专利名称：通过分析两个光学反向散射信号检测烟雾的装置和方法
技术领域：
本发明涉及危险报警技术技术领域。本发明尤其涉及一种基于光学散射光 测量原理的、用于检测烟雾的装置。此外本发明还涉及一种基于光学散射光测 量原理的、用于检测烟雾的方法。
背景技术：
光学的或者光电的烟雾检测器通常根据散射光方法工作。在此利用的是， 清澈的空气实际上不反射光。但是如果在空气中有烟雾粒子，则由红外发光二 极管发出的照射光至少部分地散射到烟雾粒子上。这些散射光的一部分落在不 直接由光照射的光敏传感器上。如果空气中没有烟雾粒子则照射光不能到达光 敏传感器。
由EP1039426A2公开了一种烟雾检测器，其具有外壳和设置在该外壳内 的光发送器和光接收器。通过光发送器和光接收器的空间排列定义的烟雾检测 范围位于烟雾检测器外部。为了能够识别烟雾检测器的緩慢的污染，光发送器 配备了用于采集由光发送器发出的辐射的监视接收器。此外设置了与光接收器 对应的监视发送器，从而可以检验光接收器的灵敏度。
由DE102004001699A1公开了 一种基于公知的散射原理的火警器。该火警 器具有多个辐射发送器和多个辐射接收器，其光程定义多个隔开的散射体积或 者检测空间。这些检测空间在位置上这样互相隔开，使得小的被测物例如昆虫 不能同时通过多个检测空间运动。以这种方式可以可靠地将在小的被测物上散 射的光与火灾相区别，其中区别在整个检测空间上分布的烟雾。
由WO2005/051053公开了一种火警器，其可以被隐蔽地安装在待监控的房 间的天花板上。该火警器具有并排安装在一个报警器部件上的多个辐射发送器 和多个辐射接收器。在护罩(其将火警器与待监控的房间隔开)和报警器部件 之间可以插入薄膜，其颜色可以与待监控的房间的天花板颜色匹配。通过合适 的颜色选择可以将火警器与待监控的房间的室内装潢匹配，从而火警器不会或
4几乎不会被位于房间中的人感觉到。
由EP0472039A2公开了 一种火警报警器和检测火灾的方法。该火警报警器 具有用于将短激光脉沖发送到监控范围中的激光源。此外该火警报警器还具有 光检测器，其被设置在激光源旁边并且用于检测由位于监控范围中的烟雾或其 它物体180。反向散射的激光。根据发送的和接收的激光脉冲之间的时间差确定 在监控范围内反向散射物体的位置。通过与由参考测量所获得的时间差的合适 的比较，此外还可以识别所检测到的烟雾的类型。特别是可以区别黑色烟雾和 白色烟雾。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，在小的仪器开销的情况下特别是就错误报警 的概率来改进对烟雾的检测。
上述技术问题通过一种用于检测烟雾的装置和一种使用所述装置来检测 烟雾的方法来解决。
根据本发明的第一方面，描述用于检测烟雾的装置。所描述的装置具有(a) 具有安装平面的基本元件，(b)第一光发送器，其被安装在安装平面上并且用 于发送第一照射光，和(c)第一光接收器，其被安装在安装平面上在第一光发 送器旁边并且用于接收由第一照射光在位于第一^r测空间中的被测物上的反向 散射所引起的第一测量光。此外所描述的装置还具有(d)第二光发送器，其被 安装在安装平面上并且用于发送第二照射光，(e)第二光接收器，其被设置在 安装平面上在第二光发送器旁边并且用于接收由第二照射光在位于第二检测空 间中的被测物上的反向散射所引起的第二测量光，和(f)数据处理装置，其与 第 一光接收器和第二光接收器连接并且用于共同分析第 一光接收器的第 一输出 信号和第二光接收器的第二输出信号。
所描述的用于检测烟雾的装置(该装置以下也简称为烟雾检测器)，基于
上以特别平的结构形式来实现。在此第一^f企测空间和第二^r测空间位于实际的 烟雾检测器以外。由此所描述的烟雾检测器是开放的烟雾检测器。
