专利名称：烟雾检测器的改进,尤其是管道烟雾检测器的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及对悬浮在流体中的微粒的检测，尤其是烟雾检测器。本发明适于安装在管道上，用于早期检测由于在与该管道相连的保护区或防火区中的材料的意外热解或燃烧而产生的烟雾。
该管道可以是用于控制保护区中的温度和/或空气质量的通风管或空调管。
本发明同样可以自由安装或布置在开放环境中，也就是，本发明并不必须管道安装。所述实例仅仅用于对本发明的解释，管道安装也仅仅是一个优选实施例。并不是这样限定本发明的范围。
背景技术：
管道安装的烟雾检测器采集很少量的、经过空气管例如通风井的空气试样，并将检测在该试样中的烟雾存在，从而当烟雾浓度超过表示在保护区中有火的预定值时，将发出警报。
目前，主要设计为在保护区内进行天花板安装的普通点式烟雾检测器用于管道安装。该检测器安装在密封壳体内，该密封壳体将安装在管道外部，该壳体装有一对直的管状探针，该探针伸入管道内，并用于从管道内部抽取连续的少量空气试样，并使该试样或试样的一部分通过相邻的检测器。
当由于大量空气通过该管道而使烟雾有较大稀释时，将会使检测困难。对于该稀释，发现这样的检测器不够灵敏，从而不足以提供合适的、对于生命安全较早的警报。而且，尽管通常还包括防虫网和灰尘过滤器以保护检测器免受污染，但这通常不足以防止通道堵塞或光学表面的污染。由于潮气冷凝、污染和由灰尘引起的错误警报，该检测器自身并不可靠，通常的使用寿命并不令人满意，只能进行几个月的测量。
为了克服这些缺点，高灵敏度的抽气式烟雾检测器已经用于管道监测。这些检测器的灵敏度比普通的点式检测器高几百倍，因此克服了烟雾稀释的缺点。
通过抽气器(空气泵)获得的吸入压力能够克服灰尘过滤器的制约，从而能够采用更高效的过滤器，以避免意外的灰尘污染和可能的假警报。
多年来，本发明人一直在对抽气式烟雾检测器进行改进，如本人的澳大利亚专利575845、3184384、4229885、3023684、3184184、3453784、3400593、8070891、2774692、4050493和4050393所述，其相应的海外专利包括西欧、北美、日本和新西兰的专利。
抽气式烟雾检测器采用抽气器来通过灰尘过滤器和烟雾监测室吸入连续的空气试样。该抽气器也可以从通风井吸入试样，或者可以选择通过长距离的管道系统来吸入试样。
当通过管道系统时，它为较小的孔，并通常安装在顶板上，该顶板具有以规则间隔钻出的采样孔，从而能够从整个保护区域主动抽吸空气试样。比较而言，普通类型的烟雾检测器依赖于对流或通气，以便被动地吸入烟雾，并使烟雾通过检测器室。
不管是否将使用管道或管道系统，用于抽气式烟雾检测系统中的理想的烟雾检测器是烟雾计。它是对在起火时或者在过热、热解或闷烧的早期阶段所产生的各种大小的烟雾微粒都敏感(闷烧通常至少在出现火焰前1小时出现)。
现有技术的光学类型的烟雾(或空气传播微粒)检测器通常采用单个光源(或投射灯)来照射可能包含该微粒的检测区。该光的一部分可能由微粒朝着单个接收器单元(或传感器)散射，该单个接收器单元布置成能够提供可接受的检测性能。现有技术的改进类型包括将一个或多个附加的传感器布置成接收沿不同方向散射的光。从两个或更多传感器发出的输出信号用于提供关于微粒大小或者一组微粒的平均大小的进一步信息。该现有技术的缺点是它采用单一波长的光源，对火焰燃烧中产生的小微粒不敏感。
其它检测技术采用激光束，该激光束提供偏振单色光源，通常在红外波长附近。这样的检测器将对较大微粒有很高的灵敏性，代价是对较小微粒(也就是比光的波长更小)的灵敏性较低。因此，基于激光的检测器不能作为真正的烟雾计。该缺点可以通过采用多个接收传感器而缓解，这些接收传感器布置成检测以各种角度和偏振性而散射的光，但是只采用了一个波长的光。
某些抽气式烟雾检测器已经采用了单个激光二极管射束，但是它也有采用单个波长的相同缺点，并且对由火焰燃烧发出的烟雾灵敏性较低。采用抽气式检测器的其它缺点在于成本较高、耗能、复杂以及大小。
