HU227010B1 - Eljárás tûz észleléséhez, valamint szórtfény elven mûködõ tûzjelzõ - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás tűz észleléséhez a szórtfény-elv alapján, amelynek során pulzálóbesugárzással egy első hullámhosszúságú sugárzást egy első sugárzási tengely mentén, valamint egy második, az elsőhöz képest rövidebb hullámhosszúságú sugárzást egy második sugárzási tengely mentén egy mérési volumenbe besugárzunk, és a mérési volumenben elhelyezkedő részecskéken szórt sugárzást egy 90°-nál nagyobb előreszórási szög alatt és egy 90°-nál kisebb visszaszórási szög alatt mérjük.

A találmány tárgya továbbá szórtfény-elven működő tűzjelző a fenti eljárás megvalósításához.

A WO 00/07161 A1 számú közzétételi iratból olyan, szórtfény-elven működő füstjelző ismert, amely két LED-del van ellátva. Annak érdekében, hogy a füst jellegéről megállapításokat tehessenek, a két LED által kisugárzott fény hullámhosszainak különbségét lehetőleg nagyra választják.

A WO 01/59737 számú iratból ismert egy szórtfénytűzjelző szellőző- és klímacsatornákba való beépítés céljára, amely a fentiek szerinti eljárásnak megfelelően működik, és amelynek mérőkamrába egy első LED infravörös fényt sugároz és egy második LED kék fényt sugároz be. A LED-eket váltakozva pulzáltatják. Az „infravörös” LED által kibocsátott sugárzás lehetővé teszi a parázsló tűzre jellemző nagy részecskék észlelését, míg a „kék” LED által kibocsátott szórt sugárzás kis részecskék felismerését teszi lehetővé, amely kis részecskék a nyílt lánggal égő tüzekre jellemzők. Ez Rayleigh törvényével magyarázható, amely szerint a szórt fény intenzitása a hullámhossz negyedik hatványával csökken, ha a részecskék a hullámhossznál kisebbek. Jóllehet ez a megállapítás helyes, a valóságos viszonyok között azonban tűzészlelésnél a szórtfényelv nem érvényesül. Az ismert tűzjelző csupán egy fotovevőt foglal magában, amely csak két információt továbbít a szórt sugárzás intenzitásáról, nevezetesen a kiviteli alaktól függően vagy az előreszórt sugárzás intenzitását az infravörös és kék hullámtartományban, vagy a visszafelé szórt sugárzások megfelelő intenzitásait vagy az előreszórt sugárzás intenzitását az infravöröshullámhossz-tartományban és a visszafelé szórt sugárzást a kék hullámtartományban is. A mindenkori elrendezési geometriák mindenesetre odavezetnek, hogy a mérési volumenek, amelyekből a mindenkori szórt sugárzás származik, nem azonosak.

Az US 6,218,950 B1 szabadalmi irattal korreszpondáló DE 199 02 319 szabadalmi iratból egy tűzészlelő eljárás ismert, amelynél a riasztási döntés, függően az IR előreszórt sugárzás intenzitásának viszonyától a IR visszafelé szórt sugárzás intenzitásához képest történik meg. A megfelelő tűzjelző kívánság szerint két infravörös LED-del és egy fotovevővel vagy fordítva, egy infravörös LED-del és két fotovevővel működik. A szög, amelynek megfelelően az előreszórt sugárzást méri, előnyösen 140°, és amelyben a visszafelé szórt sugárzást mérik, előnyösen 70°. Az előresugárzás és a visszafelé sugárzás intenzitásviszonyának képzése lehetővé teszi a világosabb füstféleségek megkülönböztetését a sötétebb füstöktől, mert a világosabb füst nagyobb előreszórt sugárzási jelet és ezzel összehasonlítva kisebb visszafelé szórt sugárzási jelet továbbít, míg fordítva, a sötétebb füst egy kisebb előreszórt sugárzási jelet, e jelhez viszonyítva azonban egy nagyobb visszafelé szórt sugárzási jelet továbbít. Az abszolút intenzitások vagy jelszintek feldolgozása - figyelembe véve az alapjában alacsonyabb intenzitásokat a visszafelé szórt sugárzási tartományban, viszonyítva az azonos koncentrációban lévő azonos részecskék által előállított előreszórt sugárzás intenzitásához - és ezen jelszintek viszonyainak vagy hányadosainak egyidejű feldolgozása lehetővé teszi a füst bizonyos megtévesztő mennyiségeinek megkülönböztetését. Például a vízgőz nagy koncentrációban magas előreszórt sugárzási jelet hoz létre, amely a régebbi technika állása szerint egy riasztás kiváltásához, ebben az esetben azonban egy téves riasztás kiváltásához vezet. A hányadosok képzése az előreszórt sugárzási intenzitásból és a visszafelé szórt sugárzási intenzitásból megadja azonban a vízgőzre jellemző értéket, amely messzemenően koncentrációfüggetlen. Ennek a hányadosnak a meghatározásával és annak a további jelfeldolgozásban való figyelembevételével lehetséges a máskülönben létrejövő téves riasztást megakadályozni. Az ismert eljárásnak és az aszerint működő tűzjelzőnek, valamint minden más ismert konstrukciónak, amely infravörös fénnyel működő szórtfény-tűzjelzővel rendelkezik, hátránya a nem kielégítő érzékenység kis és nagyon kis részecskék vonatkozásában. Ez mindenekelőtt megnehezíti a nyílt tűz időbeni észlelését, különösképpen, ha faanyag ég, amelynek füstjét rendkívül kis méretű részecskék jellemeznek. Egy vonatkozó veszélyhelyzetben ezért, mint korábban, kis részecskékre nagyon jól reagáló ionizációs tűzjelzőket kell beállítani, amelyek egy gyenge radioaktív preparátummal működnek. Emiatt a radioaktív preparátum miatt az ionizációs tűzjelzők gyártása körülményes, ezért azok alkalmazását kerülik, és bizonyos országokban általánosan tiltják.

