烟感探测器的制作方法
本发明总体涉及消防系统中的烟感探测器(smokedetector)，尤其涉及消防系统中的一种散射式光电感烟探测器。
背景技术：
散射式光电感烟探测器是消防领域普遍使用的探测设备。散射式光电感烟探测器利用气体中的颗粒对探测光的散射作用探测火情。市场上还有结合了温度传感器的烟温复合式的散射式光电感烟探测器及其他类型的基于散射式光电感烟探测器的复合式探测器。
通常希望烟感探测器具有较高的灵敏度，以便能够尽早地报告火警，提示现场人员及时撤离。现有的国家标准gb4715-2005中规定，光电烟感探测器的最小响应阈值th不小于0.05db/m。该阈值是在测试光电烟感探测器性能时，在测试烟箱中以一定的浓度增长速率加入测试烟雾，在探测器报警时测得的当时的烟雾对一个标准光源发出光的衰减度数值。该阈值th反应了在探测器报警时刻烟的浓度大小，报警阈值越小，说明报警时的烟的浓度越低，也就是烟感探测器的灵敏度越高。
图1示例性地示出了一个典型的光电感烟探测器的示意图。光电感烟探测器通常安装在室内的屋顶上，成倒置位置安装。图1为一个安装在屋顶的光电感烟探测器100的内部结构的仰视图。该光电感烟探测器100为一个从探测腔侧面进烟的前向散射式光电感烟探测器。如图1所示，光电感烟探测器100包括一个探测腔110、一个发光元件120、一个光接收元件130。发光元件120例如为红外线发光二极管或其他波段的发光二极管。光接收元件130例如为光敏二极管或其他感光元件。该探测腔110的侧面设有进烟口。光电感烟探测器所在位置及其附近漂浮的颗粒10可通过该开口进入到探测腔110内。这里，在有火灾发生时，颗粒10包括燃烧产生的由多相物质组成的气溶胶(aerosol)，其通常包括可燃物热解或燃烧产生的气相燃烧产物、卷吸进去的大量空气、未完全燃烧的液、固相分解物和微小颗粒。在有火灾发生时的这种气体和颗粒也可以统称为火灾烟雾或火灾烟气，其中火灾烟雾中的颗粒对光线的散射效果明显。
在图1中，发光元件120和光接收元件130之间的夹角α大于90°且小于180°。发光元件120发出的出射光20被探测腔110内的颗粒散射，其中的散射光30会入射到光接收元件130上。如图可见，散射光30与出射光20之间的夹角大体上也是α>90°，这种结构称作前向散射结构。
目前中国市场上的散射式光电感烟探测器因其灵敏度设置较高，而易于在较小的扰动下产生误报火警。为此，中国的消防领域管理机构近期提出：需要适度提高最小响应阈值，例如提高大体上一个数量级。若最小响应阈值提高到大约0.2～0.4db/m，则如图1所示的这种单纯前向散射式光电感烟探测器就难以满足国标的所有试验要求。
为了解决上述问题，本领域中还提出了一种后向散射式光电感烟探测器，如图2所示。与图1的光电感烟探测器不同，在图2所示的光电感烟探测器200中，发光元件120和光接收元件130之间的夹角β小于90°。发光元件120发出的出射光20被探测腔110内的颗粒散射，其中的散射光40会入射到光接收元件130。散射光40大体上是沿与出射光20相反的方向行进且与出射光20之间的夹角亦为β小于90°。是故，散射光40称作后向(反向)散射光。图2所示结构也称作后向散射结构。后向散射相对于前向散射对某些烟雾具有较高的灵敏度，但是总体来说后向散射光的信号强度相对较弱，对信噪比的要求更高，为此，后向散射式烟感探测器中需要配备有消光效果好的光学结构(也称作迷宫结构)，来吸收或消除杂散光并同时提高散射光的信号强度。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例中提出了一种烟感探测器，能够对于烟雾检测具有相对较高的最小响应阈值。
本实施例中提出的烟感探测器，包括一个探测腔，所述烟感探测器附近漂浮的颗粒能够进入该探测腔，置于该探测腔内的至少一个发光元件和一个光接收元件，其中，所述烟感探测器进一步包括：
一个第一导光罩，其位于所述探测腔内且具有一个第一透光窗，所述第一导光罩适于容纳一个第一发光元件，以使得所述第一发光元件的出射光线能够穿过所述第一透光窗投向所述探测腔内的颗粒；
一个第二导光罩，其位于所述探测腔内且具有一个第二透光窗，所述第二导光罩适于容纳所述光接收元件，以使得所述光接收元件能够接收穿过所述第二透光窗射入的光线；
其中，所述第一透光窗与所述第二透光窗位于同一平面内，而且
置于所述第一导光罩内的所述发光元件和置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的两光轴之间的夹角β小于90°，且所述两光轴所在平面垂直于所述第一透光窗与所述第二透光窗共同所在的平面。
可见，本发明实施例中通过设置发光元件的导光罩和光接收元件的导光罩，可以对有用光线进行导向和强度加强，对无用杂散光进行遮挡和消除等。并且，通过使容纳对应后向散射的发光元件和光接收元件的导光罩的透光窗位于同一平面内，可避免发光元件发射出去的光线直接通过两个透光窗进入到光接收元件的接收面，从而可避免未经烟雾颗粒散射后的光线进入光接收元件的接收面对探测结果进行干扰。