不管是否抽气，所有上述现有技术所具有的缺点，即它们对火焰燃烧特征的小微粒不敏感，使得在很多实例中要求安装附加的电离型烟雾检测器。这些检测器利用放射性元素例如镅来使腔室内的空气电离。当烟雾微粒代替电离空气时，该腔室的电导率降低，从而导致发出警报。该检测器对火焰燃烧产生的小微粒敏感，但对热解或闷烧产生的较大微粒不敏感。该检测器也会由于通气而发出假警报，该通气同样会代替电离空气。因此，对着火初期不敏感和易于发出假警报使得电离型检测器也是一种不可接受的选择。
另外，抽气式烟雾检测器也采用氙灯作为单一光源，它产生类似于阳光的连续光谱，包括紫外线、可见光和红外线波长。使用该连续光谱能够检测全部大小的微粒，并产生与烟雾质量密度成正比的信号，这是迄今为止最可靠的着火检测方式。尽管它能够作为真正的烟雾计，但是它并不能表示火的类型。还一缺点是不能选择特定波长，除非采用复杂、昂贵和相对不很可靠的机械运动式滤色器系统。该方法的其它缺点是氙灯的使用寿命通常仅限于4年、光强变化以及需要昂贵的高压电供给。
其它的现有技术还采用两个光源。例如，Kane & Ludlow的GB2193570(5-10-1980)公开了采用一个激光束来检测空气传播微粒的大小和球形度，需要不超过5个精确定位的传感器。相同波长的第二激光束用于根据单个微粒在视域中的存在而打开和关闭第一激光。该第二激光用于提高系统的信噪比，但不确定微粒的大小和球形度。该系统对于高容量火警业来说太昂贵了。
在另一实例中，Beconsall等的US4426640(5-8-1986)公开了一种采用两个光源的污染气体检测器，但是它并不是空气传播微粒的计数器。它使用在将检测的气体的吸收波长下工作的第一激光以及在参考波长下工作的第二激光，该参考波长必须与吸收波长近似，但并不相同。这两激光束“大量”投射到大气中(化学厂周围)，在各波长处接收的信号的相对强度提供了对污染气体的浓度的测量。
应当知道，在各种热解和燃烧情况下产生的烟雾类型是不同的。快速火焰燃烧将产生非常多且非常小的固体微粒，这些固体微粒聚集成任意形状，从而形成烟灰。相反，热解的早期阶段将产生少得多且相当大的液体微粒(高沸点)，通常以悬浮微粒形式存在，这些悬浮微粒可以聚集以形成较大的半透明球体。
已经发现，当检测到较大微粒的量在一段时间内缓慢增加时，这表示热解或闷烧状态，需要注意。
也可能，检测到大量的小微粒快速出现，且没有早期热解或闷烧阶段，这表示纵火，这时采用了促燃物，需要马上采取措施。对这些极端情况之间的状况进行判断的能力将有助于建筑工人、消防队或自动火警报警系统对潜在危险作出合适的反应。
现有技术的另一方面是它对灰尘的敏感性。灰尘在两方面很重要。首先，空气传播的灰尘通常会被检测器误认为烟雾，这样，灰尘增加可能导致发出假火警。其次，即使利用分辨装置来减少假警报率，仍然有污染的问题。污染是灰尘在检测器中缓慢积累。这将通过降低它对烟雾的敏感性和/或降低它的防止假警报的安全裕度，从而影响该检测器的可靠性。该检测器的使用寿命主要受污染控制，因此需要定期维修。使检测器能够减小污染和能够分辨烟雾微粒将很有利。而且，在某些用途中，识别灰尘的存在可以用于检测某一区域的清洁度。迄今为止，当用于微芯片制造业时，这一特殊作用需要采用非常昂贵的灰尘微粒计数器，当用于办公室环境中时，该灰尘微粒计数器非常易于被污染。
刚性、尺寸小和重量轻的烟雾和/或灰尘检测器能够很好地用于航空航天业。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟雾检测器装置，该烟雾检测器装置能够检测的微粒大小的范围很宽，并能够根据微粒的大小分辨不同种类的烟雾或灰尘。该烟雾检测器装置适于安装在空气管或通风管上。本发明的目的是提供一种烟雾检测器和一种检测系统，该烟雾检测器和检测系统有相对较长的使用寿命，同时在两次维修之间具有相对较长的时间间隔。
本发明的目的是提供一种烟雾检测器系统，该烟雾检测器系统具有相对较高的灵敏性，同时能够不使用抽气器。
