专利名称：Evaluation of a difference signal between output signals of two receiving ...的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及房屋技术这一技术领域。本发明尤其涉及一种用于对对象进行 光学检测的传感器装置，其中该传感器装置具有至少一个用于发出发送射线的发送设备以 及两个用于分别接收接收射线的接收设备。在此，该接收射线具有通过发送射线在要检测 的对象处的至少部分的散射所产生的散射光。另外，本发明涉及分别具有所述传感器装置 的一种接近传感器和一种危险报警器。
背景技术：
公知的光电接近报警器或危险报警器对如下光敏感所述光在与预先给定的路径 不同的路径上通过在要识别的对象处的反射或散射到达光学接收器。可能发生的是，从报 警器的光学发送器辐射出的光被壳体或者位于该报警器的检测区域或有效体积中的任何 对象反射，并且到达接收器。通过这种方式，对象的存在被捏造。但是也可能发生的是，外 来光到达接收器，过度激励该接收器，并且因此阻止对要检测对象的正确识别。从US 5, 352,901中公知有一种烟雾探测器，该烟雾探测器将前向散射和反向散 射二者的原理用于烟雾探测。该烟雾探测器具有两个分别具有一个光学发送器和一个光学 接收器的光学发送器_光学接收器对。各有一个光学接收器处于光学发送器的直接辐射 中。通过选择性地激活两个光学发送器，可以彼此独立地检测该烟雾探测器的测量体积中 的连续辐射和被散射的辐射。
发明内容
本发明所具有的任务是，在对对象进行光电检测时将干扰量的影响减小为使得实 现具有小错误警报率的可靠的对象检测。该任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要 求中予以描述。根据本发明的第一方面，描述有一种用于对对象进行光学检测的传感器装置。该 传感器装置具有(a)第一发送设备，其被安排为发出第一发送射线；(b)第一接收设备，其 被安排为接收第一接收射线；(c)第二接收设备，其被安排为接收第二接收射线；以及(d) 分析单元，其被接在第一接收设备和第二接收设备之后。第一接收射线和/或第二接收射 线具有在第一发送射线在对象处至少部分地被散射的情况下所产生的散射光。根据本发 明，该分析单元与第一接收设备和第二接收设备相耦合，使得可以给该分析单元输送第一 接收设备的第一输出信号与第二接收设备的第二输出信号之间的差信号。所述传感器装置所基于的认识是，对两个接收设备产生影响的大量不期望的干扰 影响可以通过确定两个接收设备的输出信号之间的差信号以巧妙的方式而被消除，或者在 其影响的强度方面被显著减小。这样的干扰影响例如可能由于对外来射线的不期望的接收 而产生，所述外来辐射由外部射线源发出并且可能过度激励相应的接收设备和/或接在接收设备之后的放大器。另一利用本发明至少被减小的干扰影响可以在于，第一发送射线通 过在位于所述传感器装置的空间检测区域中并且不是要检测对象的物体处的反射或散射 而至少部分地指向两个接收设备至少之一。类似的干扰影响例如可能由于发送射线在传感 器装置的壳体的一部分处被散射和/或反射而产生。当由第一发送设备所发出的发送射线从要检测的对象优选地落到其中一个接收 设备而不落到或者仅以显著较小的规模落到第二接收设备上时，可以保证特别有效的干扰 信号抑制。在本文献中，应将术语“射线”理解成具有任意波长的电磁射线。该电磁射线尤其 可以是可见光、红外、或者紫外光谱范围内的光。该电磁射线可以除了相对窄带的光谱范围 或者甚至单色射线之外还具有不同的波长，这些波长是连续光谱或者不同的彼此分开的窄 带和/或宽带光谱范围。该电磁射线也可以具有被分配给远红外和/或远紫外光谱范围的 波长。原则上，微波射线或者各种其它类型的电磁射线也可以用作发送射线并且相应地用 作第一和/或第二接收射线。以相应的方式，术语“光学的”应当涉及所有所述电磁辐射的 光谱范围，并且决不仅涉及可见光谱范围。根据本发明的一个实施例，该传感器装置还具有第二发送设备和控制设备。第二 发送设备被安排为发出第二发送射线，其中第一接收射线和/或第二接收射线具有通过第 二发送射线在对象处的至少部分的散射所产生的散射光。控制设备与第一发送设备并且 与第二发送设备相耦合，并且被安排为使得第一发送设备可以独立于第二发送设备地被激 活。第一发送设备可以被分配给第一接收设备，使得第一接收射线优选地被第一接收 设备检测。这意味着，与第二接收设备相比，第一接收设备检测到第一接收射线的较大的份 额。优选地，第一接收射线仅仅或者至少主要被第一接收设备检测。以相应的方式，第二发送设备可以被分配给第二接收设备，使得与第一接收设备 相比，第二接收设备检测到第二接收射线的较大的份额。优选地，第二接收射线仅仅或者至 少主要被第二接收设备检测。发送设备到相应的接收设备的分配可以尤其是通过相关的空间布置和/或通过 相应发送设备的优选发出方向以及相应接收设备的优选接收方向的相关空间排列来进行。控制设备例如可以具有驱动电路，该驱动电路与第一发送设备并且与第二发送设 备相耦合。该驱动电路可以被安排为使得在第一时间范围内仅仅可以激活第一发送设备并 且在第二时间范围内仅仅可以激活第二发送设备。第一时间范围和第二时间范围可以在时间上彼此分离，使得在对两个发送设备的 激活方面不存在时间重叠。在此，两个时间范围可以直接彼此相继或者以确定的时间间隔 彼此相继。通过交替地或时间上反相地激活两个发送设备，可以以简单的方式将两个接收射 线彼此区别开。由于在每个时刻总是仅仅存在一个发送射线和相应的接收射线，因此可以 以简单的方式实现将第一发送设备固定地分配给第一接收设备并且将第二发送设备固定 地分配给第二接收设备。控制设备和/或驱动电路例如可以具有信号源，该信号源通过非反相元件与第一 发送设备并且通过反相元件与第二发送设备相耦合。该信号源尤其可以是矩形信号发生
5器。该非反相元件可以是常规的非反相放大器，该反相元件可以是反相放大器。通过独立地控制两个发送设备，所述传感器装置可以以不同的运行方式运行。因 此，例如非对称的运行模式是可能的，在所述非对称的运行模式下，第一接收设备以及第二 接收设备都是活跃的，而在两个发送设备之中仅有一个被接通，并且另一个被有针对性地 关断。如果在该运行模式下两个接收设备示出至少近似相同的信号，则是远回波。该远回 波可能来源于由活跃的发送设备所发出的发送射线在远距离处的物体一例如要检测的空 间的地面一处的反射。在所监测的空间中侵入或产生烟雾的危险情况下，该烟雾也将侵入 到该传感器装置的周围环境，使得两个接收设备接收到大不相同的散射信号。在此，被分配 给接通的发送设备的接收设备接收到比另一接收设备明显更强的接收射线。根据本发明的另一实施例，该传感器装置还具有开关元件，所述开关元件与第一 发送设备相耦合，使得第一发送设备可以被停用。因此，所述传感器装置可以以两种不同运行模式运行。在第一运行模式中，开关元 件闭合并且第一发送设备可以是活跃的。在此，可以确定第一差信号。在第二运行模式中， 开关元件断开并且第一发送设备被关断和/或在所有情况下保持关断。在此，可以确定第
