专利名称：能可靠发现失效的离子感烟探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于火灾自动报警的离子感烟探测器，不仅能对出现的烟雾给出必要的信号，并能可靠地发现探测器、特别是其电离室部分的失效与正在发生的失效。
目前规模化使用的火灾自动报警装置，均以各种探测器作为基本部分，其中离子型感烟探测器是被广泛使用的一种。通常使用的离子感烟探测器，以带放射性源的电离室部分作为烟雾检测部分，探测器工作时，当烟雾进入检测烟雾的电离室后，引起电离室中工作电极之间的工作电离电流的变化，其工作电极将与此变化相应的信号输出给探测器中相应的信号放大电路，并经探测器中其它相应电路的配合，完成对烟雾的检测及其它相应的功能。探测器电离室部分，按电离室结构分，有双放射源双电离室、单放射源双电离室、单放射源单电离室几种主要结构形式。探测器的烟雾报警信号输出，有当烟雾达到一定量后即发出某种报警信号的开关量输出的探测器，也有在一定的烟雾浓度范围内，可连续输出与烟雾量的多少相对应信号的模拟量输出的探测器。
由于火灾自动报警系统对可靠性要求较高，一个系统又往往由成百上千个探测器组成，而探测器则是常年不停地工作，外界环境的各种因素，如粉尘、潮气等会逐渐使探测器、尤其是其处于开敞状态的烟雾检测电离室性能恶化而失效，同时探测器中有关的其它部分也有发生故障的可能，这样系统中那怕只有一个探测器失效，也将给整个系统带来可怕的隐患，因此可靠及时地发现探测器的失效，可消除这种隐患，保证系统可靠工作。
为发现探测器的失效，目前主要采用两种方法一是人工定期逐一对探测器加烟试验，这种方法简单，但费时麻烦，对较大的系统尤为如此，并且不能随时发现可能出现的失效;另一种就是所谓的“模拟自检”，即在探测器电离室烟雾检测部分之后的电路某处引入一检查线，通过检查线，人为地使其后的电路部分进入报警状态，以达到失效检查的目的。中国专利局公告CN2078000U中采用的就是较典型的这种方法。该方法方便、迅速，尤为适合较大的系统，是目前实际中广范采用的方法，但是该方法的不足之处是可靠性较低。很明显，由于检查信号是从电离室部分之后的电路某处加入的，这样只能检查探测器中这一电路部分之后，而对此之前的探测器部分则起不到检查的作用。从离子感烟探测器失效的大量统计分析结果看，检测烟雾的检测电离室部分，由于常年处于开敞状态，最容易受到环境的污染而失效，其失效率占到整个探测器失效的70%以上，这样既使这种“模拟自检”得以通过，其可靠性也只有近30%，对于可靠性要求较高的消防保安系统，这是难于让人满意的。
为弥补探测器的核心、也是探测器中失效率最高的检测电离室部分得不到失效检查的不足，因首创离子型感烟探测器而享有盛誉的瑞士CERBERUS公司，在其一份欧洲专利文件EP423489中，提出了一种从电离室开始检查探测器是否失效的方法，其主要原理是通过监视检测电离室工作电极之间的饱和电离电流是否低于某一临界值，作为判断电离室是否失效的依据，即电离室受到污染后使其中的电离度下降，引起电离室工作电极之间的饱和电离电流下降，当这种饱和电离电流低于某一值后，即可认为电离室失去了对烟雾的检测作用而失效，这样从电离室工作电极上可得到相应的输出信号，而此后的电路部分若出现故障时，探测器信号输出端将出现异常信号，因此可以检查整个探测器是否失效。该方法虽然可以对探测器、尤其是电离室部分进行失效检查，但该方法在实际使用中存在着可靠性方面的缺陷。
从离子感烟探测器中检测电离室实际失效的过程来看，在电离室被外界污染而使其中的电离度逐渐下降的同时，往往伴随着出现其工作电极上的绝缘端子也被同时污染而使工作电极之间出现漏电电流，在原本要求其工作电极之间高度绝缘(通常在1014Ω以上)而其间的工作电离电流又很微小(通常在10-12A的程度)的情况下，其间出现的这种漏电电流，使电离室输出信号不再是其中工作电离电流的唯一作用结果，而是其中工作电离电流与漏电电流叠加后共同作用的结果，因此即使电离室中的工作电离电流基本消失，但由于存在这种漏电电流，仍可能使电离室工作电极之间的这种叠加后的电流并不低于某一失效的临界值，而使从电离室输出的相应信号中，得到相同的结果，因此使电离室不能得到可靠的失效检查。这种方法的不足之处在于不能区分电离电流与漏电电流，只适于无漏电电流出现的情况，而实际中这种情况是不能得到保证的，因此该方法在实用性上存在着可靠性方面的缺陷。