本发明提供了一种用于检测在流体中悬浮的微粒的装置，该装置包括光源，该光源适于提供至少第一照射和第二照射；一微粒检测区，试样流体流将流过该微粒检测区；逻辑装置，用于通过第一或第二照射来交替照射检测区；传感器装置，用于接收由在检测区内的微粒散射的光；以及输出装置，用于指示在检测区中的预定状态。
该装置可以进行管道安装，或者可以不进行管道安装。
优选是，在微粒检测装置中，该光源包括至少2个光源，装置的部件机械固定就位，该第一和第二照射独立进行辐射，该第一和第二照射具有不同的偏振性，该第一和第二照射处于不同位置，和/或该第一和第二照射具有不同波长，例如一个的光为较短波长，另一个的光为较长波长。
优选是，光源包括一对光源，一个的光为较短波长，另一个的光为较长波长。
也可选择，该光通过分别有不同相对偏振性的偏振透镜来投射，或者不同偏振性的光源例如激光二极管设置成有不同的偏振性和/或波长。
本发明的改进在于能够对较宽范围的微粒大小保持灵敏性，也能根据微粒大小判断不同种类的烟雾或灰尘，同时还能获得相对较长的使用寿命、较小尺寸、较轻重量和较低成本。
光源可以以与检测区轴线所成角度相同的方式投射光，或者可以选择，以不同角度投射光。通常，光源以脉冲方式工作，这样，一时只有一个波长的光工作。电子电路的系统增益可以调节，这样，在标定状态下，各光源能够在接收传感器上产生相同的信号电平。此外，接收传感器选择为使它具有合适的工作带宽(对所用的全部波长都敏感)。
可以采用超过两个波长的光或偏振光或者它们的组合，以便对在检测室内遇到的各种类型的微粒都有非常高的灵敏性或分辨能力，不管该微粒是较小或较大的烟雾微粒或者灰尘微粒。
接收传感器也可以有偏振滤镜。这样，可以没有光源工作或者同时使全部光源都工作。
因此，光源可以依次发出脉冲，并对传感器所接收的脉冲的绝对和相对幅值进行分析，以便确定烟雾浓度和微粒大小分布，从而说明烟雾的类型。
根据本发明的更特殊的方面，提供了一种烟雾检测器和烟雾检测方法，其中，检测器有本体；至少两个投射灯，该投射灯安装在该本体内，用于向接收空气试样的检测区内投射光；至少一个光接收传感器，该光接收传感器安装在本体内，用于接收从该检测区散射的光，该装置设置成这样，即，照射在进入检测区的烟雾和灰尘微粒上的不同波长、偏振性和/或角度的脉冲投射光将产生散射光，该散射光表示烟雾微粒大小的范围和/或灰尘微粒的存在，接收至少部分所述散射光的所述传感器用于提供信号，通过分析信号，可以确定烟雾浓度和微粒大小和/或范围。
根据本发明的还一方面，提供了一种烟雾检测的方法和烟雾检测器，该烟雾检测器包括一本体，该本体有一进口，包括空气的流体试样能够通过该进口提供，该本体还有一输出装置，用于指示警报状态，该方法和检测器采用微粒检测单元，该微粒检测单元包括光源和微粒大小判断装置，其中，通过分析在经过预定时间后选定微粒大小和/或范围的浓度变化，从而提供警报状态。
优选是，该微粒大小判断装置检测较小和较大微粒大小和/或范围的存在。
优选是，该微粒大小判断装置包括第一光源，用于检测相对较小的微粒大小和/或范围；以及第二光源，用于检测相对较大的微粒大小和/或范围。
优选是，该第一和第二光源交替起作用。
优选是，微粒大小判断装置利用相对较短波长的光和相对较长波长的光来检测微粒大小和/或范围。
还一方面涉及烟雾检测器，该烟雾检测器包括检测单元和/或可操作地如本文所述进行警报状态的检测。
本发明的还一方面是提供一种检测关于热解、闷烧和/或冒烟现象的警报状态的警报检测器和方法，其中，提供流体试样，使由光源发射的光照射在流体试样上，由该发射光确定微粒大小，且在经过预定时间后，确定选定微粒大小和/或范围的数量或浓度是否变化，由此，当选定微粒大小和/或范围的微粒数量和浓度落在选定的关键值内时，可以发出警报。
优选是，所确定的微粒大小和/或范围是相对较小和相对较大的微粒大小和/或范围。
优选是，在确定微粒大小和/或范围时，采用用于检测相对较小微粒大小和/或范围的第一光源以及用于检测相对较大微粒大小和/或范围的第二光源。
优选是，在确定微粒大小和/或范围时，该第一和第二光源交替起作用。
优选是，在确定微粒大小和/或范围时，采用波长相对较短的光和波长相对较长的光。