在一个实施方式中，置于所述第一导光罩内的所述第一发光元件和置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的两光轴交叉点到所述第一导光罩内的所述发光元件的发光表面的距离a，加上从所述光轴交叉点到置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的光接收面距离b之和小于36毫米，优选小于32毫米。可见，由于发射光线从发射出去到散射回来的总距离被限制在一个较优的范围，因此可提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度。
在一个实施方式中，置于所述第一导光罩内的所述第一发光元件和置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的光轴交叉点与所述探测腔的几何中心点相比朝向所述第一导光罩和第二导光罩侧偏移，更为优选地，偏移距离h大于4毫米。由此可以减小光本底值和改善探测器的方向性，从而进一步提高烟感探测器的探测灵敏度。
在一个实施方式中，所述置于所述第一导光罩内的第一发光元件和置于第二导光罩内的所述光接收元件的两光轴夹角β＝50°～70°，优选为β＝60°。β＝50°～70°是对烟雾的探测灵敏度最佳的角度范围。而且，选择上述光轴夹角结构排布容易，即能够在保证结构紧凑的同时确保各个部件之间不发生干涉。
更为优选地，置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的光轴与所述第二透光窗所在的平面之间的夹角ω＝55°～65°；所述第一发光元件的光轴与所述第一透光窗所在的平面之间的夹角θ＝180°-β-ω，其中β表示所述两光轴夹角，ω表示置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的光轴和所述第二透光窗所在平面的夹角。本实施例中的结构设计同样可减少进入第二导光罩的杂散光，并可增加进入第二导光罩的散射光线强度。
在一个实施方式中，所述烟感探测器还包括一个遮蔽罩，其至少覆盖所述第二导光罩的顶部，以防止光线从所述第二导光罩的顶部进入到所述光接收元件。
在一个实施方式中，所述第一导光罩内对应所述第一发光元件的发光通道的侧面设置有第一消光结构，和/或，所述第二导光罩内对应所述光接收元件的接收光通道的侧面设置有第二消光结构。光通道内设置消光结构可吸收或减少照射到该光通道的侧壁上的不期望光线或杂散光。优选地，所述消光结构具有锯齿状表面。这种结构可使得照射到光通道侧面的光线经多次反射而被消除或减弱。
在一个实施方式中，所述探测腔还包括腔内消光结构，其设置在探测腔内面向所述第一导光罩和第二导光罩的周向区域内。该腔内消光结构可对发光元件照射到探测腔壁上的光线进行吸收和消除，避免光线直接反射进入接收光元件的接收面，从而可进一步消除进入接收光元件接收面的杂散光。
其中，所述腔内消光结构包括沿径向延伸且沿周向排列的多个弯折筋板，所述弯折筋板取向随位置变化。这种结构设计可对发光元件照射到探测腔壁上的光线进行多次的反射吸收和消除。
在一个实施方式中，所述烟感探测器还具有一个迷宫盖，所述迷宫盖面向所述探测腔的一面设置有一个朝向所述探测腔内延伸的筋板，所述筋板朝向所述第一导光罩和第二导光罩的一侧弯折，优选地所述筋板呈v字型。该结构设计可对进入探测腔的烟/气流进行导向，以便使烟尽快流向探测区域，从而提高进入探测腔的颗粒效率，提高烟感探测器的探测灵敏度。
在一个实施方式中，从置于所述第一导光罩内的所述第一发光元件的发光表面到所述第一透光窗的距离f与所述第一透光窗的面积之比为1～1.1；和/或，从置于所述第二导光罩内的所述光接收元件的光接收面到所述第二透光窗的距离e与所述第二透光窗的面积之比为0.4～0.5或大约为1。该结构设计可进一步提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，并可减少进入第二导光罩内的杂散光。
在一个实施方式中，所述烟感探测器还包括：一个第三导光罩，其位于所述探测腔内且具有一个第三透光窗，所述第三导光罩适于容纳或安装一个第二发光元件，以使得所述第二发光元件和置于第二导光罩内的所述光接收元件的光轴夹角α大于90°；而且所述第二发光元件能够通过所述第三透光窗向所述探测腔内的所述颗粒投射光线。通过设置能够容纳或安装第一发光元件的第一导向罩和能够容纳或安装第二发光元件的第三导向罩，可实现前向散射+后向散射的烟感探测器，从而可以提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度。