A JP 2002-197558 A számú dokumentumból ismert tűzjelző készülék füstdetektáló kamrával van ellátva, amelyben egy infravörös LED-elem és egy fotodióda van elrendezve, amelyet az infravörös LED besugároz, és amely a füstrészecskéken szórt fényt fogadja. A tűzjelző készülék továbbá egy riasztóegységgel van ellátva, amely bemenetén a fotodióda által szolgáltatott jelet fogadja, és kimenetén riasztójelet ad le a füst sűrűségének megfelelően.

A találmány feladata egy olyan eljárás létrehozása, amely csekély járulékos ráfordítással a szórtfény-elven működő tűzjelzők érzékenységét kis részecskék vonatkozásában kedvezőbbé teszi, és ezzel az ilyen tűzjelzők alkalmazhatóságát forró és nagyon forró tüzek észlelésére jelentősen javítja anélkül, hogy ennek következményeként téves riasztások következnének be.

A bevezetőben megadott tárgykörbe eső eljárás esetén a feladatot a találmány szerint azzal oldottuk meg, hogy az első és második hullámhosszak sugárzásait szemben fekvő oldalakról, egybeeső sugárzási tengelyek mentén sugároztatjuk be a mérési volumen2

HU 227 010 Β1 be, és az első és második hullámhossz szórt sugárzásait a mérőkamra egymással szemben lévő oldalain azonos főtengelyen mérjük és külön kiértékeljük.

Ezáltal előnyös geometriai viszonyok adódnak, mivel az első és a második hullámhossz előreszórt sugárzásait azonos előreszórt sugárzási szög, valamint az első és a második hullámhossz visszafelé szórt sugárzásait azonos visszafelé sugárzási szög alatt mérjük. Ezáltal egyrészt az optoelektronikai alkatrészre vonatkozó ráfordítás két LED-re és két fotovevőre, például fotodiódára, van korlátozva, másrészt pedig mind a négy mérési értéknek egy elvben azonos jellegű elektronikai feldolgozása válik lehetővé.

A sugármeneteknek a mérési volumen központjához való pontszimmetriája révén biztosítva van, hogy a mért szórt sugárzási intenzitások azonos mérési volumenből származzanak.

Ezen a módon minden mérési ütemben négy mérési értéket nyerhetünk, amelyeket mind egyenként feldolgozhatunk, egymással összehasonlíthatunk, mind egymással kombinálva feldolgozhatunk annak érdekében, hogy a hozzájuk rendelt referenciaértékekkel összehasonlítva a biztos riasztási döntés meghozható legyen.

Előnyösen így a jelszintekből, amelyek a szórt sugárzások négy mért intenzitásának megfelelő jelszintnek felelnek meg, egy tényezővel szorzott nyugalmi értékeket kivonjuk, ahol a tényező <1, az így nyert értékeket súlyozzuk, és a súlyozott értékeket egy kiértékelő logikai egységben számítva a tárolt értékekkel összehasonlítjuk, és az összehasonlítás eredményeit összekapcsoljuk és kiértékeljük, továbbá az eredményektől függően legalább egy riasztási jelet kiváltunk. (2. igénypont) A tűzjelzőbe implementált intelligenciának megfelelően lehetséges eredményfüggően például egy előriasztó jelet, egy füstazonosító jelet, egy főriasztójelet stb. kiváltani.

A találmány szerinti eljárásnak megfelelően az első hullámhossz előreszórt sugárzási intenzitásának és a visszafelé szórt sugárzási intenzitásának súlyozott értékei között viszonyt képezünk, és ugyancsak viszonyt képezünk a második hullámhossz előreszórt sugárzási intenzitásának és a visszafelé szórt sugárzási intenzitásának súlyozott értékei között, és a megállapított viszonyértékeket kiértékelő logikai egységben számítva a tárolt értékekkel összehasonlítjuk, és az összehasonlítás eredményeit összekapcsoljuk és kiértékeljük, valamint az eredményektől függően legalább egy riasztási jelet kiváltunk.