根据本发明的还一特殊方面，不同波长的光的所述脉冲可以为相对较短的波长，例如紫外线或蓝色光；以及相对较长的波长，例如红外线或红色光。
根据本发明的还一特殊方面，该光源由具有不同波长(颜色)的发光二极管(LED)产生，和/或利用偏振滤镜产生，各滤镜设置成具有不同的相对偏振性。
根据本发明的还一方面，该光源由具有不同波长(颜色)的激光二极管产生，和/或设置成具有不同的相对偏振性。
本发明还提供了一种烟雾检测器系统，该系统包括至少一个烟雾检测器，其改进包括从管道来采集流体试样，并传送给至少一个如上述的检测器。
本发明还提供了一种具有管道的结构，其改进在于从管道中采集试样以便进行预定状态的检测。
在本发明的一个特殊方面，管道中的空气试样通过安装在管道内的探针抽取，该探针包括进口孔和出口孔。
在本发明的还一方面，空气试样可以直接从管道或管中抽取到烟雾检测器装置中，其中，该管道或管形成为文氏管结构，以便在检测器室和管道之间产生足够的相对压。
本质上，在本发明的一个方面，需要利用超过一个波长的光来检测更完全范围的微粒大小和火的类型，并对它们进行判断。本发明的另一方面发现，确定微粒在经过一定时间后的浓度、大小和/或范围将很好地表示是否满足警报状态或是否安全。本发明的还一方面基于有至少两个照射微粒检测区的光源和一个检测装置，该检测装置提供表示微粒检测区预定状态的输出信号。具有两个光源能够分辨微粒大小，同时只使用一个接收传感器。本发明的还一方面是识别灰尘微粒，以便监测灰尘水平或避免假火警。
图1a是沿烟雾检测器本体的线1-1的剖视平面图；图1b所示为一种可选的烟雾检测器本体的平面图；图1c所示为还一可选的烟雾检测器本体的平面图；图2是沿烟雾检测器本体的线2-2的正剖图；图3是沿烟雾检测器本体的线3-3的横剖图，表示气体试样进口管道系统；图4是沿烟雾检测器本体的线4-4的横剖图，表示它的过滤器室和扩压器管道；图5是沿烟雾检测器本体和壳体的线5-5的剖视图；图6是沿烟雾检测器本体和壳体的线6-6的剖视图；图7是烟雾检测器本体的进气孔/出气孔在有垫圈时的端视图；图8是管道探针沿线C-C的侧剖图；图8a是安装在烟雾检测器本体上的探针端头的端视图；图8b是探针沿线E-E的横剖图；图8c是远离检测器本体的探针端头的端视图；图9是管道采样探针的侧视图；图10是一种可选的管道或管的采样结构的剖视图；图11a和11b所示为一种可选的高容量探针的侧视图；图12a所示为一种可选探针的剖视图，其中，检测器本体安装件已经取下；图12f所示为高容量探针本体安装件；图12k所示为低容量探针本体安装件；图12b-12e和12g-12j所示为图12a的探针的各个视图；图13a和13b所示为一种可选的低容量探针的侧视图。
具体实施例方式
通常，本发明的目的是利用成本低、尺寸小、重量轻、强度高、可靠性好、维修少和使用寿命长以及适于大批量制造的装置来检测空气传播的微粒和/或根据微粒大小进行判断。这可以仅使用单个传感器以及至少两个便宜的光源而实现。使用单个传感器以及它的相应电子放大器将简化系统设计和降低系统成本，该相应电子放大器需要设计成高灵敏度和低噪音。它还避免了附加传感器可能出现的灵敏度和线性度不一致，也避免了由多个传感器可能引起的噪音增加。
对空气传播的微粒的大小的判断可以通过多种方式进行。两个或多个光源可以有不同的波长、偏振性、位置(特别是相对于检测区轴线的入射立体角)或它们的组合。
在本发明的优选实施例中，所用的两个发光二极管(LED)有不同的工作波长。可以采用相隔较远的430nm(蓝色)和880nm(红外)波长，这样，波长能够完全倍频程(octave)分离。当交替波长的光通过微粒朝传感器散射时，这样大的波长差能够产生明显不同的信号强度。也可选择例如430nm(蓝色)和660nm(红色)的组合。间隔更近的波长例如525nm(绿色)和660nm(红色)的组合也可以采用，对小微粒的大小判断和灵敏性将相应减小。
