粒子检测的制作方法

专利名称：粒子检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粒子检测。以下将描述的本发明适用于烟雾检测领域，但是应该 理解为本发明并不限制在该用途。
背景技术：
已知有多种检测空气中粒子的方法。一种检测空气中粒子物质存在的方法包括射 出光束，所述光束横穿被监测区域，以及测量光束的减弱。此类检测器通常被称作“遮挡检 测器”或简称“光束检测器”。例如，传统的光束检测器如图1所示。检测器100包括光发射器和检测器102以 及反射器104，它们分别置于被监测区域106的两侧。来自光发射器和检测器102的入射光 108朝向反射器104射出。反射器104反射入射光108作为反射光110。反射光110被朝 向光源和检测器102反射回来。如果粒子物质进入被监测区域106，粒子物质将减弱入射光 108和反射光110，并且促使光源和检测器102处接收的光量减少。替代的光束检测器省略 了反射器，并且通过光源横穿被监测区域106直接照明检测器。其它几何结构也是可行的。同时光束检测器所用的烟雾检测机构为声音、光束检测器，通常都具有很多问题。首先，光束检测器可能具有1类(误确认)错误，其中异物或其它粒子物质例如灰 尘进入被监测区域，并且遮挡光束。光束检测器通常不能区别由感兴趣粒子(例如烟雾) 引发的遮挡和由于非感兴趣异物(例如飞入光束的虫子)的存在导致的吸收。其次，光束检测器需要在安装时精确对准。此类对准是为了确保在正常条件下，没 有烟雾时，光进入传感器，以捕获传输光束的主要部分，并且转而将对遮挡的敏感度提高至 最高程度。这种校准可能是慢的并且因此实现起来成本很高。而且，当检测器的物理环境 发生变化时(例如由于光束检测器附接的结构的小的运动)，可能需要重复校准。在一些情 况中，如果检测器上的入射光的强度下降地非常快，那么这种未对准可能会引发错误报警。第二个问题的一种补偿方法是引入光电检测器，所述光电检测器具有覆盖大范围 入射角度的高灵敏度。这就减少了用别的方法产生的光束与光电检测器之间的较差的对准 的影响。但是，这种解决方案是以对不希望的背景光的增强的灵敏度为代价的，这转而使检 测过程复杂化，并且增大了未能成功检测感兴趣粒子存在的可能性。提供能量至粒子检测系统中的发射机成本很高。在能够供应的能量的量方面存在 实用的/商业的限制。受限制的能量供应限制了发射机的光能输出，这转而限制了被测量 信号的信号对噪声的比率。如果该系统的信号对噪声的比率下降地太多，那么该系统可能 会经常或频繁地错误报警。在一些系统中，信号对噪声的比率能够通过采用接收器处的长综合时间或平均时 间来增强。但是，如果采用长综合时间，系统响应时间(通常在10秒和60秒之间)必须被 增大至更高的级别。这是不希望的。

发明内容
本发明的第一方面提供了一种粒子检测系统，包括至少一个光源，所述光源适于 照明至少以两种波长监测的体积；接收器，所述接收器具有视野，并且适于在来自至少一个 光源的光已经穿越被监测体积之后接收所述光，并且适于产生指示在所述接收器的视野内 区域接收的光的强度的信号；处理器，所述处理器与所述接收器相关联，所述处理器适于处 理由所述接收器产生的信号，以将在所述接收器的视野内的对应区域内接收的至少两种波 长的光联系起来，并产生指示两种波长的光的相对遮挡率的输出。本发明的另一方面提供了一种粒子检测系统，包括至少一个光源，所述光源适于 以至少两种波长照明被监测的体积；接收器，所述接收器适于在来自至少一个光源的光穿 越被监测体积之后接收所述光，并且适于产生空间地并且光谱地分解接收光的输出；处理 器，所述处理器用以将在对应的空间位置中接收的至少两种波长的光联系起来，并产生指 示在被监测体积内存在粒子的输出。优选地，所述接收器包括传感器，所述传感器具有多个传感器元件。所述接收器还 可包括图像形成光学以形成包括至少一个光源的图像。所述光源能够包括一个或多个光发射器，所述光发射器适于以相应的波长发出 光。光源能够仅发出单个波长，或多个波长。所述光源能够在不同的时间以至少两种波长中的每一种照明被监测的体积。替代 地，光源包括光发射器，所述光发射器适于同时发出涵盖广泛波长带的光，所述广泛波长带 包括至少两种波长。优选地，所述粒子检测系统包括多个光源。所述处理器适于确定在对应的空间位置中接收的至少两种波长的光的相对强度， 并产生指示在被监测体积内存在粒子的输出。此类系统的调试能够包括近似地对准所述光源和接收器，使得至少一个光源照明 所述接收器，以及在图像传感器中选择哪个空间位置对应于光源，并且将用于测量接收的 光的强度，测量值对应于光源。由于系统的几何结构将随着时间的推移而变化，处理器优选 地随着时间的推移追踪对应于光源的空间位置。利用距离光传感器远方定位的光源能够形成光束，并且所述光束设置为发出一种 或多种波长的光，所述光横穿被监测区域。光束能够利用一个或多个反射靶形成，所述反射 靶适于反射光发射器的横穿被监测区域的光束。在这种布置中，光发射器能够靠近远方定 位的光传感器和反射靶安装。系统能够包括多个在公共光接收器上接收的光束。另一方面，本发明提供了一种光束检测器，用于检测被监测体积内的感兴趣粒子， 所述检测器包括至少一个光源，所述光源用于射出光，所述光横穿被监测区域，所述光包括多种波 长，所述多种波长包括至少第一波长以及至少第二波长，所述第一波长相对地不受感兴趣 粒子的影响，所述第二波长至少受所述粒子的影响；接收器，所述接收器用于接收至少一部分所述射出的光，并且输出指示以至少第 一和第二波长从所述光源接收的光的强度的信号；以及控制器，所述控制器适于处理以所述第一和第二波长中的至少一种波长的接收器的输出，并提供指示是否感兴趣粒子在所述被监测区域被检测到的输出。