二差信号。基于第一差信号和第二差信号可以在必要时在使用合适算法的情况下推断出被 识别的对象的大小和/或空间位置，其中所述合适算法例如应用在分析单元中。应当指出，当然也可以设置用来停用第二发送设备的另一开关元件。根据本发明的另一实施例，该传感器装置还具有平衡元件(Abgleichelement)，该 平衡元件被布置在到第一发送设备的发送信号路径中或者在从第一接收设备的接收信号 路径中，并且可以被改变为使得可以将差信号调节到预先确定的值。对至少一个平衡元件的所述使用所具有的优点是，可以可靠地补偿在发送射线的 强度或者第一输出信号的强度方面的长时间波动和/或漂移。这对于如下的散射物体也成 立所述散射物体静止地位于传感器装置的检测区域内部或外部，并且在必要时对两个输 出信号的区分能力有贡献并且由此在不存在要检测的对象的情况下也对差信号中的偏移 有贡献。在这种情形下，可以将发送信号路径理解为电子电路的经由其来控制发送设备的 那部分。因此，发送信号路径可以尤其在发送信号发生器与发送设备之间延伸。也可以给 发送信号路径分配驱动电路。在这种情形下，可以将接收信号路径理解为电子电路的经由其来检测相应接收设 备的输出信号的那部分。因此，接收信号路径可以在接收设备与分析单元之间延伸。但是 平衡元件优选地被布置在接收设备与传感器装置的在里面确定两个输出信号之间的差的 那个元件之间。应当指出，还可以设置另一平衡元件，使得在发送信号路径以及接收信号路径中 都存在平衡元件，并且这些路径可以彼此独立地被平衡。此外，可以通过另一平衡元件扩大 调节范围，使得两个输出信号之间的大的差也可以被补偿。尤其是对于传感器装置具有上述第二发送设备的情况，也可以设置另外的平衡元 件，该另外的平衡元件例如可以被布置在到第二发送设备的发送信号路径中或者在从第二 接收设备的接收信号路径中。
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差信号的预先确定的值尤其可以是OV的电压电平或者OmA的电流强度。所述平 衡例如可以在确定的测试条件下执行，其中在所述确定测试条件下保证没有对象位于传感 器装置的检测区域中。为了调节差信号，可以动用合适的算法，所述算法例如被应用在分析单元中。通过 这种方式可以自动执行对两个输出信号的平衡。仅须保证在平衡期间存在合适的测试条 件并且尤其是没有要检测的对象位于传感器装置的检测区域中。根据本发明的另一实施例，分析单元被安排为使得可以确定差信号的直流分量和 差信号的交流分量。由于至少在周期性调制的情况下也可以利用交流分量确定差信号的交流分量的 幅度，因此可以通过简单方式同样在该分析单元中或者在单独的解析单元中形成交流分量 的幅度与直流分量的值的比例。根据该比例，例如可以借助于合适的算法推断出所识别对 象的类型和/或对象移动穿过检测区域、进入检测区域、或者离开检测区域的速度。变为可 能的尤其是，可靠地将物体的干扰影响一例如昆虫到传感器装置的检测区域中的不期望的 侵入一与要检测的对象区分开。在此，例如有利的可能是，至少大致地知道要检测的对象的 形式和/或散射能力。因此，要检测的对象例如可以是站在要自动开启的门前并且期望被 允许进入的人。但是所述传感器装置也可以针对烟雾的检测而被优化。在这种情况下，该传感器 装置是烟雾报警器。在此应当指出，分析单元还可以被安排为可以根据两个输出信号的时间变化曲线 和/或强度确定要检测的对象的大小。因此，例如可以在大小处于预先确定的极限以上的 对象侵入的情况下输出第一类报告并且在大小处于预先确定的极限以下的对象侵入的情 况下输出第二类报告。根据本发明的另一实施例，第一接收设备和第二接收设备被相对于彼此布置和排 列为使得(a)在第一发送射线在对象处发生散射的情况下，对于给定的环境射线，第一接 收设备的第一输出信号不同于第二接收设备的第二输出信号；(b)这些输出信号在该对象 远离传感器装置移动以后，对于该相同环境射线，不同程度更低。应当指出，给定的环境辐射可以至少在传感器装置的位置处、或在两个接收设备 的位置处具有任意小的强度或者甚至强度为“0”。这可能意味着，除了通过第一和/或第二 发送射线的散射产生的接收射线以外，没有其它射线被传感器装置检测到。第一接收设备和第二接收设备也可以相对于彼此布置和排列为使得(a)如果对 象与传感器装置相距第一间隔，则第一输出信号和第二输出信号不同；以及(b)如果对象 与传感器装置相距大于第一间隔的第二间隔，则第一输出信号和第二输出信号不同程度更 低。在这种情形下应当指出，在相对近的对象的情况下，散射光在第一接收射线中占 有显著的份额。在相对远的对象的情况下，散射光可能以至少近似相等的强度落到第一接 收设备和第二接收设备上。但是同样在距离远的对象的情况下也可能的是，散射光在落到 第一和/或第二接收设备上的辐射强度中仅仅占有非常小或者甚至小得趋于零的份额。因 此，例如落下的辐射强度的大部分可能来自外部的干扰射线源，所述干扰射线源的射线从 远处直接或者间接地以至少相似的强度落到两个接收设备上。
对发送设备和两个接收设备的布置和排列可以是使得第一发送射线优选地以第 一方向被发射，该第一方向指向远离第二接收设备的检测区域。通过这种方式可以保证少 的或者根本没有散射射线从近的对象到达第二接收设备并且明显更多或明显更强的散射 射线到达第一接收设备。这所具有的优点是，由于第一输出信号与第二输出信号的所述相 减，由外部干扰射线源所产生的干扰影响被自动消除，并且在进一步的信号分析中也不再 必须被分析单元考虑。外部干扰射线源可以例如是太阳，其中太阳直接或间接地向所述传感器装置发出 太阳射线。如果传感器装置还具有第二发送设备，则第一发送射线也可以与第二发送射线至 少近似平行地被发射。那样的话，如果第一接收设备被布置在第一发送设备附近并且第二 接收设备被布置在第二发送设备附近，则第一接收设备被基本上分配给第一发送设备并且 第二接收设备被基本上分配给第二发送设备。在此，两个接收设备彼此间所具有的间隔尤其是可以大得使得在常见的要检测的 对象的情况下，第一接收射线不被第二接收设备检测到并且第二接收射线不被第一接收设 备检测到。对于与传感器装置相距相对远的干扰射线源而言，干扰射线至少在时间平均上 至少近似均勻地落到第一接收设备和第二接收设备上。那样的话，由于所述相减，该干扰射 线的影响在信号处理以前就已经被自动消除或者至少被大大减小。根据一个实施变型方案，第一发送设备具有至少两个发送元件和/或两个接收设 备中的至少一个具有至少两个接收元件。对具有多个单个的发送或接收元件的第一发送设 备、第一接收设备和/或第二接收设备的实现所具有的优点是，可以通过简单和低成本的 方式构造高效的发送以及接收设备，其中可用的能量被特别好地利用。在此，各个发送以及 接收元件可以以串联和/或并联的方式彼此组合。在此，彼此组合的发送元件优选地被相 对于彼此布置为使得这些发送元件发出的发送部分射束尽可能重叠并且因此导致密集的 发送射线。以相应的方式，彼此组合的接收元件优选地被相对于彼此布置为使得这些接收 元件尽可能有效地检测相应的接收射线。根据另一实施变型方案，第二发送设备具有至少两个发送元件。那样的话，对于这 两个发送元件的优选的相对布置，情况与彼此组合而形成第一发送设备的至少两个发送元 件相同。根据另一实施变型方案，第一接收设备和/或第二接收设备具有至少一个半导体 探测器并且尤其是一个PIN 二极管。这所具有的优点是，所述至少一个光学接收设备可以 以低成本的方式来实现，具有高的敏感性，并且可以简单地以电子电路布置来布线。根据本发明的另一实施例，减法单元在输入侧与第一接收设备和第二接收设备相 耦合并且在输出侧与分析单元相耦合。该减法单元可以被安排为基于两个输出信号形成差 信号。该减法单元例如可以借助于一个或多个运算放大器、借助于负反馈差分放大器或者 借助于分立电路来实现。可以直接给减法单元输送两个接收设备的输出信号。可替代地，两个输出信号中 的至少一个仍然也可以以合适的方式被放大和/或借助于电子滤波器被滤波，使得在此之 后才利用合适的减法器形成差。该减法单元例如可以借助于合适的硬件部件来实现，所述硬件部件基于两个接收设备的模拟输出信号确定第一输出信号与第二输出信号之间的差信号。然后，该差信号可 以以合适的方式通过分析单元的处理器被分析。该减法单元同样可以被集成在分析单元中并且在那里借助于硬件、借助于软件、 或者借助于硬件和软件的组合被实现。通过分析差信号，例如可以消除从外面将光射入两个接收设备中的外来光源的影 响，并且由此在每个单个的接收设备处负责被错误地提高的输出信号。根据本发明的另一实施例，第一接收设备和第二接收设备彼此以相反极性并联。 这意味着，接收设备也尤其是或者仅仅具有导致两个接收设备并联的那些电线路。因此，可 以通过有利方式在没有另外的设备供应的情况下在将第一和/或第二输出信号输送给放 大电路以前就已经形成根据本发明的差信号。