在一个实施方式中，置于第三导光罩内的所述第二发光元件和置于第二导光罩内的所述光接收元件的光轴交叉点到所述第二发光元件的发光表面的距离c，加上从所述光轴交叉点到置于第二导光罩内的所述光接收元件的光接收面距离d之和小于49毫米。可见，由于第二发光元件的发射光线从发射出去到散射回来的总距离也被限制在一个较优的范围，因此可提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度。
在一个实施方式中，置于所述第三导光罩内的所述第二发光元件的光轴与所述第三透光窗所在的平面之间的夹角η＝50°～90°，更为优选地50°-70°；本结构设计同样可减少进入第二导光罩的杂散光，并可增加进入第二导光罩的散射光线强度。
从置于所述第三导光罩内的所述第二发光元件的发光表面到所述第三透光窗的距离g与所述第三透光窗的面积之比为1～1.1。该结构设计可进一步提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，并可减少进入第二导光罩内的杂散光。
在一个实施方式中，所述第一导光罩还具有一个遮光凸起，其设置在所述第一透光窗与所述第二透光窗之间，以防止从所述第一透光窗射出去的光线直接进入到所述第二透光窗，从而进一步减少进入接收光元件接收面的杂散光。
在一个实施方式中，所述第三导光罩在所述第三透光窗靠近所述第二透光窗的一侧设置有第一遮光延伸部，其设置成能够防止从所述第三透光窗投射出去的光线直接进入所述第二透光窗，从而进一步减少进入接收光元件接收面的杂散光。
在一个实施方式中，所述第三透光窗的远离所述光接收元件的边缘点、所述第一遮光延伸部的顶端以及所述第二透光窗远离所述第二发光元件的边缘点位于同一直线上。该结构设计能够防止从所述第三透光窗投射出去的光线直接进入所述第二透光窗，从而进一步减少进入接收光元件接收面的杂散光。
在一个实施方式中，所述第二导光罩的所述第二消光结构具有一个光阱部，其位于靠近所述第二透光窗且靠近所述第二发光元件的区域内，所述光阱部具有至少一个凹陷，所述凹陷深度大于所述第二消光结构的其他部分。该结构设计可进一步对由第二发光元件发出的光线，经探测腔侧壁反射，再穿过第二透光窗口后照射到该通道侧壁处的光线进行反射消除，以避免其对第二导光罩内的光接收元件进行光线干扰。
在一个实施方式中，所述烟感探测器为顶进烟式烟感探测器。这种结构使得颗粒很容易通过烟感探测器的顶部进出探测器内，且不会在迷宫件内进行聚集累加(例如积灰)，从而降低灰尘对探测本地的影响，且顶进烟方式与侧进烟方式相比具有更好的方向性。
在一个实施方式中，所述第一发光元件和/或所述第二发光元件为双波段发光元件。这种应用能够充分利用不同波长对烟雾散射的灵敏度不同，而提高探测器的烟雾探测性能和准确度，从而进一步提高烟感探测器的整体性能。
在一个实施方式中，所述第一导光罩和所述第二导光罩为一体成型件。该设计结构简单，且易于加工，并减少安装程序。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1示出了一种传统的前向散射式烟感探测器的示意性结构。
图2示出了一种传统的后向散射式烟感探测器的示意性结构。
图3至图17为本发明实施例中一种烟感探测器的结构示意图。其中：
图3为一个实施方式中烟感探测器的组装示意图；
图4为在图3所示的探测腔中光组件的布置示意图；
图5为在图3所示的第一和第二导光罩内安装的光组件的夹角示意图；图6a和图6b为一个实施方式中第一导光罩和第二导光罩的结构示意图；
图7为一个实施方式中遮蔽罩的安装位置示意图；
图8为一个实施方式中光组件与光轴交点的距离示意图；
图9为一个实施方式中透光窗与光组件之间的位置关系示意图；
图10为一个实施方式中第一透光窗和第二透光窗的尺寸大小示意图；
图11为一个实施方式中探测区域的示意图；
图12为一个实施方式中第一导光罩和第二导光罩在迷宫件中的位置示意图；
图13a和图13b为一个实施方式中迷宫件的部分结构示意图；
图14为一个实施方式中安装到天花板等空间顶部时烟感探测器的位置示意图；
图15为一个实施方式中烟感探测器的局部剖视图；
图16a和图16b为一个实施方式中迷宫盖的结构示意图；
图16c为该实施方式中迷宫盖上的一个筋板与第一导光罩和第二导光罩的相对位置关系示意图；
图17为一个实施方式中双波段发光元件的发光示意图。
图18至图30为本发明实施例中又一种烟感探测器的结构示意图。其中：
图18为一个实施方式中烟感探测器的组装示意图；
图19为在图18所示的光组件所在平面的位置示意图；
图20为在图18所示的第一、第二和第三导光罩内安装的光组件的夹角示意图；
图21a和21b为一个实施方式中第一～第三导光罩的结构示意图；
图22为一个实施方式中光组件与光轴交点的距离示意图；
图23为一个实施方式中透光窗与光组件之间的位置关系示意图；
图24为一个实施方式中第一透光窗、第三透光窗和第二透光窗的尺寸大小示意图；
图25为一个实施方式中探测区域的示意图；
图26为一个实施方式中第一导光罩、第三导光罩和第二导光罩在迷宫件中的位置示意图；