要指出的是，在实践中优选使直接位于烟雾检测器附近的烟雾对接收的测 量光有显著的贡献。离烟雾检测器远于大约10mm的烟雾通常不再由该烟雾检 测器记录，因为相应的光学反向散射信号太小。
5由于该背景，在本申请中两个概念"检测空间"和"烟雾检测器的视野" 互相区别。
概念"检测空间，，在此被理解为与烟雾检测器直接交界的层。这样，位于 检测空间内的烟雾就导致显著的且可测量的光学反向散射信号。位于检测空间 外并因此而离烟雾检测器较远的烟雾对所接收的反向散射信号的贡献微不足道。
概念"烟雾检测器视野"被理解为原则上由烟雾检测器采集的并且位于检 测空间外的区域。如上面已经解释的，位于烟雾检测器视野中的烟雾对光学反 向散射信号的贡献是微不足道的。但这不适用于具体的散射物体如昆虫或家具。 这些物体当它们只是位于烟雾检测器视野中时，也可能导致值得注意的光学反 向散射信号。
通过平的结构形式，所描述的烟雾检测器无需大的开销就可以被一体化在 待监控的房间的墙中并且特别是在天花板中。就是在明线安装情况下所描述的 烟雾检测器也可以容易地被安装在墙和/或天花板上。在此烟雾检测器仅占据很 小的面积。此外所描述的烟雾检测器可以被不引人注目地安装，从而不会被位 于由烟雾检测器监控的房间中的人感觉到或者至少不会感觉到影响了室内装 潢。
被测物特别是具有单个烟雾粒子的烟雾，这些烟雾粒子由所描述的基于散 射光原理的烟雾检测器检测。但是在实践中被测物还可以是其它物体如昆虫或 无意带入检测空间中的物体，其同样产生反向散射信号。而位于检测空间中的 具体物体例如特别是昆虫的光学反向散射信号比通过烟雾产生的光学反向散射
信号强得多。不过通过用数据处理装置对第一和第二光^r测器的输出信号的适 当的分析可以可靠地区分这样的事件与实际存在的烟雾。
由于所使用的反向散射几何形状优选无需用于光发送器和/或光接收器的 光学系统。由此所描述的烟雾检测器可以特别价格有利地制造并且作为价格便 宜的大批量产品也适合用于监控私人空间。
散射光的测量在所描述的烟雾检测器中以几乎180°的反向散射几何形状 进行。散射角与精确的反向散射之间、并由此与精确的180。之间的偏差产生自 (a)第一及第二光发送器和第一及第二光接收器之间的距离，(b)反向散射的 位置与相关光发送器及光接收器的距离。对于在位于检测空间中的散射物体上 的散射，由于检测空间的小的层厚产生散射角与180。的明显偏差。所描述的烟雾检测器特别通过所使用的反向散射几何形状与通常的烟雾 检测器相区别，通常的检测器或者作为前向散射体具有在照射光和散射光之间的大约60。的散射角或者作为反向散射体具有大约120。的散射角。导体二极管。在这种情况下基本元件可以是印制电路板或者至少具有印制电路 板，在该印制电路板上半导体发送二极管和半导体接收二极管以公知的方式安 装并且电接触。要指出的是，在该申请的范围内光的概念基本上包括任意光谱范围内的电 磁波，其中例如包括紫外、可见和红外光谱范围。波长较长的辐射例如微波也 表示在本申请意义下的光。特别地，光的概念指在近红外光谱范围内的辐射， 在该光谱范围中作为光发送器使用的发光二极管具有特别高的发光强度。但是 所描述的烟雾检测器不仅可以用几乎单色的光辐射而且还能够用包括两个或多 个离散波长和/或一个波长连续光语的光辐射来驱动。按照本发明的另一个实施例第一光发送器和第一光接收器通过第一反射 光挡板和/或第二光发送器和第二光接收器通过第二反射光挡板实现。这具有如下优点可以使用商业上通用的反射光挡板。用于将光发送器的发射方向与光 接收器的接收方向相匹配的、在光发送器和相应的光接收器之间的相对调整由列而不是必须的。因此烟雾检测器可以优选方式用小的安装花费来安装。按照本发明的另一个实施例，第一照射光的方向关于安装平面的法线在第 一光接收器的方向上倾斜和/或第二照射光的方向关于安装平面的法线在第二 光接收器的方向上倾斜。方向的概念在此指第 一和/或第二光发送器的平均发射 方向。