本发明的目的是提供一种离子感烟探测器，它不仅可以对烟雾进行检测，必要时给出相应的信号，而且平时无烟雾时，可以根据需要随时对探测器，尤其是探测器的核心、也是探测器中失效率最高的电离室部分进行失效检查，并可分别给出电离室、特别是检测电离室中有关失效的电离度下降与漏电电流的定量参考值，可靠及时地发现探测器任一部分的失效，并使电离室部分在完全失效之前就得到预知。
本发明的目的是这样实现的在需要检查的电离室中，除通常的工作电极之外，另增加一对检查电极，该对检查电极在无电压作用时，其电离室部分与通常的探测器电离室部分完全相同，因此可以完成对烟雾的检测作用，并在必要时给出相应的信号。平时无烟雾时，电离室部分在某一电压u的作用下，使该电离室中原工作电极之间形成一工作电离电流I1，此时若为一对检查电极提供一检查电压ut，则该对检查电极在此电离室中将形成另一电离电流-检查电离电流I2，由于I2的出现，原工作电极之间的电离电流I1的值将减小，I2的值越大，在上述的u值不变的条件下，则I1的值减小的越多，这种I2对I1的作用，是通过该电离室中的电离空间实现的，而与其中工作电极之间是否存在漏电电流及其多少无关;若该电离室中的电离度下降或消失，(如放射源被部分或完全遮盖)则这种I2对I1的作用程度也将随之减小或消失，在电离室工作电极的信号输出端，将有一与上述检查电压Ut作用前后对应的输出信号的变化量△Uot，同样这一输出信号的变化量△Uot也将随该电离室中电离度的减小或消失而对应减小或消失，因此通过上述△Uot的变化，即可得到该电离室中电离程度的定量参考值。
对于上述同一电离室中工作电极之间出现的漏电电流，在该电离室中的电离度为某一初始值、其中的工作电极之间无漏电电流、并且上述的u不变时，增加该电离室中一对检查电极之间的检查电压ut的值，在上述检查电离电流I2随Ut增加而增加的同时，该电离室中工作电离电流I1的值将随Ut的增加而减小，当检查电压Ut增加到某一电压值Utf之后，此后的工作电离电流I1将截止，即基本不再随Ut值的增加而减小，只维持一个很小值的截止工作电离电流IF;当该电离室中电离度下降，工作电极之间无漏电电流出现，在Ut≥Utf时，此时的截止工作电离电流I'F的值也不会大于上述IF的值;当该电离室中电离度下降，其工作电极之间出现漏电电流I3时，在Ut≥Utf时，在其工作电极之间，将有一包括上述截止电流IF与漏电电流I3的复合电流If，并有If＝IF+I3的关系，漏电电流I3出现前后，分别在Ut≥Utf的作用下得到的变量△If即△If＝If-IF即为其工作电极之间漏电电流I3的大小，在上述过程中与△If对应，电离室部分信号输出端将有一u0从u0F到u0f的变化量△uof，通过该变化量即可得到该电离室中有关其工作电极之间漏电电流I3的定量参考值。
由于采用上述方案，这种离子感烟探测器不仅可以对烟雾进行检测，必要时给出对应的输出信号;平时无烟雾时，可随时根据需要，通过检查电压的作用，对探测器，尤其是探测器的核心、也是探测器中失效率最高的电离室部分进行失效检查，并分别给出其电离室、特别是检测电离室被污染后有关失效的电离度下降与漏电电流的定量参考值，由于电离室被污染引起的失效在实际中大都是缓慢的过程，因此可使电离室部分在完全失效之前就得到预知，同时由于探测器电离室部分之后任一部分出现故障时，将使探测器的输出信号异常，因此能可靠及时地发现整个探测器任一部分的失效，从而消除了电离室部分得不到检查带来的隐患，也避免了由于采用不能区分电离室中电离电流与漏电电流的检查方法带来的实际中可靠性不高的缺陷。