Az eljárás szerint lehetséges továbbá az a megoldás, hogy az első és a második hullámhossz az első és a második hullámhossz előreszórt sugárzási intenzitásai súlyozott értékeinek egymáshoz képesti viszonyát, valamint az első és második hullámhossz visszafelé szórt sugárzási intenzitásai súlyozott értékeinek egymáshoz képesti viszonyát képezzük, és a megállapított viszonyértékeket egy kiértékelő logikai egységben számítva a tárolt értékekkel összehasonlítjuk, az összehasonlítás eredményeit összekapcsoljuk és kiértékeljük, valamint az eredménytől függően legalább egy riasztási jelet kiváltunk.

Járulékosan a megállapított viszonyértékeket arányosítjuk, és az eredményt tárolt értékekkel összehasonlítjuk, és az összehasonlítás eredményét a további feldolgozásnál figyelembe vesszük.

Célszerű, ha az első hullámhossz és a második hullámhossz viszonyát nem egész számot képezően választjuk meg. Ugyanis, ha az első hullámhossz és a második hullámhossz viszonya például 1:2, úgy azon részecskék, amelyek az első hullámhossznál például egy különösen nagy előreszórt sugárzó jelet hoznak létre, a második hullámhosszal való megvilágításnál is egy mellékmaximum módján különösen nagy jelet képeznek. Másrészről részecskék, amelyeknek méretei azonosak a hosszabb hullámhosszal, és amelyek így különösen jól reflektálnak, a fél hullámhossznál erősen abszorbeálnak, tehát alig képeznek szórt fényt.

A LED-ek jelenlegi gyártási technológiája állásának megfelelően tanácsos, ha az első hullámhosszt az infravörös sugárzás tartományában, a második hullámhosszt a kék fény vagy az ultraibolya sugárzás tartományában választjuk meg.

Előnyös, ha az első hullámhosszt a 880 nm tartományban, a második hullámhosszt a 475 nm vagy alternatívaként a 370 nm tartományban választjuk meg.

Célszerű, ha az első és második hullámhossz sugárzásának impulzus/szünet viszonyát az 1:10 000 viszonynál nagyobbra, előnyösen a 1:20 000 tartományban választjuk meg, mert a megfelelő érzékenység eléréséhez nagy sugárzási intenzitásokra van szükség. Az ehhez szükséges villamos teljesítmény nemcsak a tűzjelző áramellátását terheli, hanem a LED-ek sugárzást létrehozó csipjeinek figyelemre méltó felmelegedéséhez vezet, úgyhogy minden impulzus után egy megfelelő hosszúságú hűtési időre van szükség a túlmelegedési elkerülendő.

A találmány szerinti eljárás megvalósítására és a találmány szerinti feladat megoldására egy szórtfényelven működő tűzjelző szolgál, amely egy, a környező levegővel érintkező mérőkamrával, amely egy mérési volument határol, amelybe egy infravörös sugárzású LED és egy kék sugárzású LED különböző irányokból besugároz, és a mérési volumenben lévő részecskéken szórt sugárzás fotoelektromos úton mérésre kerül, ahol a tűzjelző két fotovevőt foglal magában, amelyek a mérési volumenhez képest egymással szemben, egy közös főtengelyen helyezkednek el, és a két LED sugárzási tengelyei ezzel a főtengellyel egy 90°-nál kisebb hegyesszöget zárnak be, és egy, a főtengelyen fekvő pontban metszik egymást, amely a mérési volumen középpontjában van.

A LED-ek a főtengely azonos oldalán lehetnek elrendezve. így az egyik fotovevő az infravörös fényt sugárzó LED előreszórt sugárzását és a kék fényt sugárzó LED visszafelé szórt sugárzását méri, míg a másik fotovevő fordítva, a kék fényt sugárzó LED előreszórt sugárzását, az infravörös fényt sugárzó LED-nek pedig a visszafelé szórt sugárzását méri.

Alternatív megoldásként lehetnek a LED-ek a főtengelyhez képest szimmetrikusan elrendezve, úgyhogy az egyik fotovevő mindkét előreszórt sugárzást, a má3

HU 227 010 Β1 sik fotovevő pedig mindkét visszafelé szórt sugárzást méri.

Előnyös azonban, ha a LED-ek a mérési volumen középpontjához képest pontszimmetrikusan vannak elrendezve, úgyhogy azok sugárzási tengelyei egybeesnek. Ennél fogva mind a LED-ek, mind a fotovevők páronként pontosan egymással szemben fekszenek. Ennek az az előnye, hogy a mért négy, szórt sugárzási intenzitás mindenkor egy azonos mérési volumenből indul ki. Ez a szimmetrikus elrendezés egyébként megkönnyíti a mérőkamra messzemenően reflexiómentes előállítását, és lehetővé teszi az alaplap lényegében szimmetrikus felépítését, amelyen a LED-ek és a fotovevők elhelyezkednek, és egy forgásszimmetrikus és ezzel a tűzjelzőnek a levegő belépési irányától legalábbis nagymértékben független érzékenységéhez vezet.

