專利名稱：光散射型煙霧傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光散射型煙傳感器，其通過發(fā)射光線并檢測被煙霧散射的光線來感測煙霧。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的光散射型煙霧傳感器主要包括一個煙霧腔，煙霧通過此煙霧腔從外部進(jìn)入到傳感器中。煙霧腔的一個內(nèi)部空間作為煙霧感測空間，設(shè)置在此空間內(nèi)的一個光發(fā)射元件發(fā)射出的光線被煙霧散射，散射光被一個光接收元件接受，由此可探測出火災(zāi)的發(fā)生。
該煙霧感測空間設(shè)置在煙霧傳感器的煙霧腔內(nèi)，以實現(xiàn)準(zhǔn)確地感測由煙霧產(chǎn)生的微弱散射光，而不被外界光線所干擾，同時，也可以防止外物進(jìn)入煙霧感測空間中。然而，如果類似于小昆蟲之類的外物進(jìn)入到煙霧感測空間中，則可能引起光的散射并導(dǎo)致錯誤的火災(zāi)報警。因此，對于現(xiàn)有的光散射型煙霧傳感器而言，煙霧腔中的煙霧感測空間的設(shè)置方式是非常重要的(參見專利文獻(xiàn)1與專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1第H6-109631號日本專利申請公開文獻(xiàn)；專利文獻(xiàn)2第H7-12724號日本專利申請公開文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題對現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器而言，煙霧腔事實上是一個很容易產(chǎn)生問題的必要結(jié)構(gòu)。
首先，對現(xiàn)有散射型煙霧傳感器而言，煙霧腔的一部分需要向外突出，以便煙霧流入煙霧腔。這樣的煙霧傳感器被安裝到類似于天花板表面時，如果從室內(nèi)設(shè)計的角度出發(fā)，突出于天花板表面的部分會產(chǎn)生不好的視覺效果。
此外，由于從外部進(jìn)入到煙霧腔中的煙霧需要途經(jīng)一些設(shè)置在煙霧腔周圍的部件，例如蓋體，煙霧入口，阻攔昆蟲的屏障，以及遮蔽外部光線的迷宮式的通路(遮光墻)等，因此，此情形下，煙霧的流動狀況并不能達(dá)到預(yù)期效果，有可能導(dǎo)致煙霧感測的延遲。
再者，在煙霧傳感器安裝好之后，當(dāng)灰塵之類的外物附著在煙霧腔內(nèi)，或露水形成在煙霧腔內(nèi)時，由于煙霧腔內(nèi)的光線反射，信噪比將嚴(yán)重降低，或可能產(chǎn)生錯誤的警報。因此，煙霧腔需要定期清掃和檢查，這樣會增加維護(hù)成本。
如果能夠利用光的波長特性或偏振特性消除外部光線對煙霧所產(chǎn)生的散射光的影響，那么煙霧傳感器的煙霧腔就成為非必要結(jié)構(gòu)。這樣的解決方案從各個方面而言都是有利的，例如，其能夠消除現(xiàn)有的煙霧腔所帶來的缺陷。
綜上所述，本發(fā)明的目的是提供一種利用光線散射的煙霧傳感器，其內(nèi)部無需設(shè)置煙霧腔。
解決問題的方案為了解決上述問題并達(dá)到發(fā)明目的，權(quán)利要求1中所述的本發(fā)明包括傳感器主體；設(shè)置在傳感器主體中的光發(fā)射器，所述光發(fā)射器向設(shè)置在傳感器主體外部的煙霧感測空間發(fā)射光；設(shè)置在傳感器主體中的光接收器，所述光接收器接收由光發(fā)射器發(fā)射到煙霧感測空間的光所產(chǎn)生的散射光，并根據(jù)接收到的散射光量輸出一個光接收信號；以及一個火災(zāi)判斷單元，其根據(jù)由光接收器所輸出的光接收信號所確定的光量判斷是否發(fā)生火災(zāi)。
根據(jù)權(quán)利要求1的權(quán)利要求2所述的本發(fā)明，其中所述的火災(zāi)判斷單元根據(jù)接收到的光量以及此光量的微分值來判斷火災(zāi)是否發(fā)生。
根據(jù)權(quán)利要求2的權(quán)利要求3所述的本發(fā)明，其中當(dāng)接收到的光量超過一個預(yù)定的火災(zāi)閾值，且所接收到的光量的微分值等于或小于一個預(yù)定的錯誤報警閾值時，所述的火災(zāi)判斷單元作出火災(zāi)發(fā)生的判斷。
