilustra un diagrama de circuitos de una forma de un amplificador controlado de ganancia de acuerdo con una realizacion de la presente invencion,
Las figuras 12, 13 ilustran una geometrla de camara preferida que incluye rutas de luz indicativas,
La figura 14 ilustra el uso de un lente biconvexo de acuerdo con un aspecto de la invencion,
La figura 15 ilustra la operation relativa de un lente asferico de acuerdo con un aspecto de la invencion,
La figura 16 ilustra el uso de un lente asferico de acuerdo con un aspecto de la invencion,
La figura 17 ilustra la operacion relativa de un lente biconvexo de acuerdo con un aspecto de la invencion, y
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La figura 18 ilustra un ejemplo del montaje de una unidad de detector sobre un arreglo de ducto.
Description detallada
En las realizaciones descritas, se hace referencia a al menos dos canales, siendo uno el canal A, el cual usa longitudes de onda tales como longitudes de onda roja o infrarroja, siendo el otro el canal B, el cual utiliza longitudes de onda, tales como longitudes de onda azul. Podrlan emplearse canales adicionales tales como un canal C, el cual utiliza longitudes de onda tales como longitudes de onda verde. Otras longitudes de onda tambien pueden ser empleadas de acuerdo con la presente invention, como sera evidente en la descripcion siguiente. En general, se prefiere si una lectura establecida a partir de una longitud de onda mas larga es comparada con una lectura establecida a partir de una longitud de onda mas corta. Lo mas preferiblemente, la longitud de onda mas larga es sustralda de longitud de onda mas corta. Tambien puede utilizarse una relation para comparar las lecturas de las longitudes de onda.
Longitudes de onda de luz
En un aspecto de la invencion, se ha determinado por parte del presente inventor que las longitudes de onda de luz empleadas tienen una relevancia importante sobre la sensibilidad del presente dispositivo con respecto a los tamanos de partlcula. La dispersion de luz por las partlculas en diferentes rangos de tamano ha sido descrita en “Absorption and Scattering of Light by Small Particles” by Bohren CF and Huffman DR, ISBN 0-471-05772-X.
Se ha determinado que las ecuaciones Mie son apropiadas para considerar las partlculas de un rango de tamano apropiado para el humo y el polvo comunes. Los fuegos de ignition rapida tienden a producir un numero grande de partlculas carbonaceas muy pequenas que pueden aglomerarse en formas aleatorias para formar hollln. En contraste, las etapas tempranas de la pirolisis tienden a producir un numero mucho mas pequeno de partlculas llquidas relativamente mas grandes (de alto punto de ebullition), existentes tlpicamente como aerosoles que pueden aglomerarse para formar esferas o gotas incluso mas largas, traslucidas. A las partlculas de polvo en general son el resultado de la abrasion mecanica y tienen formas aleatorias que pueden ser aproximadas como incluso esferas mas grandes para propositos de modelacion. Una fuente de humo o polvo probablemente sera monodispersa (que contiene un tamano de partlculas), pero es mas probablemente polidispersa, con un rango de tamano que puede seguir una distribucion Gaussiana. Se ha encontrado por parte del inventor que una desviacion estandar tlpica para la distribution de tamano esta en la vecindad de 1.8 a 2.
Tambien se ha encontrado que las distribuciones de partlculas aereas en ciudades son bimodales, con picos alrededor de 0.1 micrones y l0 micrones. Tlpicamente, las partlculas de humo caen en el rango de 0.01 a 1 micron, mientras que las partlculas de polvo aereas caen en el rango de 1 a 100 micrones. Sin embargo hay alguna superposition en la frontera de 1 micron puesto que las partlculas de polvo mas pequenas en la naturaleza son mas pequenas que las partlculas de humo mas grandes posibles.
El presente inventor tambien ha determinado que ciertos tamanos de partlculas son discernidos mas facilmente por longitudes de onda particulares (diferentes) de luz. Dado esto, se utilizan dos longitudes de onda de luz incidente. La luz puede variar en cualquier lugar de azul a rojo (e infrarrojo). Un ejemplo es la luz que varla desde 400 nm (azul) a 1050 nm (rojo). Por ejemplo, podrlan utilizarse 430 nm (azul) y 660 nm (rojo).
Al aplicar la teorla de Mie a los tamanos de partlcula que varlan desde 0.01 a 10 micrones de diametro medio de masa y utilizando una desviacion estandar de 1.8, la figura 1 muestra los resultados para dos longitudes de onda de luz incidente, 430 nm (azul) y 660 nm (rojo), siendo cada una no polarizada, polarizada verticalmente o polarizada horizontalmente y proyectada al mismo angulo con respecto al eje optico.
En la figura 1, la familia azul de resultados (B = Azul no polarizada, BV = Azul polarizada verticalmente, BH = Azul polarizada horizontalmente) son bastantes adecuadas para la detection de humo y polvo, mientras que la familia roja de resultados (R, RV y RH) son igualmente adecuadas para la deteccion de polvo pero son comparativamente pobres para detectar un amplio rango de partlculas de humo debido a la falta de respuesta a partlculas pequenas. Todas las graficas de la figura 1 vienen juntas por encima de alrededor de 0.8 micrones mientras que hay una diferencia significativa entre las graficas para tamanos de partlculas menores que esto. La mejor separation se alcanza para azul-vertical (BV) versus rojo-horizontal (RH). Las graficas no pueden ser separadas efectivamente a diametros mas grandes. La periodicidad (afringencia o resonancia) en las curvas es causada por la cancelation y reforzamiento por fases debidas a la interaction entre longitud de onda dada y el tamano de partlcula dado.
Si en vez de la combination de longitudes de onda se examina 430 nm (azul) y 530 (verde), se obtienen los resultados mostrados en la figura 2. Aqul las diversas graficas son mucho mas similares una a otra y es diflcil separar las graficas por encima de aproximadamente 0.5 micrones.
Las longitudes de onda escogidas para ser ejemplificadas han sido limitadas por las de los proyectores disponibles
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comercialmente. Con base en la information obtenida en la figura 2 (530 nm), los resultados para naranja (620 nm) serian similares a la figura 1 (660 nm).
Los resultados para azul (470 nm) versus infrarrojo (940 nm) se presentan ahora en la figura 3. En la figura 3, la separation de longitud de onda es sustancialmente de un octavo. Puede verse que hay una separation mas clara de las graficas en la region por debajo de 1 micron, la frontera nominal entre humo y polvo.
Habrla algun merito en operar el monitor a longitudes de onda incluso mas ampliamente separadas, pero la tecnologla actualmente disponible es un factor limitante. La celda receptora utilizada para detectar la luz dispersa es un fotodiodo PIN que tiene una respuesta potenciada al azul. Con una respuesta pico a 850 nm, su respuesta cae a aproximadamente 30% a 400 nm y a 1050 nm, de manera que para propositos practicos las longitudes de onda del proyector estan limitadas actualmente a este rango. Desde luego, si otra celda receptora fuera utilizable, las longitudes de onda de luz que impactan las partlculas serian alteradas para tener una separacion mas grande.
A partir de los resultados anteriores, puede verse que en una realization de la presente invention, las longitudes de onda para dos proyectores para detectar partlculas irradiantes deberlan caer preferiblemente en el rango de 400 a 500 nm para azul/violeta y 650 a 1050 nm para rojo/infrarrojo.
En otro aspecto de la invencion, se ha encontrado que si los resultados de las senales recibidas se comparan uno con otro, tal como por comparacion de relation o al ser sustraldos uno de otro, esto es una senal sustralda de la otra senal, puede producirse una senal de “activation” o detection mas confiable indicativa de la presencia de partlculas que tienen un tamano de interes para la aplicacion para la cual se aplica el monitor de la presente invencion. Asl, por ejemplo, si el monitor de la presente invencion esta configurado como monitor de “humo”, entonces partlculas relativamente pequenas serian de mayor interes que partlculas grandes (polvo). Asl, el inventor ha comprendido que para un monitor de humo, por ejemplo, se ha encontrado que la luz azul da mayor respuesta a partlculas relativamente pequenas asl como partlculas grandes, y se ha encontrado que la luz infrarroja responde mas a partlculas relativamente grandes solamente. Al obtener una senal que se basa en una senal de respuesta “azul” menos una senal de respuesta “infrarroja”, el monitor puede ser configurado para tener una capacidad de respuesta relativamente mas alta a partlculas pequenas y una respuesta mas baja o nula a partlculas relativamente grandes.