Előnyös, ha a LED-ek sugárzási tengelyei a főtengellyel mintegy 60°-os hegyesszöget zárnak be. Ezen szögnél kerül azután sor a mindenkori visszafelé szórt sugárzás mérésére, a kapcsolódó előreszórt sugárzást azonban a 120°-os kiegészítőszögnél mérjük. Bebizonyosodott, hogy ezek a szögértékek kedvező kompromisszumot képeznek a visszafelé szórt sugárzás méréséhez önmagában kedvezőbb 70°-os érték és a mérőkamra átmérője között, amely mértékadóan befolyásolja a tűzjelző külső átmérőjét.

Annak érdekében, hogy a fotovevők a LED-ek közvetlen megvilágításától és a mérőkamra falain reflektált sugárzás megvilágításától védve legyenek, valamint, hogy a mérési volumennek a reflektált sugárzás által való megvilágítását alacsony értéken tartsuk, minden LED és minden fotovevő egy saját tubusban helyezkedik el, és a mérési volumenen kívül a LED-ek és a fotovevők között ernyők és sugárzásfelfogók vannak elrendezve.

A találmányt a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, rajzok alapján ismertetjük közelebbről. Egy megfelelő szórtfény-tűzjelző három kiviteli alakját három ábrán mutatjuk be. A mellékelt rajzokon az

1. ábra egy első kiviteli alaknak megfelelő tűzjelző mérőkamrát tartó alaplapja az optikai tengelyek magasságában metszve, felülnézetben, a

2. ábra egy második kiviteli alak megfelelő nézete, és a

3. ábra egy harmadik kiviteli alak megfelelő nézete.

A találmány szerinti eljárás a következőkből indul ki:

Az égő anyag fajtája szerint az égéstermékek egy széles skálája jön létre, amelyeket a következőkben az egyszerűség kedvéért aeroszoloknak vagy részecskéknek nevezünk. Forró tüzek nagy mennyiségű kis átmérőjű aeroszolt hoznak létre, például egy 100 molekula CO₂-ot magában foglaló aeroszolképződmény vagy halmaz átmérője mintegy 2,5 nm. Az időegységre eső csekély energiaátalakulással rendelkező tüzek, tehát különösképpen az úgynevezett izzó tüzek ezzel szemben egészen 100 pm átmérőjű aeroszolokat hoznak létre, és részben makroszkopikus lebegőanyagokat is, mint például hamurészecskéket. Egy bármely fajtájú tűz felismerésére alkalmas szórtfény-elven működő tűzjelzőnek tehát 2,5 nm-től 100 pm-ig terjedő átmérőjű aeroszolokat is fel kellene ismernie, azaz egy 10⁵ nagyságrendű tartományt kellene lefednie.

A gyakorlatban ez idáig nagy hatásfoka miatt sugárzó forrásként kizárólag infravörös fényt sugárzó GaAs-LED-eket alkalmaztak a szórtfény-elven működő tűzjelzőkben, amely LED-ek által létrehozott λ hullámhossz 880 nm. Egy részecske által előidézett szórt sugárzás intenzitása elsősorban - az egyszerűség kedvéért golyó alakúnak feltételezett - részecske átmérőjének a ráeső sugárzás hullámhosszúságához képesti viszonyától függ. Emellett, bár a részecske alakja és az abszorpciós együttható is szerepet játszik, mindazonáltal ezek a paraméterek a jelen összefüggésben természetszerűen nem befolyásolhatók. Egy részecske esetében, amelynek átmérője kisebb, mint 0,1 λ, az úgynevezett Rayleigh-sugárzás arányosan λ⁴ értékkel csökken. Ebből következik, hogy az infravörös sugárzást kibocsátó LED-ekkel dolgozó tűzjelzők, kisebb mint 90 nm átmérőjű részecskék esetén meredeken csökkenő érzékenységgel rendelkeznek. Ehhez járul még, hogy a Rayleigh-szórás nem minden irányban azonos, hanem kifejezett maximumokkal rendelkezik 0°-nál és 180°-nál, valamint kifejezett minimumokkal bír 90°-nál és 270°-nál. Olyan részecskék részére, amelyeknek átmérői 0,1 λ-3 λ, egy infravörös sugárzású LED esetében tehát kerek 90 nm-től kerek 2,5 pm-ig terjednek, ezzel szemben a Mie-szórás mérvadó, amely még inkább irányfüggő, mint a Rayleigh-szórás, és azonkívül destruktíve és konstruktíve interferenciahatásokat mutat a besugárzott és a részecskéken reflektálódó sugárzás kölcsönhatása következtében. 3 λ felett a szórási intenzitás nagymértékben hullámhossztól független, és elsősorban a részecskék alakjától és jellegétől függ.

Ebből következik, hogy a szórtfény-elven működő tűzjelzők csekély érzékenysége forró tüzek, például nyílt, fából rakott tüzek esetében az infravörös sugárzásnak a kimutatandó részecskék átmérőjéhez viszonyítva nagy hullámhosszára vezethető vissza. Ez nem befolyásolható sem a fotovevők által továbbított jelek erősítésének növelésével, sem a besugárzott sugárzás intenzitásának növelésével, mert mindkét esetben a tűzjelző érzékenysége nagy és makroszkopikus részecskék, például porszemek, ipari eljárásokból származó gőzök és cigarettafüst számára túl nagy.

