PL205808B1 - Sposób wykrywania pożaru oraz sygnalizator pożaru - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania pożaru z wykorzystaniem światła rozproszonego emitowanego promieniowania impulsowego o pierwszej długości fali wzdłuż pierwszej osi promieniowania oraz promieniowania o drugiej, mniejszej długości fali wzdłuż drugiej osi promieniowania w obszarze pomiarowym i mierzenie promieniowania rozproszonego na czą stkach usytuowanych w obszarze pomiarowym pod kątem rozproszenia do przodu wię kszym niż 90° i pod kątem rozproszenia do tyłu mniejszym niż 90°. Wynalazek dotyczy ponadto sygnalizatora pożaru i jest stosowany w pomieszczeniach i urządzeniach różnego przeznaczenia.

Z publikacji WO 01/59737 znany jest sygnalizator z wykorzystaniem światła rozproszonego, przeznaczony do zamontowania w kanałach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, który działa według sposobu wymienionego we wstępie, a w jego komorze pomiarowej emituje promieniowanie podczerwone pierwsza dioda elektroluminescencyjna, a druga dioda elektroluminescencyjna emituje światło niebieskie. Te diody elektroluminescencyjne są uruchamiane na przemian impulsowo. Promieniowanie wytworzone przez podczerwoną diodę elektroluminescencyjną umożliwia rozpoznawanie dużych cząstek, które są typowe dla tlącego się pożaru.

Promieniowanie rozproszone, pochodzące od niebieskiej diody elektroluminescencyjnej, umożliwia rozpoznawanie małych cząstek, które są typowe dla pożarów z otwartym płomieniem. Wyjaśnia to prawo Rayleigha, według którego natężenie światła rozproszonego przez cząstki mniejsze niż długość fali maleje z czwartą potęgą długości fali. Jest to wprawdzie słuszne, ale nie opisuje rzeczywistych warunków przy wykrywaniu pożaru z wykorzystaniem światła rozproszonego.

Znany sygnalizator pożaru zawiera tylko odbiornik światła, który daje tylko dwie informacje o natężeniach promieniowania rozproszonego, mianowicie w zależności od postaci wykonania albo daje informacje o natężeniu promieniowania rozproszonego do przodu w podczerwieni i w zakresie fal promieniowania niebieskiego lub odpowiednie natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu, albo też o natężeniu promieniowania rozproszonego do przodu w podczerwieni i natężeniu promieniowania rozproszonego do tyłu w zakresie długości fal światła niebieskiego. Konkretne układy geometryczne powodują jednak, że objętości pomiarowe, z których pochodzi konkretne promieniowanie rozproszone, nie są identyczne.

Z DE 199 02 319 znany jest sposób sygnalizowania poż aru, przy którym decyzja włączenia alarmu podejmowana jest w zależności od stosunku natężenia promieniowania podczerwonego rozproszonego do przodu do natężenia promieniowania podczerwonego rozproszonego do tyłu. Odpowiedni sygnalizator pożaru działa według wyboru z dwiema podczerwonymi diodami elektroluminescencyjnymi i jednym odbiornikiem optycznym, albo odwrotnie, z jedną podczerwoną diodą elektroluminescencyjną i dwoma odbiornikami światła. Kąt, pod którym mierzy się promieniowanie rozproszone do przodu, wynosi korzystnie 140°, a kąt, pod którym mierzy się promieniowanie rozproszone do tyłu, wynosi korzystnie 70°. Porównanie stosunku natężeń promieniowania rozproszonego do przodu i promieniowania rozproszonego do tyłu umożliwia odróżnienie jasnego dymu od ciemnego, ponieważ jasny dym daje duży sygnał rozproszenia do przodu i stosunkowo niewielki sygnał rozproszenia do tyłu, podczas gdy ciemny dym daje mniejszy sygnał rozproszenia do przodu, ale większy od niego sygnał rozproszenia do tyłu.

Przetwarzanie wartości bezwzględnych natężeń lub poziomów sygnałów z uwzględnieniem znacznie mniejszych natężeń w zakresie rozproszenia do tyłu w stosunku do dawanych przez takie same cząstki w takim samym stężeniu natężeń w zakresie rozproszenia do przodu i równoczesne przetwarzanie stosunków lub ilorazów tych poziomów sygnałów umożliwia również rozróżnienie określonych wielkości mylących.

Przykładowo para wodna w dużym stężeniu daje duży sygnał rozproszenia do przodu, który w dawniejszych rozwiązaniach powoduje wyzwolenie alarmu, który jest jednak fałszywy. Tworzenie ilorazów z natężenia rozproszenia do przodu i natężenia rozproszenia do tyłu daje jednak charakterystyczną dla pary wodnej wartość, która jest w znacznym stopniu zależna od stężenia. Przez wyznaczenie takiego ilorazu i uwzględnienie go w dalszym przetwarzaniu sygnałów można, więc uniknąć fałszywego alarmu.

W opisie patentowym PL 177 975 przedstawiono fotometryczne urządzenie do wyznaczania parametrów zawiesiny cząstek stałych w powietrzu otoczenia. Urządzenie ma rurową komorę detekcyjną mieszczącą co najmniej dwie diody luminescencyjne rozmieszczone wzdłuż ścian bocznych komory oraz jeden lub dwa umieszczone osiowo odbiorniki skierowane na jeden wspólny obPL 205 808 B1 szar światła rozproszonego. Jeden odbiornik mierzy światło rozproszone w kierunku wstecznym, a drugi w kierunku do przodu.