图27和图28为一个实施方式中迷宫件的部分结构示意图；
图29为一个实施方式中指示灯的安装位置示意图；
图30为一个实施方式中第二发光元件为双波段发光元件时的发光示意图。
其中，附图标记如下：
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。
为了增强由探测腔内的烟雾颗粒散射且最终入射到光接收元件的散射光线的强度并吸收或消除杂散光，本发明的发明人考虑在具有至少一个发光元件和一个光接收元件的烟感探测器的探测腔内，设置发光元件的导光罩和光接收元件的导光罩，用于对有用光线进行导向和强度加强，对无用杂散光进行遮挡和消除等。本发明中的烟感探测器可以为后向散射式、也可以为前向散射式、或者也可以为前后散射式。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。简便起见，在下文中所提及的“烟感探测器”是指以探测火灾烟雾对光线的散射量作为火灾探测方式，也就是至少部分基于光电方式探测火灾烟雾的探测器。
第一类实施例：后向散射
图3至图17为本发明实施例中一种烟感探测器的结构示意图。图3为一个实施方式中烟感探测器的装配示意图。如图3所示，该烟感探测器300可包括：一个发光元件120、一个光接收元件130、一个第一导光罩310、一个第二导光罩320、一个迷宫件340、一个迷宫盖350。
在图3的例子中，烟感探测器300还包括一个顶盖372和一个底盖374，二者扣合可为探测器300提供保护。探测器300还包括一个电路板380，其装配好后位于迷宫件340的底面(与导光罩310、320所在表面相对的表面)上，用于为烟感探测器提供电路部分。探测器300还可包括一个导光件360，其安装在迷宫件340上，用于将电路板上报警指示灯(未示出)的光线引导到顶盖372，以使得用户可见。
图3所示的烟感探测器中，迷宫件340与迷宫盖350装配后(例如彼此扣合)，在其间形成一个探测腔110。图3的例子中，烟感探测器300采用水平式或者卧式烟感探测模式。具体而言，如图4给出的简化示意图所示，分别置于第一和第二导光罩内的发光元件120的光轴和光接收元件130的光轴所构成的平面平行于迷宫件340的底盘341所在平面。
探测腔110配置成能够使得所述烟感探测器附近漂浮的烟雾颗粒进入该迷宫探测腔110内。在本发明中，优选地，烟雾从探测腔110的顶部，即穿过迷宫盖进入探测腔内。
图5为在图3所示的第一和第二导光罩内安装的光组件的光轴夹角示意图。发光元件120适于容纳在第一导光罩310内，光接收元件130适于容纳在第二导光罩320内。如图5所示，置于导光罩内的发光元件120和光接收元件130的光轴夹角β小于90°，也就是构成如图2所示的后向散射式结构。具体地，为了提高最终入射到光接收元件130的散射光线的强度，可优选地设置第一和第二导光罩的位置，使得置于其中的发光元件120和光接收元件130的光轴夹角β＝50°～70°，更为优选地设置为大约β＝60°。β＝50°～70°是对烟雾的探测灵敏度最佳的角度范围。而且，选择上述光轴夹角结构排布容易，即能够在保证结构紧凑的同时确保各个部件之间不发生干涉。。
图6a和图6b为一个实施方式中第一导光罩310与第二导光罩320的结构示意图。如图6a和图6b所示，第一导光罩310具有第一透光窗311和发光通道312，该第一导光罩310设置在探测腔110内，适于容纳或安装发光元件120，并使得发光元件120的出射光线能够穿过发光通道312和第一透光窗311投射到探测腔110内。
第二导光罩320具有第二透光窗321和接收光通道322，该第二导光罩320也设置在探测腔110内，适于容纳或安装上述光接收元件130，并使得光接收元件130能够接收来自探测腔110的散射光线，这些散射光线能够穿过第二透光窗321和接收光通道322入射到光接收元件130的光接收表面上。
本实施例中，如图6a和6b所示，第一透光窗311与第二透光窗321位于同一平面内，即位于垂直于发光元件120和光接收元件130光轴所在平面。这样，发光元件120从第一透光窗311出去的光线不会直接通过第二透光窗321进入到光接收元件130的接收面，从而可避免未经烟雾颗粒散射后的光线进入光接收元件130的接收面对探测结果进行干扰，即实现了对无用杂散光的遮挡。进一步，优选地，还可在第一导光罩310上设置一个遮光凸起(图中未示出)，其设置在第一透光窗311与所述第二透光窗321之间，以进一步防止从所述第一透光窗311射出去的光线直接进入到第二透光窗321。
如图6b所示，在一个实施方式中，第一导光罩310内对应发光元件120的发光通道312的至少一个侧面设置有第一消光结构313。第二导光罩320内对应光接收元件130的接收光通道322的至少一个侧面设置有第二消光结构323。优选地，第一消光结构313和第二消光结构323可具有锯齿状表面，这种结构可对照射到光通道侧面的光线进行吸收和多次的反射消除。通过设置第一消光结构313和第二消光结构323可吸收或减小照射到光通道侧壁且由通道侧壁反射的不期望的光线或杂散光。可见，该结构设置可进一步消除杂散光。