A mérési volumen infravörös sugárzással és kék fénnyel történő váltakozó besugárzásával, valamint a felfogott szórt sugárzásokkal arányos jelek különválasztott feldolgozásával - amint a bevezetésben említett WO 01/59 737 iratból ismert - ugyan lehetséges a tűzjelző érzékenységét kis átmérőjű részecskék részére - amelyek részére különösen mértékadó a Rayleighszórás - jelentősen növelni. Számítás útján könnyen bizonyítható, hogy az érzékenység 10-szeresére vagy többre növekszik. A tűzjelző érzékenységének növelése a kis átmérőjű részecskék részére önmagában azonban egy biztos riasztási döntés eléréséhez, azaz téves vagy megtévesztő riasztások elkerüléséhez nem

HU 227 010 Β1 elegendő. Különösképpen nem bizonyul igaznak az a megállapítás - szemben a WO01/59737 iratban foglalt feltételezéssel hogy a mérési volumen besugárzása kék fénnyel nagy és kis részecskék részére azonos intenzitású szórt sugárzást eredményez. Az idevonatkozó kísérletek sokkal inkább azt igazolták, hogy éppen a kis részecskék az infravöröstartományban és kék fénynél rendkívül hasonló intenzitású szórt sugárzást szolgáltatnak, éspedig mind az előreszórt sugárzásban, mind - alacsonyabb szinttel - a visszafelé szórt sugárzásban. Amint a továbbiakban kitűnt, a szórt sugárzások intenzitása szögfüggésének figyelembevétele teszi csak lehetővé biztos kritériumok meghatározását, amelyek a megtévesztő mennyiségek és az égéstermékek között - az égés anyagának mineműségétől függetlenül - megkülönböztetést tesznek lehetővé.

A találmány szerint ezért minden mérési ciklusban négy szórt sugárzási intenzitást mérünk, nevezetesen az előreszórt sugárzási intenzitást és a visszafelé szórt sugárzási intenzitást az infravöröstartományban és ugyanezeket az értékeket a kék fény tartományában. A mért intenzitásokkal arányos jelszintekből a mérés dinamikájának megnöveléséhez és a további feldolgozás egyszerűsítéséhez a korreszpondáló nyugalmi értékszinteket, előnyösen egy biztonsági tényezővel csökkentve, levonjuk, ahol a nyugalmi értékszinteket egy tényezővel, amelynek értéke <1, szorozzuk. Az így kapott eredményértékeket azután egy kiértékelő logikai egységben tárolt értékekkel, különösképpen küszöbértékekkel összehasonlítjuk. Járulékos információkat az eredményértékek hányadosának képzése és a tárolt vonatkozó értékekkel való összehasonlítás útján nyerhetünk. Ezeknek a műveleteknek az eredményeit a maguk részéről például a mindenkori környezethez igazítva - amelyben a tűzjelző alkalmazásra kerül összekapcsolhatók és kiértékelhetők. Ezen a módon egy sor jelentőséggel bíró közbenső eredmény nyerhető, így például különböző előriasztások és végezetül a riasztási jel részére.

Az 1. ábra a találmány szerinti eljárás megvalósítására szolgáló tűzjelző egy kiviteli alakját szemlélteti. Egy 1.7 alaplapon egy vékony körrel egy sematikusan ábrázolt kúp alakú mérési volumen van meghatározva. Ebbe a mérési volumenbe egy 1.1a LED infravörös fényt sugároz egy első sugárzási tengely mentén. Az 1.1a LED-del pontosan szemben egy 1.1b LED van elrendezve, amely a mérési volumenbe egy második sugárzási tengely mentén kék fényt sugároz. Az első és a második sugárzási tengely egybeesik. Ezzel a közös sugárzási tengellyel egy főtengely a szöget zár be, ahol a=120°. A főtengely ugyancsak áthalad a mérési volumen 1.5 középpontján. Ezen a főtengelyen egymással szemben fotovevőt képező első 1,2a fotodióda és második 1.2b fotodióda van elrendezve. így a főtengely, amelyen mindkét 1.2a, 1.2b fotodióda felfogótengelye fekszik, az „infravörös” 1.1a LED sugárzási tengelyével egy β hegyesszöget zár be, ahol β=60°. Ugyanolyan hegyesszöget zár be ennek megfelelően a főtengely a „kék” 1.1b LED (második) sugárzási tengelyével. Ennél fogva az 1,2a fotodióda az „infravörös” 1,1a LED által a részecskéken a mérési volumenben létrehozott infravörös előreszórt sugárzást 120° alatti szögben méri és a „kék” 1.1b LED által kibocsátott kék szórt sugárzást egy 60°-os visszaszórási szögben méri. Megfordítva az 1,2b fotodióda a kék előreszórt sugárzást, amelyet a „kék 1.1b LED sugároz, a=120°-os szög alatt és az infravörös visszafelé szórt sugárzást, amelyet az „infravörös” 1.1a LED bocsát ki, egy 60°-os visszaszórási szög alatt méri. A zavaró reflexiók elkerülése céljából az 1.1a, 1.1b LED-ek és az 1.2a, 1.2b fotodiódák 1.6 tubusokban helyezkednek el. Azonos okból kifolyólag az 1.1a, 1.1b LED-ek és az 1.2a, 1.2b fotodiódák között megfelelően alakított 1.3a, 1.3b, valamint 1.4a és 1.4b ernyők vannak elrendezve.