当然，可以理解，“第一波长”和“第二波长”可指示由具有宽的光谱放射发射器发 射的波长部分，而且还可用于指示参照其中一个波长(通常为中心波长)的相对窄的波长 带，例如由发射器(像激光二极管或LED等)发出的窄的传输频带，例如第一波长带可以是 红外的并且集中在850nm并且具有带宽50nm。可以理解，同时说明性实施例涉及可见或接近可见电磁放射的使用，宽泛地包围 电磁光谱的透射电镜光(tem light)能够被看见。但是EM(电磁波)光谱的可见和接近可 见部分中，实际地并且便宜地产生、控制、聚焦以及接收中的困难被降至最低。通过这种方式，接收的第一和第二波长的光的级别能够被用于在感兴趣粒子的存 在和由其它因素引起的接收的光的级别中的变化之间区分。光源能够选择性地(例如暂时地、空间地或光谱地)射出至少两种波长的光。替 代地，光源能够射出具有广泛带宽的光，例如白光，所述具有广泛带宽的光包括至少所述第 一和第二波长的光。在具有广泛带宽光源的系统中，接收器可与彩色过滤器协作以接收并 辨别至少两种波长。优选地，接收至少两种波长的光的级别的相对强度被确定，例如，它们之间的比例 或者差值。在光的相对强度基本保持相同的情况中，接收光级别的变化归因于因数而不是 所述被监测区域内感兴趣粒子的存在。如果满足错误条件，则能够用信号传达错误。在接收的一种或两种波长的光的级别的变化促使光的相对强度以预定方式变化 的情况中，所述接收光级别的变化能够归因于被监测区域内感兴趣粒子的存在。如果满足 报警条件，则能够用信号传达粒子检测报警。优选地，第一波长在电磁波谱中的红外部分中。优选地，第二波长在电磁波谱中的 紫外部分中。以第一和第二波长的照明优选地交替执行。交替照明穿插着不照明的时间段。在另一个实施例中，基于接收的一种或两种波长的光的级别确定的第二报警条件 也被限定，使得在接收的一种或两种波长的光的级别的变化不会促使光的相对强度以促使 第一报警条件被满足，而第二报警条件能够满足的方式变化。优选地，所述第二报警条件是基于接收的一种或两种波长的光的级别的值。更具 体地，第二报警条件将接收的一种或两种波长的光的级别的值与门限相比较。第二报警条 件能够基于接收的一种或两种波长的光的级别的变化率确定。本发明的该方面还提供了一种检测被监测区域中粒子的方法，包括将包括第一和第二波长的光发出至被监测区域；所述第一波长为其横穿被监测区 域的传输相对不受感兴趣粒子的影响的波长，并且第二波长为其横穿被监测区域的传输受 到感兴趣粒子的影响的波长；在穿越被监测区域之后，接收第一和第二波长的光，并且产生指示接收的至少第 一和第二波长的光的强度的信号；处理所述指示接收的至少第一和第二波长的光的强度的信号，以提供指示在所述 被监测区域的感兴趣粒子是否被检测到的输出。指示接收的至少第一和第二波长的光的强度的信号的处理步骤能够基于接收的 第一和第二波长的光的相对强度的变化。
在以至少所述第一和第二波长的光的相对强度以预定方式变化的情况中，能够做 出指示在所述被监测区域中存在感兴趣粒子的输出。优选地，以两种波长的相对强度的变 化对比于门限，并且如果相对遮挡的变化超过门限，则指示报警状态。门限可以是用户选择 的，优选地反映10%和50%之间的两个波长的遮挡的差值。在接收的第一和第二波长的光的相对强度保持基本稳定，但是接收的一种或多种 波长的光的绝对强度达到一个或多个预定标准的情况中，能够做出指示在所述被监测区域 中存在感兴趣粒子的输出。本发明的另一方面提供了一种光束检测器，包括用于射出横穿被监测区域的光的 设备；用于接收所述光的设备；以及处理设备；所述用于接收的设备适于在所述光中的至 少两种波长之间辨别；处理设备构造为提供指示被监测区域中粒子的信号，以对接收的至 少两种波长的光的相对强度做出响应；并且处理设备提供指示被监测区域中粒子的信号， 以对接收的至少一种波长的光的级别做出响应，优选地为至少两种波长中的一种。本发明的该方面还提供了一种在被监测区域中检测粒子的方法，包括测量接收的至少两种波长的光的级别以确定粒子浓度，基于接收的至少两种波长的光的相对强度，确定至少一个第一粒子检测标准是否 被满足，以及基于接收的至少一种波长的光级别，确定至少一个第二粒子检测标准是否被满足。本发明的另一方面提供了一种用于粒子检测系统的接收器，所述接收器具有视野 并且适于从至少一个光源接收至少两种波长的光，所述光穿越被监测体积，所述接收器构 造为产生指示在对应于每个光源的视野内的区域接收的至少一个或多种波长的光的强度 的信号。接收器优选地具有相关处理器，所述处理器构造为处理指示接收的两种或多种波 长的光的强度的信号，以确定从至少一个光源接收的两种波长的光的相对遮挡率。接收器 包括传感器，所述传感器具有多个传感器元件，每个元件适于从所述接收器的视野内的相 应区域接收光，例如视频照相机或类似的图像设备。接收器能够从相同的区域中从光源接 收至少两种波长的光。替代地，所述接收器能够接收不同区域的来自两个光源的不同波长 的光，并确定从两个光源接收的不同波长的光的相对遮挡率。本发明的另一方面提供了一种用于粒子检测系统的接收器，所述接收器包括光传 感器，所述光传感器具有视野，并且能够区分从所述视野内的多个区域接收的具有两种或 多种波长的光；以及处理器，所述处理器适于从所述光传感器接收表示接收的光的数据，并 且适于识别多个接收来自一个或多个光源中相应的一个光源的光的区域中的至少一个区 域；所述处理器基于在多个区域中的被识别区域中接收的至少两种波长的光的相对级别， 提供指示被监测区域内的粒子的信号。优选地，所述处理器适于随着时间的推移更新所述至少一个区域的识别。优选地， 所述光传感器包括多个光传感器元件，例如像素，所述每个光传感器元件对应于所述视野 的相应的区域。处理器适于识别包括一个或多个光传感器元件的子集，所述一个或多个光 传感器元件接收来自光源的光。处理器处理在相继的时间段内接收的数据，并随着时间的 推移追踪对应于一个或多个光源的传感器元件的子集中的变化。有利地，这种布置能够具有在简单对准方面的广域传感器的优点，以及在接收器 噪声方面的窄的观看角度传感器的优点。