根据本发明的另一实施例，传感器装置还具有拥有平面安装面的基底元件，其中 在该安装面上安装有第一发送设备、第一接收设备、被安排为发出第二发送射线的第二发 送设备、以及第二接收设备。在此，第一接收设备被布置在第一发送设备附近并且被安排为 接收第一接收射线，其中第一接收射线由于第一发送射线在位于第一探测空间中的测量对 象处的反向散射而产生。另外，第二接收设备被布置在第二发送设备附近并且被安排为接 收第二接收射线，其中第二接收射线由于第二发送射线在位于第二探测空间中的测量对象 处的反向散射而产生。因此，所述传感器装置可以通过将全部的光电部件平面地布置在共同的安装面上 而以特别扁平的构造形式被实现。如果该传感器装置被用于探测烟雾，则优选地检测位于紧邻该传感器装置处的那 些烟雾颗粒，因为仅仅这些烟雾颗粒以显著的方式对接收射线的产生有贡献。在该背景下，应在本申请中将两个术语“探测空间”和“传感器装置的视野”彼此 区分开。在此，应将术语“探测空间”理解为与传感器装置直接邻接的层。那样的话，位于 探测空间内的烟雾将导致显著的和可测量的散射信号。位于探测空间外并且因此与传感器 装置间隔较远的烟雾将不以值得重视的方式对所接收的反向散射信号有贡献。应将术语“传感器装置的视野”理解如下的区域该区域原则上被传感器装置检测 到并且处于探测空间之外。如上面已经阐述的那样，位于烟雾报警器的视野之内的烟雾可 能不以显著的方式对散射信号有贡献。但是这对于物体散射对象、例如昆虫或家具不成立。 即使物体散射对象仅仅位于传感器装置的视野中，这些物体散射对象仍然可以导致值得重 视的散射信号。通过扁平的构造形式可以将所述传感器装置在无需高成本的情况下集成到要监 测的空间的墙壁以及尤其是天花板中。在装修安装的情况下，也可以容易地将所述传感器 装置安装到墙壁和/或天花板上。在此，该传感器装置仅仅占据小的空间需求。此外，该传 感器装置可以被谨慎地安装，使得所述传感器装置不被位于该传感器装置所监测的空间中 的人察觉或者至少不因妨碍室内装潢而被察觉。如果该传感器装置是烟雾报警器，则要检测的对象是具有被基于散射射线原理的 所述烟雾报警器探测到的烟雾颗粒的烟雾。但是在实际中，要检测的对象也可以是其它对 象、例如同样产生散射信号或反向散射信号的昆虫或被意外地引入到探测空间中的物体。但是位于探测空间中的物体对象、尤其是如昆虫的反向散射信号与由烟雾造成的光学反向 散射信号相比明显更强。但是通过由分析单元适当地分析第一和第二接收设备的输出信 号，可以可靠地将这些事件与烟雾的实际存在区分开。如果传感器装置以反向散射几何特性运行，则有利地不需要用于发送设备和/或 接收设备的光学器件。由此所述传感器装置可以特别低成本地来制造，并且也适于作为用 于监测私人空间的廉价的大规模生产的产品。在所述烟雾报警器的情况下，散射射线的测量可以以大致180°的反向散射几何 特性进行。散射角与精确的反向散射并且由此与正好180°之间的偏差从(a)第一或第二 发送设备与第一或第二接收设备之间的间距以及从(b)反向散射位置距相应的发送设备 或接收设备的间隔中得出。对于在位于探测空间中的散射对象处的散射而言，可以由于探 测空间的小的层厚度得出散射角与180°的明显偏差。所述传感器装置尤其是由于所使用的反向散射几何特性而与常规的烟雾报警器 不同，其中常规的烟雾报警器要么作为前向散射体而具有照射光与散射光之间的大约60° 的散射角，要么作为反向散射体而具有照射光与散射光之间的大约120°的散射角。该传感器装置或该烟雾报警器的光学部件或光电部件可以有利地是以表面安装 技术(Surface Mount Technology)被安放的半导体二极管。在这种情况下，基底元件可以 是电路板或者具有至少一个电路板，其中所述半导体发送二极管和半导体接收二极管以公 知方式被安装在所述电路板上并且被电接触。根据本发明的另一实施例，第一发送设备和第一接收设备通过第一反射光障来实 现和/或第二发送设备和第二接收设备通过第二反射光障来实现。这所具有的优点是，可 以使用市售的反射光障。为了使发送设备的辐射方向与接收设备的接收方向相匹配而进行 的发送设备与相应的接收设备之间的相对校准由于这些光电部件在共同的器件内或者至 少在共同的壳体内的固定的相对布置而不是必需的。因此，该传感器装置可以有利地以小 的安装成本来构造。根据本发明的另一实施例，第一发送射线的方向相对于第一接收设备方向上的安 装平面的法线倾斜，和/或第二发送射线的方向相对于第二接收设备方向上的安装平面的 法线倾斜。在这种情形下，术语“方向”是指第一和/或第二发送设备的平均辐射方向。这 意味着，发送设备可以不仅是激光器、例如发出几乎平行的光束的VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser (垂直腔面发射激光器))。发送设备也可以具有拥有发散光束的 辐射特性，所述发散光束围绕倾斜于相应接收设备的相应平均辐射方向具有一定的角度分布。根据本发明的另一实施例，第一发送射线的方向与第二发送射线的方向彼此平 行。在此，可以得出两个在空间上彼此分开的探测空间，所述探测空间的间距依赖于 基底元件的安装面上的两个发送设备的间隔。在发散或扩宽的光束的情况下，对于第一和/或第二发送射线而言，所述发送射 线的方向分别涉及平均辐射方向。根据本发明的另一实施例，第一发送设备和第二发送设备以及第一接收设备和第二接收设备分别是该传感器装置的外部界限。这意味着，发送设备和接收设备都不位于该 传感器装置的壳体内部。因此，在发送设备和接收设备的光电部件之外不存在所述传感器 装置的其它部分。这对盖板或壳体部分也成立。因此，该传感器装置可以被构造为使得在 光电部件与相应的探测空间之间不存在另外的可能为光学透明的用来使所述光电部件免 受污染损害的盖板。但是这样的盖板或防沾污板在许多应用中、尤其是在住所区域中也是 毫无必要的。另外，第一探测区域和/或第二探测区域也可以位于传感器装置之外。在这种情 况下，该传感器装置是不具有自己的光室的开放式烟雾报警器。根据本发明的另一实施例，第一接收设备被安排为检测第一接收射线的时间变化 曲线。通过与时间有关地检测由第一接收设备所检测到的散射射线，可以通过简单方式 获得关于侵入到第一探测空间中的散射对象的信息。也就是说，如果侵入的散射对象是烟 雾，则散射射线的时间变化将相对慢地进行，因为烟雾通常连续地侵入到探测空间中。与之 不同地，在物体对象、例如昆虫或者由人意外地引入到传感器装置的视野中的物体的情况 下造成散射射线强度的基本上突然的变化。因此，可以根据由第一接收设备所检测到的散 射射线强度的时间变化的强度来获得关于对象类型的可靠信息。根据本发明的另一实施例，第一发送设备被安排为发出第一脉冲发送射线。具有时间长度优选小于Ins的非常短的脉冲的脉冲发送射线与具有同样处于纳 秒范围内的时间分辨能力的接收设备的结合使用所具有的优点是，可以获得关于散射对象 的空间分布的信息。在此，例如可以将由被布置在空间的天花板上的烟雾报警器的地面产 生的第一光学反射信号与由在烟雾处的散射产生的反射信号在时间上区别开。在此所利用 的事实是，仅当烟雾位于处于烟雾报警器附近的探测空间之内时，烟雾才提供值得重视的 反射信号。那样的话，可以给被分配给烟雾的反向散射光分配趋于零的传播时间。与之不 同地，针对由所监测的空间的地面所产生的反向散射光，测量由烟雾报警器与地面之间的 间隔所确定的有限的传播时间。在此所利用的是，光脉冲在1纳秒内所行进的由光速预先 给定的光程为30cm长。在这种情形下应当指出，探测空间可以是直接位于通常被安装在空间的天花板上 的烟雾报警器之下的层。探测空间的层厚度例如可以是大约10mm。因此，在烟雾处被散射的光具有大约为5至20mm的信号路程。由此得出17至67 皮秒的信号延迟。换言之，烟雾信号仅仅具有趋于零并且不可测量的时间延迟并且同样具 有不能利用合理成本测量出的信号展宽。