Az 1.7 alaplapon további érzékelők, például egy

1.8 hőérzékelő és egy 1.9 gázérzékelő van elrendezve.

Amint szokásos, az 1.7 alaplap alatt egy kapcsolólap van 1.1a és az 1.1b LED-ek részére áramimpulzusok létrehozásához, valamint az 1.2a és 1.2b fotodiódáktól származó villamos jelek feldolgozásához elrendezve. Amint ugyancsak szokásos, az 1.7 alaplap egy nem ábrázolt jelzőházban van elhelyezve, amely a külső levegőnek és a mérőkamrában lévő levegőnek cseréjét lehetővé teszi, mindazonáltal külső fényt kizáró módon van kialakítva.

A 2. ábra a tűzjelző egy második kiviteli alakját szemlélteti, ugyanazon komponensekkel, mint az

1. ábra, azonban más geometriai elrendezésben. Ennek jelölésére az egyes elemek hivatkozási jeleinél az „1” helyett itt „2”-t alkalmazunk. A 2. ábrán ennek megfelelően láthatók 2.1a, 2.1b LED-ek, 2.2a, 2.2b fotodiódák, 2.3, 2.4a, 2.4b ernyők, 2.6 tubus, 2.7 alaplap,

2.8 hőmérséklet-érzékelő, 2.9 gázérzékelő, 2.5 középpont.

Az 1. ábrához képest ez esetben csak a mérési 2.5 középponton áthaladó, infravörös fényt sugárzó 2.1a LED és a kék fényt sugárzó 2.1b LED sugárzási tengelyei esnek egybe. Az infravörös sugárzású 2.1a LED sugárzási tengelye a 2.2a fotodióda vevőtengelyével egy a1=120°-os szöget és a kék sugárzású 2.1b LED sugárzási tengelye pedig egy β2=60°-θ5 szöget zár be. A 2.2b fotodióda vevőtengelye fordítva, az infravörös fényt sugárzó 2.1a LED sugárzási tengelyével egy β1 =60°-os és a kék fényt sugárzó 2.1b LED sugárzási tengelyével egy a2=120°-os szöget zár be. Ennek megfelelően az első 2.2a fotodióda az „infravörös” 2.1a LED előreszórt sugárzását és az „kék” 2.1b LED visszafelé szórt sugárzását méri. A második 2.2b fotodióda fordítva, a „kék” 2.1b LED előreszórt sugárzását és az „infravörös” 2.1a LED visszafelé szórt sugárzását méri.

A 2.2a, illetve 2.2b fotodiódák a 2.1a, illetve 2.1b LED-ekkel helyet cserélhetnek, úgyhogy ebben az esetben a 2.2a, 2.2b fotodiódák a mérési 2.5 középpontra vonatkoztatva pontosan egymással szemben fekszenek.

A négy komponensnek, azaz a két 2.1a, 2.1 b LEDnek és a két 2.2a, 2.2b fotodiódának ez a geometriai elrendezése kevésbé előnyös, mint az 1. ábra szerinti elrendezés, mert a négy mért, szórt sugárzásnak csak

HU 227 010 Β1

75%-a származik az azonos mérési volumenből. Ezt bemutatandó a sugárnyalábok közötti metszési felületek erősen leegyszerűsítve, azaz a sugárzások szögétől való függőséget, valamint azok intenzitását és a fotodiódák érzékenységét, és az élek miatt elkerülhetetlenül fellépő hajlási hatásokat figyelmen kívül hagyva vannak ábrázolva. Az olyan tűzjelzőknél, amelyeknél mint a kiviteli példa esetében - további érzékelők, mint

2.8 hőmérséklet-érzékelő és 2.9 gázérzékelő van elrendezve, ehhez járul, hogy a mérési 2.5 középpont erősen excentrikusán helyezkedik el a 2.7 alaplap középpontjához képest. Ennek az a következménye, hogy a tűzjelző érzékenysége, eltérően az első kiviteli alaktól, nem minden irányban azonos, hanem függ attól az iránytól, amely felől a tűz következtében előálló termékek a tűzjelzőbe és annak mérési volumenébe belépnek.

A 3. ábra a tűzjelző egy harmadik kiviteli alakját szemlélteti a 2. ábrán bemutatott komponensekkel, azonban más geometriai elrendezésben. Ezt szemléltetendő egyes elemek hivatkozási jeleinél az első számként szereplő „2” helyett „3”-at írtunk.