此类系统的调试可包括近似地对准光束和光传感器，使得光束落在传感器上，并 执行图像传感器元件选择过程以确定哪个图像传感器元件将被用于获得接收的光强度测 量值。由于系统的几何结构将随着时间的推移而变化，处理器能够随着时间的推移追踪接 收光束的图像传感器元件。光束能够通过一个或多个适于反射光发射器的横穿被监测区域的光束的反射靶 形成。在这种布置中，光发射器能够靠近远方定位的光传感器和反射靶安装。实际上，接收 器可包括一个或多个发射机用于向一个或多个反射靶射出光，所述靶形成所述光源。一种系统可包括在公共光传感器上接收的多个光束。每个光源可包括一个或多个带通过滤器以选择性地发出选定波长带内的光。本发明的该方面还提供了一种粒子检测系统，包括此类接收器，以及至少一个光 源，所述光源用于与所述接收器协作以限定至少一个光束检测器。优选地，所述系统包括至 少一个其它光束检测器以及控制设备(全部或部分由处理器形成)，所述控制设备构造为利用第一光束检测器检测粒子；确定粒子是否由至少一个其它光束检测器检测；以及基于所述确定，确定被检测粒子的位置，以及所述第一光束检测器和至少一个其 它光束检测器的相对位置。至少两个光束检测器可以仅是与公共接收器协作的两个光源。优选地，在粒子也由至少一个其它光束检测器检测的情况中，粒子的位置确定为 由两个光束检测器监测的区域。在粒子不是由其它光束检测器检测的情况中，粒子的位置确定为由所述第一光束 检测器而不是由其它光束检测器所监测的区域。优选地，所述光束检测器布置为使得由该系统监测的区域中的多个位置由至少两 个光束检测器监测。所述系统可包括多个光束检测器，所述光束检测器设置以监测交叉区域。更优选地，粒子检测系统包括第一接收器，所述第一接收器适于监测多个光束的 遮挡，以由此限定对应的多个光束检测器。在一个实施例中，所述系统包括两个接收器，分别监测多个光束以由此限定两组 光束检测器，并且其中每组中的至少一个光束检测器监测公共位置。优选地，每组中的每个 光束监测至少一个由其它组的光束检测器监测的位置。粒子检测系统可包括光束检测器，所述光束检测器具有不同长度的光束路径。优 选地，至少两个光束检测器紧邻彼此设置，使得它们的长度重叠以确保粒子检测的位置沿 着第一检测器的光束的长度被确定。优选地，粒子检测系统包括光接收器，所述光接收器适于接收多个光束。检测系统 能够包括多个光接收器，所述光接收器适于接收相应的多个光束。优选地，光接收器和光束设置为使得一个或多个光束在已知位置穿过附近的至少 一个其它光束，以确保粒子检测事件定位于以至少一对光束检测粒子的事件中的此类位置 中的一个。本发明的该方面还提供了一种调试粒子检测器的方法，所述粒子检测器包括多个 光源以及一光接收器，所述光接收器包括光传感器，所述光传感器具有视野并且能够区分从所述视野内的多个区域接收的光；所述方法包括布置所述光接收器，使得多个光源处 于所述光接收器的视野内；以及识别，基于所述光接收器的输出，识别接收一个或多个光源 中的相应的至少两个光源的光的多个区域中的至少一个区域，以限定多个虚拟光束检测器 并且独立地确定是否粒子是利用每个虚拟光束检测器检测的。所述方法包括在火警系统上分配对应于每个虚拟光束检测器的地址，所述虚拟光 束检测器由所述接收器的视野内的光源和所述接收器限定。所述方法包括布置一个或多个反射器，所述反射器形成光源并且适于反射来自光 发射器的光。本发明的另一方面提供了一种粒子检测系统，包括多个光束检测器，每个光束检 测器具有相应的光束，所述光束沿对应的光束路径传输，并且其中，至少两个光束检测器的 光束路径具有基本重合的区域，使得在粒子在两个光束中被检测的情况中，被检测粒子的 位置能够被确定为处于基本重合的区域内。优选地，在粒子在两个光束中的一个光束而不是另一个光束中被检测的情况中， 被检测粒子的位置能够被确定为光束内发生检测的位置，而不是基本重合的区域之外。在一个示例系统中，两个光束的基本重合的区域为光束的交叉点。替代地，光束能 够平行于彼此伸出并且重叠在所述光束的至少一个光束的部分长度上，并且基本重合区域 可以是光束重叠的区域。优选地，多个光束检测器共用光源或光接收器。在上述任意实施例中，能够使用多于一个的空间分隔的光源、反射器或光束。另一方面，提供了一种粒子检测器，所述粒子检测器构造为检测被监测区域内的 感兴趣粒子，所述检测器包括远方照明设备，适于发出一个或多个第一波长的光，以照明被监测区域的至少部 分；第二照明设备，适于发出一个或多个第二波长的光，以照明被监测区域的至少部 分；接收器，所述接收器构造为，在发出的第一和第二波长的光的一部分穿越被监测 区域以后，接收这部分光，所述接收器与第二照明设备基本置于同一位置；以及至少一个反射器，距离接收器远方定位并且设置以反射第二照明设备向接收器发 出的光。优选地，反射器和远方照明设备基本置于同一位置。最优选地，它们容纳在公共设 备中。优选地，接收器和第二照明设备容纳在公共设备中。远方照明设备优选地为电池驱动。照明设备优选地包括一个或多个光源。最优选 地，所述光源为LED。所述系统包括多个远方照明设备和/或反射器。本发明的另一方面提供了一种用于此类系统的设备，所述设备包括远方照明设备 和反射器。光源或粒子检测系统，所述光源包括至少一个发光发射器，其适于射出光束；支撑 光发射器的外壳，以及确保外壳附接至支撑结构的安装设备，安装设备连结至外壳，使得外壳的方向能够关于支撑结构而改变，所述光源支撑在所述支撑结构上。