JPS59501879A - 散乱光式煙検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 散乱光式煙検出器 本発明は、放射伝導要素により評価装置に接続することができ、該評価装置から 伝送される電磁放射を。

少なくとも１つの放射伝導要素を介して測定空間内に放射し、そして該測定空間 内の煙粒子から散乱された電磁放射を少なくとも７つの放射伝導要素によって受 けて評価装置に帰還伝送する散乱光式煙検出器に関す　。

る。

例えば、米国特許第’Ｉ／ｌ／’７３９号またはＰＣＴ出願ｗｏ　ｉｏ／θ／３ ２１．号明細書から知られているような従来公知の散乱光式煙検出器においては 、可視光、赤外線放射あるいは紫外線放射を含むものと理解すべき電磁放射もし くは光（以下単に光という）が、煙検出器の内部に配置されている発光ダイオー ド（ＬＥ！Ｄ　）により大きな測定空間内に放射され、そしてやはり煙検出器の 内部に配設されている太陽電池の方向に煙粒子によって散乱された光が該太陽電 池により受けられている。

電圧の供給および信号伝送の目的で、煙検出器は導電性の金属信号導体により評 価装置もしくは中央受信装置に接続されてい・る。

金属導体ならびに少なくともダイオード制御回路および受光回路のような煙検出 器内に存在する電気回路に起因して、このような煙検出器はぐ、複雑で高価な保 護および安全手段を施さずには爆発の危険ｌこ曝されているような領域では使用 できない。別の欠点として。

電気素子の望ましくない温度特性妄挙げられ、このような温度特性を補償するた めには複雑な補償手段が要求される。また成る種の環境条件下では、金属部品が 腐蝕する危険もある。さらに、成る種の素子もしくは構成要素は、水および湿気 に対して敏風で掲る。このような理由から、素子をポット材料等で保護す”るな どの複雑な設計および複雑な製造過程が必要とされている。

上に述べたような欠点は１例えば、ベルギー特許第ｇざｌざ７２号または西ドイ ツ特許類３θ３７６３６号明細書ｌこ記述されているように、オプチカル導体あ るいはオプチカルファイバとしても知られている放射伝導要素を用いて煙検出器 を評価装置に接続し、放射源としての光源ならびに受信部を評価装置内に配置す ることにより部分的に克服することができる。光は、評価装置から、オプチカル 導体により煙検出器に伝送されて該オプチカル導体の煙検出器内の端もしくは出 口から測定空間内こと放射され、そして該測定空間からの散乱光を他のオプチカ ル導体の入口端で受けて、このオプチカル導体により評価装置に帰還伝送する。

したがって実際の煙検出器内には金属リード線や電気素子が存在せず、爆発安全 性、温度鈍感性、水分鈍感性および耐ｉ性が達成される。

体の放射特性が比較的に広いこと、即ち放射開き角が比較的に広いことならびに 散乱光を受けるオプチカル導体の受光特性が同様に広い点にある。その結果、こ のような煙検出器においては、比較的広い散乱角を有する散乱光、即ち煙検出器 内に放射される光ビ゛−ムおよび受けられる放射もしくは光ビームとの間の角度 が比較的に広い散乱光だけしか評価されないことになる。

と言うのは、小さい散乱角においては、受けた放射の相当な成分は直接放射から なるからである。ちなみに、煙検出器に特に有用であるθ０に近い散乱角での極 端な前方向散乱はこのよ）な煙検出器では検出できない。

さらにまた、広い放射特性が原因で、検出器の内壁の大きな部分が直接放射によ って照射されて放射を反射する。このような現像は、特に、使用もしくは動作過 程において殆んど避けることができない壁土に累積する塵埃に起因するものであ る。このために測定空間が照明されるばかりではなく、成るレベルの干渉もしく は妨害エネルギを発生し、それにより煙によって弱く散乱される放射がマスクさ れてしまい散乱光の検出を不可能にしたり偽警報を起動する事態が起り得る。し たがって光源の・照射能およびそれに伴ない煙検出器のエネルギ需要を所望のよ うな低いレベルにするこさはできず、塵埃の沈積や検出器の内壁からの反射を避 けるだめに複雑で高価な手段が要求されていた。