Por ejemplo, la figura 4 muestra el resultado de sustraer los datos de rojo-horizontal (RH), el rojo no polarizado (R) o el rojo vertical (RV) del azul (B). Un monitor configurado de estas maneras responderla con mas sensibilidad a partlculas mas pequenas de 1 micron, con la mejor sensibilidad para la combination B-RH. Para evitar aglomeracion los resultados de BH y BV no se muestran pero son consistentes.
Para comparar con la figura 4, la sustraccion de GH, G y GV de B produce los resultados de la figura 5. De nuevo, tamanos de partlculas relativamente mas pequenos son mas claramente discernibles que los tamanos de partlcula mas grandes (tipo polvo) aunque los efectos de fringencia son significativos.
La figura 6 presenta los resultados despues de la sustraccion de IRH a partir de B. Otros resultados son emitidos en busca de claridad. Ademas, algunos datos publicados sobre tamanos medios de partlculas obtenidos para incienso, mecha de lampara de algodon, tostadas y cemento Portland (un subrogado de polvo) tambien son conocidos. Puede verse que un monitor configurado para llevar a cabo esta sustraccion tendrla sensibilidad apropiada para tipos de humo comunes a la vez que es capaz de rechazar (relativamente) polvo hasta un grado significativo.
A partir de este aspecto de sustraccion, se ha desarrollado un aspecto adicional de la invencion en cuanto a que un amplificador de ganancia construido apropiadamente puede ser utilizado para proveer senales de salida apropiadas para uso por dispositivos o sistemas de alarma u otras alertas. Este aspecto sera discutido de manera mas completa mas adelante.
Si se utiliza una longitud de onda tercera o adicional ademas de las dos longitudes de onda discutidas mas arriba, sera posible identificar no solamente partlculas pequenas y grandes, sino otros tamanos de partlcula (intermedias), dependiendo de la longitudes de onda usadas.
Diseno de dos canales
Otra caracterlstica propia del uso de un diseno de dos canales de acuerdo con un aspecto de la invencion, es que al sustraer el canal A (referencia) del canal B (muestra) (o viceversa) como se describe aqul, se puede alcanzar un balance nulo. Puede encontrarse que este balance no varla significativamente si la senal de fondo de la camara cambia con el tiempo. El inventor ha comprendido que a medida que la camara se envejece o ensucia durante un tiempo de utilization largo (un tiempo que se extiende grandemente mediante el uso de un filtro para polvo), el nivel de luz de fondo puede cambiar. El beneficio de sustraer los canales se debe a que la respuesta de ambos canales (especialmente el construido para polvos) es sustancialmente la misma, luego el efecto se cancela por si mismo, lo cual minimiza cualquier cambio en la salida resultante del circuito agregado con el tiempo. Notese que la senal
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obtenida a partir del polvo no depende de ser aereo -puede ser depositado sobre una superficie. Lo mismo es valido para cualquier cosa mas grande que el polvo -como aglomerados de polvo o incluso paredes.
Esta anulacion de desplazamiento debida a la suciedad se considera una caracterlstica valiosa en terminos de la calibracion de mantenimiento.
Analisis del nivel de senal
Se hace divulgacion adicional de la presente invencion con referencia a una aplicacion de monitorizacion de humo. Debe anotarse, sin embargo, que la presente invencion no deberla limitarse a solamente esta aplicacion.
Los detectores de humo “opticos” montados en techos convencionales proveen una sensibilidad equivalente a aproximadamente oscurecimiento de 10%/m (3%/pie), para generar una alarma. La base establecida para deteccion de humo de sensibilidad muy alta requiere una sensibilidad de al menos dos ordenes de magnitud mas alta, equivalente a 0.1%/m de oscurecimiento a escala completa con puntos de fijacion de alarma por debajo de este nivel. Eccleston, King & Packham (Eccleston AJ, King NK and Packham DR, 1974: The Scattering Coefficient and Mass Concentration of Smoke from some Australian Forest Fires, APCA Journal, v24 no11) han demostrado que para humo por fuego en bosques de eucaliptos, el nivel de 0.1%/m corresponde a un rango visual de 4 km y una densidad de humo de 0.24 mg/m3. Tal sensibilidad alta permite la deteccion de pirolisis en etapa temprana y por lo tanto provee la alerta mas temprana para fuego potencial en edificios, conmensurada con una rata baja de falsas alarmas.
La mayorla de los detectores de humo de muy alta sensibilidad actuales utilizan una camara optica con un diodo de laser de estado solido infrarrojo. La longitud de onda larga de luz infrarroja es util para detectar las partlculas aereas relativamente grandes caracterlsticas del polvo, as! como aerosoles del humo para ciertos tipos de fuego, pero comparativamente pobre para detectar las partlculas muy pequenas liberadas en otros tipos de fuego. Los laseres de estado solido convencional que operan a longitudes de onda preferiblemente mas cortas, visible, serlan costosos o podrlan no operar de manera confiable a temperatura ambiente elevada (60°C). Para superar estas dificultades se decidio utilizar, en una realizacion preferida de la presente invencion aplicada a monitores de humo, un proyector de diodos emisores de luz (LED) que opera en el extremo azul del espectro visible (470 nm).
La configuration del monitor incorpora este proyector azul fijado a 60° con respecto al eje de la celda receptora dentro de una camara optica, como se explicara adicionalmente mas adelante. Tambien incluye un proyector de referencia a 940 nm (infrarrojo) fijado al mismo angulo, pero opuesto horizontalmente al proyector azul. Con un angulo de cono irradiante proyector efectivo de 10°, esta disposition ofrece una configuracion relativamente optima para maximizar la sensibilidad al sistema a la vez que minimiza la luz de fondo que de alguna otra manera puede saturar la celda receptora.
Para la densidad de humo especificada (0.1%/m), que comprende partlculas de (por decir algo) 0.3 pm de diametro medio de masa (con una desviacion estandar geometrica practica de 1.8), Weinert (Weinert D, 2002: Assessment of Light Scattering from Smoke Particles for a Prototype Duct-mounted Smoke Detector, no publicado) ha determinado que en la configuracion de monitor utilizada, la fuerza de la senal recibida debido a la irradiation de este humo mediante una fuente de luz azul no polarizada, esta en el orden de 4.5E-8 por unidad de irradiacion. Los datos de Weinert a 470 nm y 940 nm han sido representados graficamente y se presentan en la figura 3. De manera crucial, esto significa que la intensidad de luz “de fondo” recibida por la celda, debido a reflexiones remanentes no deseadas provenientes de las paredes de la camara, debe ser de al menos ocho ordenes de magnitud mas baja que la intensidad del haz del proyector, de forma que la senal de luz deseada (dispersada por el humo) no sea saturada.
El proyector azul, en una forma, esta especificado para tener una intensidad luminosa de 40 candelas (cd) a una corriente de impulso de 500 mA. Por definition, a 1cd del nivel de potencia es 1.464 mW por estereorradian (sr) de tal manera que la potencia medida es 1.464*40 = 58.6mW/sr. El angulo medio de 5° se convierte a 2n(1-cos°(5)) = 0.024sr de tal manera que la potencia de salida es 58.6*0.024 = 1.4mW. Incidentalmente, con esta corriente de impulso, la calda de voltaje del proyector es 4.0V de manera que al utilizar un ciclo de trabajo de 0.1%, la potencia de entrada al proyector es 0.5*4.0*0.001 = 2.0 mW la cual es menor que 1% de su valor de disipacion de potencia maxima.
