NO140519B - Optisk branndetektor. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en optisk branndetektor i hvilken en strålingskilde er anordnet for å frembringe et stråleknippe og omfatter modulatororgan for modulering av stråleknippet i et innbyrdes faseinvertert forhold innenfor et første og andre bølgelengdeområde, og en strålingsdetektor er anordnet for å motta stråleknippet efter at dette har passert mellomliggende luft og omfatter første organ for en individuell måling av intensiteten i nevnte to bølgelengdeområder og andre organ for detektering av slike variasjoner i de oppmålte intensitetene som er representative for brann.

En optisk branndetektor av den ovenfor definerte type beskri-

ves i den svenske patentansøkning nr. 7604502-0 hvor nevnte innbyrdes faseinverterte modulasjon innenfor det første og andre bølgelengdeområdet har til formål å muliggjøre at den indivi-duelle målingen av intensiteten av de to bølgelengdeområdene kan skje ved bruk av kun ett strålingsavfølende element. Branndetektoren kan oppnå en god diskriminering mot flimmer frem-

bragt av omgivende elektrisk belysning ved en metode hvilken er beskrevet i det svenske utlegningsskrift nr. 7310965-4 og ifølge hvilken stråleknippet er emittert i form av en serie kortvarige pulser med høy pulseffekt, idet strålingsdetektoren er anordnet for å være frekvensselektiv for stigningstiden til pulsene.

En ulempe med denne kjente metode er dog at branndetektoren

oppnår den ønskede diskriminering mot flimmer frembragt av omgivende elektrisk belysning kun om såvel strålingsdetektoren som strålingskilden har en kort stigningstid av størrelsesordenen jis. Metoden muliggjør derfor ikke en effektiv utnyttelse av strålingsavfølende element som har en høy følsomhet når denne

høye følsomhet er oppnådd til prisen av en lang stigningstid av størrelsesordenen 100 ps.

Den optiske branndetektoren ifølge oppfinnelsen tilveiebringer

en god diskriminering mot flimmer frembragt av omgivende elektrisk belysning uten å fordre en kort stigningstid verken hos strålingsdetektoren eller hos strålingskilden og muliggjør dessuten en forbedret diskriminering mot slikt flimmer som frembringes når mekaniske vibrasjoner, eksempelvis forårsaket av tung gatetrafikk, varierer stråleknippets utfallsretning fra strålingskilden.

Oppfinnelsen hvis kjennetegn fremgår av efterfølgende patentkrav skal nu nærmere beskrives under henvisning til vedlagte tegning, der

Fig. 1 viser en foretrukket utførelsesform for en optisk varmedetektor, og Fig. 2 viser en foretrukket utførelsesform for en optisk varme-og røkdetektor. Fig. 1 viser en foretrukket utførelsesform for en optisk varmedetektor ifølge oppfinnelsen. En strålingskilde 1 er anordnet for å frembringe et utgående stråleknippe og omfatter en sinus-bølgeoscillator 2 anordnet for via en fasevender 3 å tilveiebringe en innbyrdes faseinvertert modulasjon av strålingsintensiteten innenfor et grønt bølgelengdeområde hos et strålingsbidrag fra en lysdiode 4 og et infrarødt bølgelengdeom-

råde hos et strålingsbidrag fra en lysdiode 5. En strålingsdetektor 6 er plassert på avstand fra strålingskilden 1 for å motta stråleknippet efter at dette har passert mellomliggende luft og omfatter to fototransistorer 7 og 8, hvilke er anordnet for å tilveiebringe en separat måling av intensiteten i det grønne resp. infrarøde bølgelengdeområdet i stråleknippet.

For dette formål er et dikromatisk filter 9 plassert foran fototransistoren 7 i banen for det mottatte stråleknippet og anordnet i en vinkel på 45° relativt dette, idet den andre fototransistoren 8 er plassert i banen for en mot.det dikro-matiske filteret 9 reflektert del av det mottatte stråleknippet.

Filteret 9 som er i og for seg kjent, slipper igjennom ifølge eksemp let stråleknippets grønne del til fototransistoren 7

og reflekterer stråleknippets infrarøde del til fototransistoren 8.

I strålingskilden 1 er et andre dikromatisk filter 10 plassert

i banen for den utgående grønne strålingen fra lysdioden 4

og anordnet i 45° vinkel relativt denne, idet den andre lysdioden 5 er plassert slik at dens utgående infrarøde stråling reflekteres av filteret 10 ut i samme bane som den utgående grønne strålingen fra lysdioden 4. Den grønne strålingen fra lysdioden 4 og den infrarøde strålingen fra lysdioden 5 slippes gjennom resp. reflekteres hovedsakelig uten tap av filteret 10. Dette tilveiebringer således en stort sett tapsfri sammenlagring av strålingen fra lysdiodene 4 og 5.