W opisie patentowym WO 00/07161 przedstawiono czujnik dymu z otwartą z jednej strony komorą pomiarową mieszczącą dwie diody LED, niebieską i podczerwoną emitujące fale o długości 430 nm i 980 nm. Komora mieści także jeden lub dwa fotoodbiorniki światła rozproszonego przez cząsteczki dymu, przy czym czujnik może mieć zainstalowanych więcej diod LED, więcej fotoodbiorników i wię cej komór pomiarowych.

Zależnie od rodzaju palącego się materiału powstaje szerokie widmo produktów spalania, które poniżej dla uproszczenia nazywane są aerozolem lub też cząstkami. Gorący ogień tworzy duże ilości aerozolu o małej średnicy cząstek. Przykładowo struktura aerozolowa lub zbitek złożony ze 100 cząsteczek CO2 ma średnicę w przybliżeniu 2,5 nm. Pożary o mniejszym przetwarzaniu energii na jednostkę czasu, a więc zwłaszcza tak zwane pożary tlące, wytwarzają natomiast aerozole o średnicy do 100 μm, a częściowo również makroskopowe substancje unoszone, na przykład cząstki popiołu. Nadający się do wykrywania wszystkich rodzajów pożarów sygnalizator reagujący na światło rozproszone musiałby, więc rozpoznawać aerozole o średnicy 2,5 nm -100 μm, to znaczy pokrywać zakres pięciu kolejnych potęg liczby dziesięć.

Ze względu na swą dużą sprawność, jako źródła promieniowania w sygnalizatorach pożaru reagujących na światło rozproszone dotychczas w praktyce stosuje się wyłącznie diody elektroluminescencyjne GaAs, emitujące promieniowanie podczerwone o długości fali λ = 880 nm. Natężenie promieniowania rozproszonego, powodowanego przez jedną cząstkę, zależy przede wszystkim od stosunku średnicy cząstki, traktowanej dla uproszczenia, jako cząstka kulista i do długości fali padającego promieniowania. Oprócz tego pewną rolę odgrywają wprawdzie również: kształt cząstki i współczynnik absorpcji cząstki, jednakże parametry te w przedmiotowym znaczeniu oczywiście nie mają wpływu.

W przypadku średnicy cząstek mniejszej niż 0,1 λ tak zwane rozproszenie Rayleigha maleje proporcjonalnie do λ⁴. Wynika z tego, że sygnalizatory pożaru pracujące z diodami elektroluminescencyjnymi emitującymi promieniowanie podczerwone w przypadku średnicy cząstek mniejszej niż około 90 nm mają silnie malejącą czułość. Ponadto rozproszenie Rayleigha nie jest wszechkierunkowe, ale ma wyraźne maksima przy 0° i 180° oraz wyraźne minima przy 90° i 270°. Wobec cząstek o średnicy 0,1 λ do 3 λ w przypadku diody elektroluminescencyjnej emitującej promieniowanie podczerwone, a więc około 90 nm do około 2,5 μm, miarodajne jest natomiast rozproszenie Mie, które jest jeszcze bardziej zależne od kierunku niż rozproszenie Rayleigha, a ponadto wykazuje destruktywne i konstruktywne wpływy interferencji przez wzajemne oddziaływanie promieniowania padającego z promieniowaniem odbitym od cząstki. Powyżej 3 λ natężenie promieniowania rozproszonego jest w znacznym stopniu niezależne od długości fali, a w pierwszym rzędzie jest zależne od rodzaju i kształtu cząstki.

Wynika z tego, że niewielka czułość sygnalizatorów pożaru reagujących na światło rozproszone przy gorących pożarach, na przykład przy otwartym ogniu z drewna, gdyż jest oma uwarunkowana przez dużą długość fali promieniowania podczerwonego w stosunku do średnicy wykrywanych cząstek. Nie można temu zaradzić ani przez zwiększenie wzmocnienia sygnału dostarczanego przez czujniki świetlne, ani przez zwiększenie natężenia promieniowania padającego, ponieważ w obu przypadkach czułość sygnalizatora wobec dużych i makroskopowych cząstek, na przykład pyłów, par z procesów przemysłowych i dymu papierosowego, jest za duża.

Przez naprzemienne traktowanie przestrzeni pomiarowej promieniowaniem podczerwonym i światłem niebieskim oraz przez oddzielne przetwarzanie sygnałów proporcjonalnych do odebranego promieniowania rozproszonego, można wprawdzie jak to jest zasadniczo znane z wymienionej we wstępie publikacji WO 01/59737, znacznie zwiększyć czułość sygnalizatora wobec cząstek o małej średnicy, zwłaszcza takiej, dla której miarodajne jest rozproszenie Rayleigha. Można łatwo wykazać obliczeniowo, że czułość zwiększa się 10-krotnie, a nawet bardziej. Samo zwiększenie czułości sygnalizatora wobec cząstek o małej średnicy nie wystarcza jednak do podjęcia niezawodnej decyzji o włączeniu alarmu, to znaczy, aby uniknąć alarmów fałszywych lub błędnych. W szczególności wbrew założeniu przyjętemu w publikacji WO 01/59737 nie jest słuszne, że napromieniowanie objętości pomiarowym światłem niebieskim daje w przypadku dużych i małych cząstek promieniowania rozproszone w przybliżeniu o takim samym natężeniu.