De acuerdo con lo anterior, a una salida de potencia del proyector pulsado de 1.4 mW, la senal de luz dispersa dirigida hacia la celda es 1.4*4.5E-8 = 6.3E-5 pW para la configuracion usada. Este nivel de iluminacion esta dirigido y enfocado para caer sobre la celda receptora, la cual es un fotodiodo PIN dentro del modulo receptor. La sensibilidad de las celdas esta especificada como 0.2A/W a 400 nm, convirtiendose a 0.31pA/pW a 470 nm. Con una trasmision de lente especificada de 92% (no recubierta), la senal desarrollada por la celda iluminada es por lo tanto 0.31*6.3E-5*0.92 = 1.8E-5 pA.
El modulo receptor, en una forma, incluye una tercera etapa, un preamplificador de pulso acoplado a AC que
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comprende un convertidor de corriente a voltaje seguido por dos amplificadores de voltaje. El convertidor es un amplificador operacional con el fotodiodo PIN conectado diferencialmente entre las entradas inversas y no inversas, con resistencia en serie despreciable. El resistor de retroalimentacion puede ser de 3.9 M (desviado por 3.9 pF) de modo que las frecuencias de banda media, para una senal de entrada de 1 pA, la salida desde este voltaje serla 3.9E6*1E-6 = 3.9V/pA. En respuesta a la iluminacion de celda especificada, la salida se convierte en 3.9*1.8E-5 = 7.0E-5V o 70pV.
La siguientes dos etapas, en una forma, son amplificadores operacionales que tienen cada uno una ganancia de banda media de 10, de tal manera que la salida del modulo receptor serla de 7.0 mV en la iluminacion especificada. El nivel de salida de escala completa de calibracion para el procesamiento de senal puede ser 3V, de tal manera que la ganancia de voltaje del amplificador principal serla 3/7.0E-3 = 429. Empleando dos etapas similares, el amplificador requerirla una ganancia de 21 por etapa. En la practica se ha encontrado adecuada una ganancia de 17 por etapa para producir una sensibilidad consistente con un 0.1%/m nominal a escala completa, segun se requiere.
Claramente, la sensibilidad de los detectores de humo depende del tamano de partlcula y un estandar significativo requerirla que este tamano (o un rango de tamano) se especificara. No obstante, la base internacional viene establecida de rendimiento es el monitor VESDA Mk3 muy recientemente producido por Vision Systems Australia, que utiliza una fuente de luz de xenon. En efecto esta fuente es comparable con un proyector azul, puesto que la caracterlstica espectral de la lampara de xenon, combinada con la respuesta espectral de un fotodiodo de PIN y las partlculas o moleculas de aerosol pequenas que dispersan los haces (lo cual favorece longitudes de onda cortas como 1/A4), determina que la longitud de onda caracterlstica para la calibracion de los monitores basados en xenon es 470 nm -lo mismo que el proyector azul. Por esta razon, gases confiables tales como nitrogeno y FM200 pueden seguir usandose para la calibracion (lo cual no es posible para detectores basados en laser infrarrojo).
Como se establecio anteriormente, el monitor emplea dos proyectores que operan a longitudes de onda diferentes. Con referencia a la figura 3, para partlculas relativamente grandes (>1 p) es un diseno objetivo que el mismo nivel de senal sea generado por la celda por la senal de infrarrojo, como es en el caso para la senal azul. A la longitud de onda de infrarrojo de 940 nm, la celda receptora tiene una sensibilidad de 0.55 pA/pW (en comparacion con 0.31 pA/pW a 470 nm). Puesto que a 940 nm la trasmision del lente sigue siendo 92%, entonces debido a que todas las ecuaciones relevantes son lineales y las geometrlas son relativamente identicas, la potencia de salida del proyector infrarrojo puede ser reducida por una factor de 0.31/0.55 = 0.56. A una corriente de 500 mA, el proyector de infrarrojo tiene un nivel de potencia de 343 mW/sr (en comparacion con 58.6 mW/sr para el proyector azul), de tal manera que la corriente de impulso requerida para el proyector de infrarrojos se convierte en 500*0.56*58.6/343 = 48 mA. Esta corriente de impulso necesitarla ser incrementada si se utilizara un filtro polarizador, con el fin de superar la perdida en este filtro.
Las condiciones de impulso del proyector requeridas, para una primera aproximacion la senal de fondo pequena causada por las reflexiones agregadas provenientes de las paredes de la camara, como se ve por la celda receptora, deberlan estar en el mismo nivel (muy bajo) para cada proyector. Esto requiere que la reflexion (o absorcion) de las paredes de la camara sea fundamentalmente independiente de la diferencia en longitudes de onda usadas. Por lo tanto, en la ausencia de cualquier humo en la camara, el voltaje diferencial entre las dos salidas de canal seria aproximadamente cero (o puede ajustarse asl).
Introduciendo humo en la camara, el voltaje sobre cada canal se elevarla, pero el voltaje diferencial entre las canales frecuentemente serla diferente de cero. Este voltaje diferencial provee una indicacion de la naturaleza de las partlculas aereas. La figura 6 indica la sensibilidad resultante cuando el canal infrarrojo es sustraldo del canal azul. Este resultado podrla ser usado para resaltar la presencia de partlculas mas pequenas de un diametro medio de 1 p de masa. Se incluye en la figura 6 llneas que identifican los datos publicados para el diametro medio de masa de partlculas producidas a partir de algunos materiales disponibles -“polvo” de cemento Portland, tostadas, lampara con mecha de algodon e incienso. El voltaje diferencial deberla ser cero o ligeramente negativo en el primer ejemplo (partlculas grandes), pero significativamente positivo en los otros tres ejemplos (partlculas pequenas). Esto demuestra la oportunidad para discriminar contra el polvo mientras que se mantiene una buena deteccion del humo.
El tamano de partlcula en aerosoles de humo puede variar sustancialmente de acuerdo con el combustible usado, la temperatura y perlodo de tiempo, asl como por las condiciones de flujo de aire que determinan el suministro de oxlgeno, enfriamiento y dilucion del humo. En la figura 7, los datos de Cleary, Weinert and Mulholland (Cleary TG, Weinert, DW and Mulholland GW, 2001; Moment Method of obtaining Particle Size Measures fo Test Smokes, NIST), han sido promediados para producir graficas de los tamanos de aerosol generados por cuatro combustibles a saber aceite de cocina (plato de vidrio sobre placa caliente), tostada (tostadora), espuma de poliuretano (llameante) y bloques de madera de haya (placa caliente). Puede verse que en cada caso la partlcula promedio es inicialmente pequena, incrementandose en tamano y luego cayendo a medida que el combustible se va consumiendo completamente. Como generalizacion, puede decirse que la deteccion de partlculas pequenas es importante para la alerta mas temprana posible de un fuego incipiente. Otros datos muestran los picos de concentracion de masa de aerosol en la mitad final de cada perlodo representado graficamente, y que cae al final.
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La figura 8 provee una comparacion mas exhaustiva de la respuesta relativa de los dos canales, esperada para un cierto numero de materiales dispuestos en orden de tamano de partlcula segun se publican. Aqul la respuesta ha sido normalizada a la del cemento Portland (subrogado de polvo) reduciendo la senal del proyector de infrarrojo por un factor de 0.64. Los datos de abeto de Douglas y poliuretano rlgido (Bankston et al; Bankston CP, zinn BT Browner RF and Powell EA, 1981: Aspects of the Mechanisms of Smoke Generation by Burning Materials, Combustion and Flame no 41 pp273-292) demuestran la progresion de tres diferentes etapas de la rata de liberacion de calor radiante, que deberla producir un rastro de voltaje diferencial conmensurado.
Para una primera aproximacion y por las razones establecidas anteriormente, la figura 8 podrla ser vista como una comparacion de comportamiento esperado entre detectores estandar basados en xenon y laser corriente.