例えば上に述べた文献に記述されているように、放射を焦線または焦点上に集束 する光学的手段を設けることにより成る程度の改良が達成されでいた。しかしな がら、放射は焦線または焦点を越えると発散するので、煙検出器の内壁のかなり 大きな部分が直接放射を受け、妨害放射レベルもしくは干渉放射レベルは依然と して望ましくない程に高い。受光部の前ｌこも類似の集束用光学的手段を設けた 場合には、焦点における入射光の正確な調節が必要とされ、そのために製造は複 雑となり費用が高まる。また、このような調節は、温度あるいは振動の影響で経 年劣化してしまい、そのために感度が減少したり失われたりしてしまうことが赳 り得る。

最後に、１つの検出器内に２つまたは３つ以上の光源を設ければ、いろいろな糧 類の粒子を識別し信号の精緻な評価を可能にする上で有利ではあるが、構造上互 いに邪魔になって実現が困難である。

本発明の目的は、上に述べた従来の装置の欠点を除去し、特に、防爆性で温度、 湿気および腐蝕に対して鈍感であるばかりではなく、高い感度を有し、妨害もし くは干渉および偽警報に対して鈍感であり、悪い環境条件下で長期間に亘って動 作させた場合や塵埃の蓄積にも拘らず改良された信頼性を有する先に述べた型の 散乱光煙検出器を提供することにある。

上に述べた目的は１本発明によれば、放射もしくは光伝導要素の光ビーム出口点 または光ビーム入口点に。

小さい横断面積の少なくとも近似的に非発散性の放射領域または受光領域（ｓ、 Ｅ）を発生するためのコリメ。

−タデバイスを設けて、該コリメータデバイスおよび放射伝導要素を、上記放射 領域および受光領域が交差放射伝導要素を適当なコリメータデバイスと組合せれ ば、放射領域詔よび受光領域をレーザのような複雑な手段を用いることなく簡単 な仕方で１例えば３罷より小さい直径を有する平行なビームに精密に限定するこ とが可能となる。このようにして、排他的に極く前方向に散乱された放射だけを 受け、特に直接放射を受けず、しかも調節が僅かに変更してもそれに対して鈍感 である構造を設計することができる。検出器の内壁の極く小さい点もしくはスポ ットだけしか直接照射されないので、このような小さいスポットからの妨害散乱 光は実際上完全に単純な手段、例えば小さいが極めて効果のある放射トラップあ るいはアパーチャのような手段により除去することができる。また受光領域にも 類似の光トラップを設けることが可能である。また。

複数個の受光領域を設ける上に困難は生じない。

本発明の散乱光式煙検出器ならびに実際的で有利な他の実施態様に関し、以下１ 図面に示した実施例を参照し説明する。

第１図は煙検出器の構成を略示する図。

第２図は散乱光式煙検出器の横断面図、第３図は複数の散乱角の評価のための煙 検出器を略示する図。

第１図は複数の波長の評価のための煙検出器を略示する図。

第５図は放射監視のための煙検出器を略示する図。

第６図は複数の散乱空間を有する煙検叶器の略甲。

第７図は円錐形の放射領域を有する煙検出器の簡略横断面図である。

第１図に示しである煙検出装置において、散乱光式煙検出器りは、光伝導要素も しくはオプチカル導体ＬｌおよびＬ２により評価装置Ａに接続されている。煙検 出器は、被監視空間の測定場所に配置されているが。

