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WO1999016033A1 - Rauchmelder - Google Patents

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WO1999016033A1
WO1999016033A1 PCT/DE1998/000857 DE9800857W WO9916033A1 WO 1999016033 A1 WO1999016033 A1 WO 1999016033A1 DE 9800857 W DE9800857 W DE 9800857W WO 9916033 A1 WO9916033 A1 WO 9916033A1
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WO
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radiation
smoke
smoke detector
detector according
hollow ellipsoid
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PCT/DE1998/000857
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French (fr)
Inventor
Ulrich Oppelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Priority to US09/445,878 priority patent/US6239710B1/en
Priority to DE59804533T priority patent/DE59804533D1/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the invention is based on the genus as stated in independent claim 1.
  • Smoke detectors are generally used for early fire detection.
  • One method of detecting smoke particles is to measure radiation scattered on smoke particles.
  • Such smoke detectors based on the scattered radiation principle usually use the method of forward
  • Such a smoke detector consists of a radiation transmitter (usually pulsed), a lens for bundling the beams and a radiation receiver, for example a photodiode, optionally with a lens for capturing the scattering cone of the scattered radiation.
  • Radiation receivers and radiation transmitters have no direct line of sight, but are optically separated from one another by appropriate mechanical measures. There is an obtuse angle between the radiation emitting direction and the receiving direction, and the scattering angle at the smoke particles to be detected is also obtuse.
  • the radiation transmitter and the radiation receiver are arranged next to one another, the scattering angle is acute (patent specification DE 38 31 654 C2).
  • a disadvantage of the known methods is that only a small proportion of the scattered radiation falls on the radiation receiver, while the remaining scattered radiation is lost for the measurement. Furthermore, only one of the preferred measurement effects, forward and backward scattering, is used in each case.
  • the invention makes it possible to supply almost all of the radiation scattered on the smoke particles to a radiation receiver as a measurement signal. This includes both the forward-scattered radiation, the back-scattered radiation, and the scattered radiation from all intermediate areas. This makes the measurement more sensitive overall, since there is almost no loss due to radiation that has not been captured.
  • the smoke detector according to the invention also takes into account the scattering properties based on different particle diameters.
  • a light-emitting diode, a semiconductor laser or a flash lamp can be provided as the radiation transmitter.
  • Figure 4 is a schematic, perspective view of another embodiment according to the invention.
  • Figure 1 shows the basic arrangement with a section through the focal points 1 and 2 of a hollow ellipsoid 3.
  • the hollow ellipsoid 3 is mirrored on the inside and provided with openings 4 which are small in relation to the inner surface of the hollow ellipsoid 3, for example max. Make up 10% of the inner surface.
  • the first focal point 1 and its immediate surroundings form the measuring field 5, where smoke particles can be irradiated at the same time by a radiation transmitter 6 and can be detected by a radiation receiver 7 in the focal point 2.
  • a radiation collector, which is attached in the second focal point 2 belongs to the radiation receiver 7.
  • the radiation receiver can also be used there instead be appropriate.
  • a hemispherical lens can serve as the radiation collector for the half-shell of the hollow ellipsoid 3 lying below the drawing plane or above the drawing plane.
  • the radiation receiver can consist of one or more photodiodes or an equivalent component.
  • the photodiodes can be arranged such that one preferably receives the radiation from the backward scatter and the other preferably receives the radiation from the forward scatter, as indicated in FIG. 2, so that the area of the backward scattering is designated by the reception angle 8. This makes it possible to separately evaluate the scattered radiation received from the different scattering angles in a single evaluation unit and to draw conclusions about the type of fire that is typical of the respective particle size. Other meaningful evaluations of angular ranges are possible.
  • the mirror formed by the hollow ellipsoid 3 can be provided with a number of openings 4, which enable the smoke particles to penetrate into the measuring field 5.
  • the openings 4 are small in terms of surface area compared to the total surface, so that there is no significant loss in the proportion of the radiation reflected by the hollow ellipsoid 3.
  • FIG. 3 shows, it is also possible to cut one tip or both tips at the ends of the longitudinal axis of the hollow ellipsoid 3 in order to allow smoke to enter through an opening 4a.
  • FIG. 4 it is possible to use only a partial shell 9 of a hollow ellipsoid in order to allow free access of the smoke particles for measurement.
  • This solution is characterized by a simple construction.
  • a light trap 10 is arranged in the extension of the path from the radiation transmitter 6 to the measuring field 5.
  • Holding elements 11 for the radiation receiver 7 are shown schematically.
  • All of the exemplary embodiments described can, as is customary in the case of optical smoke detectors, be provided with a labyrinth in order to prevent the entry of extraneous light into the hollow ellipsoid 3.

