专利名称：消光光学烟雾报警器的制作方法
技术领域：
本发明系根据消光原理制成的一种光学烟雾报警器，它装有一个光源，一个由光源加荷并具有测量接收器的测量路段，一个由光源加荷并具有基准接收器的基准路段，和一个联接在上述接收器上的计算电路。
在采用消光测量法中，光线通常是经过接触环境空气并从而接触实时烟雾的测量路段、和经过不接触烟雾的基准路段而发射的并且两种接收信号相互进行比较。由于光既在烟粒子上散射，又被烟粒子吸收，所以产生消光作用。光被亮粒子散射，也被暗粒子吸收，所以消光测量法对各种不同的烟粒子具有相对均匀的灵敏度，既适用于低温暗火焰(亮粒子)的探测，也适用于明火火焰(暗粒子)的探测。
根据消光原理制造的烟雾报警器主要用于长测量段的监护，例如，地道和仓库，它由两个相互分离的部分组成，两部分分装在分离的外壳内。一个壳内装的是光源和光接收器，另一个壳内装的是一个反射器，此反射器将从光源发射出来的光线反射到接收器上。光接收器发出一个电信号，此电信号与设定的阈值进行比较。典型的阈值为4％/m消光，或基准透射的96％/m。所谓基准透射系指在某个基准时间点的透射。
在消光测量法作为定点报警器的应用中，如果烟雾报警器的组件全部装置在一个外壳内，则空气的消光仅能通过一个很短的测量路段来确定，故而应该相应提高透射测量的灵敏度，其数值为测量路段为10cm，在基准透射的99.6％的透射中警报阈值为4％/m。如果透射值应该在低于警报阈值时释放，则数值(例如)为99.96％的透射必须是可识别的。这就要求报警器的电子部分、光电子部分和机械部分具有特别高的稳定性。
已知，为了提高报警器的稳定性，一方面，应该通过第二个光接收器对从光源发出的光强度进行基准测量，从而能够确定光强度的变化，另一方面，应增设第二光源，以便在计算测量数值时不致影响两个光接收器的灵敏度。这种结构形式例如实现了基本上由二个光源和二个光接收器组成的光桥，其中，两个光源的光分别射向两个光接收器。这种光桥例如已在US-A-4,017,193和CH-A-643 061中作了介绍。
这种光桥的假设条件是从二个光源发射出的光均匀分布并经二个空气路段到达光接收器。但这种理想状态实属罕见。实际上，由于设备变赃，温度波动，尤其是光源发射特性的变化，会使光分布在两个空气路段上的光强分布产生严重变化，致使空气透射性能出现假象。
本发明提供的是一种根据消光原理研制的定点报警器。这种报警器对组件的参数变化，如公差、老化、温度系数，具有很高的稳定性，且不受测量路段上和基准路段上光强度分布变化的影响，并且具有尽可能紧固的结构。
极据本发明，本课题是这样解决的“测量接收器和基准接收器二者的结构相同并且测量路段和基准路段的光线路径是这样形成的二个接收器接收相同数量的来自光源的幅射，由基准接收器的电流信号和测量接收器的电流信号形成差值信号，并输送给计算电路，从而产生此差值信号的零补偿。
本发明烟雾报警器第一个优良实施结构的特征在于基准电流叠加在基准接收器的电流信号上，光源连接在调节回路上，并受此调节回路调节，从而通过基准接收器的光电流实现基准电流的全部补偿。
持续不断的零补偿，使已提到的各组件参数的影响降低到尽可能低的程度。仅使用一个光源使光强度分布变化对测量和基准路段产生影响的风险无异已经下降，但零补偿使之得以进一步下降。此外，根据本发明的方案，取消一些光学辅助装置，如取消镜子和透镜，从而使结构更紧固。
本发明烟雾报警器第二个优良的实施结构的特征表现在差值信号零补偿的跟踪调节。
本发明的零补偿跟踪调节能够保证，在正常状态下，如果二个光接收器的温度不完全相同，产品公差不理想，能使二个光接收器的电流信号自行调整在零上。即使接触环境空气的测量接收器积上了灰尘或污垢，也不会对测量产生不良影响，从而不可能假冒空气透射的变化。