Ifølge oppfinnelsen omfatter strålingsdetektoren 6 en demodulator 11 i hvilken et summeringsorgan 12 ifølge eksemplet har en inverterende og en ikke-inverterende inngang koblet til fototransistoren 7 resp. til fototransistoren 8 via hver sin vekselspenningsforsterker 13 resp. 14. Summeringsorganet 12 avgir et . sumsignal utledet av den innbyrdes faseinverterte modulasjonen innenfor det grønne og infrarøde bølgelengdeom-rådet i stråleknippet fra strålingskilden 1. Sumsignalet tilføres en multiplikator 15 som er anordnet for å skifte forsterkningen for demodulatoren 11 mellom en positivt og en negativ verdi synkront med den innbyrdes faseinverterte modulasjonen innenfor det grønne og infrarøde bølgelengdeområdet i stråleknippet fra strålingskilden 1. Den benyttede metoden for modulasjon og demodulasjon gir det demodulerte sumsignalet egenskap av en god diskriminering mot flimmer frembragt av omgivende elektrisk belysning.

Ifølge eksemplet har multiplikatoren 15 en styreinngang koblet til en utgang i summeringsorganet 12 via et pulsformende organ 16. En hensiktsmessig utførelsesform for multiplikatoren 15 er beskrevet på side 113 i tidsskriftet Electronics av den 9. januar 1975. Det pulsformende organet 16 består ifølge eksempelet av en spenningskomparator med en jordet referanseinngang.

Demodulatoren er koblet til en AM-detektor 17 for detektering

av en slik amplitudemodulasjon i det mottatte stråleknippet som er representativ for varme. For dette formål omfatter AM-detektoren 17 et båndpassfilter som ifølge eksemplet er anordnet for å slippe gjennom frekvensintervallet 10-100 Hz. AM-detektoren 17 er koblet til en varmealarmutgang 18 via et integrerende og terskeldetekterende organ 19.

Fig. 2 viser en foretrukket utførelsesform for en optisk varme-

og røkdetektor ifølge oppfinnelsen. En strålingskilde 20 er anordnet for å frembringe et utgående stråleknippe og omfatter tilsvarende organ som strålingskilden 1 i fig. 1, nemlig en sinusbølgeoscillator 21, en fasevender 22 styrt av sinusbølge-oscillatoren 21 og anordnet for å tilveiebringe en faseinvertert modulasjon av strålingsintensiteten hos en grønn-emitterende lysdiode 23 og en infrarød-emitterende lysdiode 24, og et dikromatisk filter 25 for sammenlagring av strålingen fra lysdiodene 23 og 24 til et utgående stråleknippe som helt til-

svarer det utgående stråleknippet i fig. 1.

En strålingsdetektor 26 er plassert side om side med strålingskilden 20 og er anordnet for å motta et innkommende stråleknippe frembragt ved refleksjon av det utgående stråleknippet ved hjelp av en på avstand beliggende reflektor (ikke vist). Strålingsdetektoren 26 omfatter i likhet med strålingsdetektoren 6 i fig.

1 to fototransistorer 27 og 28, et dikromatisk filter 29 og en demodulator 30. I demodulatoren 30 inngår et summeringsorgan 31 som ifølge eksemplet har to identisk like innganger koblet til fototransistoren 27 resp. til fototransistoren 28 via hver sin vekselspenningsforsterker 32 resp. 33 og et multiplikatororgan 34 som omfatter to likefaset styrte multiplikatorer 35 og 36 anordnet for å skifte forsterkningen mellom fototransistorene 27 og 28 og deres resp. tilkoblete innganger hos summeringsorganet 31 mellom en positiv og en negativ verdi synkront med den innbyrdes faseinverterte modulasjonen innenfor det grønne og infrarøde bølgelendeområdet i stråleknippet fra strålingskilden 20.

Ifølge eksemplet har multiplikatorene 35 og 36 hver sin styreinngang koblet til sinusbølgeoscillatoren 21 i strålingskilden 20 via et vanlig pulsformende organ 37 SOm inngår i demodulatoren 30 og utgjøres av en spenningskomparator med en jordet referanseinngang.

Strålingsdetektoren 26 omfatter en AM-detektor 38 for detektering av slike amplitudevariasjoner i det mottatte stråleknippet som er representative for varme. AM-detektoren 38 som ifølge eksemplet er koblet til fototransistorene 27 og 28 via nevnte likefaset styrte multiplikatorer 35 og 36 hos multiplikator-organet 34 og via nevnte identiskt like innganger i summeringsorganet 31 mates med et differensesignal utledet av den innbyrdes faseinverterte modulasjonen innenfor det grønne og infra-røde bølgelengdeområdet i stråleknippet fra strålingskilden 20. AM-detektoren 38 omfatter foruten et båndpassfilter for frekvensintervallet 10-100 Hz et forsterkerorgan for å heve signalnivået før detektering. AM-detektoren 38 er koblet til en varmealarmutgang 39 via et integrerende og terskeldetekterende organ 40.