根據(jù)權(quán)利要求3的權(quán)利要求4所述的本發(fā)明，其中，當(dāng)接收到的光量超過一個預(yù)定的火災(zāi)閾值，且所接收到的光量的微分值超過一個預(yù)定的錯誤報警閾值時，在經(jīng)過一個從微分值超出預(yù)定的錯誤報警閾值開始起算的預(yù)定時間后，所述火災(zāi)判斷單元檢測接受到的光量是否超出一個預(yù)定的障礙閾值，當(dāng)接收到的光量超過障礙閾值時，此火災(zāi)判斷單元將作出存在阻礙火災(zāi)感測的障礙物的判斷。
根據(jù)權(quán)利要求1的權(quán)利要求5所述的本發(fā)明，在等于或長于一個第一預(yù)設(shè)定時間段內(nèi)，當(dāng)接收到的光量超過一個預(yù)定的第一火災(zāi)閾值，而且在等于或長于一個長于第一預(yù)設(shè)定時間段的第二預(yù)設(shè)定時間段內(nèi)，接收到的光量超過一個預(yù)定的比第一火災(zāi)閾值大的第二火災(zāi)閾值時，火災(zāi)判斷單元作出火災(zāi)發(fā)生的判斷。
根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的權(quán)利要求6所述的本發(fā)明，所述的光發(fā)射器可以由多個光發(fā)射器組成。
根據(jù)權(quán)利要求6的權(quán)利要求7所述的本發(fā)明，所述的光發(fā)射器包括發(fā)射第一波長光的第一光發(fā)射器，以及發(fā)射比第一波長短的第二波長光的第二光發(fā)射器，第一光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸之間相互交叉所形成的第一散射角小于第二光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸之間相互交叉所形成的第二散射角。
根據(jù)權(quán)利要求7的權(quán)利要求8所述的本發(fā)明，所述第一波長的中心波長等于或大于800nm，所述第二波長的中心波長等于或小于500nm，所述第一散射角介于20°至50°之間，所述第二散射角介于100°至150°之間。
根據(jù)權(quán)利要求6的權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，所述光發(fā)射器具有第一光發(fā)射器和第二光發(fā)射器，第一光發(fā)射器發(fā)射出具有垂直于第一散射面的偏振面的光，其穿過第一光發(fā)射器的一個光軸和光接收元件的光軸，第二光發(fā)射器發(fā)射出具有平行于第二散射面的偏振面的光，其穿過第二光發(fā)射器的一個光軸和光接收元件的光軸，第一光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸相互交叉所形成的第一散射角小于第二光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸相互交叉所形成的第二散射角。
根據(jù)權(quán)利要求9的權(quán)利要求10所述的本發(fā)明，其中第一散射角等于或小于80°，第二散射角等于或大于100°。
根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項的權(quán)利要求11所述的本發(fā)明，其中所述的多個光發(fā)射器以立體角度排列，使得各光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸所在的多個平面之間不共面。
根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項的權(quán)利要求12所述的本發(fā)明，其中所述光發(fā)射器包括第一光發(fā)射器與第二光發(fā)射器，火災(zāi)判斷單元根據(jù)由第一光發(fā)射器發(fā)射并由煙霧散射的散射光，通過光接收器比較接收到的光量，同時，火災(zāi)判斷單元根據(jù)由第二光發(fā)射器發(fā)射并由煙霧散射的散射光，通過光接收器比較接收到的光量，以此鑒別煙霧的種類，并根據(jù)與煙霧種類相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來判斷火災(zāi)是否發(fā)生。