光源或接收器能够额外地包括指示器，所述指示器用于指示光束伸出的方向的相 对定向，以及支撑光源的支撑结构或安装设备的轴线中的一个或两个的相对定向。所述指示器能够包括刻度盘，所述刻度盘具有一部分指示关于安装设备的轴线的 角度定向、以及另一部分指示关于光束的伸出方向的角度定向。光源或接收器能够被构造为与可拆除瞄准设备协作以用于光源关于接收器的对 准。一种指示光束检测器中的光源和接收器对准的方法，所述光源构造为发出两束部 分重叠的光束，所述光束由接收器接收，所述方法包括利用第一调制方案调制重叠光束中的第一光束；利用第二调制方案调制重叠光束中的第二光束，所述第二调制方案与第一调制方 案相区别；接收来自光源的光；基于接收光检测的调制方案，确定光源和接收器的相对对准。优选地，如果接收光的一部分被根据第一和第二调制方案中的每一个方案调制， 所述方法包括指示光源和接收器的正确对准。优选地，如果接收光是根据第一和第二调制方案中的仅一个方案调制的，所述方 法包括指示未对准。—种检测粒子检测系统中的光源的状态的方法，所述光源发出由接收器接收的光 束，所述方法包括根据预定的调制方案调制光源的照明；在预定状态存在于光源的情况中，改变调制方案；检测由接收器接收的光中调制方案中的变化。优选地，指示的状态为光源中的低电量状态。所述方法可包括在预定调制方案和变化的调制方案之间间歇地改变调制方案。一种用于检测区域内的粒子的方法，包括提供接收器，所述接收器具有足以观看整个区域的视野；形成多个光束，所述光束横穿所述区域向着接收器射出；改变接收器的视野的定向以监测多个光束；以及基于从每个接收光束接收的光的每个级别，确定所述区域内是否存在粒子。形成多个横穿所述区域向着接收器射出的光束的步骤包括，射出光束，所述光束 横穿当接收器改变时与接收器的视野重合的所述区域。所述光束能够由光源直接形成，或 通过反射来自反射器的光源形成。在所述方法的优选的形式中，包括通过预定角度扫描视野以相继地接收来自多个 光束的光。所述方法包括横穿所述区域以及接收器的视野扫描光源，以及接收由多个反射 器反射的光束。另一方面，本发明提供了一种利用上述类型的粒子检测器在区域内检测粒子的方 法，所述方法包括利用远方照明设备，照明被监测区域的至少一部分；
在远方照明设备发出的光的至少一部分穿越被监测区域之后，并且在接收光级别 满足至少一个预定标准的情况中，接收这部分光；利用第二照明设备，照明被监测区域的至少一部分；在以第二波长发出的至少一部分光穿越被监测区域之后，接收所述这部分光，以 及基于以一种或两种波长接收的信号，确定被监测区域中是否存在粒子。本发明的一方面提供了一种光源，所述光源用于粒子检测器，所述光源包括多个光发射元件，其设置为以相应的方向射出光束；用于选择性地照明一个或多个光发射元件的设备，使得光源能够被构造为以至少 一个选定方向射出。优选地，所述光发射元件为LED。优选地，光发射元件具有相对窄的照明域，并且设置使得光源可具有相对宽的照 明域。优选地，每个光发射元件的照明域至少部分地重叠另一个光发射元件的照明域。一种粒子检测器中的方法，所述粒子检测器包括本发明的之前的方面中的光源以 产生光束，所述方法包括确定光束的所需射出方向；以及选择性地照明一个或多个光发射元件，所述一个或多个光发射元件以所需方向射
出光束ο所述方法包括照明一个或多个光发射元件，并且监测接收器对光束的接收；以及 在光束没被接收的情况下，选择另一个光发射元件用于照明。这个步骤能够重复直至光束 被检测到。在上述实施例中，每个光源能够适于以多个波长产生照明，优选地为两个波长，以 确保上述任一粒子检测方法的实施例能够被实施。在上述实施例中，光源能够适于根据调制方案，产生两种波长的光。所述方案能够 包括脉冲列，所述脉冲列包括第一波长的光脉冲以及第二波长的光脉冲中的至少一个。脉 冲列中可包括一种或两种波长的多个脉冲。在使用多个光源的情况中，光源的调制方案可 以相同或不同。而且，光源的调制模式优选地并不彼此同步。


下面将参照附图，仅以非限制性示例的方式描述本发明的说明性的实施例，其 中图1为现有技术中的光束检测器；图2示出本发明的第一个实施例；图3A和图;3B示意性示出图2所示系统的光接收器204的光传感器接收的图像；图4示出本发明的第二个实施例，其中用到两种波长的光；图5A和图5B示意性示出在两种情况中的图4中检测器的操作；图6示出本发明的另一个实施例，其中在接收器的视野内包括两个靶；图7示出本发明的另一个实施例，其中不包括靶；图8示出本发明的另一个实施例，其具有六个跨越监测区域的光束；
图9示出粒子检测系统，其示出根据本发明的另一方面的寻址方案；图10示出根据本发明的实施例的具有第二寻址方案的粒子检测系统；图IOA示出回射靶；图IlA示出当检测显示大粒子对比小粒子的比例非常高的燃烧产物时，以两种波 长操作的粒子检测器的接收光的强度的曲线图；图IlB为对应图IlA的以第一和第二波长的检测器输出的比较的曲线图；图12A示出对于显示大粒子对比小粒子的比例非常高的燃烧产物，以三种波长的 检测器输出；图12B为图12A中第一波长与第三波长之间的两种波长比较的曲线图；图13示出本发明的实施例中的报警门限如何实施；图14示出用于本发明的实施例的信标；图15示出图14中信标的示意图；图16示出图14中信标的变体的示意性侧视图；图17示出本发明的实施例中的能够用于信标的两个编码方案；图18示出根据本发明的另一个实施例的粒子检测系统，所述系统采用多个固定 信标以及扫描检测器以覆盖90°视野；图19为本发明的实施例中的扫描接收器和光源布置所采用的机械系统的示意 图；图20示出根据本发明的另一个实施例的粒子检测系统，所述系统采用扫描照相 机和光源安置以覆盖360°的视野；图21示出根据具有对准机构的本发明的实施例的信标；图22示出图21中信标的俯视图；图23示出本发明的实施例中的用于对准信标的另一个设备；图M示出图23的对准设备的仰视图；图25示出根据本发明的另一个实施例的信标；图25A示出根据本发明的另一个实施例的信标；图沈示出能够用于本发明的另一个实施例中的另一个信标；图27示出根据本发明的实施例的光束检测器的接收器部件的示意性结构图；以 及图28示出用于本发明的实施例中的示例性脉冲序列。