但是可以在相应光接收器的足够的时间分辨能力 的情况下通过光传播时间将相距较远的干扰物体散射对象与在位于烟雾报警器附近的烟 雾区分开。作为示例，尽管非常强烈的信号，与传感器装置或烟雾报警器相距15cm的物体 仍然得出1纳秒的可测量的信号延迟。附加地，在可能时、即在物体具有多个与烟雾报警器 间隔不一样远的反向散射区域时也可以得出脉冲展宽。因此，例如也可以根据所接收的具有比相应发送射线的脉冲宽度更长的脉冲宽度 的散射射线的脉冲宽度推测出发送射线在与发送传感器装置间隔不一样远的不同物体处 被反向散射。因此，这样的由不同的物体造成的接收射线脉冲在时间上的展宽或结构化是 表示如下内容的可靠标志位于探测空间中的散射对象不是烟雾而是在地面或者其它近的物体处的反射。与之不同地，烟雾导致不可测量的脉冲展宽。这同样在针对烟雾报警器仅仅将廉 价的部件并且没有光学大功率测量仪器用于测量皮秒或飞秒范围内的延迟时间的情况下 也成立。因此，可以根据所接收的散射射线信号的脉冲长度和脉冲结构将实体物体、例如昆 虫或被意外地引入到烟雾报警器的视野中的物体与位于探测空间中的烟雾可靠地区分开。此外，可以通过测量发出发送射线脉冲与被反向散射并且被接收设备检测的散射 射线脉冲之间的时间差t确定相应的对象与发送设备或接收设备相距多远。在此，该物体 与传感器装置之间的距离s通过下面的等式得出s = c · t/2在此，c表示光速。应当指出，当然也可以将第二发送设备安排为发出脉冲发送射线。第二接收设备 同样可以被安排为检测第二接收射线的时间变化曲线。接下来描述本发明的与方法有关的几个方面。一种用于在使用上述传感器装置或上述烟雾报警器的情况下探测烟雾的方法，具 有(a)通过第一发送设备发出至少第一发送射线；以及(b)借助于第一接收设备接收至少 第一接收射线，其中所述接收射线由于第一发送射线在位于第一探测空间中的对象处的反 向散射而产生。所述方法所基于的认识是，以反向散射几何特性所接收的接收射线也可以产生足 够强的信号，所述信号可以被分析以用于可靠地探测烟雾。现在，通过这些由本发明人借助 于实验尝试验证的认识可以将烟雾报警器实现在特别紧凑的构造形式内。在此，光电部件 可以被布置在共同的电路板上。根据本发明的另一实施例，该方法附加地具有借助于第二接收设备接收第二接 收射线。在激活两个接收设备仅仅之一的情况下，可以通过一起分析由两个接收设备所测 量的接收强度进行可靠的烟雾探测。也就是说，如上面已经描述的那样，通过在空间分布的 烟雾颗粒处的反向散射，由第一接收设备所接收的接收射线明显大于落到被分配给未被激 活的发送设备的第二接收设备上的辐射强度。在相距非常远的物体处发生散射的情况下， 两个分别落到两个接收设备之一上的强度才至少近似地相等。根据本发明的另一实施例，第一发送射线具有射线脉冲。通过引入第一发送设备 的发送射线的时间依赖性，可以获得关于如下散射对象的空间位置的附加信息所述散射 对象位于该传感器装置或该烟雾报警器的第一探测空间或者被分配给第一发送设备和第 一接收设备的视野中。当然，由第二发送设备所发出的第二发送射线也可以具有射线脉冲。根据本发明的另一实施例，该方法附加地具有测量作为第一接收射线被反向散 射的射线脉冲的长度。这所具有的优点是，可以获得关于位于该烟雾报警器的视野内的不 同物体的空间布置的信息。因此，根据脉冲长度，散射对象的大的空间分布导致被反向散射的接收射线脉冲 与所发出的发送射线脉冲相比的时间上的展宽或结构化。这是因为，发送射线在与传感器 装置间隔不一样远的不同对象处被反向散射。在考虑到有限的光速的情况下，不同的光程
12导致所接收的接收射线脉冲的时间上的展宽或结构化。与之不同地，在烟雾处的反向散射 将导致接收射线脉冲与发送射线相比明显小的延长。如上面已经阐述的那样，这是因为，仅 仅位于与烟雾报警器紧邻的探测空间中的烟雾才提供值得重视的反向散射信号。仅仅位于 烟雾报警器的视野中的烟雾通常提供不可测量的反向散射信号。可以根据所接收的接收射 线的脉冲长度和脉冲结构将实体物体、例如昆虫或被意外地引入到报警器的视野中的物体 与侵入到探测空间中的烟雾可靠地区分开。应当指出，当然也可以测量并相应地分析作为第二发送射线被反向散射的射线脉 冲的时间长度。根据本发明的另一实施例，该方法附加地具有测量发出第一发送射线的脉冲与 接收被反向散射的第一接收射线的相应脉冲之间的时间差。这所具有的优点是，可以绝对 地确定散射对象与第一发送设备或第一接收设备的间隔。当然，也可以测量并以相应的方式分析发出第二发送射线的脉冲与接收被反向散 射的第二接收射线的相应脉冲之间的时间差。根据本发明的另一方面，描述有一种用于对对象在检测区域中的存在进行光学检 测的接近传感器。该接近传感器具有上述类型的传感器装置。所述接近传感器所基于的认识是，上述光学传感器装置特别适于探测对象到检测 区域中侵入。在房屋技术领域中，该接近传感器例如可以被用于在人进入一个空间的情况下或 者在该空间的门应当再次关闭的情况下促使自动的开门和/或关门。在这种情况下，该接 近传感器被构造和布置为使得检测区域位于有关的门之前。应当指出，尤其是在房屋技术领域中，该接近传感器常常也被称为靠近传感器、接 近报警器、和/或靠近报警器。该接近传感器也可以是所谓的入侵报警器，其探测未经批准的人和/或对象到监 测区域中的不期望的侵入。在这种情况下，所使用的传感器装置也可以根据反射光障的原 理工作。因此，该接近传感器可以被布置在容器、例如展览橱窗中，并且显示对位于该展览 橱窗中的物体的未经批准的移除。通过根据本发明的相减，例如由于相对的玻璃片造成的 干扰反射自动被至少显著地减小。根据本发明的另一方面，描述有一种用于识别危险情况的危险报警器，该危险报 警器尤其是适于探测所监测的空间中的烟雾。所述危险报警器具有所述类型的传感器装置。所述危险传感器所基于的认识也在于，所述光学传感器装置特别适于可靠地识别 危险情况。因此，所述危险报警器也可以是一种火警报警器，该火警报警器在火警情况下检 测烟气发展(Rauchgasentwicklimg)。在这种情况下，所述对象是烟雾或者是各个悬浮微粒 或烟雾颗粒。当然，该危险报警器也可以识别与火警情况无关的烟雾的产生。为了烟雾探 测，该危险报警器可以动用公知的散射光原理。应当指出，本发明的实施方式是关于不同的发明主题被描述的。尤其是以装置权 利要求描述了本发明的几个实施方式，并且以方法权利要求描述了本发明的其它实施方 式。但是，在本申请的文本中，技术人员能够立即明白，除非另行明确说明，除了属于一种发明主题类型的特征的组合，属于不同发明主题类型的特征的任意组合也是可能的。
本发明的另外的优点和特征从下面对目前优选的实施方式的示例性描述中得出。 应当将本申请附图的各个图仅仅看作是示意性的并且不应看作是比例正确的。图1根据本发明的第一实施例示出在检测相对近的散射对象的情况下的具有两 个被构造为光电二极管的接收设备的传感器装置，这两个光电二极管相互以相反极性并联。图2示出在检测相对远的反射物体的情况下的在图1中已经示出的传感器装置。图3示出所测量的差信号与确定对象距传感器装置的间隔之间的实验测得的相 关性。图4示出在图1和2中示出的传感器装置的情况下的若干电压和电流的时间变化 曲线。图5根据本发明的第二实施例示出具有两个开关元件的传感器装置，其中可以通 过断开一个开关元件分别有针对性地停用一个发送设备。图6示出在图5中所示的传感器装置的情况下的若干电压和电流的时间变化曲线。图7示出在检测距离远和强烈发光的物体的情况下的已经在图1和图2中示出的 传感器装置。图8根据本发明的第三实施例示出具有两个可调的平衡元件的传感器装置，所述 平衡元件用于将差信号平衡到预先确定的值。图9以示意性截面图示出具有两个被安装在共同的电路板上的反射光障的烟雾 报警器。图10示出用于形成图9中所示光障的两个输出信号之间的差信号的减法单元。图11示出光脉冲由于在两个与烟雾报警器间隔不一样远的物体处的散射造成的 时间上的展宽或结构化。