根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項的權(quán)利要求13所述的本發(fā)明，所述光感測空間中的光發(fā)射器的光軸與光接收器的光軸之間的相互交叉點與傳感器主體之間的距離最少約為5mm。
根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項的權(quán)利要求14所述的本發(fā)明，其中傳感器主體外表面的至少一部分由驅(qū)蟲材料制成，或者傳感器主體外表面的至少一部分被使用或者滲入驅(qū)蟲劑。
根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項的權(quán)利要求15所述的本發(fā)明，其中光接收器具有不超過5度的視角。
根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項的權(quán)利要求16所述的本發(fā)明，其中光發(fā)射器發(fā)射經(jīng)過校準(zhǔn)的平行光束。
根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項的權(quán)利要求17所述的本發(fā)明，其進(jìn)一步包括一用于放大光接收器所輸出的光接收信號的對數(shù)放大器。
根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的權(quán)利要求18所述的本發(fā)明，其進(jìn)一步包括一個光發(fā)射控制器以及一個放大器，光發(fā)射控制器使用一個調(diào)制后的光發(fā)射信號驅(qū)動光發(fā)射器間歇性地發(fā)射光，而放大器則同步于調(diào)制后的光發(fā)射信號將從光接收器輸出的光接收信號進(jìn)行放大。
根據(jù)權(quán)利要求18的權(quán)利要求19所述的本發(fā)明，其進(jìn)一步包括一個光發(fā)射控制器，光發(fā)射控制器使用一個調(diào)制后的光發(fā)射信號驅(qū)動光發(fā)射器間歇性地發(fā)射光，其中光發(fā)射器發(fā)射可見光波長范圍內(nèi)的光，所述光發(fā)射控制器以等于或小于1毫秒的光發(fā)射脈沖寬度驅(qū)動發(fā)射出間歇性的光。
根據(jù)權(quán)利要求19的權(quán)利要求20所述的本發(fā)明，所述光發(fā)射控制器將一個間歇光發(fā)射過程設(shè)置成一個等于或小于1毫秒的光發(fā)射周期。
根據(jù)本發(fā)明，因光向傳感器主體外的煙霧感測空間發(fā)射和從該空間被接收，所以，煙霧傳感點能設(shè)置在傳感器主體之外，從而感測煙霧。因此，煙霧腔體是不必要的，并且在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中突出的煙霧腔體部件是不必要的，煙霧腔體相應(yīng)的部位可被制成平薄的。結(jié)果，當(dāng)光散射型煙霧傳感器被安裝在一個天花板上時，傳感器主體的一個位于煙霧感測空間一側(cè)的外表面可被制成充分地與天花板表面共面，比如，借以一種不需要使傳感頭伸出天花板的裝置，進(jìn)而一種全平面裝置可被實現(xiàn)。進(jìn)一步，因為天花板表面可被設(shè)計和構(gòu)造成一個全平面天花板，所以天花板的內(nèi)部設(shè)計質(zhì)量可被極大地提高。更進(jìn)一步，因為被煙霧分散的光線被傳感器的外表面之外的敞開的空間探測到，并且敞開的外部空間作為煙霧感測空間，所以沒有結(jié)構(gòu)元件阻止與常規(guī)的煙霧腔體不相似的煙霧進(jìn)入，火災(zāi)的煙霧可被毫不延遲地探測。進(jìn)一步地，因敞開的外部空間作為煙霧感測空間以及面向傳感器主體的外表面朝向下部的外部空間，所以沒有灰塵附著或露水形成在該表面上。因此，諸如這樣的外部物質(zhì)不會導(dǎo)致錯誤警報，也不需清潔處理，從而減少了維護(hù)費用。