NO840972L - Detektor for svevende partikler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår detektorer for svevende partikler, særlig røldetektorer, og beskjeftiger seg med den detektortype som omfatter et hus, en strålingskilde som er innrettet til å sende en stråle av stråling, typisk synlig lys eller infrarødt,tvers over huset, og en føler som reagerer, på stråling som spres av partik-lene i huset, og er koplet til en vurderingskrets som er innrettet til å frembringe en alarm når tettheten av svevende partikler oppnår en forutbestemt verdi.

Den enkleste type av en sådan detektor be-nytter bare en eneste føler, og en alarm angis når det signal som frembringes av denne føler, overskrider en forutbestemt verdi. Sådanne følere har imidlertid vist seg å være meget upålitelige i praksis på grunn av at egenskapene til de elektriske komponenter, særlig kompo-nentene i strålingskilden, føleren og vurderingskretsen som vanligvis omfatter en forsterker og en sammenlikner, varierer med tiden, og på grunn av at føleren mottar ikke bare partikkelspredt stråling, men også stråling som reflekteres fra husets vegger (betegnet som bakgrunnsstråling) hvis reflektivitet varierer med tiden. En ytterligere kilde til upålitelighet er at dersom intensiteten av strålingskilden plutselig skulle øke, for eksem-pel som et resultat av en spenningstransient, kan en alarm angis selv om en alarmtilstand i virkeligheten ikke er til stede.

Av disse grunner er det blitt foreslått en mer kompleks detektor som omfatter to følere av hvilke den ene reagerer på partikkelspredt stråling og nødven-digvis også bakgrunnsstråling, mens den andre reagerer bare på bakgrunnsstråling. De to følere er koplet i opposisjon eller motfase, slik at deres netto utgangssignal indikerer bare intensiteten av den partikkel-spredte stråling, og en alarm angis når dette netto utgangssignal oppnår en forutbestemt verdi. Selv om denne konstruksjon løser visse av problemene ved den enklere konstruksjon, har man funnet at utgangssignalet i praksis ikke virkelig indikerer intensiteten av den partikkel-spredte stråling på grunn av at de to følere vanligvis er rettet mot forskjellige partier av husets vegg hvis reflektivitet kan variere, og denne forskjell kan øke i tidens løp. Som følge av det faktum at utgangssignalene fra de to følere er forskjellige ved alarmtettheten av svevende partikler, vil videre en variasjon i strålingskildens intensitet eller en endring i følernes følsomhet, selv om denne er den samme for de to følere, eller en endring i forsterkerens eller sammenliknerens egenskaper, resultere i en variasjon av den partikkeltetthet ved hvilken en alarm angis. Denne variasjon kan reduseres ved benyttelse av komponenter av høyere kvalitet, men dette øker selvsagt omkostningene for detektoren i vesentlig grad.

Det er følgelig et formål med oppfinnelsen

å tilveiebringe en svevepartikkeldetektor ved hvilken de foran omtalte ulemper er eliminert eller vesentlig redusert, og særlig en detektor hvor den partikkeltetthet ved hvilken en alarm angis, forblir i hovedsaken konstant, men hvor detektoren likevel kan oppbygges av masseprodu-serte, billige komponenter.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en svevepartikkeldetektor som omfatter et hus som inneholder en strålingskilde som er innrettet til å utstråle stråling tvers over husets indre, en første strålingsføler som er innrettet til å motta stråling som spres fra husets vegg og stråling som spres fra partikler som svever i huset, og å frembringe et første signal som indikerer den totale strålingsintensitet som faller inn på denne,

og en andre strålingsføler som er innrettet til å frembringe et andre signal som indikerer strålingskildens intensitet, idet detektoren også omfatter en signalkombinerende anordning som er innrettet til å kombinere de to signaler i motfase for å frembringe et sammensatt

signal, hvilken detektor er kjennetegnet ved at den er konstruert og anordnet slik at det sammensatte signal har en første polaritet når tettheten av de svevende partikler i huset er mindre enn en forutbestemt terskelverdi, og motsatt polaritet når den nevnte tetthet er større enn terskelverdien, og at en vurderingsanordning er innrettet til å detektere når polariteten av det sammensatte signal skifter og å frembringe et alarmsignal.