本实施例中，优选地，第一导光罩310和第二导光罩320可以是一体成型地设置在迷宫件340的一个表面上。优选地，第一和第二导光罩与迷宫件340一体成型。可选地，第一导光罩310和第二导光罩320也可以是由独立于迷宫件340的元件，甚或分立元件，安装在迷宫件340上。在不同实施方式中，第一导光罩310和第二导光罩320可以根据实际情况设置成各种形状。
图7为更为优选的实施方式中遮蔽罩330的安装位置示意图。如图7所示，遮蔽罩330设置在第二导光罩320(第二导光罩320内容纳光接收元件130)上。遮蔽罩330可以是第二导光罩320的一部分，也可以是能够与第二导光罩320配合安装的独立元件。遮蔽罩330至少覆盖第二导光罩320的顶部，或者也可进一步覆盖第二导光罩320的侧面，用于防止未经烟雾颗粒散射后的光线从第二导光罩320的顶部甚至侧面进入光接收元件130的接收面。当然，在其它可替代的实施方式中，也可以没有遮蔽罩330。
图8为另一个优选实施方式中两个光组件与光轴交点的距离示意图。如图8所示，在一个实施方式中，假设发光元件120和光接收元件130的光轴交叉点为o1，从发光元件120的发光表面(即发光芯片所在位置)到光轴交叉点o1的距离为a，从光轴交叉点o1到光接收元件130的光接收面的距离为b。本发明的发明人提出距离a与距离b之和的大小会对烟感探测的灵敏度及探测区域的光线强度值有很大影响。为了提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，本实施例中，距离a与距离b之和小于36mm。例如，可设置距离a为10～15mm，距离b为8～12mm，这样距离a加上距离b之和优选为18～27mm。可见，由于发射光线从发射出去到散射回来的总距离被限制在一个较优的范围，因此可提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度。
图9为又一个实施方式中透光窗与光组件之间的位置关系示意图。如图9所示，在一个实施方式中，第一导光罩310内的第一发光元件120的发光表面到第一透光窗311的距离为f，第一透光窗311的面积为s1。第二导光罩内320的光接收元件130的光接收面到第二透光窗321的距离为e，第二透光窗321的面积为s2。为了提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，本实施例中，将距离f与第一透光窗311的面积s1之比设置为大约1～1.1。将距离e与第二透光窗321的面积s2之比设为大约0.4～0.5。如此设置能够比较有效地提高烟感探测的灵敏度及探测区域的光线强度值。在本发明中，光接收元件可以具有端部平齐的光学罩，也可以具有一个端部为拱形的光学罩。对于后者，其光接收表面远离第二透光窗，由此上述距离e与第二透光窗321的面积s2之比大约为1。
举例说明，图10为再一个实施方式中第一透光窗311和第二透光窗321的尺寸大小示意图。如图10所示，若设置第一透光窗311的面积at≈8平方毫米，设置第二透光窗321的面积ar≈8.5平方毫米，则可设置发光元件120的发光表面到第一透光窗311的距离f为7.0～8.5毫米，可设置光接收元件130的光接收面到第二透光窗321的距离e＝3.5～4.5毫米。
图9中，为了进一步提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，还可进一步设置置于第二导光罩320内的光接收元件130的光轴与第二透光窗321所在的平面之间的夹角ω＝55°～65°，并可设置发光元件120的光轴与第一透光窗311所在的平面之间的夹角θ＝180°-β-ω，其中β表示所述两光轴夹角，ω表示置于第二导光罩320内的光接收元件130和第二透光窗321所在平面的夹角。
图11为再一个优选实施方式中探测区域的示意图。如图11所示，在一个实施方式中，为了进一步提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，还可以设置合理的发光元件120的发射散射角
图12为又一个优选实施方式中第一导光罩310和第二导光罩320在迷宫件340中的位置示意图。如图12所示，在一个实施方式中，置于第一导光罩310内的发光元件120和置于第二导光罩320内的光接收元件130的光轴交叉点为o1。该光轴交叉点o1与探测腔110的几何中心点相比朝向第一导光罩310和第二导光罩320侧偏移，更为优选地，偏移距离h可大于4毫米，例如优选4.5mm，5mm，5.2mm，6mm等。由此，可以减小光本底值和改善探测器的方向性，从而进一步提高烟感探测器的探测灵敏度。这里方向性指烟从探测器的周围各个方向进入探测腔时探测灵敏度的变化。若灵敏度与烟进入方向有明显的相关性，则表明方向性差；若探测灵敏度与方向无关，则表面方向性好，方向性指数越接近1方向性越好。