具体实施例方式图2示出本发明的实施例。检测器200包括光发射器202、接收器204、以及靶206， 它们共同作用以检测被监测区域208内的粒子。靶206反射入射光210并且由此形成光源 并将反射光212返回至接收器204。优选地，所述靶为角隅棱镜或其它适于将光线沿其入射 路径或其它确定路径反射回去的反射器。术语光源可以理解为包括从一个或多个主动产生照明的设备(通常称作光发射 器或在此的光发射机)、以及由另一个设备所产生的照明的反射器(一般称作靶或在此的 反射器)。
在优选的实施例中，接收器204优选地为视频照相机或其它具有多个光传感器的 接收器。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神的基础上，接收器204能够利用 多种图像传感器构成，包括一个或多个CCD (电荷耦合器件)图像传感器、或CMOS (互补金 属氧化物半导体)图像传感器、或能够在跨越其视野的多个点处记录并报告光强度的任意 设备。接收器204接收其视野220范围内的所有的光，并且包括成像光学(imaging optics)以形成其视野220内的图像，其视野220包括在其图像传感器上的靶206。所述光 包括反射光212。接收器204以数据的形式记录其视野范围内的所有光的强度，所述数据代 表贯穿视野的多个位置处的图像强度。该数据的一部分将至少部分地对应于反射光212。 接收器204将图像数据传输至微控制器。所述微控制器分析图像数据并且确定所述数据的 哪一部分提供反射光212的最佳估计。由于接收器204具有广泛的视野，并且能够在其视 野内的多个点处测量光，光发射器202不需要非常精确地对准靶206、或接收器204，因为未 对准所产生的影响仅在于，对应于视野内不同像素的不同部分的数据将用作反射光212的 测量。相应地，如果接收器的视野内包括靶206，图像中的一个或多个感兴趣区域将包括用 于反射光212的测量值。应该注意到，来自感兴趣区域之外的区域的附加背景或漫射光可 以由微控制器忽略。微控制器的关于图像传感器的哪些像素对应于例如反射光212的决定是基于图 像的特定部分相比较于图像的其它区域的相对强度。同理可利用获得的关于环境的信息， 或历史记录的数据。在该决定过程的结尾，微控制器将选定可能对应于图像传感器读取的 像素中的某像素或某像素组的一部分数据，这部分数据能够最可靠地用于测量反射光212 的强度。现在微控制器监测图像的之前选定的对应于反射光212的区域。如果烟雾或其它 微粒物质进入监测区域208，烟雾或微粒物质将遮挡或散射入射光210或反射光212。该遮 挡或散射将作为接收的反射光212的强度的减小而被检测到，接收的反射光212的强度的 减小是在微控制器确定的图像区域中测量的。落在微控制器选定的区域之外的像素，包括反射光212，能够被忽略，因为这些像 素接收的光并不对应于反射光212。随着时间的推移，当建筑物移动或其它因素改变了系统的几何结构时，靶206仍 将处于接收器204的视野内，但是，靶206的图像将出现在接收器204的图像检测器上的不 同的点处。为了寻址(address)检测器的图像的这种运动，微控制器适于随着时间的推移 追踪掠过其光传感器的靶206的图像，以使得烟雾检测随着时间的推移在正确的图像区域 上实现。图3A和图:3B示意性示出在不同时间在图2所示系统的光接收器204的光传感器 处接收的图像。在该实施例中，传感器的输出使得在多个位置接收的光的强度能够被确定。 采用一个形式的传感器是CMOS图像芯片或类似器件，并且包括多个像素302，每个像素对 应于光接收器的视野300中的一个位置。在使用中，微控制器读取多个像素(例如302)的 光强度。在任意给定的图像帧中，接收的光的级别在像素组300中逐像素地变化。通过分析该图像，微控制器能够确定某些像素(或单个像素)对应于靶206的图 像，靶206的图像处于接收器204的视野内。该像素组(标记为304)具有比其它像素大致更高级别的接收光，并且对应于接收的由光源发出的光束。随着时间的推移，当建筑物移动或其它因素改变系统的几何结构，靶206仍将处 于接收器204的视野内，但是，靶206的图像将在接收器204的图像检测器上的不同的点处 出现。为了寻址检测器的图像的这种运动，所述系统微控制器能够适于随着时间的推移追 踪掠过其光传感器的靶36的图像，以使得粒子检测能够随着时间的推移在正确的图像区 域上实现。图:3B大致与图3A相同，除了由靶产生的“斑”已经在视野300内以箭头310所 示方向移动。在一个实施例中，追踪“斑”能够由微处理器执行，所述微处理器最初将对应于视 野内的“斑”的第一组像素坐标存储在存储器中。微控制器周期性地检查距离“斑”预定距 离内的像素(包括对应所述斑的像素)的测量值。微控制器随后将通过从所述周围区域中 选定η个最亮像素，计算第二列像素坐标。随后将第二列与第一列相比较，并且如果两列的 差别多于m个像素坐标对，提示错误。如果两列的差别小于或等于m个像素坐标对，第二列 像素坐标将取代第一列像素而被存储。在替代方案中，系统的控制器能够分析接收的图像，并且确定图像的哪部分包含 与接收的光束最相关的信息。在该决定过程的结尾，控制器将选定由相应的单独的传感器 或传感器组产生的两部分信号，因此选定的信号能够最可靠地用于测量光束的强度。选定 传感器(其数据能够最可靠地使用)的一种方式是在调试烟雾检测器并选择适当的传感器 的时候观察接收器产生的图像。