由Rayleigh理论可知，对于比光的波长更小的微粒，散射光的强度以波长的四次方减小。已经证明，对于烟雾检测，当在实践中采用能够产生包含红外、可视和紫外波长的完全光谱的氙灯时，为了检测由火释放的某些小微粒，需要蓝色区域内的波长。
因此，采用蓝色光源的特殊优点是，它的较短波长能够提供对于较长波长无法看见的小微粒的较高分辨率。优选是，蓝色或紫色激光二极管可以作为蓝色LED，前者较贵，将增加校准的复杂性，需要自动功率控制，并且耐高温性较低。已有的红色和红外激光二极管的组合也可采用，但是除了利用激光所存在的困难外，这些较长的波长不能充分分辨小微粒。
因此，本发明的优选实施例设置成利用宽射束扩展的高强度LED(大约12度)。尽管宽扩展的LED射束可以通过利用透镜聚焦而进行约束，但是这增加了成本、校准的复杂性以及产品的尺寸。而当汇集到传感器上时，从检测区域的较大容积散射的LED光的聚集强度将进行相当大的放大。因此，基于LED的系统的灵敏度与基于激光的系统相当，而且能在不减小可靠性的情况下降低成本。
不过，相同的发明也可以设置成采用激光二极管作为不同波长、偏振性或位置(角度)的可选光源。该装置也能进行微粒大小判断，但是与LED设计方案相比成本更高，且耐温性更低。
通过新结构的光学室，就能够使用LED，该新结构的光学室能适应各LED的较宽投射灯射束角，并与位于检测区域后面的专门设计的光阱(lighttrap)相对，以便完全吸收残余的投射光，从而防止它被传感器检测。该室还有一个光阱，该光阱与传感器相对，并在检测区域后面，以便防止残余投射光被检测。这样，由残余投射光与检测的散射光相比而得到的信噪比将最大，以保证系统有非常高的灵敏度。这还可以通过使LED和传感器与检测区域相互紧密靠近来保证，这样，平方反比的光强损失能减至最小。而且，优选是使透镜结合传感器使用，以便从整个检测区采集散射光，同时由于聚焦而使该室的壁表面的能见度减至最小。通过这些方法的组合，系统的灵敏度大约为0.01至0.1％/m的等效烟雾朦胧度(smoke obscuration)。
应当知道，利用较宽投射灯射束的能力将导致能够在没有昂贵的校准光学装置的情况下使用激光二极管。
在本发明的一个优选实施例中，各光源依次进行短周期脉冲，例如10mS。传感器响应各个波长的各个散射光脉冲而产生信号。系统进行预先标定，以便说明传感器对各波长的灵敏性，优选是在制造过程中调节LED投射的强度。信号利用数字滤波来放大，以便提高信噪比，并储存脉冲信号的绝对和相对幅值。该绝对值表示微粒浓度，而该相对值表示微粒大小或一组微粒的平均大小。由Rayleigh理论可知，对于给定质量浓度的空气传播微粒，长波长的光将在小微粒情况下产生较低幅值信号，或者在大微粒情况下产生较大幅值信号。而短波长的光在小微粒和大微粒情况下都将产生相对等幅值的信号。通过比较信号比，可以确定该微粒为较大还是较小。
在一定期间内产生的信号根据趋势进行分析。较大微粒浓度的缓慢增长表示热解和最终成为闷烧状态。也可选择，较小微粒的快速增加表示快速燃烧的火，在没有前期的热解和闷烧的情况下，则表示有促燃物(例如纵火)。在闷烧和火焰燃烧的情况下，该信息用于产生分开的警报输出，或者也可选择，在火焰燃烧的情况下(它更危险)减小警报激发界限值(即提供更早的警报)。
应当知道，只有烟雾浓度不能表示初发的火的危险程度。所检测的浓度将取决于新鲜空气对烟雾的稀释程度，以及该初发的火靠近检测器的距离。根据本发明，提供确定烟雾的性质，可以确定需要发出警报的烟雾浓度，这适用于保护环境，从而在假警报很少的情况下提供早期警报。而且，该系统的低成本使得它能够很方便地广泛使用。
在本发明的还一实施例中，微粒大小判断用于确定空气传播的灰尘成分，以便避免假警报，或者用于检测保护环境内的灰尘水平。可以采用两个LED，但是通过采用附加的LED，可以在不同微粒大小范围内进行判断。
下面将参考附图介绍本发明的优选实施例。
在本发明的一个实施例中，参考图1，烟雾检测器壳体10通过模制基本相同的两半10a、10b(见图4)而制成。两个LED灯11布置成发出光，并使该光横过检测室12投射到由传感器13观察的区域内。烟雾14沿箭头15的方向吸入并横过该室12，这样，它能够被投射灯11依次照射。由空气传播的烟雾微粒散射的某些光16通过聚焦透镜17而被接收传感器13捕获。