Badania wielokrotnie wykazały, że właśnie małe cząstki w zakresie podczerwieni i w świetle niebieskim dają promieniowanie rozproszone o bardzo podobnym natężeniu, a mianowicie zarówno w promieniowaniu zwróconym do przodu, jak też - z mniejszym poziomem - w obszarze promieniowania

PL 205 808 B1 zwróconego do tyłu. Jak to dalej przedstawiono, dopiero przyjęcie zależności natężenia promieniowania rozproszonego od kąta rozproszenia, umożliwia uzyskanie pewnych kryteriów, które pozwalają odróżnić wielkości wprowadzające w błąd i produkty pożaru w znacznym stopniu niezależnie od rodzaju palącego się materiału.

Znane sposoby i działające zgodnie z nimi sygnalizatory pożaru z wykorzystaniem rozproszonego promieniowania podczerwonego mają niewystarczającą czułość wobec małych i bardzo małych cząstek. Utrudnia to przede wszystkim wykrycie we właściwym czasie otwartego ognia, zwłaszcza palącego się drewna, którego dym charakteryzuje się bardzo małymi cząstkami.

Przy odpowiedniej sytuacji zagrożenia trzeba zatem podobnie jak poprzednio stosować reagujące bardzo dobrze na małe cząstki sygnalizatory pożaru z wykorzystaniem jonizacji, które działają z preparatem sł abo radioaktywnym. Ze wzglę du na ten preparat radioaktywny wytwarzanie sygnalizatorów pożaru z wykorzystaniem jonizacji jest drogie, a ich stosowanie jest niepopularne, a w wielu krajach nawet zakazane.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu, który przy niskim koszcie dodatkowym znacznie zwiększa czułość sygnalizatorów pożaru z wykorzystaniem światła rozproszonego wobec małych cząstek, a przez to wykorzystywanie takich sygnalizatorów do wykrywania gorących i bardzo gorących pożarów, bez zwiększania częstości alarmów fałszywych.

Sposób wykrywania pożaru według wynalazku z wykorzystaniem światła rozproszonego na cząstkach stałych w komorze pomiarowej promieniowania impulsowego o pierwszej długości fali, emitowanego wzdłuż pierwszej osi promieniowania i promieniowania o drugiej mniejszej długości fali, emitowanego wzdłuż drugiej osi promieniowania oraz mierzenia promieniowania rozproszonego w przestrzeni pomiarowej do przodu pod kątem rozproszenia większym niż 90° i do tyłu pod kątem rozproszenia mniejszym niż 90°, przy czym promieniowania rozproszone do przodu i promieniowania rozproszone do tyłu o pierwszej i drugiej długości fali mierzy się i ocenia niezależnie od siebie charakteryzuje się tym, że rozproszone promieniowania pierwszej i drugiej długości fali mierzy się z przeciwległych stron komory pomiarowej, wzdłuż tych samych głównych osi, po czym promieniowanie z przeciwległych stron pierwszej i drugiej długości fali wprowadza się do wartości pomiarowych wzdłuż koincydencyjnych osi promieniowania.

Od poziomów sygnałów odpowiadających czterem zmierzonym natężeniom promieniowania rozproszonego, korzystnie odejmuje się odpowiedni poziom wartości spoczynkowej pomnożony przez współczynnik < 1, wartości wynikowe waży się i zważone wartości przelicza w układzie logicznym oceny, porównuje z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się co najmniej jeden sygnał alarmu.

Tworzy się korzystnie stosunek pomiędzy ważonymi wartościami natężenia promieniowania rozproszonego do przodu i natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu dla pierwszej długości fali oraz stosunek pomiędzy ważonymi wartościami natężenia promieniowania rozproszonego do przodu i natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu dla drugiej długości fali, a otrzymane wartości stosunków przetwarza się w logicznym układzie oceny, porównuje z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się, co najmniej jeden sygnał alarmu, albo korzystnie tworzy się stosunek ważonych wartości natężenia promieniowania rozproszonego do przodu pierwszej długości fali i drugiej długości fali oraz stosunek ważonych wartości natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu pierwszej długości fali i drugiej długości fali, a otrzymane wartości stosunków przetwarza się w logicznym układzie oceny, porównuje się z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się, co najmniej jeden sygnał alarmu.

Z wyznaczonych wartości stosunków korzystnie tworzy się wynik, który porównuje się z zapamiętanymi wartościami oraz uwzględnia się przy dalszym przetwarzaniu.

Promieniowania rozproszone do przodu pierwszej i drugiej długości fali korzystnie mierzy się pod jednakowym kątem rozproszenia do przodu oraz promieniowania rozproszone do tyłu pierwszej i drugiej długości fali mierzy się pod jednakowym kątem rozproszenia do tyłu.

Pierwszą długość fali i drugą długość fali korzystnie wybiera się tak, że podzielony ich stosunek do siebie nie jest liczbą całkowitą, przy czym pierwszą długość fali najkorzystniej wybiera się w zakresie promieniowania podczerwonego, a drugą długość fali - w zakresie światła niebieskiego lub promieniowania ultrafioletowego tak, że pierwsza długość fali korzystnie jest w zakresie 880 nm, a druga długość fali w zakresie 475 nm, najkorzystniej 370 nm.

PL 205 808 B1

Stosunek impuls/przerwa promieniowania o pierwszej i drugiej długości fali korzystnie jest większy niż 1:10000, najkorzystniej w zakresie 1:20000.