具体实施例方式应当指出，给不同实施方式的与根据实施方式的相应特征或部件相同或至少功能 相同的特征或部件配备相同的附图标记。为了避免不必要的重复，已经根据前面描述的实 施方式予以阐述的特征或部件在后面不再予以详细阐述。另外，应当指出，后面所描述的实施方式仅仅是本发明的可能的实施变型方案的 有限选择。尤其是可以以适当方式将各个实施方式的特征彼此组合，从而利用在此明确示 出的实施变型方案，对于技术人员而言应当将大量不同的实施方式看成是显然已公开的。图1示出传感器装置的第一实施例。该传感器装置具有信号源1。根据在此所示 的实施例，该信号源是输出矩形电压的函数发生器1。如果使用确定频率的矩形电压，则可 以以特别简单的方式构造该传感器装置的电路。但是原则上也可以使用任意类型的、甚至 具有非周期性时间变化曲线的电压。信号源1的电压被输送给非反相放大器2，并且在那里被放大为使得放大器2的输
14出信号能够给第一光学发送设备3供应对于该光学发送设备3的正确运行而言足够大的电 流。根据在此所示的实施例，第一光学发送设备是第一发光二极管3。信号源1的电压同样被输送给反相放大器4，并且在那里被放大为使得放大器3的 输出信号能够给第二光学发送设备5供应对于光学发送设备5的正确运行而言足够大的电 流。根据在此所示的实施例，第二光学发送设备是第二发光二极管5。由于使用反相放大器4和非反相放大器2，经过第一发光二极管3的电流以及由此 还有由第一发光二极管3所发出的第一发送光7在时间上与经过第二发光二极管5的电流 以及由此还有与由第二发光二极管5所发出的发送光8反相。这意味着，由于发光二极管 3、5仅当其以导通方向被通电时才发射光7、8，因此在第一相位中，第一发光二极管3发射 光7并且第二发光二极管5被关断。以相应的方式在第二相位中，第二发光二极管5发射 光8并且第二发光二极管3被关断。如果在传感器装置的有效体积一其在本文献中也被称为传感器装置的检测区域 一中存在要检测的对象6，则由两个发光二极管3和5所发出的光被反射或散射。对象6例 如可以是请求准许进入仍然被门锁住的空间的人。但是对象6同样也可以是闯入者或者闯 入者的侵入工具。如从图1中可以看出的那样，光7从第一发光二极管3优选地到达第一光学接收 设备11，并且光8从第二发光二极管5优选地到达第二光学接收设备12。根据在此所示的 实施例，第一光学接收设备是第一光电二极管U并且第二光学接收设备是第二光电二极 管12。但是应当指出，第一发光二极管3与第一接收设备11之间以及第二发光二极管5 与第二接收设备12之间的两个光学路段丝毫不必一定是完全分开的。根据在此所示的实施例，第一光电二极管11与第二光电二极管12通过电线路13 和14被反并联。这导致可以由这两个线路摄取的电流正好对应于在探测由对象6反向散 射的光时在两个单个的光电二极管11和12中产生的电流的差。两个线路13和14连接在差分放大器15的输入端上，该差分放大器15由此产生 两个线路13与14之间的电流映射。该映射可以与差电流成比例。但是如果传感器装置例 如应当具有特别大的动态范围，则也可以使用例如对数放大器。差分放大器15优选地是具 有小输入阻抗的所谓的跨阻抗放大器，该跨阻抗放大器在其输出端产生电压，该电压与跨 阻抗的值成比例并且同样与两个线路13与14之间的电流成比例并且由此与光电二极管11 和12中的电流的差成比例。跨阻抗放大器的使用导致可以使光电二极管11、12和/或连 接线路13、14的电容的影响基本上无效。但是，在尤其是光电二极管11、12和线路13、14 的寄生电容的影响在进一步的信号处理中未变得过大的情况下，也可以使用任意其它类型 的差分放大器。差分放大器15的输出信号被输送给分析单元16，该分析单元16在图1中被简化 地示出为测量设备。分析单元16所具有的任务是，基于由差分发送器所输出的输入信号确 定在检测区域中是否存在要检测的对象。如果存在，则分析单元16促使得出相应的报告。如果仅须识别对象6并且不对传感器装置的信号分析提出其它要求，则该传感器 装置的作用方式与常规的反射光障的作用方式非常相似。那样的话，对于对对象6的简单 识别而言，还未得出显著优点。但是如果存在干扰影响一这在实际中常常如此，则通过所述电路布置并且尤其是通过对两个光电二极管11与12之间的差信号的直接处理得出特别的 优点。也就是说，例如可能发生的是，光电二极管11和/或12从距离远的物体接收光， 该物体本来处于通常的检测区域之外并且本来应当对于该传感器装置而言不重要。这在图 2中被示意性地示出。图2示出在检测相对远的反射物体21的情况下的已经在图1中示出的传感器装 置。由于物体21的高的反射能力一该物体21例如可以是展览橱窗的玻璃片，光中的显著 份额落到光电二极管11和12上。光尤其是从第一发光二极管3通过光路22到达第一光 电二极管11。同样，类似于图1已经示出的那样，光从第二发光二极管5通过光路23到达 第二光电二极管12。但是附加地，光也从第一发光二极管3通过光路25到达第二光电二极管12并且 光也从第二发光二极管5通过光路24到达第一光电二极管11。优选地，第一发光二极管3 和第二发光二极管5发出至少近似地并且在时间平均值上同样多的光，使得从第一发光二 极管3到第一光电二极管11的光学路段与从第二发光二极管5到第二光电二极管12的光 学路段具有至少近似相同的特性。另外，第一光电二极管11应当与第二光电二极管12具 有至少近似相同的换能器常数、即在光探测方面的相同效率。如果物体21是均勻的并且足 够大，则在第一光电二极管11中产生与在第二光二极管12中在时间平均上至少近似相同 的电流量。图3示出当确定对象朝向或远离传感器装置运动时，图1和图2中所示的传感器 装置中的差信号如何变化。在所示的坐标系中，在横坐标上绘出对象距传感器装置的间隔， 其中零点位于该轴的左端并且也被称为零点。该标度是任意的。在纵坐标上绘出差信号， 其中零点同样位于刻度的下端并且再次被相应地称呼。在此，标度也被任意选择。从图3中可以明确地看出，一旦该对象距传感器装置的间隔低于确定的极限，则 差信号就非常剧烈地上升。因此，该传感器装置非常好地适于作为接近报警器，例如该传感 器装置被用于门的自动开启。由于该传感器装置在远距离处的物体的情况下仅仅具有非常小的敏感性，所以该 传感器装置还特别好地适于作为例如可以用来保护例如位于容器一例如展览橱窗一中的 贵重物品的入侵报警器。因此，上述类型的传感器装置仅仅小程度地受展览橱窗的墙壁和 玻璃片的影响。但是所述传感器装置不仅可以被用于确定固态物体，而且可以被用于识别液体、 气体、以及具有确定光学特性的悬浮微粒、即例如烟雾。因此，上述功能原理也可以被应用 于烟雾报警器。图4示出在图1和图2所示传感器装置的情况下的若干电压和电流的时间变化曲 线。第一信号41对应于由信号源1(参见图1和图2)所输出的电压的时间变化曲线。第 二信号42对应于流经第一发光二极管3的电流。第三信号43对应于流经第二发光二极管 5的电流。第四信号44对应于作为光探测结果由第一光电二极管11所产生的电流。第五 信号45对应于作为光探测结果由第二光电二极管12所产生的电流。由光电二极管11和 12所产生的电流的大小依赖于由发光二极管3和5所发出的光的量以及要识别的对象的大 小和反射特性。在此，在图4中假设存在这样大的对象并且因此在两个光电二极管11和12中产生可感知的电流。但是该电流分别没有大得以至于任何部件在其线性工作范围之外运 行。在电流流经第一发光二极管3的时间段内，在第一光电二极管3中流动有相对大 的电流。而在电流在第二发光二极管5中流动的时间段内，在第一光电二极管3中流动有 相对小的电流或根本没有电流流动。这是由于，如上面已经详述的那样，由第二发光二极管 5发出并且被对象6反向散射的光优选地到达第二光电二极管12并且以显著更小的规模到 达第一光电二极管11。以相同的方式，在电流流经第二发光二极管5的时间段内，由第二光电二极管12 产生相对大的电流。在电流流经第一发光二极管3的时间段内，由第二光电二极管12产生 相对较小的电流。图4中所示的第六信号46对应于连接线路13与14之间的电流。