Ademas, en el caso del monitor de dos canales, la figura 8 demuestra la oportunidad de sensibilidad incrementada comparada con estos detectores infrarrojos (hasta un factor de cuatro o cinco), con respecto a eventos de fuego incipientes que involucran pirolisis y llamas, mientras que se reduce grandemente la sensibilidad a alarmas falsas de polvo. Esto podrla implicar que no se requiere un filtro para polvo. Por el contrario, la filtracion de polvo es indeseable para minimizar la suciedad y por lo tanto maximizar el perlodo de mantenimiento y la vida de servicio global del monitor. Dado que un filtro perfecto para polvo tambien capturarla humo, entonces la capacidad de discriminacion de polvo puede ser utilizada para evitar alarmas no deseadas causadas por pequenas cantidades de polvo que inevitablemente pasan a traves de un filtro practico.
Adicionalmente, debido a que el canal A responde predominantemente a polvo, la salida del canal A puede ser integrada con el tiempo (medida en meses o anos) para registrar la exposicion real de la camara y el elemento de filtro al polvo distinguiendolo del humo, por lo tanto permitiendo que el intervalo de servicio sea determinado y anunciado de acuerdo con el entorno ambiental (frecuentemente impredecible). Por ejemplo, un intervalo de servicio puede ser determinado para el filtro de polvo con base en la acumulacion o recuento del numero de veces en que una lectura de polvo es detectada. Una vez que el recuento alcanza o excede un umbral predeterminado, puede iluminarse un indicador de servicio o comunicarse de alguna otra manera. Preferiblemente, el circuito indicador de servicio deberla integrar el nivel de polvo real y el perlodo de su duracion.
Resultado logarltmico
Como se anoto anteriormente, con el fin de proveer un rango de resultado amplio en sensibilidad, los detectores del arte anterior proveen un convertidor analogo a digital (ADC) utilizado para aplicar los datos de nivel de humo o un microprocesador. Con un diseno cuidadoso, sustancialmente toda la capacidad del ADC se utiliza para representar el nivel de humo maximo, tal como (tlpicamente) 20%/m. Los ADC que operan a una resolution de 8 bit son utiles, mientras que un ADC de 10 bit o mas son mas costosos y requieren microprocesadores mas grandes. Se ha encontrado que un ADC de 10 bit permite que este nivel de 20%/m sea dividido en 210 = 1024 etapas, representando cada etapa un incremento de 20/1024 = 0.02%m. As! las etapas son 0, 0.02, 0.04, 0.06, etc., sin oportunidad para incrementos mas finos. A niveles de humo bajo esta se considera como una resolucion muy burda, haciendo diflcil fijar umbrales de alarma finamente. Sin embargo a niveles altos de humo, una resolucion de 0.02%/m es innecesaria -la capacidad para fijar un umbral de alarma a 10.00%/m o 10.02%/m por ejemplo, tiene muy pocos beneficios si hay alguno. As! la resolucion de los detectores del arte anterior se considera demasiado burda a niveles de humo bajos y demasiado finos a niveles de humo altos.
De acuerdo con este aspecto de la invention, sin embargo, estas desventajas del arte previo tal como se anotaron mas arriba son superadas proveyendo un rango de salida logarltmico o decile. De acuerdo con la presente invencion, se ha encontrado que la resolucion es apropiada para el nivel de humo dado, a saber fina a niveles de humo bajos y burda a niveles de humo altos. Como ilustracion, con la presente invencion, utilizando un rango de salida logarltmico, a niveles de humo bajos, un umbral de alarma podrla ser fijado a 0.010 o 0.011%/m pero con igual facilidad, a niveles de humo alto, un nivel de alarma podrla ser fijado a 10%/m u 11%/m.
En otras palabras, entendiendo que el humo es una sustancia muy variable, y que hay muy poco beneficio al medir su densidad (concentration) hasta una exactitud mejor que dos cifras significativas, la adoption de una salida logarltmica provee una resolucion de sensibilidad beneficiosa a lo largo de un rango relativamente alto de niveles de humo y/o de niveles de umbral.
Resultados de pruebas con humo
Se llevo a cabo una serie de ensayos utilizando la presente invencion configurada como un aparato para la detection de humo y construido y calibrado de acuerdo con el Analisis de Nivel de Senal divulgado mas arriba. El monitor fue montado sobre un ducto de ventilation de 200 mm de diametro, mientras que se inserto una sonda en el ducto para tomar muestra del aire que pasa a traves del ducto. Un ventilador de entrada mantenla un flujo relativamente continuo a traves del ducto, a la vez que aseguraba que las partlculas aereas fueran mezcladas exhaustivamente con el aire fresco entrante. La salida del ducto fue impulsada con un fuelle. Una placa caliente que
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operaba a aproximadamente 350°C fue posicionada a la entrada del ventilador y del ducto de tal manera que podrlan colocarse muestras de combustible pequena sobre la placa caliente. Esta disposicion fue tal que ocurrio una dilucion considerable, puesto que el humo fue arrastrado y mezclado con el flujo predominante de aire fresco que era llevado directamente hacia el ducto desde el interior del laboratorio. Esta situacion se entendio como una simulacion de un ambiente protegido real en donde altos niveles de dilucion podrlan esperarse durante las primeras etapas del crecimiento de un fuego incipiente. Varias muestras diferentes de combustible fueron calentadas separadamente sobre la placa caliente para generar aerosoles de humo. Ademas, tambien se evaluaron algunas muestras de polvo sin la placa caliente agitando y liberando el polvo en la entrada del ventilador y el ducto.
La salida de los dos canales A y B de monitor fue medida para proveer el alejamiento del voltaje mas alla de la condicion quiescente (aire limpio) despues de que las partlculas aereas fueran introducidas al monitor.
Se observo que diversos tipos de combustible producen aerosoles de humo a diferentes ratas y concentraciones. Puesto que se calentaron y consumieron diversos combustibles, se esperaba que el tamano de partlcula del aerosol variara con el tiempo y as! la salida relativa de los canales A y B deberla variar conforme a esto. La figura 9 presenta la salida del canal B expresado con una relacion de la salida del canal A, en respuesta a un numero de fuentes de partlculas (despues de permitir la medicion de transientes de deposicion). Estos datos se presentan como relaciones con el fin de tener en cuenta las diferentes densidades de partlculas aereas involucradas, dado que nuestro interes actual esta en el tamano de partlcula. La longitud y posicion de cada barra horizontal representa el rango en relaciones presentado durante el curso de cada ensayo. En muchos casos la relacion se elevo rapidamente hasta el valor mas alto, luego cayo lentamente. En algunos casos la relacion se elevo de nuevo despues de un perlodo en valores mas bajos. Algunos de tales patrones (caracterlsticas) fueron observados como claramente bimodales.
La figura 9 tambien representa la sensibilidad relativa del monitor a estas fuentes de combustible y polvo, dispuestas en orden de aparicion de tamano de partlcula promedio. De acuerdo con lo anterior, la tubuladura de nylon produce inicialmente las partlculas de tamano mas pequeno (relacion de pico 5.3). Despues el ensayo fue completado hasta la mitad, la relacion cayo lentamente, en efecto el combustible se funde sobre la placa caliente y produce un aerosol durante un tiempo comparativamente largo. La espuma de estireno tiene un efecto similar. Los combustibles adicionales hacia abajo de la grafica tienden a formar alquitran y producir un residuo solido carbonaceo.
La prueba del alambre caliente consiste de un alambre aislado con PVC de 2 m de longitud que fue calentado pasando una corriente alta suministrada por un transformador de “alcance” de 2V AC, para simular un cable con sobrecalentamiento que da como resultado una pirolisis en estado temprano.
El resultado para la resina de soldadura viene de la fusion de una longitud corta de la soldadura con nucleo de resina y su lugar en la grafica indica que se producen partlculas comparativamente grandes (gotitas con punto de fusion alto).
El resultado para el vapor es anomalo en cuanto las lecturas de salida obtenidas a partir de una fuente de ebullicion fueron de una magnitud muy pequena y no generaron una condicion de alarma pero las relaciones involucradas colocaron el tamano de partlcula en el extremo inferior de la grafica. En contraste, todas las otras fuentes produjeron lecturas de salida grandes y es solamente la relacion de salida de canales la que es pequena, en el caso de diversas fuentes de polvo (incluyendo polvo de talco).