Az 1. ábrán szemléltetett kiviteli alakhoz képest csupán 3.2a és a 3.2b fotodiódák a mérési volumen 3.5 középpontján áthaladó vevőtengelyei esnek egybe. Ezek a vevőtengelyek képezik a főtengelyt. Ezzel a főtengellyel az „infravörös” 3.1a LED egy pi=60°-os hegyesszöget, és egy a1=120°-os tompaszöget zár be. A főtengelyre vonatkoztatva az „infravörös” 3.1a LEDdel szemben a „kék” 3.1b LED helyezkedik el, amely ennek megfelelően a főtengellyel egy p2=60°-os hegyesszöget és egy a2=120°-os tompaszöget zár be. így a 3.2a fotodióda mind az infravörös előreszórt sugárzás, mind a kék visszafelé szórt sugárzást veszi, míg a 3.2b fotodióda mind az infravörös visszafelé szórt sugárzást és a kék visszafelé szórt sugárzást fogja fel.

A 2. ábrán szemléltetett esettől eltérően a két 3.1a, 3.1b LED és a két 3.2a, 3.2b fotodióda helyzetüket tekintve nem felcserélhetők, mert ebben az esetben a két fotodióda egyidejűleg az egyik LED előreszórt sugárzását és a másik LED visszafelé szórt sugárzását mérné, tehát jóllehet négy mért értéket továbbítanának, amelyek közül azonban kettő-kettő, páronként legalábbis közel azonosak volnának.

Hasonlóképpen, mint a 2. ábrán szemléltetett esetben, a 3. ábra szerinti kiviteli alaknál a négy mért, szórt sugárzásnak csupán csak 75%-a származik az azonos mérési volumenből. Előnyösebb azonban, mint a

2. ábra szerinti esetben, hogy a mérési volumen akkor is, ha a tűzjelző további érzékelőkkel, mint például

3.8 hőmérséklet-érzékelővel és 3.9 gázérzékelővel van ellátva, a 3.7 alaplap középpontjához közelebb fekszik, úgyhogy a tűzérzékelő érzékenysége kevésbé függ az iránytól, ahonnan a tűz következtében előálló termékek a tűzjelzőbe behatolnak. Ugyancsak előnyösebb ez a megoldás a 2. ábrán szemléltetett kiviteli alaknál, mivel a 3. ábra szerinti geometriának megfelelően valamennyi 3.3a, 3.3b és 3.4a, 3.4b ernyők elrendezése a mérési volumen közelében és a körül lényegében szimmetrikusan helyezhető el. A 3.1a, 3.1b LED-ek ugyanúgy, mint a 3.2a, 3.2b fotodiódák egy-egy tubusban, mint például a 3.6 tubus, vannak elrendezve. A különben azonos viszonyok mellett a „kék” 3.1b LED elhelyezése, összehasonlítva az 1. ábrával, nagyobb átmérőjű 3.7 alaplapot tesz szükségessé.

Jóllehet valamennyi kiviteli alakra vonatkozóan érvényes, hogy a szórt sugárzásokat 120°-os, illetve 60°-os szögben mérjük, ezen szögek betartása nem szükséges feltétele a találmány szerinti eljárás megvalósításának. Fontos azonban az, hogy a szögeket úgy válasszuk meg, hogy az előreszórt sugárzás irányában és a visszafelé szórt sugárzás irányában egyrészről megfelelően nagy intenzitások, másrészről lehetőleg sok, különböző, a tűz következtében létrejövő termék részére az érintett részecskéknek kielégítően különböző intenzitásai az előreszórt sugárzás szakaszán és a visszafelé szórt sugárzás szakaszán mérhetők legyenek.

Claims (16)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás tűz észleléséhez a szórtfény-elv alapján, amelynek során pulzálóbesugárzással egy első hullámhosszúságú sugárzást egy első sugárzási tengely mentén, valamint egy második, az elsőhöz képest rövidebb hullámhosszúságú sugárzást egy második sugárzási tengely mentén egy mérési volumenbe besugárzunk, és a mérési volumenben elhelyezkedő részecskéken szórt sugárzást egy 90°-nál nagyobb előreszórási szög alatt és egy 90°-nál kisebb visszaszórási szög alatt külön mérjük, azzal jellemezve, hogy az első és második hullámhosszak sugárzásait szemben fekvő oldalakról, egybeeső sugárzási tengelyek mentén sugároztatjuk be a mérési volumenbe, és az első és második hullámhossz szórt sugárzásait a mérőkamra egymással szemben lévő oldalain azonos főtengelyen mérjük és külön kiértékeljük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szórt sugárzások négy mért intenzitásának megfelelő jelszintekből a megfelelő, egy tényezővel szorzott nyugalmi értékeket kivonjuk, ahol a tényező <1, az így nyert értékeket súlyozzuk, és a súlyozott értékeket egy kiértékelő logikai egységben számítva a tárolt értékekkel összehasonlítjuk, és az összehasonlítás eredményeit összekapcsoljuk és kiértékeljük, továbbá az eredményektől függően legalább egy riasztási jelet kiváltunk.
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első hullámhossz előreszórt sugárzási intenzitásának és a visszafelé szórt sugárzási intenzitásának súlyozott értékei között viszonyt képezünk, és ugyancsak viszonyt képezünk a második hullámhossz előreszórt sugárzási intenzitásának és a visszafelé szórt sugárzási intenzitásának súlyozott értékei között, és a megállapított viszonyértékeket kiértékelő logikai egységben számítva tárolt értékekkel összehasonlítjuk, és az összehasonlítás eredményeit összekapcsoljuk és kiértékeljük, valamint az eredményektől függően legalább egy riasztási jelet kiváltunk.