Landscapes

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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Rauchmelder nach dem Streustrahlungsprinzip mit einem für Rauchpartikel zugänglichen Messfeld (5) in einer Messkammer, auf das die Strahlung eines Strahlungssenders (6) gerichtet ist, wobei im Messfeld (5) auftretende Streustrahlung durch einen Strahlungsempfänger (7) empfangen wird. Um beste Strahlungsausbeute bei der Detektion der Rauchpartikel zu erzielen, ist die Messkammer als Teil eines innen verspiegelten Hohlellipsoids (3) ausgebildet, das Messfeld (5) am ersten Brennpunkt (1) des Hohlellipsoids (3) angeordnet, der Strahlungsempfänger (7) am zweiten Brennpunkt (2) des Hohlellipsoids (3) angeordnet.

Description

Rauchmelder
Stand der Technik
Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben .
Zur Brandfrüherkennung werden im allgemeinen Rauchmelder eingesetzt. Ein Verfahren, Rauchpartikel zu detektieren, besteht in der Messung von an Rauchpartikeln gestreuter Strahlung. Solche auf dem Streustrahlungsprinzip beruhende Rauch- meider benutzen üblicherweise das Verfahren der Vorwärts-
Streuung, weil damit größere Signale am Strahlungsempfänger zu erzielen sind. Ein solcher Rauchmelder besteht aus einem Strahlungssender (normalerweise gepulst) , einer Linse zur Bündelung der Strahlen und einem Strahlungsempfänger, zum Beispiel einer Photodiode, gegebenenfalls mit einer Linse zum Einfangen des Streukegels der gestreuten Strahlung. Strahlungsempfänger und Strahlungssender haben keine direkte Sichtverbindung, sondern sind durch entsprechende mechanische Maßnahmen optisch voneinander getrennt. Zwischen der Strahlungssenderichtung und der Empfangsrichtung liegt ein stumpfer Winkel, und der Streuwinkel an den zu detektieren- den Rauchpartikeln ist ebenfalls stumpf. Neben diesen vorwärtsstreuenden Rauchmeldern gibt es Ausführungen mit Rückwärtsstreuung. Hierbei sind Strahlungssender und Strahlungsempfänger nebeneinander angeordnet, der Streu- winkel, ist spitz (Patentschrift DE 38 31 654 C2) .
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jeweils, daß nur ein kleiner Anteil der gestreuten Strahlung auf den Strahlungsempfänger fällt, während die verbleibende Streustrah- lung für die Messung verloren ist. Weiterhin wird nur jeweils einer der bevorzugten Meßeffekte, Vorwärts- bzw. Rückwärtsstreuung, ausgenutzt.
Vorteile der Erfindung
Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat folgenden Vorteil :
Die Erfindung ermöglicht es, fast die gesamte an den Rauch- partikeln gestreute Strahlung einem Strahlungsempfänger als Meßsignal zuzuführen. Dies beinhaltet sowohl die vorwärtsge- streute Strahlung, die rückwärtsgestreute Strahlung, als auch die gestreute Strahlung aller Zwischenbereiche. Damit wird die Messung insgesamt empfindlicher, da fast kein Ver- lust durch nicht eingefangene Strahlung entsteht. Der erfindungsgemäße Rauchmelder berücksichtigt weiterhin, die durch unterschiedliche Partikeldurchmesser begründeten Streu- ungseigenschaften .
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können. Als Strahlungssender kann eine lichtemittierende Diode, ein Halbleiterlaser oder eine Blitzlampe vorgesehen sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es ist dargestellt in Figuren 1 bis 3 : schematische Längsschnitte durch unterschiedliche Rauchmelder nach der Erfindung,
Figur 4: eine schematische, perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.
Im wesentlichen gleiche Teile in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung mit einem durch die Brennpunkte 1 und 2 eines Hohlellipsoids 3 geführten Schnitt. Das Hohlellipsoid 3 ist innen verspiegelt und mit Öffnungen 4 versehen, die im Verhältnis zur Innenfläche des Hohlellipsoids 3 klein sind, also beispielsweise max. 10% der Innenfläche ausmachen. Der erste Brennpunkt 1 und seine unmittelbare Umgebung bilden das Meßfeld 5, wo Rauchpartikel zugleich durch einen Strahlungssender 6 bestrahlt und durch einen Strahlungsempfänger 7 im Brennpunkt 2 detektiert wer- den können. Zu dem Strahlungsempfänger 7 gehört ein Strah- lungssammler, der im zweiten Brennpunkt 2 angebracht ist. Es kann dort aber auch stattdessen der Strahlungsempfänger selbst angebracht sein. Als Strahlungssammler kann beispielsweise jeweils eine Halbkugellinse für die unterhalb der Zeichenebe bzw. oberhalb der Zeichenebene liegende Halbschale des Hohlellipsoids 3 dienen.
Der Strahlungsempfänger kann aus einer oder mehreren Photodioden oder einem äquivalenten Bauelement bestehen. Die Photodioden können so angeordnet sein, daß eine bevorzugt die Strahlung aus der Rückwärtsstreuung und die andere bevorzugt die Strahlung aus der Vorwärtsstreuung empfängt, wie in Figur 2 angedeutet, so der Bereich der Rückwärtsstreuung durch den Empfangswinkel 8 bezeichnet ist. Damit wird es möglich, die aus den verschiedenen Streuwinkeln empfangene Streustrahlung in einer einzigen Auswerteeinheit getrennt vonein- ander zu bewerten und Rückschlüsse auf die jeweilige Brandart zu ziehen, die typisch für die jeweilige Partikelgröße ist. Andere sinnvolle Bewertungen von Winkelbereichen sind möglich.
Der durch das Hohlellipsoid 3 gebildete Spiegel kann, wie in Figur 1 gezeigt, mit einer Anzahl von Öffnungen 4 versehen sein, die es den Rauchpartikeln ermöglichen, in das Meßfeld 5 vorzudringen. Die Öffnungen 4 sind bezüglich des Oberflä- chenverbrauch.es klein gegenüber der Gesamtoberfläche, so daß kein nennenswerter Verlust an dem Anteil der vom Hohlellipsoid 3 reflektierten Strahlung auftritt.
Wie Figur 3 zeigt, ist es auch möglich, eine Kuppe oder beide Kuppen an den Enden der Längsachse des Hohlellipsoids 3 anzuschneiden, um einen Raucheintritt durch eine Öffnung 4a zu ermöglichen. Schließlich ist es gemäß Fig. 4 möglich, nur eine Teilschale 9 eines Hohlellipsoids zu verwenden, um freien Zugang der Rauchpartikel zum Messen zu ermöglichen. Diese Lösung zeichnet sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau aus. Hier ist ersichtlich, daß - wie auch in den anderen Figuren - in der Verlängerung der Strecke vom Strahlungssender 6 zum Meßfeld 5 eine Lichtfalle 10 angeordnet ist. Halteelemente 11 für den Strahlungsempfänger 7 sind schematisch dargestellt.
Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele können, wie bei optischen Rauchmeldern üblich, mit einem Labyrinth versehen sein, um den Eintritt von Fremdlicht in das Hohlellipsoid 3 zu verhindern.