下面结合附图对上述有关内容作进一步说明。
图1是一种普通较典型的双放射源双电离室结构的离子感烟探测器原理示意图。
图中上下两个检测与比较电离室串连在一起，当探测器的电源电路向图中两个相应工作电极作用某一稳定的电压u时，则两个电离室中出现一工作电离电流I，并在各自电离室的对应工作电极之间得到相应的电压u1与u0，并有u＝u1+u0的关系。当外界烟雾进入开敞的检测电离室时，使其中的电离度下降，并引起u1与u0的变化，将电离室部分的输出信号u0输出到探测器的信号放大及信号处理电路，并由其它电路的配合，即可完成对烟雾的检测及报警。图中的失效检查信号是从信号放大电路部分之后加入的，用以检查探测器是否失效，因此不能对该检查信号作用之前的电离室部分进行失效检查。
图2是图1所示的探测器电离室部分电离电压与电离电流的关系曲线示意图，曲线a为图1中下部的比较电离室的u0-I电离关系曲线，曲线b、c为图1中上部的检测电离室中烟雾进入前后对应的u1-I电离曲线。从图2可以看出，烟雾进入检测电离室前后，在u保持不变时，u0与u1的对应变化。
图3是瑞士CERBERUS公司在其专利EP423489中提出的一种可检查电离室的探测器中电离室部分的示意图。
图4为图3的电离室中电离关系的u1-I曲线示意图。
图3中，一个线性电阻R取代了图1中的比较电离室，从而构成了单放射源单电离室结构的电离室部分。如图3中所示，当某一电压u作用在这一电离室部分并且u值不断增加时，电离室中对应出现的工作电离电流I的值也将随之增加，直至最后趋于饱和而出现一个饱和电离电流Id，这种关系如图4中曲线d所示。当电离室中的电离度因某种原因而下降时，其电离曲线与对应的饱和电离电流也将随之变化，设其中的电离度下降到某一被认为失效的临界时的电离关系如曲线b所示，即当电离室中的饱和电离电流的值低于图4中的Ib值时，即可认为该电离室失效，以此达到电离室失效检查的目的。
但是实际中，在电离室被污染后引起电离度下降的同时，往往会伴随着在电离室中的工作电极绝缘端子也被污染而在其之间出现漏电电流，这种漏电电流与上述的电压u也有某种单调增加的关系，假设此时其中的电离度下降后的电离曲线应为曲线a，但由于其中伴随着出现的漏电电流，使从电离室工作电极上的得到的包括上述电离电流与漏电电流的复合电流与电离室两端电压u1的关系曲线为曲线c，可以看出，这时曲线c中的电流值总大于曲线b中的电流值，尽管此时的电离室可能已经失效，但该方法却不能检查出这种失效，因此该方法在实际使用中存在着可靠性方面的缺陷。
图5是本发明方案探测器中电离室部分的原理示意图。
如图中所示，在需要检查的检测电离室中，除通常的工作电极之外，另增加了一对检查电极。工作时，一作用在电离室部分的相应电压u保持不变;在一对检查电极之间无检查电压ut作用时，该电离室部分与通常的探测器电离室部分完全相同;当检查电极之间有检查电压ut作用时，检测电离室中的电离状态将发生变化。
图6是图5中检测电离室在有检查电压ut作用时，相应的ut-u0关系曲线示意图，图中曲线a为检测电离室中的电离度为某一初始状态时，与检查电压ut对应的ut-u0关系曲线，曲线b为检测电离室中电离度下降后对应的ut-u0关系曲线;如图中所示，在检查电压ut的作用下，电离室中电离度未下降前，在ut的某一范围内，该电离室中工作电离电流I1将随ut的增加而减小并引起u0的对应减小，直到ut≥utf之后，I1变为一很小的截止电流Itf，并且u0端有一与此Itf对应的u0F，同时有对应这种ut在utf内的u0的变化量△u0T，如图6中曲线a所示;图中曲线b为该电离室中电离度下降后，对应ut在utf的作用范围内，在输出端得到的相应电离电流截止时的输出信号uof与相应的输出信号的变化量△u0t。
图7为在检查电极之间作用一某一时间宽度的阶越电压时，在图5所示的电离室部分的输出端得到的对应图6中曲线a、b状态的输出响应示意图;即图7中的响应曲线a、b分别为上述检测电离室中的电离度与前面对应的下降前后对如图7中的ut作用的响应。