Sygnalizator pożaru mający komorę pomiarową światła rozproszonego w powietrzu otoczenia oraz dwie diody emitujące promieniowanie z różnych kierunków, to jest: podczerwoną diodę elektroluminescencyjną i niebieską diodę elektroluminescencyjną jak również mający jeden lub dwa fotoodbiorniki do pomiaru i oceny promieniowania rozproszonego przez cząstki usytuowane w komorze pomiarowej, charakteryzuje się tym, że pierwsza i druga fotodioda jest usytuowana z przeciwległych stron komory pomiarowej na wspólnej osi głównej, a osie promieniowania pierwszej i drugiej diody elektroluminescencyjnej tworzą z osią główną kąt ostry mniejszy niż 90° i przecinają się w punkcie leżącym na osi głównej, przy czym pierwsza fotodioda jest odbiornikiem promieniowania rozproszonego do przodu pochodzącego z podczerwonej diody elektroluminescencyjnej i promieniowania rozproszonego do tyłu pochodzącego z drugiej, niebieskiej diody elektroluminescencyjnej, a druga fotodioda jest odbiornikiem promieniowanie rozproszonego do tyłu z podczerwonej diody elektroluminescencyjnej i promieniowanie rozproszonego do przodu z niebieskiej diody elektroluminescencyjnej.

Osie promieniowania diod elektroluminescencyjnych korzystnie tworzą z osią główną kąt ostry około 60°, przy czym każda dioda elektroluminescencyjna i każda fotodioda jest osadzona we własnym tubusie, a ponadto w komorze pomiarowej, w kierunku na zewnątrz przestrzeni pomiarowej, pomiędzy diodami elektroluminescencyjnymi a fotodiodami są umieszczone przesłony i pułapki promieniowania.

W każ dym takcie pomiarowym wedł ug wynalazku uzyskuje się cztery wartoś ci zmierzone, które można przetwarzać oddzielnie, jak również łączyć ze sobą, aby po porównaniu z przyporządkowanymi wartościami odniesienia można było podjąć pewną decyzję włączenia alarmu.

Korzystnie od poziomów sygnałów, odpowiadających czterem zmierzonym natężeniom promieniowania rozproszonego, odejmuje się odpowiedni poziom wartości spoczynkowej pomnożony przez współczynnik < 1, wartości wynikowe waży się, a zważone wartości przelicza się w układzie logicznym oceny, po czym porównuje się z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza się i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się, co najmniej jeden sygnał alarmu. Zależnie od charakterystyki sygnalizatora może on w zależności od wyniku tworzyć na przykład sygnał alarmu wstępnego, sygnał wykrycia dymu, sygnał alarmu głównego itd.

W szczególności tworzy się stosunek pomiędzy ważonymi wartościami natężenia promieniowania rozproszonego do przodu i natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu dla pierwszej długości fali oraz stosunek pomiędzy ważonymi wartościami natężenia promieniowania rozproszonego do przodu i natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu dla drugiej długości fali, a otrzymane wartości stosunków przetwarza się w logicznym układzie oceny, porównuje się z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza się i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się, co najmniej jeden sygnał alarmu.

Ponadto tworzy się stosunek ważonych wartości natężenia promieniowania rozproszonego do przodu pierwszej długości fali i drugiej długości fali oraz stosunek ważonych wartości natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu pierwszej długości fali i drugiej długości fali, a otrzymane wartości stosunków przetwarza się w logicznym układzie oceny, porównuje się z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza się i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się, co najmniej jeden sygnał alarmu.

Z wyznaczonych wartości stosunków tworzy się stosunek, a wynik porównuje się z zapamiętanymi wartościami oraz uwzględnia się przy dalszym przetwarzaniu.

Korzystne warunki geometryczne uzyskuje się, kiedy promieniowania rozproszone do przodu pierwszej i drugiej długości fali mierzy się pod jednakowym kątem tego rozproszenia oraz promieniowania rozproszone do tyłu pierwszej i drugiej długości fali mierzy się również pod jednakowym kątem rozproszenia do tyłu, co z jednej strony ogranicza koszt elementów optyczno-elektrycznych do dwóch diod elektroluminescencyjnych i dwóch odbiorników optycznych, na przykład fotodiod, a z drugiej strony umożliwia w zasadzie jednakowe przetwarzanie elektryczne wszystkich czterech wartości zmierzonych.

Promieniowania rozproszone o pierwszej i drugiej długości fali mierzy się po przeciwległych stronach komory pomiarowym na tej samej osi głównej.

Najkorzystniej również promieniowania o pierwszej i drugiej długości fali emituje się z przeciwległych stron wzdłuż zbiegających się osi promieniowania w obszarze pomiarowym. Tak uzyskana symetria punktowa względem środka przestrzeni pomiarowej zapewnia, że zmierzone natężenia

PL 205 808 B1 promieniowania rozproszonego pochodzą z identycznych przestrzeni pomiarowych, co ułatwia ich porównanie.

Korzystnie pierwszą długość fali i drugą długość fali wybiera się tak, że ich stosunek do siebie nie jest liczbą całkowitą. Gdyby pierwsza długość fali i druga długość fali były wybrane na przykład w stosunku 1:2, to czą stki, które przy pierwszej dł ugoś ci fali na przykł ad tworzą szczególnie duż y sygnał rozproszenia do przodu, również przy oświetleniu promieniowaniem o drugiej długości fali tworzą zwiększony sygnał. Z drugiej strony cząstki o obwodzie równym większej długości fali, które szczególnie dobrze odbijają silnie, pochłaniają fale o długości o połowę mniejszej, a więc prawie nie dają światła rozproszonego.

Przy aktualnym stanie technologii wytwarzania diod elektroluminescencyjnych zalecane jest, by pierwsza długość fali była wybrana w zakresie promieniowania podczerwonego, a druga długość fali w zakresie ś wiatł a niebieskiego lub promieniowania ultrafioletowego.

Korzystnie pierwsza długość fali jest w zakresie 880 nm, a druga długość fali w zakresie 475 nm, alternatywnie 370 nm.