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，因為火災(zāi)判斷是根據(jù)接收到的光量以及光的微分差值而執(zhí)行的，所以使用敞開空間作為煙霧感測空間所引起的問題可被排除，即使當(dāng)昆蟲或其它的外部物質(zhì)存在于煙霧感測空間中，錯誤警報也可以避免。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)接收到的光量超過預(yù)定的火閾值時，以及接收到光的微分差值不高于預(yù)定的錯誤警報極限時，煙霧傳感器確定火災(zāi)發(fā)生。因為由諸如昆蟲的外部物質(zhì)所造成的接收到光量的改變相比較由火災(zāi)繼續(xù)所造成的煙霧濃度的增加，即使接收到的光量達(dá)到火災(zāi)級別時，煙霧傳感器也不確定火災(zāi)發(fā)生，只有當(dāng)確定它的微分差值等于或小于反常極限時，煙霧傳感器才確定火災(zāi)發(fā)生。因此，即使當(dāng)諸如昆蟲的外部物質(zhì)存在于煙霧感測空間中時，錯誤報警也可以更準(zhǔn)確地避免。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，自微分差值超過預(yù)定的錯誤警報極限時的預(yù)定的時間過去后，當(dāng)接收到的光量超過預(yù)定障礙閾值時，煙霧傳感器確定是外部物質(zhì)形成了感測的障礙物。諸如昆蟲的外部物質(zhì)所造成的光接收信號的改變可以分為暫時改變和連續(xù)改變兩類。由進(jìn)入的諸如昆蟲之類的物質(zhì)所造成的光接收信號的反常的改變是暫時的，自微分差值超過預(yù)定的障礙閾值時的一定的時間過去后，光接收信號返回至正常狀態(tài)。因此，如果光接收信號經(jīng)過一定時間返回至等于或小于障礙閾值時，這類改變的原因可以被確定為非障礙物。另一方面，當(dāng)一個蜘蛛網(wǎng)、窗簾或者這一類物質(zhì)進(jìn)入或接觸煙霧感測空間時，光接收信號即使在一定時間周期過去后，也保持處于超過障礙閾值的反常級別。在這種情況下，煙霧傳感器處于一種雜亂無章的狀態(tài)，不能完全地感測煙霧，處于這種狀態(tài)時，煙霧傳感器將如此情形視為障礙物存在并且發(fā)出通告，要求對煙霧傳感器維護(hù)檢測。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在等于或長于第一設(shè)置時間的一段周期內(nèi)，被接受光保持超過第一火災(zāi)閾值時，以及當(dāng)在等于或長于第一設(shè)置時間的一段周期內(nèi)，被接受光保持超過第二火災(zāi)閾值時，煙霧傳感器確定火災(zāi)發(fā)生。對于常規(guī)的包括煙霧腔體的光散射型煙霧傳感器，將由于火災(zāi)的煙霧所引起的煙霧濃度改變和由除火災(zāi)之外的原因(如抽煙，或烹飪)所產(chǎn)生的煙霧所引起的煙霧濃度改變區(qū)別開是困難的，因為這些變化趨于相似。相反地，本發(fā)明光散射型煙霧傳感器不具有煙霧腔體，并且它具備一個特征，即通過不同的關(guān)于火災(zāi)煙霧和由其它原因所造成的煙霧的特征直接反映感測結(jié)果。因此，本發(fā)明可以區(qū)別兩種不同的煙霧和防止錯誤警報。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，因為煙霧傳感器具有一系列光發(fā)射器，本發(fā)明可以根據(jù)一系列被接收的光量作出多個判斷，進(jìn)而火災(zāi)發(fā)生的判斷可以更準(zhǔn)確地作出。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，兩個光發(fā)射器由不同的散射角向光接收元件發(fā)射光。因此，對于各種類型的煙霧，它們的煙霧光散射特性產(chǎn)生區(qū)別，同時，兩個光發(fā)射器發(fā)出不同波長的光，因此，根據(jù)波長，各類型煙霧的煙霧光散射特性也不同。不同的光散射角和不同的波長的共同作用，形成了一個根據(jù)煙霧類型而在散射光的亮度上的重要差別，因此，不同類型的煙霧可被更精確地區(qū)別開。即使煙霧感測空間位于外部，對火災(zāi)煙霧的感測可以不被外界光線影響地精確地執(zhí)行。進(jìn)一步，由比如烹飪產(chǎn)生的蒸汽或吸煙產(chǎn)生的煙霧形成的非火災(zāi)時，警報不會響起。