下面，利用唯一的一张附图
所展示的实施例对本发明作进一步说明。此实施例是本发明根据消光原理研制的烟雾报警器的电路框图。
图中展示的根据消光原理研制的光学烟雾报警器的方块线路图，主要出示的是报警器的光电子部分和电子部分。定点信号器中常见的其它机械部件，如报警器底座，报警器插件和报警器外罩等，未予绘制。
如图示，烟雾报警器的主要组成部分为一个由发光二极管(LED)组成的光源1，一个对环境空气屏蔽的基准路段2，一个接触环境空气的测量路段3，一个由光源1的光脉冲在通过基准路段2之后加荷的基准接收器4，一个由光源1的光脉冲在通过测量电路段3之后加荷的测量接收器5，和一个连接在二个接收器4和5上的计算电路6。
基准接收器4和测量接收器5是结构相同的光电二极管，二者依据经基准路段2和测量路段3形成的光路径的相应设计，接收光源1同等数量的辐射。这样，经光源1的辐射而在二个接收器4和5中产生的光电流则相同，并且二个光电流的差值长久保持在零上，直至测量路段3受到外界的影响，例如烟尘的侵入，使测量路段3的光学特性发生变化为止。如果发生这种情况，则光电流的差值不再为零，而是成比例地随污浊或消光上升。
二个接收器4和5的变换系数的温度系数，在两个接收器4和5所显示的温度不相等的情况下，应尽可能小；而在其它情况下，此系数是与由光源1发出的光的波长相关的。实际实验证明，各按组成接收器4和5的光电二极管的扩散分布来判断，波长短，例如红光，比波长长，例如红外光所导致的结果为好。
如图示，计算电路6包括一个数字控制级7，此控制级从节拍发生器8获得它的节拍，且与一个计时器9和一个串接在光源1上的调制器10相连，以及包括一个调节器11。调制器10对由光源1发射的光线进行有效的调制。此光线优先是由一系列持续脉冲和脉冲间歇组成的，从而使基准路段2和测量路段3受到脉冲式红外光的照射。调节器11是连接在一个基准电源12上的，它从此电源上获得基准电压Uref。
一个矩形电流信号Ik，经控制级7控制的开关13和一个电阻14，叠加在基准接收器4的输出信号Ir上。由此产生的电流信号I*输送给一个电流/电压变换器15，然后转换成电压。经开关13供给的矩形脉冲的高度是由基准电压Uref和电阻14的电阻值确定的，后二者的数值是非常稳定的。由电流/电压变换器15产生的电压经滤波器16滤掉直流电压成分和不需要的频率。用此法大大排除了干扰的滤波器16的输出信号，经一个转接器17交替供给二个存储器18和18’。
在此过程中，转接器17是由控制级7控制的，即在由光源1发射的光脉冲的持续发射中，由滤波器16供给的信号传导给一个存储器，例如存储器18，而在脉冲间歇期间传导给另一个存储器例如存储器18’。转接器17优先是，由一个被控开关形成的。
在发射过程中，因为存储器18含有来自基准接收器4的信号Ir和来自经开关13和电阻14供给的电流脉冲Ik所形成的信号I*以及干扰信号的残余；存储器18’含有脉冲间歇时间的信号，即仅仅是干扰信号，所以干扰信号能够通过二个存储器18和18’的信号在串接其后的减法级19中进行的简单的减法运算所消除。
在级19中用差值形成法获得的基准接收器4的有效信号Sr，被输送到由数字控制级7控制的调制器10。调制器10调整从光源1发射的光脉冲的高度；调整的方法为由基准接收器4产生的光电流Ir精确补偿从开关13经电阻14供给的电流脉冲Ik，从而使电流I*等于零。就组件的老化和10％的温度系数影响而言，这种线路保证了维持光电流的最大调节误差的数量级为ppm。
测量接收器5的输出信号Im被基准接收器4的输出信号Ir相减，得出的二个电流Ir和Im的差值信号ΔI输送至电流/电压转换器20，被此转换器转换成电压。此电压在滤波器21中滤掉直流电压成分和不需要的频率。用此法很大程度上消除了干扰的滤波器21输出信号，经一转接器22交替地转送给二个存储器23和23’。