   HU 227 010 Β1
4. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első és a második hullámhossz előreszórt sugárzási intenzitásai súlyozott értékeinek egymáshoz képesti viszonyát, valamint az első és második hullámhossz visszafelé szórt sugárzási intenzitásai súlyozott értékeinek egymáshoz képesti viszonyát képezzük, és a megállapított viszonyértékeket egy kiértékelő logikai egységben számítva tárolt értékekkel összehasonlítjuk, az összehasonlítás eredményeit összekapcsoljuk és kiértékeljük, valamint az eredménytől függően legalább egy riasztási jelet kiváltunk.
5. 5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megállapított viszonyértékeket arányosítjuk, és az eredményt tárolt értékekkel összehasonlítjuk, és az összehasonlítás eredményét a további feldolgozásnál figyelembe vesszük.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első hullámhosszt és a második hullámhosszt úgy választjuk meg, hogy viszonyuk ne egész számot képezzen.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első hullámhosszt az infravörös sugárzás tartományában, a második hullámhosszt a kék fény vagy az ultraibolya sugárzás tartományában választjuk meg.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első hullámhosszt a 880 nm tartományban, a második hullámhosszt a 475 nm vagy alternatívaként a 370 nm tartományban választjuk meg.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első és második hullámhossz sugárzásának impulzus/szünet viszonyát az 1:10 000 viszonynál nagyobbra, előnyösen 1:20 000 tartományban választjuk meg.
10. 10. Szórtfény-elven működő tűzjelző egy, a környező levegővel érintkező mérökamrával, amely egy mérési volument határol, amelybe egy infravörös sugárzású LED (1.1a, 2.1a, 3.1a) és egy kék sugárzású LED (1.1b, 2.1b, 3.1b) különböző irányokból besugároz, és a mérési volumenben lévő részecskéken szórt sugárzás két fotovevő segítségével fotoelektromos úton mérésre, majd kiértékelésre kerül, azzal jellemezve, hogy a két fotovevő a mérési volumenhez képest egymással szemben fekvőén egy közös főtengellyel rendelkezik, és a két LED (1.1a, 1.1b; 2.1a, 2.1b; 3.1a, 3.1b) sugárzási tengelyei ezzel a főtengellyel hegyesszögeket zárnak be, és egy, a főtengelyen fekvő pontban metszik egymást, amely a mérési volumen középpontjában (1.5,2.5, 3.5) fekszik.
11. 11. A 10. igénypont szerinti tűzjelző, azzal jellemezve, hogy a LED-ek a főtengely azonos oldalán vannak elrendezve.
12. 12. A 10. igénypont szerinti tűzjelző, azzal jellemezve, hogy a LED-ek (3.1a, 3.1b) a főtengelyhez képest szimmetrikusan vannak elrendezve.
13. 13. A 10. vagy 12. igénypont szerinti tűzjelző, azzal jellemezve, hogy a LED-ek (1.1a, 1.1b; 2.1a, 2.1b) a mérési volumen középpontjához (1.5, 2.5) képest pontszimmetrikusan vannak elrendezve, úgyhogy sugárzási tengelyeik egybeesnek.
14. 14. A 10-13. igénypontok bármelyike szerinti tűzjelző, azzal jellemezve, hogy a LED-ek (1.1a, 1.1b; 2.1a, 2.1b; 3.1a, 3.1b) sugárzási tengelyei a főtengellyel mintegy 60°-os hegyesszöget zárnak be.
15. 15. A 10-14. igénypontok bármelyike szerinti tűzjelző, azzal jellemezve, hogy minden LED (1.1a, 1.1b; 2.1a, 2.1b; 3.1a, 3.1b) és minden fotovevö egy saját tubusban (1.6; 2.6; 3.6) helyezkedik el, és a mérőkamrában - a mérési volumenen kívül - a LED-ek (1.1a, 1.1b; 2.1a, 2.1b; 3.1a, 3.1b) és a fotovevök között ernyők (1,3a, 1,3b; 1,4a, 1,4b; 2.3, 2.4a, 2.4b; 3.3a, 3.3b, 3.4a, 3.4b) és sugárzásfelfogók vannak elrendezve.
16. 16. A 10. vagy 12-15. igénypontok bármelyike szerinti tűzjelző, azzal jellemezve, hogy az első fotovevö az infravörös sugárzású LED (1.1a; 2.1a; 3.1a) előreszórt sugárzását és a kék sugárzású LED (1.1b; 2.1b; 3.1b) visszafelé szórt sugárzását, a második fotovevö pedig az infravörös sugárzású LED (1.1a; 2.1a; 3.1a) visszafelé szórt sugárzását és a kék sugárzású LED (1.1b; 2.1b; 3.1b) előreszórt sugárzását veszi.