Stosunek impuls/przerwa promieniowania o pierwszej i drugiej długości fali jest większy niż 1:10000, korzystnie w zakresie 1:20000, ponieważ do uzyskania wystarczającej czułości potrzebne są duże natężenia promieniowania. Potrzebna do tego moc elektryczna obciąża nie tylko zasilanie prądowe sygnalizatora, ale prowadzi również do znacznego nagrzewania wytwarzającego promieniowanie elementu półprzewodnikowego diody elektroluminescencyjnej tak, że po każdym impulsie konieczny jest wystarczająco długi czas chłodzenia, aby uniknąć przegrzania.

Do przeprowadzania sposobu według wynalazku nadaje się sygnalizator pożaru wykorzystujący światło rozproszone w powietrzu otoczenia, mający komorę pomiarową połączoną ograniczająca obszar pomiarowy, do którego swe promieniowanie emituje z różnych kierunków, podczerwona dioda elektroluminescencyjna i niebieska dioda elektroluminescencyjna, przy czym promieniowanie rozproszone przez cząstki usytuowane w tym obszarze pomiarowym jest mierzone fotoelektrycznie i oceniane, a dwa fotoodbiorniki w odniesieniu do przestrzeni pomiarowej są usytuowane na wspólnej osi głównej tak, że osie promieniowania dwóch diod elektroluminescencyjnych tworzą z tą osią główną kąt ostry mniejszy niż 90° i przecinają się w punkcie leżącym na osi głównej w środku objętości pomiarowej.

Diody elektroluminescencyjne mogą być umieszczone po tej samej stronie osi głównej. Jeden fotoodbiornik mierzy wtedy promieniowanie rozproszone do przodu, pochodzące z podczerwonej diody elektroluminescencyjnej i promieniowanie rozproszone do tyłu z niebieskiej diody elektroluminescencyjnej, a drugi fotoodbiornik mierzy promieniowanie rozproszone do przodu z niebieskiej diody elektroluminescencyjnej i promieniowanie rozproszone do tyłu z podczerwonej diody elektroluminescencyjnej.

Alternatywnie, diody elektroluminescencyjne umieszczone są symetrycznie względem osi głównej, tak, że jeden fotoodbiornik mierzy oba promieniowania rozproszone do przodu, a drugi mierzy oba promieniowania rozproszone do tyłu.

Korzystnie jednak diody elektroluminescencyjne są umieszczone punktowo symetrycznie względem środka objętości pomiarowym, tak, że ich osie promieniowania zbiegają się. Zarówno diody elektroluminescencyjne, jak i fotoodbiorniki są przy tym usytuowane parami naprzeciw siebie. Ma to tę zaletę, że zmierzone cztery natężenia promieniowania rozproszonego zawsze pochodzą z identycznej przestrzeni pomiarowej.

Ponadto takie rozmieszczenie symetryczne ułatwia również w znacznym stopniu pozbawione odbicia wykonanie komory pomiarowej, umożliwia zasadniczo symetryczną konstrukcję płytki, na której osadzone są diody elektroluminescencyjne i fotoodbiorniki i prowadzi do obrotowo symetrycznej czułości sygnalizatora przynajmniej w znacznym stopniu niezależnej przez to od kierunku dopływu powietrza.

Korzystnie osie promieniowania diod elektroluminescencyjnych tworzą z osią główną kąt ostry około 60°. Pod takim kątem mierzy się następnie dane promieniowanie rozproszone do tyłu, podczas gdy promieniowanie rozproszone do przodu jest mierzone pod kątem dopełniającym 120°. Okazało się, że jest to korzystny kompromis pomiędzy korzystniejszą dla mierzenia promieniowania rozproszonego do tyłu pod kątem 70° a średnicą komory pomiarowej, która ma znaczny wpływ na średnicę zewnętrzną sygnalizatora.

Aby chronić fotoodbiorniki przed bezpośrednim oświetleniem przez diody elektroluminescencyjne i przed oświetleniem przez promieniowanie odbite od ścianek komory pomiarowej oraz utrzymywać niewielkie oświetlenie przestrzeni pomiarowej przez promieniowanie odbite, każda dioda elektrolumiPL 205 808 B1 nescencyjna i każdy fotoodbiornik jest osadzony we własnym tubusie, a ponadto w komorze pomiarowej, na zewnątrz przestrzeni pomiarowej, pomiędzy diodami elektroluminescencyjnymi a fotoodbiornikami umieszczone są przesłony i pułapki promieniowania.

Przykład realizacji wynalazku jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wspierającą komorę pomiarową płytkę podłoża sygnalizatora pożaru według pierwszego przykładu wykonania w przekroju na wysokości osi optycznych, fig. 2 - drugi przykład wykonania w takim samym przekroju, a fig. 3 przedstawia trzeci przykład wykonania w takim samym przekroju.

Według wynalazku mierzy się zatem w każdym cyklu pomiarowym cztery wartości natężenia promieniowania rozproszonego, mianowicie promieniowanie rozproszone do przodu i promieniowanie rozproszone do tyłu w zakresie podczerwieni i te same wielkości w świetle niebieskim. Od poziomów sygnałów proporcjonalnych do zmierzonej wartości natężenia w celu zwiększenia dynamiki pomiaru i uproszczenia dalszego przetwarzania odejmuje się odpowiednie poziomy wartości spoczynkowej, korzystnie z marginesem bezpieczeństwa (poziom wartości spoczynkowej pomnożony przez współczynnik < 1). Tak otrzymane wartości wynikowe porównywane są następnie w logicznym układzie oceny z odpowiednimi wartościami, zwłaszcza wartościami progowymi.