一系列的光学膜片(iris)18确定了投射灯射束的分布，另一系列膜片19确定了传感器13的观察范围。还提供有与各投射灯11相对的吸收器廊道39/40(光阱)，以便基本吸收全部基本保持未散射的光，从而防止在传感器13处的散射光16被投射光淹没。还提供有与传感器相对的光阱20，以便进一步保证基本没有投射灯光能够照射到传感器上。
烟雾检测器壳体10优选是包括管道系统21，以便提供通过检测器室12的气流。该管道系统21可以包括一个与收集器23相对的喷嘴22，以便引导气流横过该室12，这样，在烟雾水平降低时，该室将快速清除烟雾。灰尘过滤器33包含于管道系统的通路中。进口扩压器24和出口扩压器25与灰尘过滤器腔室相连，该进口扩压器和出口扩压器设计成使气流通过检测器的压头损失(压力降)最小，并有利于使较大过滤器33有较长的使用寿命。经过一定年限后，少量的细小灰尘可能会通过该过滤器。微粒防止或减小污染，该喷嘴和收集器布置成能够使灰尘在室壁和光学表面上的沉积最小。
图1b和1c表示了图1a的光源11的可选布置位置。这需要重新定位光阱39、40。在其它方面，图1b和1c的特征与图1所示以及相关说明相同。图1b和1c并没有表示出图1a的全部详细情况，这只是为了清楚。应当知道，图1b和1c允许反向散射检测或反向和正向散射的组合，即不同角度。
图2表示了沿图1的烟雾检测器本体的线2-2的剖视图。许多图1a中所示的部件也以相同的参考标号表示。图2表示了主电子印刷电路板PCB1的优选位置，以便与投射光源和接收传感器高效和低干涉的电连接，该接收传感器包括它的预放大印刷电路板PCB2。有利的是，该烟雾检测器本体上半部分10b可以在不干扰与PCB1的连接的情况下拆下，以便进行调定和维修。
参考图3，图中所示为沿图1中的线3-3的横剖图，表示了包括垫圈和弯头的气体试样进口管道系统。
沿图1中的线4-4的横剖图表示了它的过滤器室，如图4所示。过滤器元件优选是开口泡沫塑料结构，具有相对较大的过滤孔孔径，例如0.1mm。这使得灰尘微粒能够在元件的整个较大深度中逐渐被挡住。采用这样较大孔径的装置将使得即使当过滤器有灰尘时，烟雾微粒不会被过滤器挡住，当烟雾微粒被过滤器挡住时将减小检测器对烟雾的灵敏度。该元件很容易取下，以便清洗或更新。
图5是图6中的烟雾检测器本体沿线5-5的剖视图。它表示了检测器本体和检测器壳体怎样通过螺钉固定，并以分解图表示了壳体可以在哪里安装管道，例如圆形通风管(圆形管道优于扁平侧面的管道)。例如，安装可以通过螺钉、磁体或粘接带进行。
图6所示为烟雾检测器本体沿图5中的线6-6的剖视图。图1a也表示了线6-6。在图6中，表示了安装在印刷电路板PCB1上的外部壳体以及垫圈31。该特殊结构适于安装管道，尽管本发明并不只局限于该用途。
图7是烟雾检测器本体的进气孔/出气孔的端视图，并以平面视图表示了垫圈31。该垫圈有用于管道的可释放座，该管道例如为非指定半径的圆形通风管。
下面的说明将涉及本发明的一个优选结构，并将参考图8、8a、8b、8c和9。应当知道，下面的说明同样可用于在图11a、11b、12a-12k以及13a和13b中所示的可选高容量和低容量实施例。在各图中采用相同的参考标号，以避免重复。当在管道中的流体流量较高时采用高容量实施例。这时，进口开口和出口开口28和29分别设计成较小，这样，对于高容量的流体流，将收集较小的试样区域，并基本使相同容积的流体流向本发明的检测器。同样，低容量实施例设计成有相对较大的开口28和29，当流体流体较低时，提供有较大的开口，以便将基本相同容量的流体流供给本发明的检测器。