图13a和图13b为再一个优选实施方式中迷宫件340的部分结构示意图。如图13a和图13b所示，在一个实施方式中，烟感探测器300还进一步包括有腔内消光结构390，其位于迷宫件340上且设置在探测腔110内面向第一导光罩310和第二导光罩320的周向区域内。腔内消光结构390可对发光元件射入到探测腔110壁上的光线进行吸收和消除，避免光线直接反射进入接收光元件130的接收面，从而可进一步消除进入接收光元件130接收面的杂散光。腔内消光结构390可根据实际情况设置为不同的结构，也可以是如图13a和图13b所示的设置成沿径向延伸且沿周向排列的多个弯折筋板391，所述弯折筋板391的取向随位置变化。这种结构设计可对发光元件照射到探测腔壁上的光线进行多次的反射吸收和消除。腔内消光结构390可一体成型在迷宫件340上，即与迷宫件340一体成型；或者，也可以是固定在迷宫件340上的独立元件。
如图13b所示，多个弯折筋板391的内侧端点共同构成的内圆弧的半径r，每个弯折筋板391的折弯角度μ，每个弯折筋板391与探测腔110径向之间的角度θ，以及每个弯折筋板391的内侧端点的尖角角度ο等都可以根据实际情况设置。举例说明，可设置所述多个弯折筋板391的内侧端点共同构成的内圆弧的半径r＝15～24mm，每个弯折筋板391的折弯角度μ＝130°～170°，每个弯折筋板391设置成与探测腔110径向之间的角度θ＝4°～25°，每个弯折筋板361的内侧端点的尖角角度ο＝25°～35°。
图14为安装到天花板等空间顶部时烟感探测器的位置示意图。图15为一个实施方式中烟感探测器的局部剖视图。结合图14和图15所示，在一个实施方式中，烟感探测器300可以为顶进烟式烟感探测器，即烟雾颗粒10穿过迷宫盖350上的孔351从探测腔110的顶端进入。因为对于安装在天花板等空间顶部的烟感探测器来说，烟雾颗粒10很容易通过烟感探测器300的顶部进出探测器110内，且不会在迷宫件340内进行聚集累加。由此，采用顶进烟有利于减少灰尘在探测腔内的累计，同时降低灰尘对探测本底的影响，且顶进烟方式与侧进烟方式相比具有更好的方向性。
图16a和图16b为一个实施方式中迷宫盖350的结构示意图，图16c为迷宫盖350上的一个筋板与第一导光罩310和第二导光罩320的相对位置关系示意图。如图16a至图16c所示，迷宫盖350在面向探测腔110的一面设置有一个朝向探测腔110内延伸的筋板352，该筋板352朝向第一导光罩310和第二导光罩320的一侧弯折，优选地该筋板352大体呈v字型，优选为具有一个平底的v字型。该v字型的角度可根据实际情况进行设置，例如可设置为120°。该结构设计可对进入探测腔的烟/气流进行导向，以使得烟尽快流向探测区域，从而提高进入探测腔的颗粒效率，提高烟感探测器的探测灵敏度。
图17为一个实施方式中双波段发光元件120的发光示意图。如图17所示，在一个实施方式中，发光元件120可采用双波段发光元件，例如红光和蓝光两个波段。发光元件120采用双波段发光元件时，能够这种应用能够充分利用不同波长对烟雾散射的灵敏度不同，而提高探测器的烟雾探测性能和准确度，从而进一步提高烟感探测器的整体性能。。
通过对上述第一类实施例中的后向散射烟感探测器的实验，可以发现，上述后向散射烟感探测器的探测灵敏度可以达到大于0.3db/m，方向性为1.1，本底值小于10个单位计数值。
第二类实施例：前向散射+后向散射
图18至图30为本发明实施例中又一种烟感探测器的结构示意图。图18为一个实施方式中烟感探测器的装配示意图。如图18所示，该烟感探测器400相比图3所示的第一类实施例中的烟感探测器300多了一个发光元件410和一个第三导光罩420，即本实施例中包含两个发光元件。为了便于描述，本实施例中，将两个发光元件分别称为第一发光元件120和第二发光元件410。相应地，第一导光罩310上的发光通道312可称为第一发光通道312。
本实施例中，烟感探测器400同样可采用水平式或者卧式烟感探测模式。具体而言，如图19给出的简化示意图所示，分别置于第一、第三和第二导光罩内的第一发光元件120的光轴、第二发光元件410的光轴和光接收元件130的光轴所构成的平面平行于迷宫件340的底盘341所在平面。
图20为在图18所示的第一、第三和第二导光罩内安装的光组件的夹角示意图。如图20所示，第一发光元件120和光接收元件130的光轴夹角β小于90°，也就是后向散射式结构，其与图6一致。第二发光元件410适于容纳在第三导光罩420内，其和光接收元件130的光轴夹角α大于90°，也就是构成如图1所示的前向散射式结构，二者共同构成前向散射+后向散射式结构。具体地，为了提高最终入射到光接收元件130的散射光线的强度，除了像第一类实施例中描述优选地设置第一和第二导光罩的位置之外，还可优先地设置第三导光罩420的位置。除了可使得置于其中的第一发光元件120和光接收元件130的光轴夹角β＝50°～70°之外，本实施例中还可使得第二发光元件410和光接收元件130的光轴夹角α＝110°～140°，更为优先地α＝120°。