这意味着，光发送器不仅可以是激光器例如VCSEL (垂直腔面发射激光 器)，其发送几乎平行的光束，光发送器还可以具有带有发散的光辐射的发射特 征，该发散的光辐射围绕相应地朝向相关光接收器倾斜的平均发射方向具有一 定的角度分布。按照本发明的另一个实施例，第一照射光的方向和第二照射光的方向互相 平行延伸。在此可以产生两个空间上互相分离的检测空间，其间隔取决于在基本元件 的安装平面上两个光发送器之间的距离。在对于第一和/或第二照射光的分散的或者展宽的光辐射的情况下，照射光的方向分别与平均发射方向有关。按照本发明的另一个实施例，第一光发送器和第二光发送器以及第一光接 收器和第二光接收器分別表示用于检测烟雾的装置的一个外边界。这意味着光发送器和光接收器都不位于所描述的烟雾检测器的外壳内。由此在光电子组件 光发送器和光接收器的外部没有所描述的烟雾检测器的任何其它部件。对于护 罩或外壳部件也是如此。由此可以这样构造烟雾检测器，使得在光电组件和相 关的检测空间之间没有其它可能的、保护光电组件免受污染的光学透明的封板。 但是这样的护罩或者防污罩在许多应用中特别是在家用领域也是根本不需要 的。此外第 一检测空间和/或第二检测空间还可以位于烟雾检测器的外部。在这 种情况下用于检测烟雾的装置表现为不具有本身的光室的开放的烟雾检测器。按照本发明的另一个实施例，烟雾检测器还附加地具有減法单元，该减法 单元在输入侧与第一光接收器和第二光接收器连接并在输出侧与数据处理装置 连接。减法单元例如可以借助合适的硬件组件实现，这些硬件组件基于两个光接 收器的类似的输出信号确定第一输出信号和第二输出信号之间的差信号。然后 可以合适的方式通过数据处理装置的处理器来分析该差信号。减法单元同样可以集成在数据处理装置中并在那里借助硬件、或者借助软 件或者借助硬件和软件的组合来实现。通过分析所描述的差信号例如可以消除外部光源的影响，外部光源从外部 将光照射到两个光接收器中并由此在每个单个的光接收器中以错误的方式造成 提高的接收信号。按照本发明的另一个实施例，设置第一光接收器用于采集第一测量光在时 间上的变化。通过采集由第 一光接收器采集的反向散射的光强度，作为时间的函数可以 简单的方式获得关于进入到第 一检测空间中的散射物体的信息。也就是如果进 入的散射物体为烟雾，则反向散射强度在时间上的变化相对緩慢，因为烟雾通 常是连续地渗入检测空间。与此不同地，在具体的被测物例如昆虫或由人无意 带入所描述的烟雾检测器的视野中的物体的情况下，则发生反向散射强度的突 然变化。由此根据由第 一光接收器采集的反向散射强度在时间上变化的强度可 以获得关于散射物体的种类的可靠信息。8按照本发明的另 一个实施例，设置用于发送脉动的第一照射光的第一光发送器。
使用具有时长优选小于lns的非常短的光脉冲的脉动的照射光，结合具有 同样位于纳秒范围的时间分辨率的光接收器，具有如下优点可以获得关于光 散射体的空间分布的信息。在此例如可以将来自于设置在房间的天花板上的烟 雾检测器的底部的第一光学反射信号与来自于烟雾的散射的第二反射信号在时 间上相鉴别。在此利用以下事实，仅当烟雾位于靠近烟雾检测器的检测空间内 时，才提供值得注意的反射信号。这样就可以将与烟雾对应的反向散射光与一 个极小的光传播时间相对应。与此不同的是，对于来自于监控的房间的地面的 反向散射光，测量由烟雾检测器和地面之间的距离确定的有限的光传播时间。 在此利用，通过光速预定的光程是30cm长， 一个光脉沖在一个纳秒之内走完 该光程。
就此而言，要指出的是，检测空间可以是直接位于典型地设置在房间天花 板上的烟雾纟企测器下面的一个层。该一企测空间的层厚例如可以为大约10mm。
因此在烟雾上散射的光具有大约5至20mm的信号路径。由此产生17至 67皮秒的信号延迟。换言之，烟雾信号仅具有极小且不可测的时间延迟和同样 用合适的花费不可测量的信号展宽。然而在相应的光接收器的时间分辨率足够 的情况下，经过光传播时间可以将远离的干扰的具体散射物体与位于烟雾检测 器近旁的烟雾上的反向散射相区别。举例来说，离检测器15cm远的物体除了 产生很强的信号之外还产生可测量的1纳秒的信号延迟。此外如果物体具有与 烟雾检测器相距不同远的多个反向散射范围，还可能产生脉冲展宽。
