烟雾检测器以及用于烟雾检测器的光烟雾检测单元的制作方法

这种烟雾检测单元通常是已知的。如还在本发明的情况下，它们可以是封闭或开放式设计的散射光烟雾检测器的一部分。在封闭式设计中，这种散射光烟雾检测器具有光测量室，所述光测量室对于所检测烟雾是多孔的，但是屏蔽直射的环境光。这种测量室通常还被描述为迷宫。另一方面，开放式设计的散射光烟雾检测器具有位于检测器外壳外侧露天(open air)中的检测区域。最后，这种烟雾检测单元可以是消光烟雾检测器的一部分，其中由于烟雾存在而导致的光衰减由光接收器检测和评估。

众所周知的是，发光二极管在操作期间老化，并且随着时间推移而具有降低的光输出。与此相反，光电传感器(诸如，例如光电二极管)显示相对较小的、可忽略的老化现象。因此，光输出必须被监测以便在用于烟雾检测的光输出不足的情况下发出警告。或者，用于控制发光二极管的脉冲持续时间或控制功率可以被增加以校正降低的光输出或所发出的光通量。对于这一点，单独光电传感器的使用是已知的，单独光电传感器优选地接收来自发光二极管的直射光，并且被布置为与发光二极管相对。根据光电传感器信号，然后警告被输出和/或光输出通过发光二极管的电气控制被补偿。

此外，已知的是，烟雾检测单元中的所有光电元件随着时间的推移而被污染。这意味着发光二极管的光发射功率和用于烟雾检测的光接收器以及用于光输出或光通量的监测的单独光电传感器的光检测灵敏度，随着污染物的增加而降低，而不管这些光电元件的老化。

此外，已知的是，单色、双色或多色发光二极管是单片单元(one-piece unit)。它们具有LED外壳、布置在其中的用于相应“颜色”的至少一个LED芯片，以及引出LED外壳的接触相应LED芯片的端子。

在这个上下中，本发明的目的是具体说明一种光烟雾检测单元，其在它的整个服务和运行寿命内更可靠地运行。

该目的以主权利要求的特征来实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中指出。在独立权利要求11，12，15中，指出了封闭式散射光烟雾检测器、消光烟雾检测器以及开放式散射光烟雾检测器，其中每个烟雾检测器都具有根据本发明的烟雾检测单元。

根据本发明，发光二极管以这样的方式光耦合在一起，即至少一个发光二极管利用部分发出的光照射另一个发光二极管。控制单元被配置为优选地以交替的方式控制一个发光二极管(用于照明)以及切换另一个发光二极管运行为光电二极管，并且同时检测流过这个光电二极管的光电电流，作为被控发光二极管发出的光通量的测量。光电电流通常与照明强度成比例，并且因此还与发光二极管发出的光通量成比例。此外，控制单元被配置或编程为根据光电电流的减少程度从被控发光二极管推断和输出老化信息。或者，或此外，控制单元可以根据光电电流的减少程度被配置以改变被控发光二极管的电气控制以便校正或补偿所发出的光通量中的相应减少。

本发明是基于每个发光二极管还可以被使用或运行为光电二极管的知识，尽管与专门开发用于检测目的的光电二极管相比明显效率较低。然而，通过其它发光二极管接收的光足以至少定性地确定被控制以用于照明的发光二极管的光通量。

光电电流的减少程度可以通过光电电流的标称电流和光电电流的实际电流值之间的差来确定。例如，标称电流可以在光烟雾检测单元测试类型或系列的范围内确定。其还可以是在烟雾检测器的操作期间的开始处所测量的电流值的平均值。例如，以这种方式建立的标称电流被存储在控制单元的存储器中，即在微控制器的非易失性存储器中。控制单元可以被配置为重复地(并且特别是周期性地)检测光电电流的实际电流值，并且计算光电电流的所存储的标称电流和实际检测的电流值之间的差。这两个电流值之间的差对应于光电电流的减少程度。

代替光电电流，由发光二极管产生的光电电压也可以被检测。为此，将流过发光二极管的光电电流转换为成比例的光电压的欧姆互阻抗转换器被并联连接到发光二极管。在其运行为光电二极管时，发光二极管被用于此目的的部分电路结构(图2)激活，所述电路结构被提供用于照明的发光二极管的电气控制。