Detektoren ifølge oppfinnelsen virker således på en måte som er helt forskjellig fra den foran omtalte, kjente konstruksjon da det ikke gjøres noe forsøk på å gjøre det sammensatte utgangssignal uavhengig av bakgrunns-strålingsintensitet slik som tidligere, men på den annen side er den terskelpartikkeltetthet ved hvilken en alarm angis, uforfalsket uavhengig av strålingskildens intensitet da utgangssignalet fra de to følere er det samme ved denne terskeltetthet, men ikke ved noen annen tetthet,

og således påvirkes likt ved en eventuell endring i denne tetthet. Detektoren ifølge oppfinnelsen trenger dess-uten bare å detektere en endring i polaritet av det sammensatte signal i stedet for en absolutt verdi av dette signal, hvilket ifølge sakens natur er enklere og mer pålitelig. Dette sistnevnte trekk betyr at de elektriske komponenter som benyttes i detektoren, kan være av dårli-gere kv.alitet og således mye billigere enn hva som tidligere har vært mulig, da variasjoner i egenskapene til disse komponenter vil oppheve hverandre ved terskelpar-tikkeltettheten.

På den annen side vil den partikkeltetthet ved hvilken en alarm angis, være avhengig av intensiteten av bakgrunnsbelysningen. Dette tas selvsagt i betraktning ved den innledende kalibrering av detektoren, men i sterk kontrast til tidligere konstruksjoner foretrekkes det at den irdre overflate av husets vegg er forholdsvis kraftig reflekterende, slik at virkningen av en eventuell endring i reflektivitet som følge av f.eks. støvavsetnin-

ger, vil bli forholdsmessig redusert.

Den andre føler kan være anbrakt for å detektere intensiteten av bakgrunnsstrålingen på en måte som likner på den som benyttes i den kjente konstruksjon, da denne intensitet selvsagt er propoersjonal med intensiteten av selve strålingskilden. Intensiteten av bakgrunnsstrålingen er imidlertid forholdsvis lav, og dette ville nødvendiggjøre bruk av en forholdsvis følsom og dermed kostbar føler. Det foretrekkes således at den andre føler er innrettet til å være direkte utsatt for strålingen fra strålingskilden, hvilket muliggjør bruk av en forholdsvis ufølsom og dermed billig føler.

Det foretrekkes at de to følere er basert på et likeartet avfølingsprinsipp, slik at enhver endring av følsomhet som skriver seg fra aldring eller temperatur-endringer, vil være lik for de to følere. Følerne er fortrinnsvis begge silisiumovergangs-fotodioder, og den andre føler kan være en billig, glassinnkapslet silisium-likeretterdiode.

Huset omfatter fortrinnsvis en blokk av ikke-gjennomskinnelig materiale i hvilken det finnes en første passasje i hvilken strålingskilden er beliggende, og en andre passasje som står i forbindelse med den første passasje og i hvilken den andre føler er beliggende. Dette ér funnet å være en enkel måte for å sikre at stråling fra kilden, f.eks. synlig eller infrarødt lys, faller direkte på den andre føler som er avskjermet fra både bakgrunnsstråling og partikkelspredt stråling.

Detektoren omfatter fortrinnsvis en innstil-lingsanordning som er innrettet til å variere størrelsen av det andre signal ved en gitt tetthet av svevende partikler. Innstillingsanordningen kan være elektrisk, men er fortrinnsvis mekanisk og innrettet til å dempe den stråling som faller på den andre føler, og den omfatter i én utførelse en skrue som er innrettet til å sperre for en ønsket andel av arealet., av den andre passasje.

Detektoren kan således kalibreres ved å innføre partikler i kammeret ved den ønskede terkseltett-het og deretter justere innstillingsanordningen inntil det sammensatte signal ved denne tetthet er null. I de kjente konstruksjoner kan derimot innstilling av terskeltettheten bare utføres elektrisk ved å variere forsterkerens forsterkning eller sammenliknerens deteksjonsnivå,

og det finnes ingen klar sammenheng mellom innstillingene av disse komponenter og terskeltettheten av svevende partikler.

I den foretrukne utførelse omfatter vurderingsanordningen en forsterker til hvis inngang den signalkombinerende anordning er tilkoplet og til hvis utgang det er tilkoplet en logikkenhet, idet forsterkeren er slik anordnet at dersom det ikke finnes noe inngangssignal,

er utgangssignalet av den nevnte, motsatte polaritet,

slik at et alarmsignal frembringes. Dette betyr at dersom strålingskilden skulle svikte, angis en alarm, hvilket representerer en vesentlig fordel i forhold til den kjente detektor som ikke kan indikere en alarm dersom strålingskilden har sviktet, hvilket meget vel kan forbli ubemerket . da kilden befinner seg inne i det lystette hus.

Ytterligere særtrekk og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende nærmere beskri-velse av et utførelseseksempel under henvisning til teg-ningene, der fig. 1 viser et skjematisk tverrsnittsriss av et detektorkammer av en røkdetektor ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et blokkskjema av detektorkretsen, og fig. 3 er et diagram som viser størrelsen av de forskjellige signaler i forskjellige punkter i kretsen.