这样例如还可以从接收的测量光的比相应照射光的脉冲持续时间长的脉 冲持续时间推断出，照射光在离第 一光发送器及第 一光接收器距离不同的不同 物体上被反向散射。因此这样的通过不同物体导致的测量光脉冲在时间上的展 宽或者结构化可靠地表示，检测空间中的散射物体不是烟雾，而是在地面上或 在其它附近的物体上的反射。
与此相反，烟雾产生不可测量的脉冲展宽。在对于烟雾检测器仅仅使用价 格合理的组件并且不使用用于测量在皮秒或飞秒范围的延迟时间的高性能光学 测量仪器的情况下都是这样。由此借助接收到的测量光信号的脉冲长度和脉沖 结构可以将实体的物体如昆虫或无意带入检测器的视野中的物体可靠地与位于 检测空间中的烟雾相区别。
9此外通过测量发送照射光脉冲和反向散射且由光接收器检测的测量光脉冲之间的时间差t，可以确定，各物体离光发送器及光接收器有多远。在此通过
下式给出物体与光发送器及光接收器之间的距离s:
s=c-t/2在此c代表光速。
要指出的是，当然还可以设置用于发送脉动的照射光的第二光发送器。同样可以设置用于采集第二测量光在时间上的变化的第二光接收器。
按照本发明的另 一 个实施例，用于检测烟雾的装置附加地还具有控制装置，其与第一光发送器和第二光发送器连接并且这样构造，使得第一光发送器可以独立于第二光发送器被激活。
通过两个光源的独立控制，所描述的烟雾检测器可以不同的运行方式被驱动。例如可以进行不对称的运行模式，在该运行模式中第一光接收器和第二光接收器都是激活的，而两个光发送器则仅是一个接通而另一个有目的地断开。如杲在该运行模式中两个光接收器至少近似地显示相同的信号，则是远处的回声。该回声可以源自于由激活的光发送器发送的照射光在远离的物体例如被监控的房间的地板上的反射。在烟雾渗入到或产生于被监控的房间中这样的危险情况下，烟雾也会渗入到烟雾检测器的附近，从而两个光接收器会接收到非常不同的测量信号。在此对应于接通的光发送器的光接收器比另 一个光接收器接收到明显更强的测量信号。
按照本发明的另一方面，描述使用上面描述的装置来检测烟雾的方法。所
描述的烟雾^f企测方法可以(a)通过第一光发送器发送至少第一照射光和(b)借助第 一光接收器接收至少由第 一照射光在位于第 一检测空间中的被测物上的反向散射造成的第 一测量光。
所描述的方法基于以下知识，即就是以反向散射几何形状接收的测量光也能产生可被分析以可靠检测烟雾的足够强的信号。通过该由发明者借助实验证明的知识现在可以在特别紧凑的结构形式内实现烟雾检测器。在此可以将光电组件设置在共同的印制电路板上。
按照本发明的实施例，该方法附加地还可以借助第二光接收器接收光。在仅激活上面描述的烟雾检测器的两个光发送器中的一个的情况下，通过共同分析由两个光接收器测量的光强度可以可靠地检测烟雾。如上面所解释的，也就是通过在空间分布的烟雾粒子上的反向散射，由第一光接收器接收的光强度明显大于在对应于未激活的光发送器的第二光接收器上的光强度。只有在非 常远处的物体上的光散射情况下，分别出现在两个光接收器的上的两个光强度 才至少近似相同。
按照本发明的另一个实施例，该方法附加地还可以形成第一输出信号和第 二输出信号之间的差信号。该差信号可以通过数据处理装置的处理器来分析并 且在此可以消除外部光源的干扰的影响。
按照本发明的另一个实施例，第一照射光具有光脉冲。通过在由第一光发 送器照射的情况下引入时间关系可以获得关于位于第一检测空间或烟雾检测器 的与第 一光发送器和第 一光接收器对应的视野中的散射物体的空间位置的附加 信息。