管道系统设置成具有合适的弯头和适于安装探针26的插座，该探针26从通风管27中抽吸烟雾。优选是，该探针26为单元结构，包括进口孔28和出口孔29，这样，在管道壁上只需要一个穿透孔30，以便使探针26进入。该孔利用闭孔泡沫塑料垫圈31来防止泄漏。图8表示了沿图8b中的线C-C的视图。图12a也表示了沿图12c和12h中的线C-C的视图。图8a表示了沿图8中的线D-D的视图。图12b表示了沿图12a中的线D-D的视图，用于高容量实施例。图12g所示为沿图12a中的线D-D的视图，用于低容量实施例。图8b表示了沿图8中的线E-E的剖视图，表示它包括具有可拆卸头部的杆。图12c和12h分别表示了高容量和低容量实施例的探针沿图12a中的线E-E的视图。图8c所示为沿线F-F的视图。图12e和12j分别表示了高容量和低容量探针的平面图。图12d和121分别表示了高容量和低容量探针的头部的剖视图。
探针26只需要一个圆形的管道穿透孔就可以插入管道内。探针插入成这样，即使得它的进口对着上游，使得它的出口对着下游。该探针设计成通过通风管27中的气流的动压头驱动而提供经过检测室12的足够气流量。该动压头产生横过探针26的进口孔28和出口孔29的压力降，该压力降足以克服检测室12、管道系统21和管道过滤器33的组合阻力。通过采用圆形的进口孔，并随后通过弯头来以最小损失改变试样流的方向。出口处也是这样。包括进口和出口弯头并不需要扩大管道穿透孔。这样的高效率使得能够采用有效的灰尘过滤器，以便保证产品的较长工作寿命，例如在普通办公室环境中为10年。通过有较长的工作寿命，非常合适的是(但并不是必须)该检测器本体10可以很容易地拆卸，以便进行清洗和重新标定，从而不需要昂贵和难于进行气密的可拆卸过滤器芯子。探针的高效率也有助于使它用于以较低空气速度例如4m/sec工作的通风管中。为了用于低速通风管中，还提供有可选的探针头。它采用放大进气口设计，该放大进气口包括一扩压器，以便高效加速进口空气，从而使检测器保持对烟雾的快速反应。
参考图8b和9，在本发明的优选实施例中，探针26构成为有椭圆形或类似形状的横截面，这将使流阻减至最小(使在通风管中的流动阻力减至最小)，同时减小由管道流动引起的Strouhal频率的振动力。在图8b和9所示的特殊实施例中，流阻的气动系数与有一对相同尺寸的圆管的情况相比减小10倍。图12b至12k表示了类似特性，但是为关于高容量和低容量探针。用椭圆形代替翼形的优点是该探针可以以两个方向安装，探针的总宽度能减小，同时不会过度损害流阻的减小。通过进一步添加杆部分，该探针26的长度可以延长，以便满足不同尺寸的管路需要，从而保证在不需要抽气器的情况下有足够的气流。管道27内部的压力可以与管道外部(检测器通常安装在外部)的大气压力明显不同。在本发明的优选实施例中，最好如图1和6所示，两半室可拆开地通过圆管连续的O形密封环34而以气密方式连接。这使得检测器室的内部压力与通风管的内部压力近似，并防止与外界大气之间的泄漏。
检测器中的泄漏将可能由于外界环境中的烟雾而引起意外警报。烟雾从检测器泄漏到外界环境中将引起对环境进行警戒的其它烟雾检测装置发出意外警报。
也可选择，参考图10，当采用较小的管道或管时，该探针不合适，这时，该管道可以设置成提供有文氏管，该文氏管形成所需的压力降，从而保证足够流量通过检测器室、过滤器和管道系统。再有，只需要很小部分的烟雾通过检测器，该部分减至最小，以便使检测器的污染速度和过滤器的负载减至最小，从而保持最大的维修时间间隔。
权利要求
1.一种用于检测在流体中悬浮的微粒的装置，该装置包括光源，该光源适于提供至少第一照射和第二照射；一微粒检测区，试样流体流将流过该微粒检测区；逻辑装置，用于通过第一或第二照射来交替照射检测区；传感器装置，用于接收由在检测区内的微粒散射的光；以及输出装置，用于指示在检测区中的预定状态。
2.根据权利要求1所述的微粒检测装置，其中该光源包括至少2个光源，装置的部件机械固定就位，该第一和第二照射独立进行辐射，该第一和第二照射具有不同的偏振性，该第一和第二照射由不同位置提供，和/或该第一和第二照射具有不同波长，例如一个的光为较短波长，另一个的光为较长波长。