由于两个光电 二极管11和12被反并联，因此该电流等于两个光电二极管13和14中的电流的差。在此 假设当第一光电二极11的电流大于第二光电二极管12的电流时，该差为正。但是符号的 选择是任意的，并且对所述传感器装置的功能没有影响。当电流流经第一发光二极管3时， 连接线路13与14之间的电流为正。而当电流流经第二发光二极管5时，该电流以近似相 同的绝对值为负。因此，在差分放大器15的输入端处施加有如下电流该电流具有至少近 似矩形的形状并且该电流直流分量至少近似为0。相同的情况也适用于差分放大器15的被 输送给分析单元16的输出电压。还可能发生的是，存在多个小的对象。这在图5中示出，其中示出有根据本发明第 二实施例的传感器装置。该传感器装置与图1和图2中所示的传感器装置相比附加地具有 两个开关元件，其中通过断开一个开关元件可以有针对性地分别停用一个发光二极管。接下来描述不同的情况，其中分别有一个小的未示出的对象位于不同的位置处， 所述位置用附图标记51、52和53来表示。当然，这些位置51、52、53仅仅是示例性的，并且 对象也可以位于任意其它的位置处。同样可以在该传感器装置的检测区域中同时存在多个 小的对象。如果小的对象位于位置51处，则光从第一发光二极管3沿着光路54到达第一光 电二极管11。而由第二发光二极管5所发出的光不到达或者仅有非常小的份额到达第二光 电二极管12。图6中示出随后在传感器装置中产生的信号。信号源1的矩形电压用附图标记41 来表示。为了易于理解，该信号被双重地、即在图6的左栏和右栏中被绘出。经过第一发光 二极管3的电流对应于信号42，并且经过第二发光二极管5的电流对应于信号43。信号42 和43也被双重地绘出。如果小的对象位于位置51处，则相对多的光从第一发光二极管3到达第一光电二 极管11，从而在第一光电二极管11处产生相对大的电流。该电流被表示为信号61，并且在 时间上与经过第一发光二极管3的电流42同相。而仅有少量的光到达第二光电二极管12， 使得如用信号62所示出的那样，该电流小。信号63示出差分放大器15的输入端处的总电 流。该电流对应于电流61和62的差，其中第一电流61被考虑为正并且第二电流62被考 虑为负。差电流63在时间上与经过第一发光二极管3的电流42同相，并且具有正的直流 分量。
如果小的对象位于位置53处，则相对多的光从第二发光二极管5到达第二光电二 极管12。那样的话，由第二光电二极管12产生相对大的电流，该电流被表示为信号65并且 与经过第一发光二极管的电流42反相。而仅有少量的光到达在第一光电二极管11，使得如 用信号64所示出的那样，该相应的电流小。信号66示出差分放大器15的输入端处的总电 流。该差电流66又对应于电流61和62的差。差电流66同样在时间上与经过第二发光二 极管5的电流43同相，但是该差电流66具有负的直流分量。如果存在大的对象，则光电二极管11、12的电流的差同样在时间上与经过第一发 光二极管3的电流42同相。而如可以从信号46(参见图4)中看出的那样，该直流分量相 对小或者甚至变为零。处于中间位置52处的小的对象基本上不产生输出信号。传感器装置的该特性不 仅是允许的，而且是所期望的。总的来说成立的是差信号的直流分量与幅度的比例可以给出对要识别的对象的 大小的指示，其中尤其可以排除的是，单个的小的对象得出具有大幅度和小直流分量的信 号。该比例变化的速度可以给出对对象的速度的指示，并且符号可以给出对对象的位置的 指示。因此，分析单元16能够通过分析放大器15的输出信号推断出被识别的对象。但是 为此需要放大器15也必须能够放大直流信号。如果发光二极管3和5被单个地关断，则也可以推断出要识别的对象的大小。为此 所需的开关元件同样在图5中示出并且配备有附图标记56和57。根据在此所示并且特别 优选的实施例，第一开关元件56被设置为中断从信号源1到第一发光二极管3的信号流。 尽管开关元件56被绘制在放大器2之前，但是开关元件56可以位于信号源1与第一发光 二极管3之间的信号路径中的任意位置处。以相同的方式，第二开关元件57被设置为中断 从信号源1到第二发光二极管5的信号流。另外，设置有控制装置58，该控制装置58也被输送以信号源1的输出信号并且基 于该输出信号的特性以及其它输入量来操控开关元件56和57。因此，借助于控制装置58 可以周期性地改变开关元件56和57的开关状态，其中在第一运行状态下，两个开关元件56 和57都闭合，在第二运行状态下，仅开关元件56闭合，并且在第三运行状态下，仅开关元件 57闭合。如果在开关元件56和57闭合的情况下接收到大的差信号，则或者是大的对象，或 者是第一发光二极管3之前的处于被表示为51的位置处的小对象，或者是第二发光二极管 5之前的处于被表示为53的位置处的小对象。如果差信号的大小在断开第一开关元件56 以后降低到大约一半，则必然是大的对象。如果差信号的大小在断开第一开关元件56以后 完全或基本上变为零，则必然是位于用51表示的位置处的小的对象。如果差信号保持大致 相同，则必然是位于位置53处的小的对象。借助于第二开关元件57，同样可以以相同的方式确定是大的对象、位置51处的 小的对象、还是位置53处的小的对象。由于借助于两个开关元件56和57获得基本上相同的信息，因此可能的是存在仅 一个开关元件的实施方式。但是由于第二开关元件的提供一般而言不会导致大的附加的设 备成本并且允许以更大确定性来确定对象的大小和位置，因此应当优选具有两个开关元件 的所示实施方式。这在存在两个以上发光二极管的情况下也成立，其中那样的话，应当优选单个地关断每个发光二极管的实施方式。小的对象例如可能是昆虫。昆虫不会带来直接的危险，从而不需要触发警报。但 是尽管如此昆虫也是一种危害，因为昆虫例如可能损坏展览橱窗中所展示的内容物。因此， 适宜的可以是，当仅仅小的对象被传感器装置确定时，也给用户输出警告。在运行光电接近报警器或危险报警器时所存在的危险是，外来光一例如阳光一或 者人造光源的光到达一个或多个光电二极管。那样的话，所述一个或多个光电二极管可能 被过度激励并且因此该传感器装置的功能受到不利影响。当然，技术人员知道可以减小外 来光的影响的措施。这样的措施例如包括在光电二极管之前安装合适的滤波器，使得仅仅 让确定的并且尽可能与干扰源具有不同波长的光通过。另外，测量信号可以被调制为使得 测量信号的时间特性尽可能与所有可设想的干扰源不同。因此，根据前述原理所构造的接 近报警器或危险报警器可以实现对这样的干扰的附加抑制，而为此无需另外的开关元件和 /或措施。图7示出在检测距离远的和强烈地发光的物体71的情况下的已经在图1和2中 示出的传感器装置。该物体例如可以是太阳。物体71发出射束，该射束尤其是沿着光路72 到达第一光电二极管11并且沿着光路73到达第二光电二极管12。如果辐射的对象71距 传感器装置的间隔足够大并且该辐射特性足够均勻，则沿着两个光路72和73到达两个光 电二极管11和12的能量基本上相同。因此，两个光电二极管11和12的输出电流也基本 上相同。因为两个光电二极管11和12通过连接线路13和14被反并联，所以这两个光电 二极管11和12的单电流基本上相互抵消，使得在差分放大器15的输入端中仅有小的电流 流动，并且在该放大器15的输出端处仅产生小的电压。特别适宜的是，对于光电二极管11和/或对于光电二极管12分别使用至少一个 PIN 二极管12。也就是说，PIN 二极管是特别低欧姆的，并且也可以没有困难地处理由强信 号源导致的大电流。在特定应用情况下可能期望的是，在静止状态下将差电流平衡为0。尤其是在传感 器装置应当对侵入的物体特别敏感的情况下情况如此。图8根据本发明的第三实施例示出如下的传感器装置该传感器装置具有两个可 调的用于将差信号平衡到预先确定的值的平衡元件81和82。平衡元件81位于信号源1到 第一发光二极管3的信号路径中并且在非反相放大器2之前。平衡元件82位于信号源1 到第二发光二极管5的信号路径中并且在反相放大器4之前。