由第二光发送器发送的第二照射光当然也可以具有光脉沖。 按照本发明的另 一个实施例，该方法附加地还可以测量作为第一测量光反 向散射的光脉沖的长度。这具有如下优点，可以获得关于在烟雾检测器的视野 内的不同物体的空间排列的信息。
因此根据脉冲长度的不同，与发送的照射光脉冲相比，散射物体的大的空 间分布导致反向散射的测量光脉冲在时间上的展宽或结构化。这基于以下事实， 照射光在离第 一光发送器及第 一光接收器不同距离处的不同物体上会反向散 射。在考虑有限的光速情况下不同的光程长度导致接收的照射光脉冲在时间上 的展宽或结构化。与之相反的是，在烟雾上的反向散射不导致测量光脉冲相对 照射光脉冲的明显延长。如上面已经解释的，这基于如下事实，只有位于紧邻 烟雾检测器的检测空间中的烟雾，才提供大的反向散射信号。仅位于烟雾检测 器的视野中的烟雾通常提供不可测量的光学反向散射信号。由此可以借助接收 到的测量光信号的脉冲长度和脉冲结构将实体的物体如昆虫或无意带入检测器 视野中的物体与渗入到检测空间中的烟雾可靠地区别。
要指出的是，自然还可以测量并相应地分析作为第二测量光反向散射的光 脉冲在时间上的长度。
按照本发明的另一个实施例，该方法附加地还可以测量在发送第一照射光 的光脉冲和接收反向散射的第 一测量光的相应的光脉冲之间的时间差。这具有 如下优点，即可以绝对地确定散射物体离第 一光发送器及第 一光接收器的距离。 自然还可以测量在发送第二照射光的光脉冲和接收反向散射的第二测量 光的相应的光脉沖之间的时间差。
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本发明的其它优点和特征从以下对优选实施方式的示例性描述中给出。 图1以示意性的截面图示出了具有两个安装在共同的印制电路板上的反射 光挡板的烟雾检测器，
图2示出了用于形成在图1中示出的光挡板的两个输出信号之间的差信号 的减法单元，
图3示出了由于在两个离烟雾检测器不同距离的物体上的散射，光脉冲在 时间上的展宽或结构化。
在此要注意，在附图中对相同或相应的组件仅用其第一个数字和/或通过所 附的字母来区别。
具体实施例方式
图1示出了烟雾检测器100,其具有基底105。按照此处示出的实施例， 基底是用于容纳电子和光电子组件的印制电路板105或合适的电路载体。在印 制电路板105上安装的所有组件以未示出的方式借助线路或电气接线以合适的 方式相4妾触。
烟雾检测器100包括第一反射光挡板110和第二反射光挡板120。第一反 射光挡板110具有第一光发送器111和与之直接靠近地设置在共同的外壳中的 第一光接收器112。第二反射光挡板120具有第二光发送器121和与之直接靠 近地设置在共同的外壳中的第二光接收器122。
第一光发送器111基本上垂直于印制电路板105的平面发送第一照射光 llla。第一照射光llla在例如烟雾位于其中的第一检测空间115中至少部分地 被近似180。地反向散射。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基本上垂直于印制电路板105的平面发 送第二照射光121a。第二照射光121a在例如烟雾位于其中的第二^r测空间125 中至少部分地被近似180。地反向散射。反向散射的光作为第二测量光122a到 达第二光接收器122。
此外烟雾4全测器IOO还具有减法单元136,其从两个光接收器112和122 的输出信号形成一个差信号。该差信号被传输到烟雾检测器100的数据处理装置135。
此外设置了控制装置130，其与两个光发送器111和121连接。由此两个 光发送器111和121可以互相独立地被激活或者被接通。
烟雾才全测器100的所有组件110、 120、 130、 135和136都安装在印制电 路板105上并以合适的方式电接触。由此烟雾一全测器100可以非常平的结构方 式来实现。在此烟雾检测器100的高度仅由印制电路板105的厚度和由组件 110、 120、 130、 135和136决定。