更進(jìn)一步，火災(zāi)煙霧可根據(jù)各種燃燒材料的類型而被區(qū)別，諸如黑煙霧火和白煙霧火的火的類型可被精確地區(qū)別。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，兩個光發(fā)射器具有不同的偏振平面，其用作每個從該偏振平面發(fā)出的光的散射平面。因此，根據(jù)光的偏振方向，光散射特性可被形成不同。同時，因為兩個光發(fā)射器具有對于光接收元件的不同散射角，所以，根據(jù)煙霧的類型，光散射特性可被形成不同。不同的光偏振方向和不同的光散射角的共同作用，造成一個根據(jù)煙霧類型而在散射光亮度上的重要的差別。因此，煙霧的類型可被更精確地區(qū)別開。即使煙霧感測空間位于外部，對火災(zāi)煙霧的感測可以不被外界光線影響地精確地執(zhí)行。進(jìn)一步，由比如烹飪產(chǎn)生的蒸汽或吸煙產(chǎn)生的煙霧形成的非火災(zāi)時，警報不會響起。進(jìn)一步地，諸如黑煙霧火和白煙霧火的火災(zāi)類型可被區(qū)別開，并且燃燒材料的類型可被區(qū)別開。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，因為一系列的光發(fā)射器以立體角度被布置，煙霧傳感點-光發(fā)射器的光軸和光接收器的光軸的交叉點，可被布置在一個空間中，該空間位于用于感測煙霧所產(chǎn)生的光的傳感器主體的外表面的外側(cè)。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，由第一光發(fā)射器發(fā)出的光所產(chǎn)生的被接收散射光的光量是與由第二發(fā)光器發(fā)出的光所產(chǎn)生的被接收散射光的光量相比較的。比如，兩者的比率是由閾值來計算和比較的。根據(jù)比較，煙霧的類型被區(qū)別開，并且根據(jù)一個依據(jù)煙霧類型的不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行火災(zāi)判斷。這種根據(jù)被接收光的光量的一系列數(shù)據(jù)作出的多重判斷使火災(zāi)感測更加精確。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，光發(fā)射器的光軸和光接收器的光軸的交叉點被設(shè)置在距離傳感器主體等于或長于五毫米的一點上。因此，即使灰塵附著在傳感器主體的外表面上或者一個昆蟲蠕動在傳感器主體外表面上，這樣的外部物質(zhì)不至于影響感測。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，至少傳感器主體外表面的一部分由驅(qū)蟲材料或類似材料構(gòu)成。因此，昆蟲幾乎不能接近傳感器外表面，從而錯誤報警可被提前防止。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，光接收器的視角被設(shè)置成等于或窄于五度。因此，用于散射光感測的區(qū)域的大小可被設(shè)置在煙霧感測空間內(nèi)的必須的最小值，并且可防止外部光的影響。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，光發(fā)射器發(fā)出教準(zhǔn)的平行光束。因此，用于散射光感測的區(qū)域的大小可被設(shè)置在煙霧感測空間內(nèi)的必須的最小值，并且外部光的影響可被防止。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，光接收信號被對數(shù)放大器放大。因此，即使普通的線性放大器在有外界光直接進(jìn)入光接收元件時輸出結(jié)果變?yōu)轱柡投シ糯蟮墓δ埽瑢?shù)放大器也不會有飽和的輸出結(jié)果而使放大失效，由此可以穩(wěn)定的進(jìn)行火災(zāi)感測。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，光發(fā)射器由調(diào)制發(fā)光信號控制而間歇地發(fā)射光，而光接收信號由調(diào)制光發(fā)射信號同步控制放大。所述調(diào)制光發(fā)射信號和同步光接收可以消除照明光或類似光所產(chǎn)生的錯誤報警，借此可以更好地避免由外界光引起的錯誤報警。