确保计算的接收光束强度尽可能接近接收的光束的实际强度的另一个机构需要 使用微控制器，所述微控制器根据特定传感器元件对于整个图像强度的贡献，决定是否使 用对应于特定传感器元件的值。例如，通过传感器元件输出，控制器能够确定光束的“信号 的中心”位置。信号的中心位置类似于物体的中心位置，除了这里的物体是用于计算的每个 像素(即传感器元件)贡献的信号值。例如，将用到以下等式信号的中心位置向量={(每个像素的位置向量)*(每个像素的值)的总和}/{所 有向量的值的总和}.在信号的中心位置确定之后，根据传感器元件之间的距离，控制器可权重由每个 传感器元件贡献于接收光束强度值的信号(即对应于每个传感器产生的电信号)。通过这 种方式，控制器确定传感器元件，其信号最能表示靶图像，并且最不可能由于在传感器上的 光束图像的位置偏移而导致在随后的测量中减小。在使用中，微控制器将比较在该像素组中接收的光的强度与在更早的图像中接收 的光的强度，以确定在被监测区域208内是否存在由粒子产生的光束的遮挡率的增加。微控制器随后能够采用传统的烟雾检测方法确定何时检测到烟雾以及是否应该 开始报警。例如，烟雾能够通过监测接收光的级别而被检测，并且当接收光的选定特征符合 一个或多个预定标准时，则确定在被监测体积内存在烟雾。例如，当接收光的级别下降至预 定级别以下时，则能够确定存在烟雾。替代地，当接收光的级别的变化率超过预定级别时， 则可确定检测到烟雾。可以理解，烟雾检测标准还可包括时间条件，例如，接收光级别必须 下降至门限以下并达到长于预定时间段的时长时，再开始报警。为了提高系统灵敏度，可以利用抵消算法(cancellation algorithm)以将背景光 对测量的接收光强度的影响降至最低。一种此类算法通过替代地捕获接收器的视野的图像运算，其中光源打开以及关闭。“关闭”帧的测量的光强度(即没有照明时捕获的图像)能 够从“打开”帧的测量的光强度(即有照明时捕获的图像)中减去。并不归因于光源背景 光照明的接收光能够由此被大致忽略。本领域技术人员能够理解，“关闭帧”的采集能够以多种方式实现，包括选择性地 抑制具有特定波长的光源，例如通过调节对光源的控制输入，或替代地，通过在光源前面设 置暂时遮挡具有特定波长的光的过滤器。本领域技术人员还能够理解，背景光的消除能够 通过简单减法以外的其它方式实现，例如通过适当的过滤器的使用，或通过一些其它的计
算方法。在本发明的优选的实施例中，示出具有两种(或更多)波长的靶。图4示出具有 多个光发射器的本发明的实施例，所述光发射器发出两种波长入工和λ2的光。该实施例包 括红外(IR)光发射器和紫外(UV)光发射器402，它们沿两个大致共线路径发出光。该实施 例还包括接收器404、以及靶406，它们共同作用以检测被监测区域408中的烟雾。靶406 反射入射UV光410作为反射UV光414，并且还反射入射IR光412作为反射IR光416。这 两种波长被选定，使得它们在存在待检测粒子(例如烟雾粒子)的环境中显示出不同的行 为。通过这种方式，接收的两种(或更多)波长的光的相对变化能够用于给出促使光束减 弱的因素的指示。接收器404接收反射红外光416和反射紫外光414，连同其视野内的其它光。接收 器404记录其视野内的贯穿上述视野的多个位置处的所有光的强度。该数据的一部分将至 少部分地对应于反射红外光414的强度。该数据的一部分将至少部分地对应于反射紫外光 414的强度。接收器404包括用于处理图像数据的微控制器424。在该系统中，为了应用上述背景抵消方法，发出波长为入工和λ2的光的两个光源 能够被构造为以短期无照明的方式交替运转，以允许采集空白帧。在该实施例的简单形式 中，照明模式和接收器能够按如下方式同步操作
权利要求
1.一种粒子检测系统，包括至少一个光源，所述光源适于以至少两种波长照明被监测的体积；接收器，所述接收器具有视野，并且适于在来自至少一个光源的光已经穿越被监测体 积之后接收所述光，并且适于产生指示在所述接收器的视野内的区域接收的光的强度的信 号；处理器，所述处理器与所述接收器相关联，所述处理器适于处理由所述接收器产生的 信号，以将在所述接收器的视野内的对应区域内接收的至少两种波长的光联系起来，并产 生指示接收的两种波长的光的相对级别的输出。
2.根据权利要求1所述的粒子检测系统，其特征在于，所述接收器包括传感器，所述 传感器具有多个传感器元件，每个传感器元件接收来自所述接收器的视野内的相应区域的 光。
3.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，其特征在于，光源能够包括一个或 多个光发射器，所述光发射器适于发出相应波长的光。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的粒子检测系统，其特征在于，光源构造为在不同 的时间以所述至少两种波长中的每一种波长照明被监测的体积。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的粒子检测系统，其特征在于，光源包括光发射 器，所述光发射器适于同时发出涵盖广泛波长带的光，所述广泛波长带包括所述至少两种 波长。
6.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，其特征在于，所述粒子检测系统包 括多个光源。
7.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，其特征在于，所述处理器适于确定 所述接收器的视野内的相同区域内接收的以一对或多对波长接收的光的相对遮挡率，并基 于所述相对遮挡率，产生指示被监测体积内存在粒子的输出。