Dodatkowe informacje uzyskuje się przez utworzenie ilorazów wartości wynikowych i ponowne porównanie z zapamiętanymi wartościami odniesienia. Wyniki tych działań, na przykład w dostosowaniu do konkretnego otoczenia, można wykorzystać, powiązać i ocenić w sygnalizatorze. W ten sposób uzyskuje się szereg znaczących wyników pośrednich, na przykład do różnych alarmów wstępnych, a w końcu również sygnały alarmowe.

Na figurze 1 przedstawiona jest pierwsza korzystna postać realizacji sygnalizatora nadającego się do przeprowadzania sposobu według wynalazku. Na płytce 1.7 podłoża utworzona jest zaznaczona schematycznie cienkim okręgiem, kołowa komora pomiarowa, której środek jest oznaczony przez 1.5. W tej komorze pomiarowej elektroluminescencyjna dioda 1.1a emituje promieniowanie podczerwone wzdłuż pierwszej osi promieniowania. Dokładnie naprzeciw niej usytuowana jest elektroluminescencyjna dioda 1.1b, która emituje promieniowanie niebieskie w komorze pomiarowej wzdłuż drugiej osi promieniowania.

Pierwsza i druga oś promieniowania łączą się pod kątem α = 120° w środku 1.5 przestrzeni pomiarowej osi głównej. Na tej osi głównej usytuowane są naprzeciw siebie pierwsze fotodiody 1.2a i 1.2b. Oś główna, na której leżą osie odbioru obu fotodiod, tworzy z pierwszą osią promieniowania podczerwonej diody elektroluminescencyjnej 1.1a ostry kąt β = 60°. Taki sam kąt ostry tworzy, inaczej mówiąc, oś główna z (drugą) osią promieniowania niebieskiej diody elektroluminescencyjnej 1.1b. Fotodioda 1.2a mierzy w obszarze pomiarowym wytworzone przez podczerwoną diodę elektroluminescencyjna 1.1a, podczerwone promieniowanie rozproszone na cząstkach do przodu pod kątem 120° oraz wytworzone na niebieskiej diodzie elektroluminescencyjnej 1.1b, niebieskie promieniowanie rozproszone do tyłu pod kątem rozproszenia 60°. Natomiast fotodioda 1.2b mierzy niebieskie promieniowanie rozproszone do przodu, wytworzone przez niebieską diodę elektroluminescencyjną 1.1b, pod kątem α 120° oraz podczerwone promieniowanie rozproszenia do tyłu, wytworzone przez podczerwoną diodę elektroluminescencyjną 1.1a, pod kątem rozproszenia do tyłu 60°. W celu uniknięcia zakłócających odbić diody elektroluminescencyjne oraz fotodiody są umieszczone w rurkach 1.6. Z tego samego powodu pomiędzy diodami elektroluminescencyjnymi a fotodiodami umieszczone są odpowiednio ukształtowane przesłony 1.3a, 1.3b oraz 1.4a i 1.4b. Na płytce 1.7 podłoża umieszczone są dalsze czujniki, na przykład czujnik 1.8 temperatury oraz czujnik 1.9 gazu.

Jak zwykle pod płytką 1.7 podłoża umieszczona jest płytka z obwodem do tworzenia impulsów prądowych dla diod elektroluminescencyjnych 1.1a i 1.1b oraz do przetwarzania sygnałów elektrycznych dostarczanych przez fotodiody 1.2a i 1.2b. Płytka 1.7 podłoża jest umieszczona w obudowie sygnalizatora (nie pokazano), która umożliwia wymianę pomiędzy powietrzem otoczenia a powietrzem w komorze pomiarowej, ale nie dopuszcza światła z otoczenia do wnętrza komory pomiarowym.

Na figurze 2 przedstawiono drugą postać wykonania sygnalizatora z takimi samymi częściami składowymi, jak na fig. 1, ale w innym układzie geometrycznym. Aby to odróżnić, te same elementy zamiast liczby 1 zostały oznaczone na pierwszym miejscu przez 2.

W odróżnieniu od fig. 1 zbiegają się tylko przechodzące przez środek 2.5 pomiaru osie promieniowania elektroluminescencyjnej diody 2.1a, emitującej promieniowanie podczerwone oraz elektroluminescencyjnej diody 2.1b. emitującej promieniowanie niebieskie. Z osią promieniowania pierwszej z nich oś odbioru fotodiody 2.2a tworzy kąt α1 = 120°, a z osią promieniowania elektroluminescencyjnej diody 2.1b emitującej promieniowanie niebieskie - kąt α2 = 60°. Oś odbioru fotodiody 2.2b tworzy

PL 205 808 B1 natomiast z osią promieniowania elektroluminescencyjnej diody 2.1a emitującej promieniowanie podczerwone kąt α1 = 60°, a z osią promieniowania elektroluminescencyjnej diody 2.1b emitującej promieniowanie niebieskie - kąt α2 = 120°. Inaczej mówiąc, pierwsza fotodioda 2.2a mierzy promieniowanie rozproszone do przodu z podczerwonej elektroluminescencyjnej diody 2.1a oraz promieniowanie rozproszone do tyłu z niebieskiej elektroluminescencyjnej diody 2.1b. Druga fotodioda 2.2b mierzy natomiast promieniowanie rozproszone do przodu, wytwarzane przez niebieską diodę elektroluminescencyjną 2.1b oraz promieniowanie rozproszone do tyłu, wytwarzane przez podczerwoną elektroluminescencyjną diodę 2.1a.