这些平衡元件81和82可以 借助于合适的算法被平衡为使得放大器15的输出端处的差电流在静止状态下为0或者取 其它所期望的值。应当指出，两个平衡81和82完全不必都存在。更确切地说，在从信号源1到第一 发光二极管3或者从信号源1到第二发光二极管5的两个信号路径之一中存在一个平衡元 件就足够了。平衡元件也完全不必被布置在所绘出的位置处。平衡元件可以被布置在信号 源1与第一发光二极管3或第二发光二极管5之间的任意位置处。但是图8中所示的实施 方式具有电路技术上的优点，所通过的方式是(a)平衡元件81和82可以被构造为使得它 们仅须减弱而不必放大；以及(b)平衡元件81和82被置入到信号功率小的位置处，使得该 电路可以简单且节省成本地来实现。另外应当指出，同样可以在两个光电二极管11和12与放大器15之间的接收路径中进行平衡。图9示出具有基板105的烟雾报警器100。根据在此所示的实施例，该基板是电路 板105或者用于容纳电子器件和光电器件的合适的电路载体。被安装在电路板105处的全 部器件以未示出的方式借助于印制导线或电线连接以合适方式被接触。烟雾报警器100包括第一反射光障110和第二反射光障120。第一反射光障110 具有第一光发送器111以及在共同的壳体中被布置得与其紧邻的第一光接收器112。第二 反射光障120具有第二光发送器121以及在共同的壳体中被布置得与其紧邻的第二光接收 器 122。第一光发送器111与电路板105的平面基本垂直地发出第一照射光111a。第一照 射光Illa在里面例如存在烟雾的第一探测空间115中至少部分地以大致180°被反向散 射。被反向散射的光作为第一测量光112a到达第一光接收器112。以相应的方式，第二光发送器121与电路板105的平面基本垂直地发出第二照射 光121a。第二照射光121a在里面例如存在烟雾的第二探测空间125中至少部分地以大致 180°被反向散射。被反向散射的光作为第二测量光122a到达第二光接收器122。另外，烟雾报警器100具有减法单元136，该减法单元136从两个光接收器112和 122的输出信号中形成差信号。该差信号被输送给烟雾报警器100的数据处理设备135。另外，设置有控制设备130，该控制设备130与两个光发送器111和121相耦合。 由此两个光发送器111和121可以彼此独立地被激活或接通。烟雾报警器100的全部部件110、120、130、135和136都被安装在电路板105处， 并且以合适的方式被电接触。由此烟雾报警器100可以以非常扁平的构造方式被实现。在 此，烟雾报警器100的高度仅仅由电路板105的厚度以及由部件110、120、130、135和136
来确定。根据在此所示的实施例，全部的部件110、120、130、135和136都是所谓的表面安 装技术构件。由此例如可以实现仅仅为2. Imm的总高度。在此，该总高度通过电路板105 的上侧与该烟雾报警器的在图1中配备有附图标记140的下表面之间的间隔得出。根据在此所示的实施例，光发送器111、121和光接收器112、122的光活性面与表 面140吻合。这意味着，在这些光活性面与相应的探测空间115、125之间不存在烟雾报警 器100的其它部分。这对于盖板或壳体部分也成立。但是在许多应用中、尤其是在住所区 域中，在公知烟雾报警器中常常为了防沾污目的而设置的这样的盖板是毫无必要的。此外， 也可以使用光障，所述光障针对光发送器111、121和光接收器112、122的光活性面已经具 有透明的保护层，使得由此存在至少一定的污染防护。具有两个平行排列的反射光障的烟雾报警器100具有如下优点该烟雾报警器 100不具有光学元件、例如透镜或镜。由此，该烟雾报警器可以通过特别简单的方式利用低 成本的部件被制造。在组装或安装该烟雾报警器时，也没有特别的安装公差需要注意。该 烟雾报警器所有所需的部件是可以低成本地提供的大规模生产的产品。应当指出，原则上由于平行的光束llla、112a、121a、122a所存在的危险是，远距 离处的固态对象可能被解释成烟雾。被意外地带到探测空间中的烟雾报警器100附近的物 体对象可以根据非常强烈的反向散射信号而与烟雾信号良好地区分开。但是位于烟雾报警 器的视野内的远距离处的散射对象由于其在大多数情况下为漫射性的反向散射而仅仅提
20供弱的信号，并且不再能够利用上面的标准而被可靠地同烟雾区分开。但是对烟雾与远距离处的物体散射对象之间的可靠的区分能力可以利用所述烟 雾报警器100通过如下有效的方式进行例如在由激活的光发送器111发出照射光IlOa期 间关断或停用另一光发送器121。同时有两个光接收器112和122被激活。如果在这种情 况下，两个光接收器112和122至少近似地示出相同的信号，则是位于该烟雾报警器视野内 的探测空间之外的物体的远回波。该回波例如可以来源于由烟雾报警器100所监测的空间 的地面而不是烟雾颗粒。也就是说，尤其是在天花板安装烟雾报警器100的情况下，烟雾颗 粒可能至少部分地也位于烟雾报警器100的附近，使得在这种情况下两个光接收器112和 122的信号强度不同。为了探测烟雾也可以简单地分析两个光接收器112与122之间的差信号。在此， 也可以有效地抑制外来光的影响。图10示出已经在图9中示出的减法单元，该减法单元现在被配备有附图标记236。 给减法单元236的“正输入端”输送第一光接收器的第一输出信号212b，在图10中给第一 光接收器配备附图标记212。给减法单元236的“负输入端”输送第二光接收器的第二输出 信号222b，在图10中给第二光接收器配备附图标记222。从两个输出信号212b和222b中 形成差信号236b，该差信号236b被输送给在图10中未示出的数据处理设备。差信号236b 可以如上述那样在该数据处理设备中被分析。图11以示意图示出光脉冲由于在不同空间分布的物体315a和315b处的散射造 成的时间上的展宽或结构化。物体315a和315b明确地不是烟雾。从时间上的展宽或者时 间上的结构化的程度可以获得关于物体散射对象315a和315b的空间分布的推断。如从图11中可以看出的那样，光发送器311发出具有至少一个短光脉冲313的照 射光311a。然后，该光脉冲313在位于该报警器的视野中的物体315a和315b处以大约180 度被反向散射。在此，该反向散射发生在报警器311、312的视野内的所有可能的物体处。但 是出于清楚性的原因，在图11中的图示中仅仅考虑两个物体。示例性的物体315b与光发 送器311相距间隔d，另一示例性的物体315a与光发送器311相距间隔d'。根据在此所 示的实施例，物体315a是所监测空间的地面。物体315b可以是任意的物体、例如家具，该 家具件持续地或暂时位于地面315a与烟雾报警器311、312之间。光脉冲313首先落到与光发送器相距间隔d的第二物体315b上。在此，光能的 一部分被反向散射，使得落到光接收器312上的测量光312a具有第一反向散射脉冲313a。 然后，在此期间被稍微减弱的光脉冲313落到与光发送器相距间隔d'的第一物体或地面 315a上。即使在地面315a处也有光能的一部分被反向散射，使得测量光312a具有第二反 向散射脉冲313b。因此，在考虑到可以考虑的全部物体的情况下得出大量单个反向散射脉冲的叠 加，其中所得到的总反向散射脉冲与输入光脉冲313相比被显著展宽。在此，由于可能位于 报警器的视野中的烟雾的吸收，较晚的反向散射脉冲的强度与较先落到光接收器312上的 反向散射脉冲相比可能被减小。由此得出总反向散射脉冲的非对称的形式或非对称的时间 变化曲线，该总反向散射脉冲在图11中配备有附图标记314。在这种情形下应当指出，可能位于报警器的视野中的与烟雾报警器311、312相距 通常为几厘米以上间隔的烟雾不提供对所接收的光学反向散射信号的值的重要贡献。
21