Claramente hay una fuerte diferenciacion hecha entre los aerosoles de humo y el polvo, con base en el tamano de la partlcula, de manera que es posible, con la presente realizacion, discriminar entre fuentes de humo deseadas y fuentes de polvo no deseadas en el proceso de generar una alarma.
Cuando la relacion es cercana a la unidad, puede entenderse que la sustraccion del canal A (tal como infrarrojo) del canal B (tal como azul) darla como resultado una lectura grandemente reducida, de tal manera que podrlan evitarse alarmas indeseadas a partir de estas fuentes. Cuando la relacion esta significativamente por encima de la unidad, la sustraccion del canal A del canal B darla como resultado una alarma. Aunque es cierto que el proceso de sustraccion podrla reducir la salida del monitor para ciertos tipos de humo, el hecho de que alarmas no deseadas de fuentes de polvo puedan evitarse, permite que el monitor sea operado a una sensibilidad mas alta de lo que de otra forma serla el caso.
Adicionalmente, los resultados se consideran consistentes con los datos publicados que muestran que para muchos combustibles, las primeras partlculas liberadas por pirolisis son comparativamente pequenas. Por lo tanto, el tipo de monitor usado aqul puede proveer la alerta mas temprana de pirolisis.
Description del circuito
La figura 10 ilustra esquematicamente como un diagrama de flujo una forma de la presente invention usada para detectar humo. La circuiterla impulsa un par de proyectores 1 y 2 de luz, teniendo cada proyector caracterlsticas
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diferentes de longitud de onda (color) y/o polarizacion. Cada proyector es guiado independientemente para proveer un pulso de luz de duracion corta (por ejemplo 0.4 mS), alternativamente a intervalos de (por decir algo) 150 mS y 350 mS. Esto permite una actualizacion de la calidad del aire dos veces por segundo, siendo una rata de refrescamiento de la muestra alta conmensurada con consumo bajo de potencia.
Una parte de la luz dispersada por partlculas aereas que pasan a traves de la camara 3 de monitor, es recibida por una celda fotovoltaica (no mostrada) dentro de un modulo 4 receptor. La senal es amplificada en el modulo 4 receptor y pasada a un amplificador 5 principal con control 6 de ganancia. La senal amplificada es pasada entonces a un discriminador (que comprende un par de detectores 7, 8 slncronos y un par de circuitos 9, 10 amortiguados de muestra y sostenimiento), que separa las senales derivadas de los dos proyectores respectivos, en dos canales, canal A representado por el numeral 9 y canal B representado por el numeral 10. Los dos canales proveen information acerca del tipo de partlculas en el aire. El canal A responde particularmente a partlculas polvo, mientras que el canal B es predominantemente sensible al humo pero tiene alguna sensibilidad al polvo. Esto se debe a que las partlculas de polvo y humo cubren cada una un amplio rango de tamanos, los cuales pueden superponerse hasta cierto grado. Por lo tanto en la circuiterla subsiguiente, la lectura de polvo del canal A es sustralda de la lectura de humo del canal B por virtud de un sumador 11 que da como resultado una senal que en esencia provee una indicacion de la densidad del humo solo.
Esta senal de densidad de humo es aplicada a la circuiterla 12 de detection de umbral que opera una serie de tres lamparas y reles 13 en respuesta a nivel de peligro de fuego que se detecta. Estas lamparas y reles se denominan por ejemplo A1 (alerta, o nivel 1) A2 (action, o nivel 2) y A3 (fuego, o nivel 3). Tlpicamente estos tres niveles de alarma indican densidades de humo equivalentes aproximadamente a 0.03, 0.06 y 0.10%/m de oscurecimiento, aunque el monitor podrla ser calibrado con otros valores, y se entenderla que las senales y valores podrlan ser configurados apropiadamente a la aplicacion particular de la presente invention.
Ademas, una salida 14 directa del canal A se utiliza para indicar cuando los niveles de polvo son altos, independientemente del nivel de densidad del humo. Tambien esto puede ayudar en pruebas, encargos y demostraciones. Esta salida tambien indica cuando el monitor esta en el proceso de discriminar contra polvo.
Una lampara y un relee 13 adicionales pueden ser configurados como un circuito “de seguro de falsedad” aplicado al sumador 11 para proveer una alarma de fallo en el evento que el monitor no este funcionando apropiadamente con la sensibilidad adecuada. Una salida analoga del sumador 11 tambien puede ser provista para el procesamiento remoto de los anuncios de fallo y alarma. Alternativamente, pueden proveerse salidas analogas a partir de cada uno de los canales A y B para permitir el analisis de caracterlsticas remoto, y procesar anuncios de fallo y alarma.
Un generador 15 de reloj puede proveer senales temporizadas apropiadas segun se requiera, y una section 16 de suministro de potencia puede reticular potencia a todas las partes del circuito a voltajes apropiados.
Es necesario que la senal de salida de los canales discriminadores no se sature cuando se encuentran niveles muy altos de humo o polvo. Cada saturation harla perder informacion acerca de los niveles de senal relativos producidos por los dos proyectores, superando por lo tanto la funcion de discrimination. En primer lugar, el amplificador esta provisto con un “espacio de cabeza” grande de tal manera que una operation a escala completa se logra a un nivel de senal (por decir algo) de la mitad de la saturacion. En segundo lugar, se provee un control de ganancia automatico. Los voltajes de salida DC de los canales discriminadores son retroalimentados a un dispositivo de control de ganancia para asegurarse que los niveles de saturacion no puedan ser alcanzados.
Control de ganancia
Con referencia a la figura 11, la ganancia de banda media de un amplificador ocasional esta determinada por la relation del resistor de retroalimentacion al resistor de entrada. En el caso de IC3a en la figura 11, la ganancia de voltaje es R4/R3 y en el caso de IC3b es R6/R5. Los puntos de ruptura de frecuencia alta son determinados por C4^R4 y C6^R6, mientras que los puntos de ruptura de frecuencia baja estan determinados por C1^(R1//R2), C3^R3 y C5^r5. Los amplificadores estan acoplados por DC y la desviacion de DC esta fijada por R1 y R2.
El dispositivo de control de ganancia IC4 comprende tlpicamente un LDR (un resistor independiente de la luz) y un LED (un diodo emisor de luz) acoplado cercanamente en una caja hermetica a la luz. El LDR provee una resistencia ajustable, cuyo valor esta determinado por la corriente suministrada a traves del LED que esta controlado externamente por R7. Sin corriente a traves de R7, la resistencia del LDR es efectivamente infinita, y a corrientes de 10 a 20 mA, la resistencia cae dentro de la region de 10kD a 100kD. Nuevamente este LDR estarla conectado a traves de R4 o bien R6. Esto tiene la desventaja de que durante la operacion, se eleva al punto de ruptura de frecuencia alta (bien sea C4^R4 o C6^R6), incrementando por lo tanto la respuesta a frecuencia deseada y las caracterlsticas de fase del amplificador. Ademas, se ha encontrado que esta disposition produce un rango dinamico insuficiente de control de ganancia.
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Debido a que el circuito de dos etapas es no inversor con respecto a la senal amplificada, es posible conectar el LDR desde la salida de la segunda etapa (IC3b) a la entrada de la primera etapa (IC3a). Esto incrementa grandemente el rango dinamico efectivo disponible. Ademas, ninguno de los puntos de ruptura C4^R4 y C6^R6 es afectado cuando el IC4 entra en operation.
La corriente de impulsor R7 es derivada de las senales de voltaje de muestra y mantenimiento (alto cambiando a bajo) del canal A y el canal B, a traves de los diodos sensores Zener D5 y D6, para asegurar que la action de control de ganancia no entra en efecto hasta que los niveles de senal sean suficientemente grandes.