Fotodiody 2.2a lub 2.2b mogą swe położenie zamienić z diodami elektroluminescencyjnymi 2.1a lub 2.1b, tak, że wtedy obie fotodiody są usytuowane w odniesieniu do środka 2.5 pomiaru dokładnie naprzeciw siebie.

Takie geometryczne rozmieszczenie czterech elementów, to znaczy dwóch diod elektroluminescencyjnych i dwóch fotodiod, jest mniej korzystne niż rozmieszczenie przedstawione na fig. 1, ponieważ tylko 75% mierzonego tu promieniowania rozproszonego pochodzi z takiej samej przestrzeni pomiarowej. Obrazują to powierzchnie przecięcia pomiędzy wiązkami promieniowania, które pokazane są w znacznym uproszczeniu, mianowicie bez uwzględnienia zależności kątowej zarówno natężenia emitowanego promieniowania jak i czułości fotodiod oraz niemożliwych do uniknięcia zjawisk ugięcia promieniowania na krawędziach.

W przypadku sygnalizatorów, które (jak w przykładzie wykonania) zawierają dalsze czujniki, takie jak czujniki 2.8 i 2.9, środek 2.5 pomiaru jest usytuowany ponadto w znacznej odległości od środka płytki 2.7 podłoża. Na skutek tego czułość sygnalizatora nie jest wszechkierunkowa, jak w przypadku pierwszego przykładu wykonania, ale jest zależna od kierunku, z którego produkty spalania dostają się do wnętrza sygnalizatora i do jego objętości pomiarowej.

Figura 3 przedstawia trzecią postać wykonania sygnalizatora z takimi samymi elementami składowymi jak na fig. 2, ale w innym układzie geometrycznym. Aby to zaznaczyć pierwszą cyfrą oznaczenia tych samych elementów jest 3 zamiast 2.

W odróżnieniu od fig. 1, zbiegają się tylko przechodzące przez środek 3.5 pomiaru osie odbioru fotodiod 3.2a i 3.2b. Te osie odbioru tworzą oś główną. Z osią główną podczerwona dioda elektroluminescencyjna 3.1a tworzy ostry kąt α1 = 60° oraz rozwarty kąt α1 = 120°. Naprzeciw podczerwonej elektroluminescencyjnej diody 3.1a w odniesieniu do osi głównej usytuowana jest niebieska dioda elektroluminescencyjna 3.1b, która inaczej mówiąc tworzy z główną osią ostry kąt β2 = 60° i rozwarty kąt α2 = 120°. Na skutek tego fotodioda 3.2 odbiera zarówno podczerwone promieniowanie rozproszone do przodu, jak i niebieskie promieniowanie rozproszone do przodu, natomiast fotodioda 3.2b odbiera zarówno podczerwone promieniowanie rozproszone do tyłu, jak i niebieskie promieniowanie rozproszone do tyłu.

W odróżnieniu od fig. 2, w tej postaci wykonania dwie diody elektroluminescencyjne i dwie fotodiody nie mogą zostać zamienione miejscami, ponieważ w takim przypadku obie fotodiody mierzyłyby równocześnie promieniowanie rozproszone do przodu z jednej diody elektroluminescencyjnej i promieniowanie rozproszone do tyłu z drugiej diody elektroluminescencyjnej, a więc byłyby wprawdzie dostarczane cztery wartości zmierzone, jednakże w przybliżeniu jednakowe.

Jak na fig. 2, również w wykonaniu z fig. 3 tylko 75% czterech mierzonego promieniowania rozproszonego pochodzi z takiej samej objętości pomiarowej.

Korzystniejsze niż w przypadku rozwiązania z fig. 2 jest to, że obszar pomiarowa nawet wtedy, gdy sygnalizator zawiera dalsze czujniki, takie jak czujniki 3.8 i 3.9, jest usytuowana bliżej środka płytki 3.7 podłoża tak, że czułość sygnalizatora jest mniej zależna od kierunku, z którego produkty spalania dostają się do wnętrza sygnalizatora.

Ponadto korzystniejsze w porównaniu z fig. 2 jest w układzie geometrycznym z fig. 3 umieszczenie wszystkich przesłon 3.3a, 3.3b i 3.4a, 3.4b blisko przestrzeni pomiarowej i zasadniczo symetrycznie wokół jej obwodu. W takich samych poza tym warunkach usytuowanie niebieskiej diody elektroluminescencyjnej 3.1b warunkuje jednak w porównaniu z fig. 1 konieczność wykonania płytki 3.7 podłoża o większej średnicy.

Dla wszystkich postaci wykonania obowiązuje zasada, że promieniowania rozproszone mierzone są pod kątem 120° lub 60°. Zachowanie takich kątów nie jest jednak warunkiem koniecznym do przeprowadzenia sposobu według wynalazku.

Ważne jest jedynie, by kąty te były dobrane tak, że w kierunku rozproszenia do przodu oraz w kierunku rozproszenia do tyłu zapewnione są wystarczająco duże natężenia promieniowania,

PL 205 808 B1 a z drugiej strony dla możliwie wielu różnych produktów spalania dają się mierzyć wystarczająco różne natężenia promieniowania w obszarze rozproszenia do przodu oraz w obszarze rozproszenia do tyłu odpowiednich cząstek.