按照此处示出的实施例，所有组件110、 120、 130、35和136都是所谓 的表面贴装技术(SMD)器件。由此例如可以实现仅为2.1mm的总高度。在此 总高度由在印制电路板105的上侧和在图1中用附图标记140表示的烟雾检测 器的下表面之间的距离给出。
按照此处示出的实施例，光发送器lll、 121和光接收器112、 122的光激 活面积与表面140相合。这意味着，在这些光激活的面积和各个纟企测空间115、 125之间没有烟雾检测器100的其它部件。对于护罩和外壳部分也是如此。然 而这样的在公知的烟雾检测器中通常被设置用于防污目的的护罩在许多应用中 特别是在家用领域也是根本不需要的。此外还可以使用对于光发送器111、 121 和光接收器112、 122的光激活面积已具有透明的保护层的光挡板，从而由此至 少提供一定的污染保护。
所描述的具有两个互相平行对齐的反射光挡板的烟雾检测器IOO具有没有 如透镜或镜的光学元件的优点。由此烟雾检测器可以特别简单的方式用价格便 宜的組件来制造。在装配或者说安装烟雾检测器时也不用注意特別的安装容差。 所有对于烟雾检测器来说是必要的组件都是可以价格便宜地实现的大批量产
口
口CT o
在此指出，通过平行光线llla、 112a、 121a、 122a原则上存在如下风险， 即可能将远离的固定物体解释为烟雾。无意带入烟雾检测器IOO附近的检测空 间中的具体的物体可以借助非常强的反向散射信号与烟雾信号良好地区別。然 而位于烟雾检测器的视野中的远离的散射物体，由于其大多数扩散的反向散射 仅仅提供弱的信号并且用上面的标准通常不再能可靠地与烟雾区别。
然而在烟雾和远离的具体散射物体之间的可靠区别可以用所描述的烟雾 检测器100以有效的方式通过如下来实现，例如在通过激活的光发送器111发 送照射光110a期间断开或者说禁用另一个光发送器121。两个光接收器112和122同时激活。如果在这种情况下两个光接收器112和122显示至少近似相同
的信号，则是从位于烟雾检测器的视野中的检测空间外的物体的远处的回声。
该回声例如可以是来自于烟雾检测器100监控的房间的地面而不是来自于烟雾 粒子。也就是，特别是在天花板安装的烟雾检测器100的情况下烟雾粒子也至 少部分地位于烟雾检测器100的附近，从而在这种情况下两个光接收器112和 122的信号强度不同。
为了检测烟雾还可以简单地分析在两个光接收器112和122之间的差信 号。在此还可以有效地抑制外来光的影响。
图2示出了已经在图1中示出的减法单元，其此时用附图标记236表示。 在图2中用附图标记212表示的第一光接收器的第一输出信号212b被传输到减 法单元236的"正输入端"。在图2中用附图标记222表示的第二光接收器的第 二输出信号222b被传输到减法单元236的"负输入端"。由两个输出信号212b 和222b形成差信号236b,该差信号被传输到在图2中未示出的数据处理装置。 在数据处理装置中可以对差信号236b如上所述地进行分析。
图3以示意图形式示出由于在不同空间分布的物体315a和315b上的散射， 光脉沖在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
间分布。
如从图3可以看出的，光发送器311发送照射光311a,其至少具有短光脉 冲313。然后该光脉冲313在位于检测器的视野中的物体315a和315b上以大 约180度被反向散射。在此在检测器311、 312的视野内的所有可能物体上发生 反向散射。然而由于清楚性原因在图3中的图示中仅仅考虑两个物体。示例性 物体315b与光发送器311相距d,另一个示例性物体315a与光发送器311相 距d'。按照此处示出的实施例，物体315a是被监控的房间的地面。物体315b 是长期地或短时位于地面315a和烟雾检测器311、 312之间的任意的物体如家 具。