如图6及图7中所示，这种电离度的下降，使电离室输出端u0的变化程度从曲线a的△u0T变化到曲线b的△u0t，而该电离室中漏电电流的出现，使对应utf时有截止电离电流的u0值，从曲线a的uOF变化到曲线b的uof，因此通过相应的检查电压ut作用时，从该电离室输出端得到的△u0t及△uof，分别以△uOT与uOF作参考，即可得到该电离室中有关电离度下降及漏电电流的定量参考值。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图8是本发明第一实施例工作原理示意图及说明书摘要附图。
图9至图16是本发明第二至第九实施例探测器部分示意图。
图17是本发明实施例中有关检查电路中的检查电压供电原理示意图。
图中1.探测器的电离室部分2.探测器的电路部分3.探测器中的检测电离室4.探测器中的比较电离室5.检测电离室中的工作电极6.检测电离室中的放射源及工作电极之一7.比较电离室中的放射源及工作电极之一8.比较电离室中的工作电极9.电离室部分的信号输出端10.、11.检测电离室中的检查电极12.、13.电离室部分工作电离电压作用连线14.探测器地址电路15.探测器电源电路16.探测器检查电路17.探测器控制电路18.探测器信号放大电路19.探测器信号处理电路20.探测器通讯电路21.、22.探测器外端连线23.等效电阻24.检查电路中的电感25.电感初级线圈26.电感次级线圈27.集中控制机在图8所示的实施例中，上下两个检测与比较电离室(3)与(4)中各自的放射源(6)及(7)连接后，构成双放射源双电离室的结构形式，在两个电离室的对应工作电极(5)与(8)之间，通过相应的供电连线(12)及(13)，得到探测器电源电路部分(15)提供的一稳定的工作电压u，使两个电离室中形成工作电离电流I1。如图中所示，在检测电离室(3)中，另增加了一对检查电极(10)与(11)，在该对检查电极之间无电压作用时，该探测器与通常的无检查电极的离子感烟探测器一样。在需要该探测器工作时，其一对外端连线(21)与(22)上来自控制机(27)的相应寻址信号，在该探测器的地址电路(14)对其译码并响应后，使该探测器工作。在探测器中的检查电极(10)与(11)之间无检查电压作用时，该探测器可以通过其电离室部分(1)检测烟雾，并将与此相应的信号通过其电离室部分的信号输出端(9)送入其电路部分(2)，再经其一对外端连线(21)及(22)，向控制机(27)输出有关烟雾的信号，完成烟雾探测的功能。
平时无烟雾时，处于工作中的探测器可根据需要，在其控制电路(17)的控制下，使检查电路(16)向一对检查电极(10)、(11)提供某种检查电压ut，由于ut的作用，使检查电极(10)、(11)之间在检测电离室中形成一相应的检查电离电流I2，该电流I2使检测电离室(3)中原工作电极(5)、(6)之间的工作电离电流I1发生变化，并有I1随I2的增加而相应减小的关系，这种I2对I1的作用程度，与检测电离室(3)中的电离状态相关，当检测电离室(3)被污染而使其中的电离度下降或消失时，这种I2对I1的作用，也将随之减小或消失。通过某种检查电压这种共用电极与探测器电路中的参考“地”相连的三种实施例示意原理，它们各自的工作原理及检查作用原理分别同图8、9、10所示意的实施例中的工作检查原理分别对应并基本相同。
图14、15、16分别是本发明第7、8、9实施例中有关探测器部分的原理示意图，即电离室部分为单放射源单电离室结构形式的三种示意图。在这种单放射源单电离室的结构中，通常的比较电离室由一个等效电阻(23)代替。同样与图8、9、10中示意的检测电离室中的检查电极的结构形式相对应，图14、15、16中也分别给出了在检测电离室中为一对独立的检查电极、某一检查电极与某一工作电极共用及这种共用电极与探测器电路的参考“地”相连的三种实施例原理示意图，它们的工作、检查作用原理，与图8、9、10所示意的实施例中的原理分别对应并基本相同。