De manera importante, la caracterlstica de la combination de LDR, LED y diodo Zener no es abrupta ni lineal. No es lineal, con el efecto de proveer una funcion de ganancia logarltmica. Un cambio abrupto en la ganancia podrla producir una inestabilidad o comportamiento erratico, puesto que un nivel de senal alto causarla una reduction subita en la ganancia, lo cual producirla una reduccion subita en la salida, lo cual a su vez reducirla el impulso a IC4, haciendo que la ganancia se eleve de nuevo. A su vez, esto podrla hacer que la salida de alarma se retrase al tintineo. El diseno no lineal permite un incremento pequeno en la salida a medida que la entrada se eleva a niveles altos, y provee un rango dinamico amplio de control.
La sensibilidad normal a escala completa del monitor, correspondiente al umbral de alarma mas alto (“fuego”), es equivalente a 0.1%/m de oscurecimiento, con umbrales de alarma intermedios disponibles por debajo de este nivel. Utilizando esta caracterlstica logarltmica es posible en vez de disponer los umbrales de salida de alarma, que los niveles mas altos de alarma puedan estar en la region no lineal. Por este medio, puede proveerse una resolution adecuada para proveer una alarma de primer nivel (“alerta”) a densidades de humo muy bajas tales como 0.01%/m, mientras que el nivel mas alto de alarma podrla ser elevado a 1%/m, 10%/m o incluso mas alto.
Optica de la camara
La figura 12 muestra los diagramas de rayo de los proyectores, que operan a diferentes longitudes de onda y/o polarizaciones. Por claridad, los rayos de ejemplo se muestran de acuerdo con su position en el centro 1201, extremidad 1202 izquierda o derecha del haz. En la practica estos haces son operados para una duration de pulso corta, alternadamente. Puede verse que los haces estan formados por el cuerpo 1203, 1204 proyector con lentes y confinado por iris 1205, 1206, de tal manera que pasen a traves de la region o zona 1207 de monitorizacion central de la camara. Si hay humo o polvo pasando a traves de esta zona 1207, una pequena proportion de la energla del haz es dispersada por estas partlculas en muchas direcciones. Alguna parte de esta energla es dispersada en la direction de un iris 1208 receptor primario, y luego a un lente 1209 el cual enfoca la energla sobre una fotocelda dentro de un modulo 1210 receptor. Notese que los iris intermedios en esta ruta han sido evitados puesto que la luz foranea reflejada de las piezas de las partes de la camara y por lo tanto proveniente de direcciones inapropiadas, puede reflejarse en estos iris intermedios y hacia el lente.
Los haces 1201, 1202 directos pasan a una galena 1211 de absorcion en donde las multiples reflexiones de las paredes 1212 altamente absorbentes, disipan la energla de la luz. La galena esta disenada para dirigir las multiples reflexiones hacia el extremo lejano de la galena 1213, de tal manera que ocurren muchas reflexiones antes de que cualquier luz remanente pueda emerger. La combinacion de esta absorcion y la geometrla del iris primario en relation con la camara y los iris del haz, evita la saturation de luz dispersa de partlculas de humo o polvo, por remanentes de los haces originales.
Los rayos 1214 indican que la region se ha hecho sensible a las fotoceldas por el lente receptor y el iris primario. Puede verse que esta region sensible esta enfocada dentro de la zona 1207 de monitorizacion pero la fotocelda 1210 retiene sensibilidad a lo largo del eje optico mas alla de la zona. Esta sensibilidad extendida esta confinada por una region 1215 absorbente en el extremo lejano de la camara. El diseno intenta asegurar que la energla lumlnica despreciable de los proyectores 1203, 1204 pueda caer sobre esta region absorbente, lo cual tendrla a saturar las partlculas que dispersan luz. Esta luz no deseada surge primariamente de las reflexiones de los iris 1205, 1206 proyectores. Una combinacion de oscurecimiento de esta region absorbente, y de reflejar la luz foranea de esta area, minimiza esta luz de saturacion. Ademas, las paredes de la region absorbente estan coloreadas preferiblemente de negro para absorber la luz incidente.
La figura 13 ilustra rayos tlpicos no deseados que surgen de las reflexiones de los iris 1205, 1206 proyectores que se evitan, a los cuales se impide alcanzar la region 1215 absorbente central. Este diagrama tambien incluye rayos 1216 no deseados que pasan a traves del iris 1217 primarios y son absorbidos dentro de la galena 1218 receptora. Ademas, los rayos 1219 no deseados que se reflejan del iris 1217 primarios, se muestran para enfoque fuera del eje de la fotocelda dentro del modulo 1210 receptor y se evitan por medio de un iris de fotocelda dentro del modulo 1210 receptor (mostrado como 1401 en la figura 14).
La combinacion de todos estos metodos sirve para evitar la saturacion de luz dispersa de partlculas aereas. La dificultad de esta tarea puede ser apreciada por el hecho de que la intensidad de luz dispersa es tlpicamente 100
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millones de veces mas baja que la luz del proyector.
Con referencia de nuevo a la figura 12, el brillo dentro del cono central de luz 1202 del proyector se ve como el primer orden de brillantez dentro de la camara. Esta luz brillante esta dirigida hacia la galena l2l1 de absorcion, a lo largo de la cual se absorbe eficientemente despues de multiples reflexiones. Por fuera de este angulo de cono central hay un segundo orden de brillantez 1220 causado por la optica del proyector y reflexiones del iris del proyector. Por lo tanto la totalidad del area del iris del proyector debe ser vista como brillante en muchas direcciones. De acuerdo con lo anterior el iris del proyector debe ser oscurecido de la vista por el receptor o el iris del lente, lo cual se logra posicionando el iris 1217 primario. Para alcanzar este oscurecimiento, la geometrla de camara es fijada por una llnea 1221 (mostrada como punteada en la figura 13) desde la extremidad mas externa del iris 1205, 1206 proyector, hasta la extremidad mas interna del iris 1217 primario, hasta la extremidad mas externa del iris 1222 del lente. Esta se considera una geometrla de definicion dado que un objetivo de una realizacion de la invencion es producir un monitor de mlnimo tamano predecible y la mas alta sensibilidad posible.
Al estar por fuera del cono 1202 del proyector central, este iris 1217 primario esta expuesto a la luz de brillos 1220 de segundo orden del iris 1203, 1204 proyector. Por lo tanto el iris 1217 primario reflejara luz de brillantez 1219 de tercer orden, en muchas direcciones. Notese que en esta discusion, un “orden de brillantez”, no necesariamente significa un factor de diez. Dadas las superficies negras que absorben 99% de la luz incidente, reflejando solamente el 1% el cual a su vez es reducido por dispersion debida a reflexion no especular, entonces puede alcanzarse una reduccion de brillantez en un factor de 1000 o mas. De acuerdo con lo anterior, un tercer orden de brillantez no es una medida precisa, pero provee una indicacion relativa. Una pequena proporcion de esta luz 1219 de brillo de tercer orden sera reflejada hacia el iris 1208 del lente y hacia el lente 1209. Como se muestra en la figura 14, el lente 1209 enfocara la luz 1219 indeseada, fuera del eje de la celda 1210 receptora, para ser detenida por el iris 1401 receptor. El uso de un lente biconvexo, una longitud focal relativamente larga y un iris primario ancho, permite que los rayos no deseados (fuera del eje) reflejados desde el iris 1217 primario caigan en el lado de la celda 1210 receptora y puedan ser atenuados por el iris 1401 receptor.
Se espera que un control relativamente exacto del enfoque del lente sea necesario con el fin de controlar la separacion de la luz no deseada con respecto a la luz deseada. Se propuso un lente 1501 asferico (como se muestra en la figura 15) de longitud focal relativamente corta. Tal lente provee un control adecuado del enfoque a traves de la cara completa de la celda receptora, evitando aberracion esferica y formando una imagen de calidad fotografica. La figura 15 ilustra la operation de tal lente 1501 en el enfoque de luz dispersa recibida de partlculas detectadas en la zona 1207 de monitorizacion (figura 12). La figura 15 tambien ilustra la colocation del lente 1501 con respecto al iris 1217 primario y la celda 1210. La figura 16 muestra que con tal lente esferico, sin embargo, una parte de la luz no deseada reflejada del iris primario cae antes que la celda. Esto podrla saturar la senal deseada.