Claims

Ansprüche
1. Rauchmelder nach dem Streustrahlungsprinzip mit einem für Rauchpartikel zugänglichen Meßfeld (5) in einer Meßkammer, auf das die Strahlungsrichtung eines Strahlungssenders (6) gerichtet ist, wobei im Meßfeld (5) auftretende Steustrah- lung durch einen Strahlungsempfänger (7) empfangbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß - die Meßkammer einen Teil eines innen verspiegelten Hohlellipsoids (3) umfaßt,
- das Meßfeld (5) am ersten Brennpunkt (1) des Hohlellipsoids (3) angeordnet ist,
- der Strahlungsempfänger (7) am zweiten Brennpunkt (2) des Hohlellipsoids (3) angeordnet ist.
2. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlellipsoid (3) nahezu vollständig geschlossen und mit kleinen, für den Raucheintritt aber ausreichend großen Öff- nungen (4) versehen ist.
3. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kuppen um die Längsachse des Hohlellipsoids (3) herum jeweils eine Öffnung (4a) für den Raucheintritt in die Meß- kammer vorgesehen ist.
4. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Teilschale (9) des Hohlellipsoids als Reflektor verwendet ist und die verbleibende Öffnung für den Rauchein- tritt in die Meßkammer dient.
5. Rauchmelder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Rückwärtsstreuung ein erster Strahlungsempfänger (7a) und zur Erfassung der Vorwärtsstreuung ein zweiter Strahlungsempfänger (7b) vorgesehen ist.
6. Rauchmelder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungssender (6) eine lichtemittierende Diode vorgesehen ist.
7. Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungssender (6) ein Halbleiterlaser vorgesehen ist .
8. Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungssender (6) eine Blitzlampe vorgesehen ist.
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