优选地，光耦合是防尘的，以防止任何污染颗粒进入发光二极管的LED外壳之间的光路。

例如，老化信息可以是老化或二进制老化信息的多级量，诸如，例如，“未老化”和“老化”。例如，老化的量可以被表示为数值或百分比值，诸如例如，0％到100％。例如，0的百分比值可以表示新状态，并且100的百分比值表示其中某种烟雾检测可能由于不充足的散射光而不再可靠的状态。例如，新状态以及烟雾检测不再确定的状态的百分比值可以在烟雾检测单元或烟雾检测器的测试类型的范围内计量地确定。中间百分比值可以是线性插值。采用规定的值(诸如，例如，50％或80％)，然后相应的警告可以被发出(例如，通过连接到烟雾检测器的检测器总线，在烟雾检测器本身上通过无线电和/或声学地或光学地)。所检测的光电传感器的光电电流可以通过数值表或特征曲线被分配给0％-100％的示例性百分比范围，所述特征曲线被存储在微控制器的电子存储单元中，用于微控制器的后续老化评估。

控制单元可以被配置为根据烟雾检测所需的标称光通量，通过开放式或封闭式控制电路跟踪被控发光二极管(用于照明)所发出的光通量。例如，光通量可以通过延长发光二极管的电气控制的脉冲长度来改变，从而使得每光脉冲的光能也增加。或者，或此外，发光二极管的驱动电流并且也因此光通量或光输出也可以增加。在封闭式控制电路的含义内，目前的光通量可以通过改变发光二极管的电气控制来持续确定和跟踪。

有利的是，由于两个发光二极管彼此的光耦合，不需要另外的外部光电传感器来监视所发出的光通量。由于光耦合，两个发光二极管可以有利地彼此监视不可接受的严重老化，即当电气控制保持不变时所发出的光通量的不可接受的大幅减少。

另一个特定优点在于，由于两个发光二极管彼此的防尘光耦合，由此得到的被控发光二极管的实际光电电流或实际光通量的计量检测不会受到污染的不利影响。在操作的过程中，污染物(诸如灰尘、烟雾或烟尘颗粒)沉积在光烟雾检测单元的光路中。光路覆盖从光产生到光检测的所有元件。这些元件(诸如发光二极管、光接收器、现有技术中的外部光电传感器、以及还有孔径和光学透镜)都受到污染。因此，在散射光中心发出的光通量和光接收器的检测灵敏度随着时间而降低。然而，由于两个发光二极管的LED外壳之间的直接光耦合，没有污染物可以进入光耦合路径。

根据一个实施例，每个发光二极管都具有LED外壳和容纳在所述LED外壳中的用于发出单色、双色或多色光的至少一个LED芯片，以及从LED外壳引出用于连接到相应LED芯片的若干端子。控制单元被配置为选择性地控制用于烟雾检测(用于照明)的一个发光二极管的一个LED芯片，并且被配置为选择性地切换另一个发光二极管的一个LED芯片运行为光电二极管。此外，其同时被配置为检测流过相应LED芯片的光电电流，以便由此推断和输出分别被控的LED芯片的老化信息，和/或由此改变分别被控的LED芯片的电气控制。

相比于利用电气控制由LED芯片发出的光的波长，接收光的波长越短，用于接收光的LED芯片的光敏性越好。换句话说，运行为光电二极管的红外LED芯片检测蓝色光明显好于蓝色LED芯片检测红外光。

通过使用两个不同的“LED颜色”，由于确定烟雾颗粒的颗粒尺寸以及因此烟雾的类型，改进烟雾检测也是可能的。优选地，LED芯片被设计为泛光灯，即作为所谓的兰伯特(Lambert)发射器。“裸(naked)”LED芯片，其本身是功能完善的，也被称为“管芯”。它们通常在形状上为正方形或矩形。