图21a和图21b为一个实施方式中第一、第二和第三导光罩的结构示意图。如图21a和图21b所示，第一和第二导光罩的结构与图6a和图6b中的一致，此处不再赘述。第三导光罩420具有第三透光窗421和第二发光通道422，该第三导光罩420设置在探测腔110内，适于容纳或安装第二发光元件410，以使得第二发光元件410的出射光线能够穿过上述发光通道422和第三透光窗421投射到探测腔110内。
本实施例中，第三导光罩320也可以是一体成型地设置在迷宫件340上。优选地，第一、第二和第三导光罩与迷宫件340一体成型。可选地，第一、第二和第三导光罩也可以是由独立于迷宫件340的元件，甚或分立元件，安装在迷宫件340上。在不同实施方式中，第一、第二和第三导光罩可以根据实际情况设置成各种形状。
本实施例中，除了可像第一类实施例中所描述的第一透光窗311与第二透光窗321可位于同一平面内之外，第三导光罩420还可在第三透光窗421靠近第二透光窗321的一侧设置有第一遮光延伸部423，其设置成能够防止从第三透光窗421投射出去的光线直接进入第二透光窗321。优选地，可令第三透光窗421的远离光接收元件130的边缘点、第一遮光延伸部423的顶端以及第二透光窗321远离第二发光元件410的边缘点位于同一直线上。本实施例中，进一步优选地，还可在第一导光罩310上设置一个遮光凸起314，其设置在第一透光窗311与所述第二透光窗321之间，以进一步防止从所述第一透光窗311射出去的光线直接进入到第二透光窗321。通过上述结构，可避免未经烟雾颗粒散射后的光线进入光接收元件130的接收面，对探测结果进行干扰，即实现了对无用杂散光的遮挡。
如图21b所示，除了可像第一类实施例中所描述的，优选地在第一导光罩310内设置第一消光结构313，第二导光罩320内设置第二消光结构323之外，还可优选地在第三导光罩420内对应第二发光元件410的发光通道422的至少一个侧面设置第三消光结构424。优选地，第一消光结构313、第二消光结构323和第三消光结构424可具有锯齿状表面，这种结构可对照射到光通道侧面的光线进行吸收和多次的反射消除。这些光通道内设置消光结构可吸收或减少照射到该光通道的侧壁上的不期望光线或杂散光。
此外，第二导光罩320内的第二消光结构323还可具有一个光阱部3231，其位于靠近第二透光窗321且靠近第二发光元件410的区域内，所述光阱部3231具有至少一个凹陷，所述凹陷的深度大于第二消光结构323的其他部分。该光阱部的设计可进一步吸收或减弱由第二发光元件410发出、经探测腔内侧壁反射、再穿过第二透光窗口照射到该通道侧壁区域处的不期望的杂散光线，从而避免这些杂散光线进入到光接收元件。
本实施例中，遮蔽罩330的安装方式可同图7中一致，此处不再赘述。
图22为又一个优选实施方式中三个光组件与光轴交点的距离示意图。如图22所示，假设第一发光元件120和光接收元件130的光轴交叉点为o1(参见图8)，第二发光元件410和光接收元件130的光轴交叉点为o2。进一步假设从第一发光元件120的发光表面(即发光芯片所在位置)到光轴交叉点o1的距离为a(参见图8)，从光轴交叉点o1到光接收元件130的光接收面的距离为b(参见图8)。同时假设从第二发光元件410的发光表面(即发光芯片所在位置)到光轴交叉点o2的距离为c，从光轴交叉点o2到光接收元件130的光接收面的距离为d。如此，除了可像第一类实施例中所描述的可设置距离a与距离b之和小于36mm之外，还可设置距离c与距离d之和小于49毫米。例如，除了可设置距离a为10～15mm，距离b为8～12mm，还可设置距离c为15～20mm，距离d为7～12mm，这样距离a加上距离b之和优选为18～27mm，距离c加上距离d之和优选为22～32mm。
图23为再一个实施方式中透光窗与各个光组件之间的位置关系示意图。如图23所示，第一导光罩310内的第一发光元件120的发光表面(即发光芯片所在位置)到第一透光窗311的距离为f(参见图9)，第一透光窗311的面积为s1。第二导光罩内320的光接收元件130的光接收面到第二透光窗321的距离为e，第二透光窗321的面积为s2。第三导光罩内420内的第二发光元件410的发光表面(即发光芯片所在位置)到第三透光窗421的距离为g，第三透光窗421的面积为s3。本实施例中除了可像第一类实施例中所描述的可设置距离f与第一透光窗311的面积s1之比为1～1.1，设置距离e与第二透光窗321的面积s2之比为0.4～0.5或大约为1之外，还可设置距离g与第三透光窗的面积s3之比为1～1.1。