8.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，其特征在于，光源构造为以三种或 更多波长照明所述体积。
9.一种根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统中的方法，其中，所述方法包括近似地对准所述光源和接收器，使得至少一个光源照明所述接收器，以及选择所述接收器的视野内的对应于光源的空间位置，所述空间位置将被用于确定对应 于所述光源的接收光强度测量值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括当所述系统的几何结构随着时间的推移而变化时，追踪对应于所述光源的区域。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，包括布置距离光传感器远方定位的光源，并且使得所述光源发出一种或多种波长的光，所 述光横穿被监测区域到达所述接收器。
12.一种用于检测被监测体积内感兴趣粒子的粒子检测器，所述检测器包括至少一个光源，所述光源用于射出光，所述光横穿被监测区域，所述光包括多种波长， 所述多种波长包括至少第一波长以及至少第二波长，所述第一波长相对地不受感兴趣粒子 的影响，所述第二波长至少受所述粒子的影响；接收器，所述接收器用于接收至少一部分所述射出的光，并且输出指示从所述光源接 收的至少第一和第二波长的光的强度的信号；以及处理器，所述处理器适于处理以第一和第二波长中的至少一个的接收器的输出，并提 供指示是否感兴趣粒子在所述被监测区域中被检测到的输出。
13.根据权利要求12所述的粒子检测器，其特征在于，至少一个光源选择性地射出至 少两种波长的光。
14.根据权利要求12所述的粒子检测器，其特征在于，至少一个光源能够射出具有广 泛带宽的光，所述具有广泛带宽的光包括至少第一和第二波长的光。
15.根据权利要求1至8以及权利要求12至14中任一项所述的粒子检测系统，其特征 在于，接收的至少两种波长的光的级别的相对强度被确定。
16.根据权利要求15所述的粒子检测系统，其特征在于，接收的至少两种波长的光的 相对强度为接收的所述波长的光的强度的比率或者差值。
17.根据权利要求1至8以及权利要求12至16中任一项所述的粒子检测系统，其特征 在于，在光的相对强度基本保持相同的情况中，接收光强度的变化归因于因数而不是所述 被监测区域内感兴趣粒子的存在，并且如果满足错误条件，则能够用信号传达错误。
18.根据权利要求1至8以及权利要求12至17中任一项所述的粒子检测系统，其特征 在于，在接收的一种或两种波长的光的级别的变化促使光的相对强度以预定方式变化的情 况中，所述接收光的级别的变化能够归因于被监测区域内感兴趣粒子的存在，并且如果满 足报警条件，则能够用信号传达粒子检测报警。
19.根据权利要求1至8以及权利要求12至18中任一项所述的粒子检测系统，其特征 在于，所述第一波长在电磁波谱中的红外部分中。
20.根据权利要求1至8以及权利要求12至19中任一项所述的粒子检测系统，其特征 在于，所述第二波长优选地在电磁波谱中的紫外部分中。
21.根据权利要求1至8以及权利要求12至20中任一项所述的粒子检测系统，其特征 在于，以至少第一和第二波长的照明优选地交替执行。
22.根据权利要求21所述的粒子检测系统，其特征在于，以至少第一和第二波长的交 替照明穿插着不照明的时间段。
23.根据权利要求1至8以及权利要求12至22中任一项所述的粒子检测系统，其特 征在于，所述处理器构造为应用基于接收的一种或两种波长的光的级别确定的第二报警条 件。
24.根据权利要求23所述的粒子检测系统，其特征在于，所述第二报警条件基于前置 条件，所述前置条件为光的相对强度的变化不会促使所述第一报警条件被满足。
25.根据权利要求M所述的粒子检测系统，其特征在于，所述第二报警条件基于接收 的一种或两种波长的光的级别的值。
26.根据权利要求25所述的粒子检测系统，其特征在于，所述第二报警条件将接收的 一种或两种波长的光的级别的值与门限相比较。
27.一种粒子检测器中的方法，包括将包括第一和第二波长的光发出至被监测区域；所述第一波长为其横穿被监测区域的 传输相对不受感兴趣粒子的影响的波长，并且第二波长为其横穿被监测区域的传输受到感兴趣粒子的影响的波长；在穿越被监测区域之后，接收至少第一和第二波长的光，并且产生指示接收的至少第 一和第二波长的光的强度的信号；处理所述指示接收的至少第一和第二波长的光的强度的信号，以提供指示在所述被监 测区域的感兴趣粒子是否被检测到的输出。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述指示接收的至少第一和第二波长 的光的强度的信号的处理步骤能够基于接收的第一和第二波长的光的相对强度的变化。
29.根据权利要求观所述的方法，其特征在于，在至少第一和第二波长的光的相对强 度以预定方式变化的情况中，所述方法包括产生指示存在感兴趣粒子的输出。
30.根据权利要求四所述的方法，其特征在于，在接收的第一和第二波长的光的相对 强度基本保持稳定，但是接收的一种或多种波长的光的绝对强度满足一个或多个预定标准 的情况中，所述方法包括产生指示在所述被监测区域中存在感兴趣粒子的输出能够被执 行。
31.一种光束检测器，包括用于射出横穿被监测区域的光的设备；用于接收所述光的 设备；以及处理设备；所述用于接收的设备适于在所述光中的至少两种波长之间辨别；处 理设备构造为应用报警逻辑以产生指示被监测区域中粒子的信号，以对接收的至少两种波 长的光的相对强度做出响应；以及替代地(或额外地)对接收的至少一种波长的光的级别 做出响应。