Regresando a la figura 12, se usa un lente biconvexo (que tiene dos caras convexas) relativamente grueso, y el cual se muestra en mas detalle en las figuras 14 y 17. Como se muestra en la figura 14, debido a que la luz 1219 indeseada llega desde todas las direcciones de fuera del eje, la aberracion esferica de este tipo de lente 1402 ayuda a incrementar la separacion de los dos conjuntos de rayos de luz. Esta separacion es asistida adicionalmente creando una longitud focal relativamente larga (y se ha encontrado que la separacion es proporcional a la longitud focal). En la figura 17, puede verse que el uso de los lentes 1402 biconvexos se hace posible debido a que no se requiere formar una imagen fotografica exacta en la celda 1210 receptora -solamente es necesario recolectar luz, de tal manera que el punto de enfoque no sea tan importante como las rutas de los rayos de luz involucradas. De esta manera, la geometrla de la celda 1210 receptora y el lente 1402 estan dispuestos preferiblemente de tal manera que una cantidad relativamente maxima de luz dispersa de las partlculas dispersadas es capaz de caer sobre la celda del receptor (como se muestra en los dibujos en donde la celda 1210 esta iluminada con luz sustancialmente en todo el rango de superficie de la celda 1210) mientras que la luz no deseada es bloqueada bien sea desde la celda mediante un receptor 1401 como se describio mas arriba, o se deja pasar hacia el lado de la celda.
Dinamica de fluidos
El diseno de la camara desde un punto de vista de la dinamica de fluidos es bastante importante. Una realizacion de la invencion incluye una sonda para ductos en miniatura para captar una muestra continua pequena pero representativa del aire que pasa a traves de un ducto de ventilation, por ejemplo una sonda como la divulgada en la solicitud copendiente de Patente de los Estados Unidos 2003/0011770, tambien del presente inventor.
Con referencia a la figura 13, el fluido, tal como aire, muestreado desde el ambiente es introducido en la camara de la presente invencion a traves de la entrada 1301, pasa a traves de la camara de detection y zona 1207 de monitorizacion (figura 12) y sale a traves de la salida 1302. Es posible utilizar un filtro 1303 relativamente grande que puede retirar eficientemente el polvo durante un perlodo de servicio largo, sin incurrir en perdida de cabeza significativa (calda de presion). El tipo preferido de filtro en uso es un filtro de espuma de celda abierta, de poro largo de profundidad grande. Las partlculas de polvo mas pequenas que el filtro esta disenado para eliminar, son en general al menos 10 veces mas pequenas que el tamano de poro promedio del filtro. La elimination del polvo se logra como un resultado del movimiento Browniano (oscilacion termica rapida), mediante el cual las partlculas de
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polvo reaccionan como si fueran muchas veces mas grandes que su tamano flsico. El polvo es retirado estadlsticamente a medida que el flujo pasa a traves del filtro profundo, de tal manera que virtualmente todo el polvo considerado como nocivo es retirado antes de que el flujo salga de la salida 1314 del filtro. Se ha encontrado que esto minimiza la acumulacion de polvo (suciedad) dentro de la camara mas alla, extendiendo grandemente el perlodo de mantenimiento. Sin embargo, la estructura abierta del filtro evita un problema significativo que ha ocurrido con detectores de humo aspirado del arte anterior, a saber la eliminacion de partlculas de humo, crecientemente con el tiempo, lo cual reduce la sensibilidad. Ademas, el filtro es de un tipo en el cual la perdida de cabeza en el filtro no se incrementa apreciablemente a medida que el filtro se va cargando con polvo.
Tlpicamente, las partlculas de humo caen en el rango de 0.01 a 1 micron, mientras que las partlculas de polvo aereas caen en el rango de 1 a 100 micrones. Sin embargo hay algunas superposicion en la frontera de 1 micron puesto que las partlculas de polvo mas pequenas en la naturaleza son mas pequenas que las partlculas de humo mas grandes posibles. Por lo tanto es inapropiado que el filtro sea un captador de polvo perfecto. Para evitar una reduccion en la sensibilidad al humo, una pequena fraccion de las partlculas de polvo deben pasar por lo tanto a traves del filtro, lo cual requiere que sean acomodadas de otras maneras (como se divulga mas adelante).
Hay difusores 1312, 1313 de imagen espejo, bien a cada lado del filtro 1303. La cara 1314 de salida del filtro es presentada a un difusor 1313 que recombina eficientemente el flujo, desvla el flujo a traves de 90° y presenta el flujo a un paso 1304. En una realizacion preferida de la invencion, este paso se estrecha hasta un area de seccion transversal que es todavla 5 veces mas grande que el tubo de entrada, de tal manera que la perdida sigue siendo muy baja, pero la velocidad de aire local es casi 8 veces mayor que la que hay en la cara 1314 de salida del filtro.
En una realizacion preferida, pueden montarse dos dispositivos 1305, 1306 detectores, un 1306 en la salida del filtro y un 1305 dentro de esta region 1304 estrecha. En esta disposicion el sensor 1306 esta sujeto al flujo de aire de velocidad relativamente baja que sale del filtro, de tal manera que tiene lugar muy poco enfriamiento del sensor. Este sensor 1306 puede ser protegido adicionalmente del enfriamiento por medio de una envoltura 1307. En contraste, el sensor 1305 esta expuesto de manera relativamente completa a un flujo de aire de velocidad significativamente mas alta y por lo tanto sujeto a sustancialmente mas enfriamiento que el sensor 1306. Los dos sensores 1305, 1306 estan expuestos preferiblemente a la misma temperatura del aire ambiente. Preferiblemente, pueden utilizarse dispositivos de comparacion que tienen una dependencia de la temperatura conocida, mediante lo cual sus diferencias de enfriamiento causadas por las diferentes velocidades de flujo de aire a las cuales estan expuestos, pueden ser utilizadas para generar un voltaje diferente a traves de cada sensor, proveyendo por lo tanto una medida de la velocidad del aire de una manera que es fundamentalmente independiente de la temperatura del aire ambiente.
Los sensores pueden ser del tipo divulgado en la US 4,781,065, sin embargo el posicionamiento de los sensores en la presente disposicion de la invencion es diferente de manera unica.
Tambien, en la presente disposicion, los sensores estan expuestos al flujo de aire despues de que este ha pasado a traves del filtro 1303 de polvo, minimizando as! la suciedad. La suciedad puede interferir con las caracterlsticas de enfriamiento de los sensores 1305, 1306, afectando por lo tanto la exactitud de la circuiterla de medicion del flujo de aire.
El flujo continua hacia un difusor 1308 adicional, el cual tambien tiene la galena 1308 absorbente de luz para el proyector 1203 (figura 12). A medida que el flujo de aire alcanza la boca de la galena 1308 absorbente, se imparte un cambio de direccion mientras que su velocidad ha disminuido hasta unas 25 veces menos que la velocidad en el tubo de entrada. Por lo tanto se incurre en muy poca perdida en el paso de flujo de aire a traves de la galena 1308, a traves de la zona 1207 de monitorizacion (figura 12) y en la segunda galena 1309. Debido a que la velocidad aqul es relativamente baja, cualquier partlcula de polvo remanente que pueda estar en la corriente de aire, siendo muy pequena en numero y tamano (debido al filtro 1303), tiene un momentum muy bajo y por lo tanto no es expulsada de la suspension en el fluido por fuerzas centrlfugas como minimizando por lo tanto el potencial de suciedad dentro de la vecindad de la zona 1207 de monitorizacion. En el evento de que haya una tendencia para la separation centrlfuga de partlculas de polvo, su direccion de momentum sera tal que estas partlculas serian deflectadas de manera no nociva desde el orificio 1217 primario.
El flujo de aire es dirigido hacia la segunda galena 1309 absorbente y por la action del difusor es gradual y eficientemente acelerada y llevada a coincidir con la salida 1302 de expulsion. El aire expulsado es entonces regresado eficientemente al ambiente de muestreo, tal como un ducto, tal como se describe en la US 4,781,065 citada mas arriba.