举例说明，图24为又一个实施方式中第一透光窗311、第三透光窗421和第二透光窗321的尺寸大小示意图。如图24所示，本实施例中若像第一类实施例中所描述的设置第一透光窗311的面积at≈8平方毫米，设置第二透光窗321的面积ar≈8.5平方毫米，则可设置第三透光窗421的面积at≈8平方毫米。相应地，除了可像第一类实施例中所描述的可设置第一发光元件120的发光表面到第一透光窗311的距离f为7.0～8.5毫米，设置光接收元件130的光接收面到第二透光窗321的距离e＝3.5～4.5毫米之外，还可设置第二发光元件410的发光表面到第三透光窗421的距离g为7.0～8.5毫米。
图23中，除了可像第一类实施例中所描述的可进一步设置置于第二导光罩320内的光接收元件130的光轴与第二透光窗321所在的平面之间的夹角ω＝55°～65°，并可设置第一发光元件120的光轴与第一透光窗311所在的平面之间的夹角θ＝180°-β-ω之外，还可进一步设置第二发光元件410的光轴与第三透光窗421所在的平面之间的夹角η＝50°～90°。例如，更为优选地可设置η＝50°～70°。其中β表示第一发光元件120与光接收元件130的两光轴夹角。
图25为一个实施方式中探测区域的示意图。如图25所示，除了可像第一类实施例中所描述的为了进一步提高烟感探测器的探测灵敏度以及探测区域的光线强度，可设置合理的第一发光元件120的发射散射角
图26为再一个优选实施方式中第一导光罩310、第三导光罩420和第二导光罩320在迷宫件340中的位置示意图。如图26所示，同样可像第一类实施例中所描述的，置于第一导光罩310内的第一发光元件120和置于第二导光罩320内的光接收元件130的光轴交叉点o1与探测腔110的几何中心点相比朝向第一导光罩310和第二导光罩320侧偏移，更为优选地，偏移距离h可大于4毫米，例如优选4.5mm，5mm，5.2mm，6mm等。这样可降低照射到探测腔110内的杂散光。
图27和图28为一个实施方式中迷宫件340的部分结构示意图。如图27和图28所示，在一个实施方式中，烟感探测器300还进一步包括有腔内消光结构390，其位于迷宫件340上且设置在探测腔110内面向第一导光罩310、第二导光罩320和第三导光罩420的周向区域内。腔内消光结构390可根据实际情况设置为不同的结构，也可以是如图27和图28所示的设置成沿径向延伸且沿周向排列的多个弯折筋板391，所述弯折筋板391的取向随位置变化。腔内消光结构390可一体成型在迷宫件340上，即与迷宫件340一体成型；或者，也可以是固定在迷宫件340上的独立元件。
如图28所示，多个弯折筋板391的内侧端点共同构成的内圆弧的半径r，每个弯折筋板391的折弯角度μ，每个弯折筋板391与探测腔110径向之间的角度θ，以及每个弯折筋板391的内侧端点的尖角角度ο等都可以根据实际情况设置。举例说明，可设置所述多个弯折筋板391的内侧端点共同构成的内圆弧的半径r＝15.0～24mm，每个弯折筋板391的折弯角度μ＝130°～170°，每个弯折筋板391设置成与探测腔110径向之间的角度θ＝4°～25°，每个弯折筋板391的内侧端点的尖角角度ο＝25°～35°。
图29为一个实施方式中导光件360的安装位置示意图。如图29所示，导光件360可安装在图示中的a、b、c、d四个区域中的任一区域，因为这四个区域不属于第一发光元件120、第二发光元件410以及光接收元件130的探测区域内，从而可以避免导光件360引起的杂散光对烟感探测器的影响。在图29所示的例子中导光件360布置在区域a中。
图30为一个实施方式中第二发光元件410为双波段发光元件的示意图。如图30所示，除了可像第一类实施例中所描述的，第一发光元件120可采用双波段发光元件之外，第二发光元件410也可采用双波段发光元件，例如红光和蓝光两个波段。通过采用双波段发光元件，能够充分利用不同波长对烟雾散射的灵敏度不同，而提高探测器的烟雾探测性能和准确度，从而进一步提高烟感探测器的整体性能。
此外，本实施例中的烟感探测器400同样可以为顶进烟式烟感探测器，此处不再赘述。
通过对上述第一类实施例中的后向散射烟感探测器的实验，可以发现，上述后向散射烟感探测器的探测灵敏度可以达到大于0.3db/m，方向性为1.1，本底值小于10个单位计数值。
第三类实施例：前向散射
该类实施例中的烟感探测器的结构可与第二类实施例中的烟感探测器的结构一致，只是不安装其中的第一发光元件120即可。
可选地，如果只需要前向散射结构，还可以去除图18-30中的第一导光罩310的结构，而仅保留用于容纳光接收元件第二导光罩320，以及用于容纳第二发光元件410的第三导光罩420的结构。
此外，以上实施例中仅以水平式烟感探测为例来描述本发明，本发明提出的结构也可以全部或部分应用到垂直式烟感探测结构中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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