根据优选实施例，两个发光二极管通过用于光耦合的光导体彼此连接。例如，光导体可以是线性或板状设计。其可以由透明塑料或玻璃制成。由于光耦合，两个发光二极管可以被布置在不同的位置，并且特别地相对于烟雾检测单元中的光接收器成不同的散射角度。

可替代地，透明粘合剂、透明硅或透明蜡可以被插入两个相邻发光二极管的LED外壳之间。在这种情况下，先前介绍的光传导材料承担光导体的功能。在最简单的情况下，一滴透明粘合剂足够将两个相邻发光二极管的LED外壳粘合在一起。术语“相邻”是指两个发光二极管具有大体上相同的光轴。然后，发光二极管的两个光轴彼此平行延伸，并且相隔几毫米范围内的短距离。两个发光二极管还可以具有相对于光接收器的大致相同的散射光角度。它们可以彼此紧挨着布置或彼此叠放。

可替代地，透明粘合剂、透明硅或透明蜡可以被插入相应LED外壳和用于两个发光二极管的光耦合的光导体的端件之间。这导致从相应LED芯片通过LED外壳，并且然后借助于光传导材料进入光导体的相应端部的连续光路。

优选地，透明粘合剂、透明硅或透明蜡具有与LED外壳相比几乎相同的光折射率。

根据一个实施例，发光二极管具有由塑料或玻璃制成的光透明LED外壳。如果LED外壳具有用于光导体的光底座，那么就可能特别容易地将光导体连接到LED外壳。如果盲孔凹入或插入LED外壳中并且具有稍大于光导体外径的直径是特别有利的。在这种情况下，光导体的端件可以插入到盲孔中并且紧固在那里(例如，通过先前介绍的光粘合剂)。如果盲孔被布置在LED外壳中(例如，在LED芯片的横向边缘的水平)，另外几乎没有可用光的部分可以特别有效地耦合到光导体中。

优选地，相应LED芯片被设计为发出单色红外、红、橙、黄、绿、蓝或紫外光。可替代地，如果适当的黄色发光材料被施加到蓝色发光或紫外LED芯片表面，其可以被设计为发出白光。

特别地，至少一个发光二极管是具有两个LED芯片的双色发光二极管，其中第一LED芯片被设计为发出具有665nm-1000nm范围内波长的光，以及第二LED芯片被设计为发出具有350nm-500nm范围内波长的光。特别地，第一LED芯片被设计为发出具有940nm±40nm或860nm±40nm波长的光，并且第二LED芯片被设计为发出具有460nm±40nm或390nm±40nm波长的光。

根据另一个实施例，被提供用于烟雾检测的光电传感器是发光二极管，其对由两个发光二极管发出的光至少光谱敏感，并且运行为光电二极管。因此，例如，通过特别简单地使用相同类型的发光二极管，可以实现便宜的烟雾检测。

根据一个实施例，发光二极管具有直径为3mm或5mm的标准塑料外壳。这些标准外壳以塑料成型工艺生产，其中具有施加到其的(多个)LED芯片的LED芯片载体连同端子被模制到塑料外壳中。如已知的，这种3mm或5mm的发光二极管作为大规模生产的消费产品被“现成(off the shelf)”出售。具有这种标准外壳的发光二极管通常被提供用于孔底座。可替代地，发光二极管还可以是用于表面安装在电路载体上的SMD元件。

本发明的目的还通过散射光烟雾检测器来实现，所述散射光烟雾检测器具有检测器外壳以及容纳在外壳中的光测量室，所述测量室具有用于所检测烟雾的可能通道的至少一个开口。根据本发明的屏蔽环境光的烟雾检测单元被容纳在测量室中。光接收器——通常是硅PIN光电二极管——被布置为具有在用于散射光检测的前向和/或后向散射光结构中的两个发光二极管。控制单元被配置为如果由光接收器输出的接收信号超过相应或组合的最小散射光水平则发出火灾报警。

采用前向散射光结构，发光二极管和光接收器之间的角度的范围是从20°到90°，特别是从30°到70°。采用后向散射光结构，这个角度的范围是从大于90°到160°，特别是从110°到150°。