Det på fig. 1 viste detektorkammer omfatter en basis- eller bunndel 2 av ikke-gjennomskinnelig materiale som er forbundet med et deksel 1 slik at disse deler tilsammen avgrenser et rom i hvilket det ikke kan inntre noe lys, men i hvilket luft og eventuelle svevende røkpartikler kan inntre gjennom en buktet passasje (ikke vist). I en passasje 9 i bunndelen er det plassert en pulset strålingskilde 3, i dette tilfelle en infrarødt-utsendende diode som er innrettet til å utstråle en i hovedsaken kollimert, pulset, infrarød stråle gjennom passasjen 9 og deretter tvers over kammerets indre. I bunndelen er det også plassert en første føler 5 for røk-spredt stråling, i dette tilfelle en fotodiode, foran hvilken det er anordnet en montasje 6 omfattende en linse og et optisk filter. Føleren 5 har et synsfelt som strek-ker seg over kammerets indre og skjærer banen for den pulsede stråle fra den lysemittarende diode 3 over et volum 8. I kommunikasjon med passasjen 9 er det i bunndelen 2 anordnet en ytterligere passasje 10 i hvilken det er anbrakt en andre føler eller referanseføler 4 bestående av en ytterligere fotodiode. Mellom strålingskilden 3 og referanseføleren 4 er det anbrakt en innstillbar strålings-demper eller strålingssvekker 7 omfattende en konisk til-spisset settskrue som er opptatt i et gjenget hull i bunndelen og er tilgjengelig fra kammerets ytre for å tillate en variasjon i intensiteten av den stråling som faller på referanseføleren.

Ved bruk pulses den lysemitterende diode 3

og referanseføleren 4 mottar stråling med en intensitet som er avhengig bare av stillingen av skruen 7 og intensiteten av dioden 3, og ved en vilkårlig, spesiell innstilling av skruen 7 indikerer følerens utgangssignal derfor bare intensiteten av strålingen fra dioden 3. Føleren 5 mottar to strålingskomponenter, idet den første er bakgrunnsstråling, dvs. stråling som er spredt fra kammerets vegg, og den andre er røkspredt stråling, dvs. stråling som er spredt av røkpartiklene, om noen finnes,

i volumet 8, og dens utgangssignal indikerer således summen av intensitetene av bakgrunnsstrålingen og den røkspredte stråling.

Den på fig. 2 viste kretsanordning omfatter en pulsgenerator 21 som er koplet til den lysemitterende diode 3 som er innrettet til å utstråle pulser av infra-rødt med en varighet på 150 yisinn i kammeret. De to følere 4 og 5 er koplet til en signalkombinerende krets 22 omfattende en direkte invers parallellforbindelse som er koplet slik at dens utgangssignal, dvs. differansen mellom utgangssignalene fra følerne 4 og 5, utgjør inn-gangssignalet til en forsterker 23. Forsterkeren er en av diskrete komponenter oppbygget operasjonsforsterker som drives fra en zenerdioderegulert 5-volts tilførsel (ikke vist), og dens utgang er koplet til en logikkenhet 24 som er innrettet til å detektere når polariteten av utgangssignalet fra forsterkeren skifter. Forsterkerens hvileutgangssignal er innstilt nær og noe over enhetens 24 logiske terskel. Forsterkerens forsterkning er slik at utgangspulsenes amplitude er stor sammenliknet med

: usikkerheter i den logiske .terskel og stor sammenliknet med differansen mellom hvileutgangssignalet og den logiske terskel, og forsterkede signalpulsutsving er begrenset av det tilgjengelige utgangssignal fra forsterkeren.

Den logiske enhet består av en CMOS-teller som klokkes ved hjelp av et hjelpeutgangssignal fra pulsgeneratoren 21 og koples til "nullstilling" hver gang forsterkerens utgang oppviser et logisk "lavt" nivå under klokkesignalets positive overgang, og til "telling" hver gang forsterkeren oppviser et logisk "høyt" nivå under klokkesignalets positive overgang. Når tre suksessive "tellinger" har inntruffet siden den siste 'hullstilling", frembringes et utgangssignal som utløser en utgangsbryter 25. Dette forårsaker at strøm flyter fra utgangsfor-bindelsen 26 til den negative tilførselsforbindelse 27 slik at det tillates påvirkning av en alarm og i dette tilfelle en lysemitterende; diodeindikator 28 og en lik-nende gjentagelses-fjernindikator 29 som også er til stede i denne utførelse.

Pulsgeneratoren 21 er en komplementær, a-stabil oscillator som drives fra en strømkilde på ca. 80 yA som avledes fra utgangsklemmen 26. Hvert andre sekund frembringer den en strømpuls med en toppverdi på 1,2 A og en varighet på 150 ys inn i dioden 3 som utsender infrarødt lys.