在此过程中，控制级7是这样控制转接器22的由光源1发射的光脉冲在其持续发射过程中由滤波器21提供的信号被传送到一个存储器例如存储器23；在脉冲间歇过程中，被传送到另外一个存储器例如存储器23’。转接器22优先由一个被控开关形成。在发射过程中，因为存储器23包含由电流/电压转换器20的输出信号形成的信号，以及残余干扰信号和存储器23’含有脉冲间歇时间的信号，也即只有残余干扰信号，所以干扰信号被连接在存储器23和23’之后的减法级24中的二个存储器23和23’所简单形成的信号差值所消除。
连接在减法级24输出端的有调节器11，一个开关或调制器29、一个滤波器25，有效信号Sm被输送到这些组件内。有效信号Sm经开关29送达电阻32，此电阻将电压Sm转换成电流Lk’。此电流被叠加在电流ΔI上，并与此ΔI一起被送到电流/电压转换器20的输入端。根据Ik’的相位形成一个具有负反馈-负回授的调节环路，用以进行差值信号ΔI的零补偿。
串接在滤波器25上的是一个比较器26，在设定有效信号Sm电平的条件下，此比较器向报警器的警报输出端27发出警报信号。此警报信号还可以被进一步分折，用于检验在报警器内或在控制中心还能干些什么，或不经进一步处理传送到发警报的控制中心，然后发出报警。此外，如图示，还设置了一个继电器28，以断电器的接点使警报信号的浮置电位分析成为可能。
即使通过选择光源1的适当波长，能够将光电流中光转换的温度系数调至近似零，从而使基准接收器和测量接收器4和5的温度达到一致，但仍然存在报警器的机械部件和各部件的制造公差问题。此外还有测量接收器5的积垢和灰尘。测量接收器5与基准接收器不同，基准接收器为防止环境的污染而加了保护，而测量接收器则未加保护，可随意接触，以致会明显影响测量接收器5的功能。
由于存在上述问题，基准接收器4以及测量接收器5的光电流Ir和Im的差值信号ΔI仅在很少的情况下，最多只在一定的时间，为零，致使人们针对组件参数的变化，和针对光强度在测量路段和基准路段上分布的变化，所追求的报警器的高稳定性和抗干扰能力一般是达不到的。
上述问题可通过下述辅助措施用调节器11加以解决此调节器通过一个受控制级7控制的开关30用串接的电阻31给光电流ΔI叠加一个附加电流Ik”，叠加的条件为供给电流/电压转换器20的电流在任何情况下都等于零。
另一个开关32与调节器11相匹配，此开关在馈电电压加在报警器上以后，按照经计时器9设定的启动时间改变调节器的状态，从而对缓慢发生的火焰，即所谓低温火焰的检测也能得以保证。为了保证对特别缓慢形成的低温火焰的检测，调节器29最好采用数字调节器，例如编入微处理机。
按照消光原理所述的定点报警器的优越之处表现在，对个别组件的老化所引起的漂移具有高度的稳定性；对光强度在两个光路测量和基准路段上的分布中发生的变化具有高度的抗干扰能力。此外，报警器对接触环境空气的测量接收器上的积垢和灰尘实际上并不敏感。
对漂移的高度稳定性和对光强度分布变化的高度抗干扰能力是通过采用调节光源和零补偿测量法达到的。采用调节器11进行跟踪来达到对测量接收器上积垢的不敏感。
在定点报警器中应用消光原理能够实现所谓稳定性、抗干扰性和不灵敏性。与众所周知的散射光报警器相比，这种消光定点报警器的优点是，它既能检测明火，也能很好地检测低温暗火。这是因为消光法既能很好地对在光亮的烟尘(低温暗火)上的光散射，也能对通过暗烟尘(明火)的光吸收作出响应。
权利要求