此外，本发明的目的通过消光烟雾检测器来实现。不同于散射光烟雾检测器，这里光接收器被布置为与用于检测直射光的两个发光二极管光学上相对。控制单元被配置为如果由光接收器输出的接收信号降到针对最大允许光衰减的参考值以下则发出火灾报警。术语“光学上相对”还包括通过反射镜和反射器(retro-reflector)来反射由发光二极管发出的光。

采用上述两种烟雾检测器，光测量室具有用于接触两个发光二极管、光接收器和/或控制单元的电路载体。电路载体具有盖，特别是塑料盖，作为光测量室的一部分。优选地，所述盖由黑色塑料制成。优选地，其具有光吸收结构，诸如，例如，槽纹表面。根据本发明，透明塑料部分被提供作为用于两个发光二极管的光耦合的光导体。这个光导体可以被设置在电路载体和塑料盖之间。例如，其可以被放置在塑料盖的相应槽状凹部中。可替代地，光导体可以被模制到塑料盖(例如，通过所谓的双组份注塑成型工艺)。此外，塑料盖具有到发光二极管的通孔或凹部，使得这些可以通过它们各自的LED外壳、通过各自相邻的通孔以及通过那里相邻的光导体光耦合在一起。

优选地，发光二极管的LED底座被布置在塑料盖上。这些LED底座还可以是塑料盖本身的组成部分。例如，它们可以是半壳形的。每个LED底座具有用于光导体的端件的通孔。换句话说，容纳在那里的发光二极管将直射光耦合到与LED外壳相邻的光导体的端件中。

最后，本发明的目的通过开放式散射光烟雾检测器来实现，该检测器具有根据本发明的光烟雾检测单元。后者被布置在开放式散射光烟雾检测器的检测器外壳中。用于散射光检测的检测区域位于检测器外壳的外侧。换句话说，一方面在发光二极管和露天的检测区域之间，以及另一方面在光接收器和露天的检测区域之间没有检测器外壳的其它部件。除了这一点，在检测器外壳上可以有透明盖，以保护发光二极管和光接收器不受污染。控制单元被配置为如果由光接收器输出的接收信号超过最小散射光水平则发出火灾报警。

以示例的方式在下面的附图中说明本发明和本发明的有利实施例。这些示出：

图1：根据本发明的采用符号表示的计量评估和两个发光二极管的交替控制，

图2：通过根据本发明的互阻抗转换器在每种情况下交替控制和交替评估两个发光二极管的示例性电路结构，以及

图3到图6：每种情况下的两个光耦合发光二级管的各种示例，

图7：根据本发明的用于散射光烟雾检测器的烟雾检测单元的示例，烟雾检测单元具有前向和后向散射光结构中的双色发光二极管、单色发光二极管和光接收器，以及

图8：具有用于两个发光二极管的光耦合的光导体的封闭式设计的烟雾检测器的剖视图。

图1示出了根据本发明的采用符号表示的计量评估和两个发光二极管L1，L2的交替控制。

在图的左侧部分中，第二发光二极管L2(例如，用于发出蓝光的“蓝色”发光二极管)通过闭合开关S2被电气控制和符号化。与此相反，同时，第一发光二极管L1(例如，“红外”发光二极管)被切换运行为光电二极管，其通过打开开关S1以及通过用于检测“蓝色”发光二极管L2的光电电流或光电电压的测量仪器来符号化，所述“蓝色”发光二极管L2光耦合到第一发光二极管L1。因此，由第二发光二极管L2发出的部分光可以被第一发光二极管L1检测到。这里术语“同时”是指在各发光二极管LI，L2被控制用于照明的光照持续时间内，即在由这个发光二极管LI，L2发出的光被计量检测的光脉冲内。

在图的右侧部分中，用于发出红外光的第一“红外”发光二极管L1通过闭合开关S1电气控制和符号化。与此相反，同时，第二“蓝色”发光二极管L2被切换运行为光电二极管，其通过打开开关S2以及通过用于检测“红外”发光二极管L1的光电电流或光电电压的测量仪器来符号化，所述“红外”发光二极管L1光耦合到第二发光二极管L2。因此，现在相反由第一发光二极管L1发出的部分光可以被第二发光二极管L2检测到。一般来说，在这种情况下，红外发光二极管L1的蓝光检测比在这种情况下蓝色发光二极管L2的红外光检测更高效。这在图1中通过在“蓝色”发光二极管L2的情况下的更小指针偏转(相比于在“红外”发光二极管L1的情况下的指针偏转)来符号化。