進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，因為光發(fā)射脈沖寬幅等于或小于1毫秒，發(fā)射光的時間周期在人類的視覺范圍內(nèi)不可見，由此，人類肉眼察覺不到煙霧傳感器光發(fā)射單元的閃光。
進(jìn)一步的，根據(jù)本發(fā)明，一個間歇發(fā)射光的總時間周期長度的設(shè)置等于或小于1毫秒。因此，如此設(shè)置光發(fā)射周期可使人的肉眼察覺不到發(fā)射的光線，由此，人類肉眼察覺不到煙霧傳感器發(fā)光單元的閃光。


圖1為本發(fā)明第一實施例中光散射型煙霧傳感器的剖面圖；
圖2A為第一實施例中光散射型煙霧傳感器安裝于天花板表面的示意圖；圖2B為第一實施例中光散射型煙霧傳感器安裝于天花板內(nèi)的示意圖；圖3為腔體基部的透視圖；圖4為使用圖3中腔體基部的整個煙霧感測單元的剖面圖；圖5為本發(fā)明第一實施例中光散射型煙霧傳感器的電路方框圖；圖6為圖5中光發(fā)射控制器驅(qū)動發(fā)光的時間圖；圖7為實現(xiàn)圖5中信號處理單元中所設(shè)有的火災(zāi)判斷單元功能的硬件的電路方框圖；圖8為圖7中火災(zāi)判斷單元在光散射型煙霧傳感器接受到煙霧時的動作時間圖；圖9為散射光于片刻內(nèi)增加的情況下的時間圖；圖10為障礙靜止附著在傳感器主體外表面靠近檢測點P時的時間圖；圖11為執(zhí)行圖5中信號處理單元中所設(shè)的火災(zāi)判斷單元的操作流程圖；圖12為第二實施例中的光散射型煙霧傳感器的透視圖；圖13A為反映圖12中腔體基部上所設(shè)的光發(fā)射部和光接收部的位置所對應(yīng)的光學(xué)位置關(guān)系的三維空間模式圖；圖13B為發(fā)光光軸和接收光光軸位于xy水平面內(nèi)的示意圖；圖14為散射角與各種煙的散射光量的關(guān)系圖；圖15為散射角與煤油燃燒煙和棉燈芯燃燒煙相對濾紙燃燒煙的散射光量比率的關(guān)系圖；圖16為第三實施例中光散射型煙霧傳感器的斷面圖；
圖17為腔體基部的軸側(cè)視圖；圖18為使用圖17中腔體基部的整個煙霧感測單元的剖面圖；圖19為第三實施例中光散射型煙霧傳感器的電路方框圖；圖20A為第1光發(fā)射器，第2光發(fā)射器及光接收器有關(guān)的位置關(guān)系圖；圖20B為第1光發(fā)射器的A點和光接收器的C點的位置關(guān)系圖；圖20C為第2光發(fā)射器的B點和光接收器的C點的位置關(guān)系圖；圖21為第1光發(fā)射器、第2光發(fā)射器及光接收器的光軸位于同一平面內(nèi)時的位置關(guān)系圖；圖22為表示視野角與視野面積之間的關(guān)系的圖；圖23為以棉燈芯燃燒所產(chǎn)生的煙霧為對象而作的散射效率I相對散射角θ的關(guān)系圖；圖24為以煤油燃燒所產(chǎn)生的煙霧為對象而作的散射效率I相對散射角θ的關(guān)系圖；圖25為表示煤油燃燒煙和棉燈芯燃燒煙所對應(yīng)的光接收信號量及其比率的圖；圖26為圖19中的電路檢測火災(zāi)的流程圖；圖27為圖26中障礙判定處理的流程圖；圖28為散射光片刻增加下的時間圖；圖29為障礙靜止附著在傳感器主體外表面靠近檢測點P時的時間圖；圖30為第四實施例中煙霧檢測單元構(gòu)造的立體模式說明圖；圖31為第四實施例中煙霧檢測單元構(gòu)造的立體示意圖；圖32A為第1光發(fā)射器，第2光發(fā)射器及光接收器有關(guān)的位置關(guān)系圖；
圖32B為第1光發(fā)射器的A點和光接收器的C點的位置關(guān)系圖；圖32C為第2光發(fā)射器的B點和光接收器的C點的位置關(guān)系圖；圖33為表示圖30中的煙霧檢測單元構(gòu)造中散射角和偏光角變化場合下各種煙對應(yīng)的光接收信號量的實驗數(shù)據(jù)的圖；圖34為表示偏光方向和散射角既定的情況下各燃燒物的種類所對應(yīng)的光接收信號量及其比率的圖；圖35為第五實施例的火災(zāi)判定處理的流程圖；圖36為具有煙腔的現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器的相對于香煙煙霧的光接收值和時間的關(guān)系圖；圖37為具有煙腔的現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器的相對于火災(zāi)煙霧的光接收值和時間的關(guān)系圖；圖38為第五實施例的光散射型煙霧傳感器的相對于香煙煙霧的光接收值和時間的關(guān)系圖；圖39為第五實施例的光散射型煙霧傳感器的相對于火災(zāi)煙霧的光接收值和時間的關(guān)系圖；件號說明1，40，100光散射型煙霧傳感器2，112傳感器主體3，113端子盤4，41，114腔體基部4a，108 