Forsterkeren integrerer og forsterker det sammensatte signal under varigheten av strålingspulsen

et

for a frembringe passende inngangssignal for den logiske enhet når den positive klokkepulsovergang opptrer ved slutten av hver strålingspuls.

Diagrammet på fig. 3 viser størrelsen av de forskjellige signaler som funksjon av tiden, idet alle signaler pulser i synkronisme med strålingskilden med den samme varighet, dvs. 150 ys. Diagrammets x-akse, som er betegnet med 30, representerer logikkenhetens logiske terskelnivå mens linjen 31, som er svakt positiv i forhold til x-aksen, representerer forsterkerutgangens hvilenivå. Henvisningstallet 32 representerer fotodio-dens 4 utgangssignal når ingen røk er til stede i huset, dvs. som et resultat av bare bakgrunnsstråling, mens 33 representerer denne diodes utgangssignal når røk er til stede i huset, dvs. som et resultat av både bakgrunnsstråling og røkspredt stråling. Henvisningstallet 34 representerer referansefølerens 5 utgangssignal, og dette er nøyaktig det samme for hver puls da strålingsintensi-teten ikke varierer. Henvisningstallene 35 og 36 representerer det sammensatte signal når ingen røk er til stede i huset henholdsvis når røk med større tetthet enn terskeltettheten er til stede i huset.

Ved bruk frembringer således referanseføle-ren 4 alltid et utgangssignal som er representert ved kurven 34 ved hver strålingspuls, mens føleren 4, når ingen røk er til stede, frembringer et utgangssignal som er representert ved kurven 32, og det sammensatte signal representert ved kurven 35 er negativt, dvs. mindre enn den logiske terskel og ingen alarm indikeres. Etter hvert som røktettheten i huset øker, øker følerens 4 utgangssignal til den verdi som er representert ved kurven 33, og det sammensatte signal stiger mot den verdi som er representert ved kurven 36 som er både positiv og over den logiske terskel. Etter at det sammensatte signal har vært over den logiske terskel i tre pulser, indikeres en alarm, selv om det vil innses at tre er et vilkårlig tall som er valgt i hovedsaken for å utelukke muligheten for transiente signaler eller variasjoner i den logiske terskel som resulterer i at en alarm utløses ukorrekt.

Claims (6)

1. Detektor for svevende partikler, omfattende et hus (1, 2) som inneholder en strålingskilde (3) som er innrettet til å utstråle stråling tvers over husets indre, en første strålingsføler (5) som er innrettet til å motta stråling som spres fra husets vegg (1) og stråling som spres fra partikler som svever i huset, og å frembringe et første signal som indikerer den totale strålingsintensitet som faller inn på denne, og en andre strålings-føler (4) som er innrettet til å frembringe et andre signal som indikerer strålingskildens intensitet, idet detektoren også omfatter en signalkombinerende anordning (22) som er innrettet til å kombinere de to signaler i motfase for å frembringe et sammensatt signal, karakterisert ved at detektoren er konstruert og anordnet slik at det sammensatte signal har en første polaritet når tettheten av de svevende partikler i huset er mindre enn en forutbestemt terskelverdi, og motsatt polaritet når den nevnte tetthet er større enn terskelverdien, og at en vurderingsanordning (23, 24, 25) er innrettet til å detektere når polariteten av det sammensatte signal skifter og å frembringe et alarmsignal.

2. Detektor ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre føler (4) er innrettet til å utsettes direkte for stråling fra strålingskilden.

3. Detektor ifølge krav 2, karakterisert ved at huset (1, 2) omfatter en blokk (2) av ikke-gjennomskinnelig materiale i hvilken det er anordnet en første passasje (9) i hvilken strålingskilden (3) er beliggende, og en andre passasje (10) som står i forbindelse med den første passasje (9) og i hvilken den andre føler (4) er beliggende.

4. Detektor ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en inn-stillingsanordning (7) som er innrettet til å variere størrelsen av det andre signal ved en gitt tetthet av svevende partikler.

5. Detektor ifølge krav 3 og 4, karakterisert ved at innstillingsanordningen omfatter en skrue (7) som er innrettet til å sperre for en ønsket andel av arealet av den andre passasje (10).

6. Detektor ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at vurderingsanordningen (23, 24, 25) omfatter en forsterker (23) til hvis inngang den signalkombinerende anordning (22) er tilkoplet og til hvis utgang en logikkenhet (24) er tilkoplet, idet forsterkeren (23) er slik anordnet at dersom det ikke finnes noe inngangssignal, er utgangssignalet av den nevnte motsatte polaritet slik at et alarmsignal frembringes.