光脉冲313首先在与光发送器相距d的第二物体315b上出现。在此光能 的一部分被反向散射，从而在光接收器312上出现的测量光312a具有第一反向 散射脉冲313a。随后在此期间有些衰减的光脉冲313出现在与光发送器相距d' 的第一物体或者说地面315a上。同样在地面315a上又有一部分光能被反向散 射，从而测量光312a具有第二反向散射脉冲313b。因此在考虑所有涉及的物体的情况下，出现大量单个反向散射脉沖的重 叠，其中结果的总反向散射脉冲与输入光脉冲313相比被极大地展宽。在此由 于通过可能位于检测器的视野中的烟雾的吸收，后面的反向散射脉冲的强度与
前面出现在光接收器312上的反向散射脉冲相比降低。由此产生在图3中用附 图标记314表示的总反向散射脉冲的不对称的形式或者说不对称的时间上的变化。
关于这点指出，可能位于检测器视野中的、与烟雾检测器311、 312典型 地相距大于几厘米的烟雾，对于接收的光学反向散射信号的贡献不值得注意。
因此为了采集反向散射信号的展宽或结构化的上述效果，对于智能烟雾检 测不仅可以分析反向散射的数值或强度而且还可以分析相应的脉动的反向散射 信号的时间上的变化。如上面已经表明的，在此每个输入光脉沖313可以产生 多个来自于空间上分布的物体315a、 315b的反向散射脉沖313a、 313b…。物 体离得越远，则光线311a通过可能在室内空气中包含的烟雾粒子的散射和吸收 被衰减得就越多。对于反向散射的测量光312a也是如此。但是远离的物体的回 声后来也到达光接收器312。由此根据接收的光脉冲的时间上的变化可以确定 位于烟雾检测器的视野中的物体的空间分布或者说排列。
要指出的是，从反向散射的光脉冲314的发送到接收还可以测量光脉冲的 传播时间并且由此可以计算光发送器311或者光接收器312和物体315a和315b 之间的距离。
此外还要指出的是，此处描述的实施方式仅仅是示出本发明的可能实施变 形的有限选择。因此可以将单个实施方式的特征以合适的方式互相组合，从而 用此处清楚示出的实施变形，大量不同实施方式对于专业人员来说被认为是明 显公开的。
1权利要求
1.一种用于检测烟雾的装置，该装置具有·具有安装平面的基本元件(105)，·第一光发送器(111)，其被安装在该安装平面上并且用于发送第一照射光(111a)，·第一光接收器(112)，其被安装在该安装平面上在该第一光发送器(111)旁边，并且用于接收由该第一照射光(111a)在位于第一检测空间(115)中的被测物上的反向散射所引起的第一测量光(112a)，·第二光发送器(121)，其被安装在该安装平面上并且用于发送第二照射光(121a)，·第二光接收器(122)，其被设置在该安装平面上在第二光发送器(121)旁边并且用于接收由第二照射光(121a)在位于第二检测空间(125)中的被测物上的反向散射所引起的第二测量光(122a)，以及·数据处理装置(135)，其与第一光接收器(112)和第二光接收器(122)连接并且用于对第一光接收器(112，212)的第一输出信号(212b)和第二光接收器(122，222)的第二输出信号(222b)进行共同分析。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光发送器(111)和第一 光接收器(112)通过第一反射光档板(110 )实现，和/或所述第二光发送器(121 ) 和第二光接收器(122)通过第二反射光挡板(120)实现。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一照射光(llla)的方 向关于安装平面的法线在第一光接收器(112)的方向上倾斜，和/或所述第二 照射光(121a)的方向关于安装平面的法线在第二光接收器(122)的方向上倾 斜。