評価装置は、必要ならば、１００７ｍ以上の距離で遠隔は、用いられる光に適応 したものにするのが有利であり、複モードまたは単モード型とすることができる 。

オプチカル導体は単繊維あるいは複数の放射伝導ファイバから構成されたファイ バ束から形成することができる。煙検出器の構造にしたがって２つまたは３つ以 上のオプチカル導体が評価装置への接続のために要求され得る。さらに、公知の ゲート装置あるいはまた同じ入力に個々のオプチカル導体を用いて同一のオプチ カル導体により複数の煙検出器を並列に評価装置に接続することができる。

図示の構成においては、評価装置Ａに設けられている駆動回路もしくはドライバ ｌは５発光ダイオード（ＬｌｎＤ）Ｊをθ、ｌないし／　ＯｋＨｚでパルス動作 するように制御する。発光ダイオードの型に依存し可視光、赤外線光あるいは紫 外線光きすることができる光は、オプチカル導体Ｌ１に入力されて該導体り、を 介し煙検出器に伝送される。コリメータデバイスダがこのオプチカル導体の出口 Ｊに設けられている。該コリメータデバイスは、オプチカル導体の端から、出る 光を少なくとも近似的に平行な放射ビームもしくは光ビーム（Ｓ）にコリメート （平行化）する特殊な光学的デバ不スである。絞り！により直接放射から遮蔽さ れている別のコリメータデバイス６がこの放射もしくは光ビームの外側に配置さ れておって、その受光領域（Ｅｉ）は、散乱空間りの外部で煙粒子から散乱され た光を受けて第一のオプチカル導体り、の入口ｇに導くように配位されている。

該第２のオプチカル導体Ｌ２は、受けた散乱光を評価装置Ａに設けられている太 陽電池デに導く。この太陽電池は、受けた光、即ちオプチカル信号を電気信号に 変換し、この電気信号は入力増幅器１０によって増幅される。該増幅器の出力信 号は、信号処理回路ｌ／に伝送される゛。該信号処理回路はまた。ドライバ／力 ）ら導体／、２を介して基準信号を受けると共に、到来の受信光信号が一致した 時にのみ信号を後続の警報回路１３に伝送する。警報回路／３は、散乱光信号が 予め定められた閾値を越えた時に警報装置ｌダを起動する。

実際に実現した評価回路においては１次に述べる回路素子を用いた。

ドライバｌ：約ユクＯＨｚで矩形波電圧を発生するための５５！−タイ？　（Ｓ ｉｇｎｅｔｉＱａ社製）および７ダク３フリツプ・フロップを備えた発振器。

Ｉ、ＥＤ２：コＳＦｉ　３Ｊｊ２　（Ｈｏｎｅｙｖｅｌ１社製）オプチカル導体 ：　Ｑ、ＳＦ　ｓｏθＡ　（Ｑｕａｒｔｚ　ａｔ　５ｉｌｉｃｅ社Ｒ） コリメータ３．ｇ　：　５ｘｚＦｏｃ　５ＬＷｔ、ｇｌｏ、コ、７Ｆ　（日本シ ートガラス社Ｍ） 太陽電池？：Ｐ工Ｎ　ＢＲＸ　Ａ！ｒ　（Ｓｉｅｍｅｎｓ社製）増幅器ｌθ：工 （３１７４２／　（工ｎｔｅｒｇｉ１社製）信号処理回路／ｌは１例えば、ヨー ロッパ特許ＥＰ／１２θ３またはＩＰ／ｌククデ号から知られているような煙検 出器のための一致回路として構成することができるし、あるいはまた、　Ｐｒ１ ｎｃｅｔｏｎ　Ａｐｐｌｉｅａ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社か ら入手可能であるような位相感知増幅器（ロック・イン増幅器）から構成するこ ともできる。