在实际使用中，因检测电离室常年处于开敞的状态，最容易受到外界的影响与污染，而比较电离室由于处于探测器内部，同时又处于半开敞状态，故不太容易受到外界的影响与污染，因此上述实施例中，均只给出了检查电极位于检测电离室中的结构示意，但实际中可根据需要，为达到对比较电离室也能进行检查的目的，可以在比较电离室中也设置这种检查电极结构，并配有相应的电路部分。
这种带检查电极结构的电离室部分，可以与不同的信号处理电路及其它的相应电路部分配合，形成不同输出信号类型的探测器，如可以与能将电离室部分输出的相应信号处理为相应连续的模拟量型的信号，并与其中相应的通讯电路等配
ut作用时，得到的I1的变化量△i1，并以检测电离室(3)中某一初始电离状态时同一ut作用下的对应△I1作参考，即可得到该电离室中电离度的定量参考值;与上述过程相应，通过电离室部分(1)的输出端(9)，将检查电压ut作用时与△i1对应的输出信号△uot，经过探测器的信号放大、信号处理、通讯电路(18)、(19)、(20)及探测器的外端连线(21)与(22)送往控制机，由控制机将有关数据与上述△I1对应的△uOT比较计算，即可得到该探测器检测电离室(3)被污染后有关电离度下降的定量参考值。
对于该探测器检测电离室(3)中工作电极(5)、(6)之间漏电电流的检测，可通过上述检查电压ut≥utf之后，检测电离室(3)中工作电极(5)、(6)之间的工作电离电流I1将对应截止，即只有一个很小并基本不再随ut的增加而减小的电流IF，设上述工作电极(5)、(6)之间无漏电电流时的对应截止工作电离电流为IF，而它们之间因污染而出现漏电电流I3时，在同样的ut≥utf条件下，在工作电极(5)、(6)之间将有一截止工作电离电流IF(或其值不大于IF)与漏电电流I3之和的电流If，即If＝IF+I3;而以上述IF作参考时，这一变化量△If(＝If-IF)，即为检测电离室(3)中漏电电流I3的大小。与此IF及△If相应，在电离室部分(1)的输出端(9)上可对应得到u0F与△u0f，经探测器中信号放大、信号处理、通讯电路(18)、(19)、(20)的作用，并由探测器的外端线(21)、(22)将该探测器的有关信号送往控制机，由控制机对其有关信号进行计算比较后，即可得到该探测器检测电离室(3)被污染后，工作电极之间有关漏电电流的定量参考值。
图9与图10分别是本发明第二与第三实施例有关探测器部分的示意图，即电离室部分均为双放射源双电离室结构形式的两种实施例。
图9中，检测电离室(3)中的一检查电极(11)与该室中的工作电极(5)或(6)之间构成一对检查电极，即除一检查电极(11)外，另一检查电极与工作电极(5)或(6)共用。
图10中，检测电离室(3)中的一个工作电极(5)与探测器电路的参考“地”连接，并且同时作为一个检查电极，与另一检查电极(11)构成一对检查电极，这样检查电路中检查电压的供电电路就可变的较为简单。
图9与图10示意的两种实施例，除检查电极的结构形式与图8所示的第一实施例有所不同外，其余的工作、检查原理均与其相同。
图11、12、13分别是本发明第四、五、六实施例有关探测器部分的示意图，即电离室部分为单放射源双电离室结构形式的探测器原理示意图，在这种单放射源双电离室结构的电离室部分中，放射源(6)与工作电极(5)之间的电极板(8)将原来的一个电离室分为两个电离室，即一个检测电离室，一个比较电离室，图11、12、13中均只示意出了放射源(6)的一侧为比较电离室，工作电极(5)的一侧为检测电离室的情况，实际中可根据需要，将放射源(6)的一侧设置为检测电离室，另一侧设置为比较电离室。图11、12、13中，与图8、9、10示意的检查电极的结构形式相对应，分别给出了检测电离室中为一对独立的检查电极、某一检查电极与某一工作极共用及合，通过其外端连线将这种信号送往控制机进行集中管理与处理，即可得到某一时间内该探测器探测到的有关烟雾量的连续变化，从而构成“模拟量输出”型的探测器;也可与只将电离室部分的输出信号处理为几种相应状态的开关型信号处理电路配合，并通过相应的通讯电路等及外端连线，使控制机得到其相应的信号，并得到该探测器的相应状态，而构成开关量输出型的探测器。