图2示出了通过根据本发明的互阻抗转换器R_TI在每种情况下交替控制和交替评估两个发光二极管L1，L2的示例性电路结构。在图2的下部，示出了被设计为微控制器的控制单元MC，其被编程以交替的方式打开和闭合两个开关S1，S2。习惯上，两个开关S1，S2是开关晶体管。在本示例中，它们已经集成在微控制器MC中。使用两个开关S1，S2，两个发光二极管L1，L2被交替地切换为发出光到电源电压VCC。分别并联切换到发光二极管L1，L2的欧姆电阻器R_TI被提供用于将在“光电二极管”操作模式中相应产生的光电电流I_L1，I_L2转换为相应的光电电压U_L1，U_L2。在前向方向中，两个电阻器R_TI的欧姆数(ohmage)是发光二极管L1，L2的内部电阻的许多倍。现在获得的光电电压U_L1，U_L2基本上与通过发光二极管的相应光电电流成比例，所述光电电流进而基本上与所发出的光通量成比例。现在获得的光电电压U_L1，U_L2可以特别容易地被A/D转换器检测到，以及由微控制器MC评估。A/D转换器还可以被集成在微控制器MC中。

图3到图6示出了在每种情况下两个耦合发光二极管L1，L2的各种示例。

在图3的示例中，两个发光二极管L1，L2彼此相邻。此外，它们面临同样的方式，即它们的光轴A都彼此平行延伸。第一发光二极管L1具有示例性的红色发光LED芯片R，而第二发光二极管L2具有蓝色发光LED芯片B。G表示5mm标准外壳的典型形状的相应LED外壳。在外壳G中，具有分别用于光场压缩(light squeezing)的光学透镜LI。参考字符1表示发光二极管L1，L2的端子，以用于当相应发光二极管L1，L2运行为光电二极管时的光电电流的计量检测和电气控制。这通过适当的测量结构(例如，如图2中所示)来实现。

图4示出了通过光导体LL光耦合在一起的两个发光二极管L1，L2的示意图。图4基本上示出了由左侧的发光二极管L1发出的部分光如何被耦合到光导体LL中，然后穿过光导体LL，在光导体LL的另一端被去耦合，并且穿过右侧的发光二极管L2的LED外壳G，并且在那里照射这个发光二极管L2。如果右侧的发光二极管L2运行为光电二极管(即其不是利用发出光的电流被主动控制)，那么由右侧的发光二极管L2产生的光电电流或产生的电气光电电压可以被检测和评估。反之亦然，左侧的发光二极管L1还可以被右侧的发光二极管L2发出的部分光照射。两个发光二极管L1，L2的相对布置仅被象征性地理解，如同光导体LL光耦合到相应LED外壳G。在该示例中，两个发光二极管L1，L2每个仅具有单个LED芯片R，B，选择与彼此相同或不同的“光色”。

如果两个发光二极管L1，L2例如具有相同颜色的LED芯片R，B(例如，红外LED芯片)，那么两个发光二极管L1，L2的特别有效的相互监视是可能的。使用具有相同光色的两个单色发光二极管L1，L2，例如对于组合的前向和后向散射光烟雾检测器是有利的。

图5自身与图4的区别在于，两个发光二极管L1，L2被设计为双色发光二极管DL。这种发光二极管DL还被称为双LED或成对LED。通常地，它们各具有两个彼此具有不同光色(例如，红外和蓝色)的LED芯片R，B。两个相应LED芯片R，B可以被彼此独立地控制用于照明，并且因此还共同地被控制。因此，这种双色发光二极管DL的两个LED芯片R，B中的一个或两个可以同时被切换运行为光电二极管。