3.一种微粒检测器，具有本体；至少两个投射灯，该投射灯安装在该本体内，用于向接收空气试样的检测区内投射光；一个光接收传感器，该光接收传感器安装在本体内，用于接收从该检测区散射的光，该投射灯用于向检测区内投射光，该装置设置成这样，即，照射在进入检测区的烟雾和灰尘微粒上的不同波长、偏振性和/或角度的脉冲投射光将产生散射光，该散射光表示烟雾微粒大小的范围和/或灰尘微粒的存在，接收至少部分所述散射光的所述传感器用于提供信号，通过分析信号，可以确定烟雾浓度和微粒大小和/或范围。
4.一种微粒检测器，包括一本体，该本体有一进口，包括空气的流体试样能够通过该进口提供，该本体还有一输出装置，用于指示警报状态；一微粒检测单元，该微粒检测单元包括光源和微粒大小判断装置，其中，通过分析在经过预定时间后选定微粒大小的浓度变化，从而提供警报状态。
5.根据权利要求4所述的检测单元，其中该微粒大小判断装置检测较小和较大微粒大小的存在。
6.根据权利要求4或5所述的检测单元，其中，该微粒大小判断装置包括第一光源，用于检测相对较小的微粒大小；以及第二光源，用于检测相对较大的微粒大小。
7.根据权利要求6所述的检测单元，其中该第一和第二光源交替起作用。
8.根据权利要求4至7中任意一个所述的检测单元，其中该微粒大小判断装置利用相对较短波长的光和相对较长波长的光来检测微粒大小。
9.根据权利要求4至7中任意一个所述的检测单元，其中该微粒大小判断装置利用水平偏振的光和垂直偏振的光来检测微粒大小。
10.一种烟雾检测器，包括如权利要求4至9中任意一个所述的检测单元。
11.一种灰尘检测器，包括如权利要求4至9中任意一个所述的检测单元。
12.一种烟雾检测器，包括如权利要求1、2或3所述的微粒检测器。
13.一种烟雾检测器，包括如权利要求4至9中任意一个所述的检测单元，该检测单元将灰尘区别开，以避免假火警。
14.对热解、闷烧和/或冒烟现象的警报状态进行检测的方法，该方法包括以下步骤a.提供流体试样；b.使由光源发射的光照射在流体试样上；c.利用该发射光确定微粒大小；d.在经过预定时间后，确定选定微粒大小和/或微粒范围的数量或浓度是否变化；e.当该确定步骤d落在选定的关键值内时，发出警报。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所确定的微粒大小和/或微粒范围是相对较小和相对较大的微粒大小和/或范围。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中在确定微粒大小和/或微粒范围时，采用第一光源以检测第一范围和/或相对较小微粒大小，以及采用第二光源以检测第二范围和/或相对较大微粒大小。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在确定微粒大小和/或范围时，该第一和第二光源交替起作用。
18.根据权利要求14至17中任意一个所述的方法，其中在确定微粒大小和/或范围时，采用波长相对较短的光和波长相对较长的光。
19.一种微粒和/或烟雾检测器，可操作地用于根据权利要求14至18中任意一个所述的方法来检测警报状态。
20.一种探针，用于安装在管道中，例如流体可流过的管道，该探针用于与根据权利要求1至13或19中任意一个所述的装置、检测器或检测单元流体连通，该探针包括第一部分，用于安装在管道内；该第一部分有进口，用于接收上游的流体流；以及出口部分，该出口部分有出口，用于输出到下游的流体流中；该进口和出口部分各有一槽道，该槽道弯曲，以便能改变探针内的流体流的方向，同时基本使流阻减至最小。
全文摘要
本发明涉及对在流体中悬浮的微粒的检测，尤其是烟雾检测器(10)，该烟雾检测器适于安装在管道内，以便早期检测由与该管道相连的保护区或火区中的材料意外热解或燃烧而产生的烟雾；本发明通过第一或第二照射(11)交替照射检测区(12)。本发明的改进在于能够对较宽范围的微粒大小保持灵敏性，也能根据微粒大小判断不同种类的烟雾或灰尘，同时还能获得相对较长的使用寿命、较小尺寸、较轻重量和较低成本。
文档编号G08B17/10GK1418358SQ01806612
公开日2003年5月14日 申请日期2001年2月9日 优先权日2000年2月10日
发明者马丁·T·科尔 申请人:马丁·T·科尔