Se ha explicado como el flujo de aire pasa a traves de una serie de etapas de una manera que minimiza la perdida y promueve el flujo laminar. De acuerdo con lo anterior, la camara es purgada con una muestra fresca de aire de manera muy eficiente y rapida, con minima retention de humo. A pesar de las velocidades locales bajas causadas por las areas transversales grandes, la respuesta del ensamblaje de camara a los cambios en los niveles de humo ha demostrado ser bastante rapida, y adecuada para el proposito de las alarmas de monitorizacion de humo.
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Debido a que hay muy poca calda de presion dentro del monitor de la invencion, la presion absoluta en cualquier lugar dentro del monitor es similar a la del interior del ducto. Puesto que puede ser un diferencial de presion grande entre el interior del ducto y el entorno ambiental en el cual esta colocado el monitor, el monitor debe mantener un buen sello de presion para evitar fugas en cualquier punto. La oportunidad de fugas se minimiza por el diseno de la camara, el cual comprende dos mitades similares conectadas por pestanas 1310 coincidentes planas. Por lo tanto solamente se requiere una empaquetadura plana para sellar la camara. En una realizacion, se prefiere una empaquetadura en espuma de celda cerrada gruesa puesto que esta puede adaptarse facilmente a variaciones en la planitud de la pestana de la camara, superando la pequena cantidad de arqueamiento y de formacion, que puede ocurrir dentro de los moldes de inyeccion plastica. Ciertas areas de la camara, particularmente cerca a la zona 1207 de monitorizacion, que son sensibles a la calidad de absorcion de la luz de las paredes de la camara estan ocultas de la empaquetadura por medio de rebordes 1311 pequenos extendidos que se encuentran en el centro de union de las mitades de la camara. El contacto real entre las dos mitades de la camara se prefiere solamente en estos rebordes, simplificando grandemente las exigencias de manufactura de planitud de las partes coincidentes.
La descripcion anterior ha sido discutida con el uso de una sonda de ducto en mente, sin embargo en otras realizaciones de la invencion, la sonda puede ser reemplazada con otros medios para capturar una muestra del fluido, tal como aire, que va a ser monitorizado. Este otro medio (divulgado en US 4,781,065) puede ser un dispositivo de venturi dentro de una tuberla de seccion pequena tal como 20 mm de diametro. Esta tuberla puede estar conectada a una bomba de aspiracion o ventilador (aspirador), colocado bien sea corriente arriba o corriente abajo del venturi. Si se coloca corriente abajo, puede conectarse entonces una pluralidad de monitores a un aspirador sencillo. Corriente arriba de cada monitor, la tuberla de seccion pequena puede extenderse a traves de una zona de fuego. Las tuberlas de muestreo pueden ser configuradas como red o ramificaciones que se extienden hacia areas o zonas donde el fluido va a ser monitorizado o detectado. Cada dicha tuberla puede contener ramificaciones. Cada dicha tuberla y ramificacion puede contener una serie de pequenos orificios de tal manera que el aire en la vecindad de cada orificio es introducido en la tuberla. La contribucion de muestras de aire desde todos los orificios es dirigida intermitentemente o de manera relativamente continua hacia el venturi. El venturi esta disenado de tal manera que una proporcion del aire dentro de la tuberla es llevado hacia el monitor de tal forma que la presencia de humo o polvo es detectada, antes de que el flujo de aire del monitor sea regresado a la tuberla. Todo el aire es llevado entonces al aspirador y expulsado.
Notese que si se prefiere cualquiera de ellos en el caso de una sonda de ducto o el venturi, solamente una proporcion del aire disponible pase a traves del monitor. Esta proporcion o muestra de aire contiene humo y/o polvo en la misma densidad que el flujo principal. Sin embargo, minimizando cuidadosamente el flujo a traves del monitor, la rata de polvo acumulado en el filtro de polvo puede ser minimizada, maximizando por lo tanto el intervalo de mantenimiento sin afectar la sensibilidad del monitor.
En una realizacion alternativa adicional de la presente invencion, en vez del venturi serla posible conectar el monitor directamente a un tubo de seccion pequena tal como un diametro interno de 5 mm. Esto serla adecuado para recorrer distancias cortas tales como varios metros. En este caso, el flujo de aire completo pasarla a traves del monitor, pero la rata de flujos serla baja y por lo tanto el intervalo de mantenimiento no necesariamente se afectarla. Para evitar tiempos de respuesta rapidos con tubos de seccion pequena en distancias largas la calda de presion serla muy alta, requiriendose de un aspirador de alta presion y consumo de energla.
Montaje del monitor
Con referencia a la figura 18, el monitor 1801, por ejemplo un monitor de acuerdo con la presente invencion puede ser montado sobre una superficie de lado plano, circular o de otra forma, tal como un ducto 1802 por medio de pestanas 1803 de montaje. El monitor 1601 puede ser asegurado por tornillos por ejemplo, u otro medio adecuado (no mostrado). En el montaje del monitor, las pestanas 1803 son simplemente flexionadas hasta que las pestanas encajen con la superficie donde el monitor va a ser fijado. Por ejemplo, en el montaje a un ducto, las pestanas son flexionadas hasta que se asienten o coincidan con la superficie del ducto, como se ilustra en la figura 18. Este ducto puede ser tan pequeno como de 200 mm (8 pulgadas) de diametro. Las pestanas 1803 pueden ser conformadas integralmente con la carcasa del monitor 1801, en cuyo caso, una ranura (no mostrada) formada en la carcasa puede definir las pestanas y permitir el flexionamiento de las pestanas sin sesgarlas, de tal manera que se asienten firmemente sobre una superficie de un ducto u otra superficie de montaje.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un detector de partlcuias que comprende una camara que tiene una entrada (1301) a traves de la cual un fluido fluye hacia la camara y una salida (1302) a traves de la cual dicho fluido sale de la camara, comprendiendo la camara:
    un primer difusor (1308) adaptado para disminuir el flujo de fluido desde una primera velocidad a una segunda velocidad, en donde la segunda velocidad es inferior a la primera velocidad, proveyendo el primer difusor el flujo de fluido a la segunda velocidad a una zona (1207) de deteccion de partlculas,
    un segundo difusor (1309) adaptado para acelerar el flujo de fluido desde dicha segunda velocidad a una tercera velocidad, en donde la tercera velocidad es mas alta que la segunda velocidad, en donde un cambio de direccion ocurre a medida que el fluido pasa a traves de la zona (1207) de deteccion de partlculas, y en donde el flujo de fluido difundido pasa a traves de la zona (1207) de deteccion de partlculas de una manera que sustancialmente todas las partlculas de polvo que pueden estar en el flujo de fluido difundido no son expulsadas de la suspension en el fluido por fuerzas centrlfugas.
  2. 2. Un detector de partlculas como se reivindica en la reivindicacion 1, en donde las partlculas de polvo remanentes en el flujo de fluido expulsadas de la suspension en el flujo de fluido a traves de la zona (1207) de deteccion de partlculas por fuerzas centrifugas son deflectadas desde un orificio (1217) primario proximo a la zona (1207) de deteccion.
  3. 3. Un detector de partlculas como se reivindica en la reivindicacion 1 o 2, en donde la segunda velocidad es sustancialmente 25 veces inferior a la primera velocidad.
  4. 4. Un detector de partlculas como se reivindica en la reivindicacion 1, 2 o 3, en donde el flujo de fluido de segunda velocidad es sustancialmente un flujo de fluido laminar.
  5. 5. Un detector de partlculas como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la tercera velocidad es sustancialmente la misma que la primera velocidad.
  6. 6. Un detector de partlculas como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde un cambio de direccion se presenta a medida de que el flujo de fluido pasa a traves del primer difusor (1308).
  7. 7. Un detector de partlculas reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la camara esta disenada para minimizar sustancialmente cualquier calda de presion dentro del detector de partlculas.
  8. 8. Un detector de humo que comprende el detector de partlculas como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
  9. 9. Un detector de humo aspirado que comprende el detector de partlculas como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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