I strålingsdetektoren 2 6 er summeringsorganet 31 videre koblet til en røkalarmutgang 41 via et integrerende og terskeldetekterende organ 42 som således mates med samme differensesignal som AM-detektoren 38. Differensesignalets polaritet ved røkalarm er normalt forutbestemt, men om så ikke er tilfellet kan nevnte terskeldetektering utføres ved hjelp av en vinduskomparator for hvilken en hensiktsmessig utførelsesform er beskrevet på sidene 113 og 114 i tidsskriftet Electronics av den 5. september 1974.

I varme- og røkdetektoren i fig. 2 bygger funksjonen ved såvel varmealarm som røkalarm på den erfaring at brann påvirker et stråleknippe med forskjellig styrke innenfor to adskilte bølge-lengdeområder og derfor kan detekteres ved en differensemåling. Denne prinsipielle funksjon muliggjør varme- og røkalarm med

en meget god diskriminering mot flimmer frembragt av omgivende elektrisk belysning og gir dessuten en god diskriminering mot slikt flimmer som frembringes når mekaniske vibrasjoner forårsaket av f.eks. tung gatetrafikk, varierer stråleknippets utfallsretning fra strålingskilden 20.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de beskrevne utførelsesformer, men kan modifiseres på mange måter innenfor rammen av de efter- følgende patentkrav. Eksempelvis kan fototransistorene 7 og 8 i fig. 1 og 27 og 28 i fig. 2 med fordel være av fotodarlington-typen med to eller til og med tre transistorelementer takket være det faktum at det benyttede prinsipp for modulasjon og demodulasjon muliggjør en god diskriminering mot flimmer frembragt av omgivende elektrisk belysning også ved en lav modulasjons-frekvens f.eks. av størrelsesorden 1 kHz, hvilket innebærer at den sammenlagte stigningstiden kan få gå opp til størrelses-ordenen 100 ps. Videre kan de integrerende og terskeldetekterende organ 19 i fig. 1 og 40 i fig. 2 kompletteres med slike organ for en mere effektiv varmedetektering som er beskrevet i det tyske patentskrift nr. 2.051.640. Ved lav intensitet hos stråleknippet mottatt av strålingsdetektoren 6 i fig. 1, kan det pulsformende organet 16 hensiktsmessig kobles til utgangen for summeringsorganet 12 via en faselåst oscillator av kjent utførelse for 0° fasevridning mellom utgående og innkommende signaler.

Claims (6)

1. Optisk branndetektor i hvilken en strålingskilde er anordnet for å frembringe et stråleknippe og omfatter modulatororgan for modulering av stråleknippet i et innbyrdes faseinvertert forhold innenfor et første og andre bølgelengdeområde og en strålingsdetektor er anordnet for å motta stråleknippet efter at dette har passert mellomliggende luft og omfatter første organ for en individuell måling av strålingsintensiteten i nevnte to bølgelengdeområder og andre organ for detektering av slike variasjoner i de oppmålte intensitetene som er representative for .brann, karaJcterisert ved at strålingsdetektoren (6, 26) omfatter en demodulator (11, 30) hvilken er innkoblet mellom nevnte første og andre organ (7, 8, 27, 28 resp. 17, 19, 38, 40, 42) og i hvilken et summeringsorgan (12, 31) er koblet til et første og andre strålingsavfølende element (7, 8, 27, 28) hvilke er inkludert i nevnte første organ og er anordnet for selektivt å avføle hvert sitt bølgelengde-område av nevnte to bølgelengdeområder i stråleknippet og et multiplikatororgan (15, 35, 36) er anordnet for å skifte forsterkningen i en signalvei i demodulatoren mellom en positiv og

en negativ verdi i synkronisme med den innbyrdes faseinverterte modulasjonen innenfor nevnte to bølgelengdeområder i stråleknippet.

2. Optisk branndetektor som angitt i krav 1,karakterisert vedat nevnte summeringsorgan er koblet til nevnte første og andre strålingsavfølende elementer via en inverterende resp. en ikke-inverterende inngang, idet nevnte multiplikatororgan er kaskadekoblet med summeringsorganet.

3. Optisk branndetektor som angitt i krav 1,karakterisert vedat nevnte summeringsorgan er koblet til nevnte første og andre strålingsfølende elementer via to identisk like innganger og to likefaset styrte multiplikator-elementer hos nevnte multiplikatororgan.

4. Optisk branndetektor som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat nevnte multiplikatororgan har en styreinngang koblet til nevnte strålingsmålende første organ via et pulsformende organ (16).

5. Optisk branndetektor som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat nevnte multiplikatororgan har en styreinngang koblet til nevnte strålingsmålende første organ via en faselåst oscillatorkrets.

6. Optisk branndetektor som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat nevnte multiplikatororgan har en styreinngang koblet til en styreoscillator (21) som er anordnet for å drive nevnte modulatororgan (22) i strålingskilden (20).