为适应多种场合的需要，这种电离室带检查电极结构的离子感烟探测器，可以有相应的地址电路、通讯电路等，并有与集中控制机联系且由控制机供电的外端连线，构成主要用于多个探测器通过集中控制机控制管理及供电的系统型的探测器，也可以无地址电路、无通讯电路等，也无外端连线，而自带电源或使其单独供电，并有相应的声光显示及报警装置和对应的电路部分，可以独立工作，集烟雾探测与显示报警功能于一身的单独型的烟雾探测报警装置。
图17是一种检查电路中向一对检查电极提供检查电压ut的实施例原理示意图。
由于一对检查电极上的检查电压ut，对同一电离室中的工作电离电流I1的作用，在某种条件下，只与该检查电压ut值的大小有关，而与其方向基本无关，因此该检查电压ut既可以是某种直流电压，也可以是某种交流电压。图17中所示提供的检查电压，即是一种交流作用的检查电压。
如图17所示，检查电路(16)通过其中相应的振荡电路或开关电路或其它作用电路，使电感初级线圈(25)上的某种交变电压，通过电感(24)使该电感次级线圈(26)的两端获得提供给一对独立的检查电极的某种交变的检查电压ut，实现该检查电压ut与同一探测器中的工作电路上的电源部分相互分离的目的。
权利要求
1.一种用于火灾自动报警的离子感烟探测器，由带放射性源的电离室烟雾检测部分及相应的电路部分组成，其特征是在电离室中除通常的工作电极之外，另有一对检查电极，并有相应的检查电路；该对检查电极与工作电极在同一电离室中处于某种结构位置关系，这种关系是当检查电路向一对检查电极提供某种检查电压时，检查电极之间在电离室中形成对应的检查电离电流，该电流通过电离室中的电离空间使原工作电极之间的工作电离电流受到相应的影响并发生相应的变化，并且这种影响变化的作用程度，与该电离室中的电离程度有相应的关系。
2.据权利要求1.所述的探测器，其特征是处于电离室中的检查电极可以是一对彼此绝缘并与电离室中的工作电极也相互绝缘的独立电极，也可以是其中的某一检查电极与同一电离室中的某一工作电极电气连接共用。
3.据权利要求1.或2.所述的探测器，其特征是探测器中带有这种检查电极结构的电离室部分，可以是双放射源双电离室的结构，也可以是单放射源双电离室的结构，并可以是单放射源单电离室的结构。
4.据权利要求1.或2.或3.所述的探测器，其特征是探测器中检测烟雾的检测电离室可以有这种检查电极结构，当存在比较电离室时，比较电离室也可以有这种检查电极结构。
5.据权利要求1.或2.或3.或4.所述的探测器，其特征是探测器中带有这种检查电极结构的电离室部分，可与能将电离室部分输出信号转换为相应的探测器模拟量信号输出的相应电路部分组合，也可与能将电离室部分输出信号转换为相应的几种探测器状态信号的电路部分组合。
6.据权利要求1.或2.或3.或4.或5.所述的探测器，其特征是这种探测器可以有相应的地址译码电路、通讯电路及与集中控制机连接的外端连线并由集中控制机供电，也可以无地址电路、通讯电路及外端连线，而自带电源或单独供电，并有相应的声光显示部分及对应的电路部分。
全文摘要
本发明属于一种用于火灾自动报警的离子感烟探测器，能对探测器、特别是其电离室进行失效检查。在需要检查的电离室中增加一对检查电极，检查电极之间有某种电压作用时产生的检查电离电流，使电离室中原工作电极之间的工作电离电流受到影响并发生相应的变化，这种影响变化与电离室中的电离程度及工作电极之间的漏电电流有相应的关系，以此方法使电离室得到失效检查，并可分别得到电离室中有关失效的电离度下降与漏电电流的定量参考值，能可靠及时地发现或预知探测器的失效。
文档编号G08B17/11GK1087739SQ9311453
公开日1994年6月8日 申请日期1993年11月26日 优先权日1993年11月26日
发明者陆基 申请人:陆基