第一図は１本発明の実施に当って実現した煙検出器の構造を断面で示す。プラス チック製の基板コθは測定室Ｍを囲繞する空気透過性のハウジングコｌおよび。

やはり適当なプラスチック材料から作られて内部に設けられている担体要素ココ を担持している。既知の型のオプチカル導体接続才たはプラグ接続Ｃが基板ＳＯ に設けられて詔って、評価装置から到来するオプチ）ル導体り、　、　Ｌ２を検 出器の内部に設けられているオプチカル導体接続部コ３および２ｇに接続する働 きをなす。担体要素ニーに形成されている凹部にはコつのコリメータデバイス： Ｌｑおよび２６が取付けられておって、オプチカル導体コネクタ２３および２ｇ の端部と共に、非常に小さいアパーチャ角（開き角）即ちほぼ平行な光を受ける アパーチャ角および小さい直径、即ちｌないし３ｗｍを越えない直径を有する放 射領域（Ｓ）や受光領域（３Ｅ）を形成している。担体要素２−の中央部分には 、コリメータコロからの直接的な放射を遮蔽するために複数個の遮蔽もしくはシ ールトコ３が取付けられている。この光学的構成は第１図の絞りに対応する。ハ ウジング！／を通って測定室Ｍに侵入する光またはハウジングの内壁から反射さ れた光による干渉を回避するために、ハウジング！／の内部に設けられている光 学系は、空気透過性ではあるが光吸収性のラビリンス要素２７によって囲繞され ている。この要素コクは１例えば、網目状のフィンから構成したり、あるいはま た例えば、シールド２５の縁部からの妨害光を除去するために表面に光吸収リブ を設けて実現するこきができる。小面積ではあるが特に良好な吸収特性を有する 光トラップ３０を設けて、コリメータデバイスＪ９から発生される直接光を果状 したりあるいはまた同様の目的で受光領域の端部に類似のトラップ３１を設ける ことができる。従来知られていた散乱光式煙検出器においては達成不可能であっ た良好なコリメーション（平行化）ならびに極めて小さい直径の放射領え・・に 与り、従来妨害放射を除去するために必要とされていた複雑な手段は、ここにｍ ｌ述′Ｃ°て−いる設計に右いては殆んど除去もしくは省略することができ、他 方また煙検出器の感度は増大し、しかも偽もしくは誤り警報の発生の確率も軽減 される。同じ理由から、光学系は、従来よりも小さい散乱角で設計することがで き、それにより、従来においては偽警報の高い発生確率および感度の減少を甘受 して始めて可能であった煙検出に特に適している前方向散乱を評価することがで きる。

複雑なシールドもしくは遮蔽手段を用いなくても／３゜以下の前方向散乱角を達 成することができ、適当な遮蔽を用いればこの散乱角３°にまでも減少すること ができる。さらに、煙検出器全体を非金属材料から構成できることにより他の利 点が得られる。即ち、煙検出器は充分に耐爆性であり、電磁妨害を受けず、腐蝕 を殆んど受けず、また高電圧の使用に適しており、しかも少なくとも−ＳＯ℃と 十ｌ！σ℃において極めて高い耐温性を有し、その場合、プラスチックの代りに セラミックを用いればさらに高い耐温性が達成できる。

（ｌ／） 第３図は、第１のコリメータ装置６よりも大きい散乱角で散乱光を受けることが できるさらに他のコリメータデバイス／ｊを第１図に示した要素に加えて備えて いる煙検出器りのダイヤグラムを示す。該コリメータ装置ｌ！は第３のオプチカ ル導体り、により評価装置に接続されている。このようにすれば、煙の種類が異 なれば、それに対応して異なって来る大きな散乱角での散乱に対する小さな散乱 角での散乱の比の評価が可能となる。したがって適当な評価回路を用いれば。

実際に存在する煙の種類を識別し決定することができる。大きい方の散乱角はま たりθ０よりも大きく選択することができ、したがって一方のコリメータで前方 向散乱光を受け、他方のコリメータで後方向散乱光を受けることができる。この ようにして吸光性の強い煙、即ち黒煙を１反射性の強い煙、即ち白煙から識別す ることができる。