Claims (14)

1. Sposób wykrywania pożaru z wykorzystaniem światła rozproszonego na cząstkach stałych w komorze pomiarowej promieniowania impulsowego o pierwszej dł ugoś ci fali, emitowanego wzdł u ż pierwszej osi promieniowania i promieniowania o drugiej mniejszej długości fali, emitowanego wzdłuż drugiej osi promieniowania oraz mierzenia w przestrzeni pomiarowej promieniowania rozproszonego w do przodu pod kątem rozproszenia większym niż 90° i do tyłu pod kątem rozproszenia mniejszym niż 90°, przy czym promieniowania rozproszone do przodu i promieniowania rozproszone do tyłu o pierwszej i drugiej dł ugoś ci fali mierzy się i ocenia niezależ nie od siebie, znamienny tym, ż e rozproszone promieniowania pierwszej i drugiej długości fali mierzy się z przeciwległych stron komory pomiarowej, wzdłuż tych samych głównych osi, a następnie promieniowanie z przeciwległych stron pierwszej i drugiej długości fali wprowadza się do wartości pomiarowych wzdłuż koincydencyjnych osi promieniowania.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że od poziomów sygnałów, odpowiadających czterem zmierzonym natężeniom promieniowania rozproszonego, odejmuje się odpowiedni poziom wartości spoczynkowej pomnożony przez współczynnik < 1, wartości wynikowe waży się i zważone wartości przelicza w układzie logicznym oceny, porównuje z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się co najmniej jeden sygnał alarmu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzy się stosunek pomiędzy ważonymi wartościami natężenia promieniowania rozproszonego do przodu i natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu dla pierwszej długości fali oraz stosunek pomiędzy ważonymi wartościami natężenia promieniowania rozproszonego do przodu i natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu dla drugiej długości fali, a otrzymane wartości stosunków przetwarza się w logicznym układzie oceny, porównuje z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się co najmniej jeden sygnał alarmu.

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że tworzy się stosunek ważonych wartości natężenia promieniowania rozproszonego do przodu pierwszej długości fali i drugiej długości fali oraz stosunek ważonych wartości natężenia promieniowania rozproszonego do tyłu pierwszej długości fali i drugiej długości fali, po czym otrzymane wartości stosunków przetwarza się w logicznym układzie oceny, porównuje się z zapamiętanymi wartościami, wyprowadza i ocenia wyniki porównania oraz w zależności od wyników tworzy się co najmniej jeden sygnał alarmu.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że z wyznaczonych wartości stosunków tworzy się wynik, który porównuje się z zapamiętanymi wartościami oraz uwzględnia się przy dalszym przetwarzaniu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że promieniowania rozproszone do przodu pierwszej i drugiej długości fali mierzy się pod jednakowym kątem rozproszenia do przodu oraz promieniowania rozproszone do tyłu pierwszej i drugiej długości fali mierzy się pod jednakowym kątem rozproszenia do tyłu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszą długość fali i drugą długość fali wybiera się tak, że podzielony ich stosunek do siebie nie jest liczbą całkowitą.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszą długość fali wybiera się w zakresie promieniowania podczerwonego, a druga długość fali - w zakresie światła niebieskiego lub promieniowania ultrafioletowego.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza długość fali jest w zakresie 880 nm, a druga długość fali w zakresie 475 nm, korzystnie 370 nm.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek impuls/przerwa promieniowania o pierwszej i drugiej długości fali jest większy niż 1:10000, korzystnie w zakresie 1:20000.

11. Sygnalizator pożaru mający komorę pomiarową światła rozproszonego w powietrzu otoczenia oraz dwie diody emitujące promieniowanie z różnych kierunków, to jest: podczerwoną diodę elektroluminescencyjną i niebieską diodę elektroluminescencyjną, jak również mający jeden lub dwa fotoodbiorniki do pomiaru i oceny promieniowania rozproszonego przez cząstki usytuowane w komorze

PL 205 808 B1 pomiarowej, znamienny tym, że pierwsza i druga fotodioda (1.2a, 1.2b) jest usytuowana z przeciwległych stron komory pomiarowej na wspólnej osi głównej, a osie promieniowania pierwszej i drugiej diody elektroluminescencyjnej (1.1a, 1.1b) tworzą z osią główną kąt ostry mniejszy niż 90° i przecinają się w punkcie (1.5) leżącym na osi głównej, przy czym pierwsza fotodioda (1.2a) jest odbiornikiem promieniowania rozproszonego do przodu pochodzącego z podczerwonej diody elektroluminescencyjnej (1.1a) i promieniowania rozproszonego do tyłu pochodzącego z drugiej, niebieskiej diody elektroluminescencyjnej (1.1b), a druga fotodioda (1.2b) jest odbiornikiem promieniowanie rozproszonego do tyłu z podczerwonej diody elektroluminescencyjnej (1.1a) i promieniowanie rozproszonego do przodu z niebieskiej diody elektroluminescencyjnej (1.1b).

12. Sygnalizator według zastrz. 11, znamienny tym, że diody elektroluminescencyjne (1.1a, 1.1b) są umieszczone punktowo symetrycznie względem środka przestrzeni pomiarowej tak, że ich osie promieniowania zbiegają się.

13. Sygnalizator według zastrz. 12, znamienny tym, że osie promieniowania diod elektroluminescencyjnych (1.1a, 1.1b) tworzą z osią główną kąt ostry około 60°.

14. Sygnalizator według zastrz. 11, albo 13, znamienny tym, że każda dioda elektroluminescencyjna 1.1a, 1.1b) i każda fotodioda (1.2a, 1.2.b) jest osadzona we własnym tubusie, a ponadto w komorze pomiarowej, na zewnątrz przestrzeni pomiarowej, pomiędzy diodami elektroluminescencyjnymi a fotoodbiornikami umieszczone są przesłony (1.3a, 1.3b oraz 1.4a i 1.4b) i pułapki promieniowania.