图6示出了图4和图5的组合，其具有单个双色发光二极管DL和与其光耦合的单色发光二极管L2。

图7示出了用于散射光烟雾检测器的根据本发明的烟雾检测单元的示例，烟雾检测单元具有双色发光二极管DL、单色发光二极管L1、并且具有光接收器2，所述光接收器2具有在前向和后向散射光结构中的上游光学透镜4。LY表示光测量室，其对于所检测的烟雾是可渗透的，而对于直射环境光是屏蔽的。这通过测量室LY中翅片6的适当布置来实现。

A表示两个发光二极管DL的光轴，L1和EA表示光接收器2的光接收轴。双色发光二极管DL被布置为与光接收器2成大约60°的前向散射光角度VW。优选地，它具有红外和蓝色发光LED芯片。单色发光二极管L1被布置为与光接收器2成大约120°的后向散射光角度RW。优选地，单色发光二极管L1具有红外发光LED芯片。Z进一步表示用于烟雾检测的共同散射光中心Z。由两个发光二极管DL，L1照射的来自待检测颗粒的部分散射光在这个散射光中心Z或测量体积中最终到达光接收器2。为了防止获得从发光二极管DL到光接收器2的直射光，提供了额外孔径3，5。

在图7中，可以看出，在每种情况下具有一个端件的线性光导体LL靠近两个发光二极管DL，L1的LED外壳的侧部，使得相应发光二极管DL，L1发出的部分光能够耦合到光导体LL中并且分别被其它发光二极管L1，DL检测到。D表示所示孔径3中的通孔，光导体LL的端件通过该通孔D伸出。优选地，孔径3是LED底座9的一部分，用于在光测量室LY中加入、对齐和固定相应发光二极管DL，L1。优选地，所示的光导体LL布线在两个发光二极管DL，L1“后面”，防止任何散射光从光导体LL被反射到光接收器2。

图8示出了通过封闭式设计的散射光烟雾检测器的剖视图，该检测器具有用于光耦合两个发光二极管DL，L1的光导体LL。检测器外壳由参考字符8来表示。通过检测器外壳8中的烟雾进气口OF，所检测的烟雾可以到达内部光测量室LY。在上部，AN表示散射光烟雾检测器的壳体底部，以便将其可拆卸地附接到检测器底部，该检测器底部进而被固定到盖。图8还示出了用于两个发光二极管DL，L1以及光接收器2和作为控制单元的微控制器MC的电接触的电路载体7的剖视图。盖AB被布置在形成光测量室LY的底部的电路载体7上。优选地，它由黑色光吸收塑料制成。此外，它在其面向测量室LY的侧部上具有光吸收结构，光吸收结构由锯齿形结构来符号化。在所示图像中，除了发光二极管DL，L1和光接收器2的散射光结构之外，还可以看到被布置在电路载体7和塑料盖AB之间的光导体LL。它的两个端件通过相应的通孔D伸入到盖AB中，并且邻接相应LED底座9。当发光二极管DL，L1被安装时，采用它们的LED外壳G，它们然后直接邻接光导体LL的相应端件，用于可能地耦合进出的光。在电路载体7和塑料盖AB之间布线光导体LL明显地简化了安装工作。同时，光导体LL闪亮的反射表面被有利地防止充当用于在光测量室LY中从发光二极管DL，L1发出的光的光漫射器。

参考字符列表

1光烟雾检测单元

2光电传感器，硅PIN光电二极管，发光二极管

3孔径，针孔光阑

4光学透镜

5光接收器-孔径

6翅片，光屏蔽元件

7电路载体，印刷电路板

8检测器外壳

9LED底座

A光轴，光传输轴

AB塑料盖

AN底部外壳

B蓝色LED芯片

D通孔，凹部

DL双色发光二极管，双LED，成对LED

EA光轴，光接收轴

G LED外壳

I_L1，I_L2光电电流

L1，L2发光二极管，LED

LI光学透镜

LL光导体

LY光测量室，迷宫

MC控制单元，微控制器

OF烟雾进气口

OK光耦合

PD光电二极管，光电传感器芯片

R红色LED芯片

R_TI电阻器，互阻抗转换器

RW后向散射角度

S1，S2可控开关，晶体管

U_L1，U_L2光电电压

VCC电源电压

VW前向散射角度

Z散射光中心，测量体积。