第グ図に示した構成においては、２つの異なったＬ］ｉｉＤ　２”およびｊが、 ２つの異なった波長で放射を伝送するため１こ評価装置人に設けられている。２ つの放射成分は、ゲート要素ｌ乙により同じオプチカル導体り、に通されてコリ メータ装置ダに伝送される。　２つの波長で散乱放射を別個に評価することによ り、散乱媒体の性質、特に粒子の大きざもしくは粒径についての情報を得ること ができる。

第Ｓ図に示した煙検出器りは、コリメータ弘の放射方向の延長線上に配置された さらに他の受光コリメータ１７を備えている。該コリメータｌりは、直接放射も しくは光を受けて別のオプチカル導体Ｌ４を介し評価装置に伝送する。このよう にして、ＩＪＤの機能を監視することができ、放射が存在しなくなった場合には 。

信号を与えたりあるいはまた放射もしくは光の強度が緩慢に変化する場合にはＬ ＥＤを相応に調整することができる。

第６図に示した煙検出器においては、コリメータｌＩｔおよびＡ２．オプチカル 導体り、およびＬ６ならびにシールドＳ２を有する第一の系が、コリメータダ１ および６１．　オプチカル導体Ｌ１およびＬ２ならびにシールド！１を有する第 １の系に極く近接して配置されている。なお、第１および第一の系は互いに類似 である。

この構成においては、偽警報を回避するために、散乱光が２つの系に同時に存在 するかどうかを評価回路に設けられている一致回路で決定することができる。

送光領域および受光領域は、小直径の平行ビームとしての形態以外の仕方で具現 することができる。第７図は、このような煙検出器りの実施例を示す。第１図の 実施例による煙検出器と同様に、第７図の検出器は。

２つのオプチカル導体ＬＩ、Ｌ２により評価装置に接続されており、そしてオプ チカル導体の入口３および出口ｇの各々にコリメータデバイスｌおよび６がそれ ぞれ設けられている。

先に述べた実施例とは異なり、これらコリメータデバイスには非球面状の表面が 設けられており、したがってコリメータの送光または受光領域は小さい厚さの円 錐形の殻の形態を有している。放射もしくは光の強度あるいは受光感度は、実質 的に円錐形の殻に制限され、殻の外部ならびに軸線に近い円錐体内部では感度は 比較的低い。コリメータ光学系は１円錐形の殻の母線における放射開き角が非常 に小さくなるように、言い換えるならば、送光あるいは受光領域の厚さが母線に 沿って殆んど変動しないように構成されている。送光および受光領域は１図示の 例においては、小直径の円形リングまたは円環（トーラス）の形態を有している 。このようにして、送光および受光領域の発散度。

即ち送光および受光領域の厚さの変動を受光および送光方向において小さく維持 できる限り、平行な送光または受光領域を有する先に述べた実施例の場合と同様 の利点が得られる。第７図に示した実施例においては、光トラツプコアが、直接 放射を吸収し且つ背景放射の受光を回避する目的で設けられている。このトラッ プは円形リングとして構成しコリメータデバイスダおよび６を環状に取囲むよう に構成するのが有利である。

浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、７ 手続補正書（方式） ％式％ １、　事件の表示 モ　ロ ２、　発明の名称 散乱光式煙検出器 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称ツェルペルスｅアクチェンゲゼルシャフト７、補正の内容 （１）　別紙特許法第ｉｇ＋条のＳ第１項の規定による書面の通り （２）図面の翻訳文の浄書（内容に変更なし）（３）別紙委任状の通り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　放射伝導要素（Ｌ□、Ｌ３．コＪ、コｇ）により評価装置（Ａ）ξこ接続す ることができ、該評価装置（Ａ）から伝送される光を、少なくとも１つの放射伝 導要素（”ｌｙ”１ｌｅ２３）を介して測定空間（Ｍ、り）内に放射し、そして 該測定空間（Ｍ、　？）内の煙粒子から散乱された光を少なくとも１つの放射伝 導要素（Ｌｔ　ｒ　Ｌ＄　＋　Ｌ６　ｓ　”　）によって受けて前記評価装置（ Ａ）に帰還伝送する・散乱光式煙検出器に詔いて、放射伝導要素（Ｌ、、Ｌ、） の放射出口（３）または放射入口（Ｉｒ）にコリメータデバイス（＋、ａ、ｘｐ 。 コル）を設けて小さい断面の少なくとも近似的に発散しない送光または受光領域 （Ｅｌ、Ｅりを発生し、放射伝導要素ならびにコリメータデバイスを、それらの 送光および受光領域が交差するよう暑こ配列且つ配向することを特徴とする散乱 光式煙検出器。 ユ　コリメータデバイス（ｌＩ、Ａ、！＃、２４）を、それらの放射領域および 受光領域（Ｓ、Ｋ）が少なくとも近似的に平行なビームであって鋭角で交差し、 それにより受光コリメータデバイス（Ａ、ＪＡ）が前方向に鋭角で散乱された光 を受けるように構成され配向されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載 の煙検出器。 ３　角度が５０と１５°との間ζこあることを特徴とする請求の範囲第２項記載 の煙検出器。 弱　送光領域の直径が３　ａｍを越えないことを特徴とする請求の範囲第一項ま たは第３項記載の煙検出器。 ｆ　／ｊ　ｌ よ　受光領域（ＩＣ）の直径が３Ｍを越えないことを特徴とする請求の範囲第ダ 項記載の煙検出器。 ム　コリメータデバイス（１，Ｊｌ）によって放出される直接放射を受光コリメ ータデバイス（６，２＃）から１蔽するために、少なくとも１つのシールド（３ ）をコリメータデバイス（ｌ、Ａ、コダ、コロ）間に設けることを特徴とする請 求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の煙検出器。 ２　第１のコリメータデバイス（６）よりも大きい散乱角で散乱放射を受けるよ うｌこ別のコリメータデバイス（１３）が配設され配向されている請求の範囲第 ７項ないし第６項のいずれかに記載の煙検出器。 ｇ　大きい方の散乱角が少なくともデｏ０であることを特徴とする請求の範囲第 り項記載の煙検出器。 デ　放射が少なくとも−の異なった波長範囲を含むことを特徴とする請求の範囲 第１項ないしｔｓｃｔ項のいずれかに記載の煙検出器。 ＩＱ　直接放射領域にさらに他のコリメータデバイス（／７）が設けられている ことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の煙検出器。 １１　２つの光学装置が設けられ、各光学装置は、送光コリメータデバイス（４ ＜１，１Ｉ２）と受光コリメータデバイス（１１，４２’）’を含み、２つの光 学的装置の送光および受光領域は隣接の測定空間で交差することを特徴とする請 求の範囲第７項ないし第１θ項のいずれかに記載の煙検出器。 ｌユ伝送される光がパルスの形態を有していることを特徴とする請求の範囲第１ 項ないし第１１項のいずれかに記載の煙検出器。 ／３．送出された光と受けた光とを比較するための一致回路（ｌｌ）を有する評 価装置（Ａ）に接続することが可能であることを特徴とする請求の範囲第１コ項 記載の煙検出器。 ｌｌＡ　一致回路（ｌｌ）が１位相感知増幅器（ロックイン増幅器）を含むこと を特徴とする請求の範囲第７３項記載の煙検出器。 ｌｌ　放射領域（Ｓ）が放射トラップ（３ｏ）で終端していることを特徴とする 請求の範囲第７項ないし第１グ項のいずれかに記載の煙検出器。 ／Ａ　受光領域（Ｅ）が放射トラップ（３１）で終端していることを特徴とする 請求の範囲第１３項記載の煙検出器。 １２　コリメータデバイス（ｐ、ａ）が、送光および受光領域が環状測定空間（ り）内で交差する小さい厚さの円錐形状の殻の形態を有するように構成されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の煙検出器。