32.一种粒子检测系统中的方法，包括测量接收的至少两种波长的光的级别，以确定粒子浓度，基于接收的至少两种波长的光的相对强度，确定至少一个第一粒子检测标准是否被满 足，以及基于接收的至少一种波长的光的级别，确定至少一个第二粒子检测标准是否被满足。
33.一种用于粒子检测系统的接收器，所述接收器包括光传感器，所述光传感器具有视野并且能够区分从所述视野内的多个区域接收的两种 或多种波长的光；以及处理器，所述处理器适于从所述光传感器接收表示接收的光的数据，并且适于识别多 个接收所述光的区域中的至少一个区域，并且适于基于在多个区域中的被识别区域中接收 的至少两种波长的光的相对级别，产生指示被监测区域内的粒子的信号。
34.根据权利要求33所述的接收器，其特征在于，所述处理器适于随着时间的推移更 新所述至少一个区域的识别。
35.根据权利要求33或34中任一项所述的接收器，其特征在于，所述光传感器包括多 个光传感器元件，所述光传感器元件对应于所述视野的相应的区域。
36.根据权利要求35所述的接收器，其特征在于，所述处理器适于识别包括一个或多 个光传感器元件的子集，所述一个或多个光传感器元件接收来自光源的光。
37.根据权利要求36所述的接收器，其特征在于，所述处理器处理在多个时间段内接 收的数据，并随着时间的推移追踪对应于一个或多个光源的传感器元件的子集中的变化。
38.一种粒子检测系统，包括根据权利要求33至37中任一项所述的接收器，以及至少 一个光源，所述光源用于与所述接收器协作以限定至少一个光束检测器。
39.根据权利要求38所述的粒子检测系统，其进一步包括至少一个其它光源并限定至 少一个其它光束检测器。
40.根据权利要求39所述的粒子检测系统，还包括控制设备，所述控制设备构造为利用第一光束检测器检测粒子；确定粒子是否由至少一个其它光束检测器检测；以及基于所述确定，确定被检测粒子的位置，以及所述第一光束检测器和至少一个其它光 束检测器的相对位置。
41.根据权利要求40所述的粒子检测系统，其特征在于，至少两个光束检测器是由两 个光源与公共接收器协作所限定的。
42.根据权利要求40或41中任一项所述的粒子检测系统，其特征在于，在粒子也由至 少一个其它光束检测器检测的情况中，粒子的位置确定为由两个光束检测器监测的区域。
43.根据权利要求40至42中任一项所述的粒子检测系统，其特征在于，在粒子不是由 其它光束检测器检测的情况中，粒子的位置确定为由所述第一光束检测器而不是由其它光 束检测器所监测的区域。
44.根据权利要求40至43中任一项所述的粒子检测系统，其特征在于，所述光束检测 器布置为使得由该系统监测的区域中的多个位置由至少两个光束检测器监测。
45.根据权利要求40至44中任一项所述的粒子检测系统，其特征在于，所述粒子检测 系统包括光束检测器，所述光束检测器具有光束路径，所述光束路径彼此紧邻地布置，使得 它们的长度重叠以确保粒子检测的位置沿着第一检测器的光束的长度被确定。
46.一种粒子检测器中的方法，所述粒子检测器包括多个光源以及一光接收器，所述光 接收器包括光传感器，所述光传感器具有视野并且能够区分从所述视野内的多个区域接收 的光；所述方法包括布置所述光接收器，使得多个光源处于所述光接收器的视野内；以及 识别，基于所述光接收器的输出，识别接收至少两个或多个光源中的相应的多个光源的光 的多个区域中的至少两个区域，以限定多个虚拟光束检测器并且独立地确定是否粒子是利 用每个虚拟光束检测器检测的。
47.根据权利要求46所述的方法，所述方法包括在火警系统上分配对应于每个虚拟光 束检测器的地址，所述虚拟光束检测器由所述接收器的视野内的光源和所述接收器限定。
48.一种粒子检测系统，包括多个光束检测器，每个光束检测器具有相应的光束，所述 光束沿对应的光束路径传输，并且其中，至少两个光束检测器的光束路径具有基本重合的 区域，使得在粒子在两个光束中被检测的情况中，被检测粒子的位置能够被确定为基本重 合的区域内。
49.根据权利要求48所述的粒子检测系统，其特征在于，在粒子在两个光束中的一个 光束而不是另一个光束中被检测的情况中，被检测粒子的位置能够被确定为光束内发生检 测的位置，而不是基本重合的区域之外。
50.根据权利要求48或49所述的粒子检测系统，其特征在于，多个光束检测器共用光 源或光接收器。
51.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，其特征在于，所述光源为电池驱动。
52.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，包括至少两个光源，所述两个光源彼此不同步。
53.根据上述任一项权利要求所述的粒子检测系统，其特征在于，至少一个光源发出照 明体积，所述体积是利用至少第一波长和至少第二波长监测的，所述第一波长相对地不受 感兴趣粒子的影响，所述第二波长至少受所述粒子的影响。
全文摘要
一种粒子检测系统(600)，包括至少一个光源(606)，其适于以至少两种波长照明被监测体积(610)；接收器(604)，其具有视野(620)并且适于在来自至少一个光源(606、607)的光穿越被监测体积之后接收所述光，并且适于产生指示在接收器的视野内的区域接收的光强度的信号；处理器(624)，所述处理器与接收器(604)相关，适于处理接收器产生的信号以将在接收器的视野内的对应区域中接收的至少两种波长的光联系起来，并产生指示接收的两种波长的光的相对级别的输出。
文档编号G08B17/107GK102112867SQ200980130131
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者凯末尔·阿贾伊, 卡尔·波特格, 罗恩·诺克司 申请人:爱克斯崔里斯科技有限公司