因此，为了检测反向散射信号的上述展宽或结构化效应，可以针对智能烟雾探测 不仅分析反向散射的绝对值或强度，而且还分析相应的脉冲反向散射信号的时间变化曲 线。在此，如上面已经表明的那样，每个输入光脉冲313可以产生多个源自空间分布的物体 315a、315b的反向散射脉冲313a、313b、· · ·。物体相距越远，去往那里的光束311a就越多 地由于可能在空间空气中含有的烟雾颗粒的散射和吸收而被衰减。同样的情况发生于被反 向散射的测量光312a。但是相距较远的物体的回波也较晚地到达光接收器312。因此，根 据所接收的光脉冲的时间变化曲线，可以确定位于该烟雾报警器的视野中的物体的空间分 布或布置。应当指出，也可以测量光脉冲从被发出直到接收到反向散射的光脉冲314的传播 时间并且由此计算出光发送器311或光接收312与物体315a和315b之间的距离。
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-发光二极管发光二极管
管管 极极 光光二 二 送送电电
发发光光
一 二 一 二
Αβ Αβ Αβ Αβ ^ ^ ^ ^
附图标记列表
1信号源/函数发生器
2非反相放大器
3第一光学发送设备/第-
4反相放大器
5第二光学发送设备/第
6对象
7第一发送射线
8第二发送射线
11第一接收设备
12第二接收设备
13电线路
14电线路
15差分放大器
16分析单元
21物体(反射性的)
22光路
23光路
24光路
25光路
33测量曲线
41信号源1的电压变化曲线
42经过第一发光二极管3的电流变化曲线
43经过第二发光二极管5的电流变化曲线
44第一光电二极管11的电流
45第二光电二极管12的电流
46差电流
51对象位置
52对象位置
22
236减法单元
236b差信号
311发送设备丨ζ光发送器
311a发送射线丨丨照射光
312接收设备丨ζ光接收器
312a接收射线丨丨测量光
313射线脉冲丨丨光脉冲
313a反向散射脉冲
313b反向散射脉冲
315a第一物体丨Z地面
315b第二物体
权利要求
一种用于对对象(6)进行光学检测的传感器装置，该传感器装置具有●第一发送设备(3)，其被安排为发出第一发送射线；●第一接收设备(11)，其被安排为接收第一接收射线；●第二接收设备(12)，其被安排为接收第二接收射线；以及●分析单元(16)，其被接在第一接收设备(11)和第二接收设备(12)之后，其中第一接收射线和/或第二接收射线具有在第一发送射线在对象(6)处至少部分地被散射的情况下所产生的散射光；以及其中分析单元(16)与第一接收设备(11)和第二接收设备(12)相耦合，使得能够给分析单元(16)输送第一接收设备(11)的第一输出信号与第二接收设备(12)的第二输出信号之间的差信号。
2.根据前一权利要求所述的传感器装置，进一步具有 第二发送装置(5)，其被安排为发出第二发送射线，其中第一接收射线和/或第二接 收射线具有通过第二发送射线在对象(6)处的至少部分的散射所产生的散射光；以及 控制设备(1，2，4，130)，其与第一发送设备(3，111)并且与第二发送设备(5，121)相 耦合，并且被安排为使得第一发送设备(3，111)能够独立于第二发送设备(5，121)地被激活。
3.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，进一步具有 开关元件(56)，其与第一发送设备(3)相耦合，使得第一发送设备(3)能够被停用。
4.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，进一步具有 平衡元件(81)，其被布置在到第一发送设备(3)的发送信号路径中或者在从第一接 收设备(11)的接收信号路径中，并且能够被改变为使得能够将差信号调节到预先确定的值。
5.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中分析单元(16)被安排为使得能够确定差信号的直流分量和差信号的交流分量。
6.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中第一发送设备(3)、第一接收设备(11)、以及第二接收设备(12)被相对于彼此布置和 排列为使得-在第一发送射线在对象(6)处发生散射的情况下，对于给定的环境射线，第一接收设 备(11)的第一输出信号不同于第二接收设备(12)的第二输出信号；以及-这些输出信号在对象(6)远离该传感器装置移动以后，对于该相同的环境射线，不同 程度更低。
7.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中减法单元(13，14，136，236)在输入侧与第一接收设备(11，112，212)和第二接收设备 (12，122，222)相耦合并且在输出侧与分析单元(16，135)相耦合。
8.根据权利要求7所述的传感器装置，其中第一接收设备(U)和第二接收设备(12)彼此以相反极性并联。
9.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，进一步具有 基底元件(105)，其具有平面的安装面，其中在所述安装面上安装有第一发送设备、 第一接收设备、被安排为发出第二发送射线(121a)的第二发送设备(121)、以及第二接收设备(122)，其中第一接收设备(112)被布置在第一发送设备(111)附近并且被安排为接收第一 接收射线(112a)，该第一接收射线(112a)由于第一发送射线(Illa)在位于第一探测空间 (115)中的测量对象处的反向散射而产生；以及其中第二接收设备(122)被布置在第二发送设备(121)附近并且被安排为接收第二 接收射线(122a)，该第二接收射线(122a)由于第二发送射线(121a)在位于第二探测空间 (125)中的测量对象处的反向散射而产生。
10.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中-第一发送设备(111)和第一接收设备(112)通过第一反射光障(110)来实现和/或-第二发送设备(121)和第二接收设备(122)通过第二反射光障(120)来实现。
11.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中-第一发送射线(Illa)的方向相对于第一接收设备(112)方向上的所述安装平面的法 线倾斜和/或-第二发送射线(121a)的方向相对于第二接收设备(122)方向上的所述安装平面的法 线倾斜。
12.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中第一发送射线(Ila)的方向与第二发送射线(121a)的方向彼此平行。
13.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中第一发送设备(111)和第二发送设备(121)以及第一接收设备(112)和第二接收设备 (122)分别是该传感器装置的外部界限。
14.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中第一接收设备(112)被安排为检测第一接收射线(Illa)的时间变化曲线。
15.根据前述权利要求之一所述的传感器装置，其中第一发送设备(111，311)被安排为发出第一脉冲发送射线(311a，313)。
16.一种用于对对象(6)在检测区域中的存在进行光学检测的接近传感器，该接近传 感器具有 根据权利要求1至15之一所述的传感器装置。
17.一种用于识别危险情况、尤其是用于探测所监测的空间中的烟雾的危险报警器，该 危险报警器具有 根据权利要求1至15之一所述的传感器装置。
全文摘要
文档编号G08B17/103GK101952861SQ20098010564
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者Vollenweider Walter 申请人:Siemens Ag