煙霧感測單元5，109，110，125，129 光發(fā)射器5b，42，109b 光發(fā)射口6，111，133 光接收器6b，43，111b 光接收口
7 傳感器主體外表面9，116 透明蓋11，136 傳感器基部15，102 通報電路16，103 信號處理單元17，104 存儲單元18，105，106光發(fā)射控制器19，107 放大電路20，25，30 比較器21，24，31 標(biāo)準(zhǔn)電源23 微分電路26 單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器27，28，29 與門126，130偏振濾波器具體實施方式
首先，將對第一實施例中的光散射型煙霧傳感器進(jìn)行描述。圖1是本發(fā)明第一實施例中的光散射型煙霧傳感器的剖面圖。如圖1所示，光散射型煙霧傳感器1包括傳感器主體2、端子盤3、腔體基部4、光發(fā)射器5、光接收器6以及透明蓋9。
端子盤3設(shè)置在傳感器主體2內(nèi)部，電路板8設(shè)置在端子盤3內(nèi)部。腔體基部4位于電路板8的下部，并且光發(fā)射器5設(shè)置在腔體基部4的內(nèi)部，該光發(fā)射器5作為光信號發(fā)射器，光接收器6作為光信號接收器。
傳感器主體2的外表面7是腔體基部4的一個較低表面，并且基本是一個平面，透明蓋9附在傳感器主體2的外表面7上。此外，傳感器主體2的外表面7上設(shè)置了一個光發(fā)射口5b和一個光接收口6b，該光發(fā)射口5b利用光散射原理將光發(fā)射器5發(fā)射的光信號傳送到煙霧傳感器1的外部，該光接收口6b將由煙霧發(fā)射和散射的光信號傳送給光接收器6。P點位于遠(yuǎn)離傳感器主體2的外表面7的外部空間，并且光軸在P點交叉，光發(fā)射器5的光軸與光接收器6的光軸在P點相交，形成一個煙霧感測點。因此，第一實施例中的光散射型煙霧傳感器1的一個特性如下煙霧傳感點設(shè)置在光散射型煙霧傳感器1的外部。由于煙霧感測空間設(shè)置在光散射型煙霧傳感器1的外部，所以不需要設(shè)置煙霧腔體。
圖2A示出了光散射型煙霧傳感器1的一個傳感器基部11。如圖2A所示，傳感器基部11被設(shè)置在天花板10上，圖1中的光散射型煙霧傳感器1安裝在傳感器基部11上。如圖2A所示，由于光散射型煙霧傳感器1的內(nèi)部未嵌入傳統(tǒng)的光散射型煙霧傳感器所需的煙霧腔體，因此，整個光散射型煙霧傳感器1的體積較小，此外，當(dāng)安裝在天花板10上時，光散射型煙霧傳感器1不必被大部分體積地嵌入天花板10內(nèi)(換言之，光散射型煙霧傳感器1不用同天花板10大面積接觸)。
圖2B示出了嵌入在天花板10內(nèi)部的傳感器基部11和設(shè)置在傳感器基部11上的圖1中的光散射型煙霧傳感器1。如圖2B所示，光散射型煙霧傳感器1的一個較低表面(傳感器主體2的外表面7和圖1的透明蓋9)與天花板10在同一平面。由此，光散射型煙霧傳感器1未包括作為傳統(tǒng)煙霧傳感器煙霧腔體的突出部分。光散射型煙霧傳感器1可以設(shè)置成一個安全平坦的平面。尤其值得一提的是，由于不需要設(shè)置煙霧腔體，光散射型煙霧傳感器1的體積較小，嵌入在天花板的部分比傳統(tǒng)的傳感器嵌入天花板的部分小，由此，光散射型煙霧傳感器1可以安裝于較窄的天花板空間上。
圖3是設(shè)置光發(fā)射器5與光接收器6的腔體基部4的透視圖。如圖3所示，光發(fā)射口5b和光接收口6b設(shè)置在傳感器主體的外表面7上，該外表面7位于腔體基部4的煙霧感測面上，光發(fā)射器5嵌入在光發(fā)射口5b的內(nèi)部，光接收器6嵌入在光接收口6b的內(nèi)部(光發(fā)射器5和光接收器6在圖3中未示出)。