1.根据消光原理研制的光烟雾报警器，装有一个光源(1)，一个由光源(1)加荷的并具有测量接收器(5)的测量路段(3)，一个由光源(1)加荷并具有基准接收器(4)的基准路段(2)，一个连接在上述接收器上的计算电路(6)，其特征在于测量接收器(5)和基准接收器(4)二者的结构相同，测量路段和基准路段(3和2)的光路径的形成为二个接收器(5和4)从光源(1)接收同等数量的辐射，基准接收器(4)的电流信号(Ir)和测量接收器(5)的电流信号(Im)形成一差值信号(ΔI)，并输送给计算电路(6)，从而进行差值信号(ΔI)的零补偿。
2.按权利要求1的烟雾报警器，其特征在于，一个基准电流(Ik)叠加在基准接收器(4)的电流信号(Ir)上，光源(1)连接在一个调节回路上，并受此调节，调节的方式为通过基准接收器(4)的光电流(Ir)进行基准电流(Ik)的全部补偿。
3.按权利要求1或2的烟雾报警器，其特征在于，差值信号(ΔI)零补偿的跟踪调节。
4.按权利要求3的烟雾报警器，其特征在于，用一个由测量接收器(5)的有效信号(Sm)导出的第一个补偿信号(Ik’)，叠加差值信号(ΔI)的方法，进行差值信号(ΔI)的零补偿。
5.按权利要求4的烟雾报警器，其特征在于，上述调节回路中的有效信号(Sm)又返回计算电路(6)的相应入口处。
6.按权利要求3至5之一的烟雾报警器，其特征在于，用第二个补偿信号(Lk”)叠加差值信号(ΔI)来进行所述跟踪，这里，这种叠加是由调节器(11)控制的，控制的情况是，供给计算电路(6)相应入口的合成电流等于零。
7.按权利要求6的烟雾信号器，其特征在于，计算电路(6)包括一个用于光源(1)脉冲形调制的连接在控制级(7)的调制器(10)和三个连接在控制级(7)上的开关(13，29，30)用于将基准信号(Ik)叠加基准接收器(4)的电流信号(Ir)以及用第一个和第二个补偿信号(Lk’和Lk”)叠加差值信号(ΔI)。
8.按权利要求7的烟雾报警器，其特征在于，由基准接收器(4)的电流信号(Ir)和基准信号(Ik)形成的信号(I*)，经连接在控制级(7)的被控的第一个转接器(17)输送给二个存储器(18，18’)，存储器后串接着一个减法级(19)，减法级的输出端连接着调制器(10)。
9.按权利要求7或8的烟雾报警器，其特征在于，由差值信号(ΔI)和叠加在其上的二个补偿信号(Ik’，Ik”)所形成的信号，经连接在控制级(7)上的被控制的第二个转接器(22)输送给二个存储器(23，23’)，存储器后连接着一个减法级(24)和减法级的输出端连有一个报警器的警报输出端(27)、一个调节器(11)和用于叠加第一个补偿信号(Ik’)而设置的开关(29)。
10.按权利要求9的烟雾信号器，其特征在于，二个，一个由基准接收器(4)的电流信号(Ir)和叠加于其上的基准信号(Ik)和另一个由差值信号(ΔI)和叠加于其上的补偿信号(Ik’，Ik”)所形成的信号，经相应的转接器(17和22)，与光源(1)的调制同步输送到它们的存储器(18，18’，23，23’)，从而使有关脉冲宽度的信号存储在一个存储器(18，23)内，而有关脉冲间歇的存储在另一个存储器(18’，23’)中。
全文摘要
烟雾报警器包括一个光源,一个具有测量接收器的测量路段,一个具有基准接收器的基准路段,一个连接在上述接收器上的计算电路。由基准接收器的电流信号和测量接收器的电流信号形成差值信号并输送给计算电路。基准电流叠加在基准接收器的电流信号上,光源连接在一个调节回路上,以便用基准接收器的光电流对基准电流进行全面补偿。补偿信号叠加在差值信号上,由此进行差值信号的零补偿。
文档编号G08B17/103GK1203405SQ9810985
公开日1998年12月30日 申请日期1998年6月15日 优先权日1997年6月16日
发明者P·昆兹 申请人:塞比卢斯有限公司