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述第一照射光(llla) 的方向和第二照射光(121a)的方向互相平行延伸。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述第一光发送器 (111 )和第二光发送器(121 )以及第一光接收器(112 )和第二光接收器(122 )分别表示用于检测烟雾的装置的一个外边界。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，还具有减法单元(136， 236 ),该減法单元在输入侧与第一光接收器(112, 212)和第二光接收器(122, 222) 连接，在输出侧与数据处理装置(135)连接。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述第一光接收器 (112)设置用于采集第一测量光(llla)在时间上的变化。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一光发送器(111, 311)设 置用于发送脉动的第一照射光(311a， 313)。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的装置，还具有 控制装置(130)，其与第一光发送器(111)和第二光发送器(121)连 接并且构造为使该第一光发送器(111 )可以独立于第二光发送器(121 ) 被激活。
10. —种使用根据权利要求1至9中任一项所述的装置检测烟雾的方法， 该方法具有步骤 通过第一光发送器(111 )发送至少第一照射光(llla)， 借助第一光接收器(112)至少接收由第一照射光(llla)在位于第一 检测空间(115)中的被测物上的反向散射造成的第一测量光(112a)。
11. 根据权利要求IO所述的方法，还具有步骤 借助第二光接收器(122)接收光。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，还具有步骤 形成第一输出信号(212b )和第二输出信号(222b )之间的差信号(236b )。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述第一照射光 (llla， 311a)具有光脉冲(313)。
14. 根据权利要求13所述的方法，还具有步骤 测量作为第一测量光(112a， 312a)的反向散射的光脉冲(314)的长度。
15. 根据权利要求13或14所述的方法，还具有步骤 测量发送第一照射光(llla, 311a)的光脉沖(313)和接收反向散射 的第一测量光(112a， 312a)的相应的光脉冲(314)之间的时间差。
全文摘要
本发明涉及一种通过分析两个光学反向散射信号来检测烟雾的装置和方法。烟雾检测器具有具有安装平面的基本元件，安装在该安装平面上并用于发送第一照射光的第一光发送器，安装在该第一光发送器旁的用于接收由第一照射光在位于第一检测空间中的被测物上的反向散射引起的第一测量光的第一光接收器。此外烟雾检测器还具有安装在安装平面上用于发送第二照射光的第二光发送器、设置在第二光发送器旁边用于接收由该第二照射光在位于第二检测空间中的被测物上的反向散射引起的第二测量光的第二光接收器，以及用于共同分析第一光接收器的第一输出信号和第二光接收器的第二输出信号的数据处理装置。此外还提出一种使用所描述的烟雾检测器检测烟雾的方法。
文档编号G08B17/107GK101515400SQ200910130708
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者乔治斯·A·坦奇奥, 库尔特·米勒, 沃尔特·沃伦维德, 马库斯·洛弗 申请人:西门子公司