圖4是圖3所示的包括腔體基部4的整個煙霧感測單元的剖視圖(透明蓋9用虛線表示)。如圖4所示，腔體基部4的上表面作為傳感器主體的外表面7。透明蓋9附在傳感器主體外表面7的外部，由此，設(shè)置在傳感器主體外表面7上的光發(fā)射口5b和光接收口6b得到保護(hù)。在第一實施例中，為了舉例說明，傳感器主體的外表面7被設(shè)置成一個平面，并且該平面與外部煙霧感測空間的煙霧感測點P共面。如果需要，傳感器主體外表面7可以被設(shè)置成曲面或者稍稍有些彎曲的表面。
光發(fā)射器5和光接收器6嵌入在腔體基部4的內(nèi)部。在傳感器主體外表面7的外部煙霧感測空間的P點，光發(fā)射器5的發(fā)射光的光軸5a和光接收器6的接收光的光軸6a相交。傳感器主體的外表面7與外部空間的煙霧感測點P之間的高度差值H可以設(shè)定為任何數(shù)值，較為理想的是將H設(shè)定為不影響煙霧感測的數(shù)值。影響光散射型煙霧傳感器1感測外部煙霧的因素有粘附在傳感器主體上的灰塵或者昆蟲。例如，當(dāng)安裝光散射型煙霧傳感器1時，光散射型煙霧傳感器1將會吸引昆蟲聚集，由此，可以將高度差值H設(shè)置成該昆蟲的最大高度。例如，為了安全起見，可以將H設(shè)定為5mm。
腔體基部4可以采用昆蟲很少聚集的材料制成，或者將驅(qū)蟲器嵌入、安裝在傳感器主體的外表面7上。透明蓋9也可以采用昆蟲很少聚集的材料制成，或者將驅(qū)蟲器嵌入、安裝在透明蓋9上。由此，可以避免昆蟲在透明蓋9的外表面飛行，進(jìn)而可以避免由于昆蟲的出現(xiàn)而引起的錯誤警報。驅(qū)蟲器可以采用任何一種材料作成，比如，二乙基的甲苯酰胺或者合成除蟲菊酯。
圖5是第一實施例中的光散射型煙霧傳感器1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖。如圖5所示，光散射型煙霧傳感器1包括一個煙霧感測單元4a，該煙霧感測單元4a包括前述的光發(fā)射器5和光接收器6，通報電路15、采用中央處理單元(CPU)的信號處理單元16、存儲單元17、光發(fā)射控制器18和放大電路19。
在上述的結(jié)構(gòu)中，簡單地說，光發(fā)射控制器18驅(qū)動光發(fā)射器5發(fā)光。由此，光發(fā)射至光散射型煙霧傳感器1外部的煙霧感測點P并被散射，散射出來的光被光接收器6接收。光接收器6的輸出結(jié)果被放大電路(對數(shù)放大器)19放大，并且作為信號處理單元16的輸入。信號處理單元16將作為放大電路19的輸入的光接收器6的輸出與火災(zāi)閾值TH1、錯誤報警閾值TH2或者障礙閾值TH3一一進(jìn)行比較；火災(zāi)閾值TH1、錯誤報警閾值TH2或者障礙閾值TH3都預(yù)先存儲在存儲單元17中，這些數(shù)值將稍后描述，從而確定是否有火災(zāi)發(fā)生，是否存在錯誤警報，或者是否存在障礙。當(dāng)設(shè)定狀況發(fā)生時，信號處理單元16將命令通報電路15發(fā)送火災(zāi)信號給預(yù)先設(shè)定的接收器。
信號處理單元16包括一個由程序控制的火災(zāi)判斷單元16a?；馂?zāi)判斷單元16a對火災(zāi)進(jìn)行判斷，換句話說，根據(jù)從光接收器6接收到的光信號和微分差值，火災(zāi)判斷單元16a確定是否有火災(zāi)發(fā)生。較為具體的來說，當(dāng)從光接收器6中接收到的光信號A超過預(yù)定的火災(zāi)閾值TH1，或者接收到的光信號的微分差值B沒有超過預(yù)定的錯誤報警閾值TH2時，火災(zāi)判斷單元16a將判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。
在另一方面，當(dāng)從光接收器6接收到光信號A超過預(yù)定的火災(zāi)閾值TH1，接收到的光信號B的微分差值將超過預(yù)定的錯誤報警閾值TH2，經(jīng)過微分差值B超過預(yù)定的錯誤報警閾值TH2后的預(yù)定時間段T，火災(zāi)判斷單元16a將判斷光接收信號A是否超過預(yù)定的障礙閾值TH3。當(dāng)接收到的光信號A低于障礙閾值TH3，火災(zāi)判斷單元16a判斷障礙是暫時的還是永久的。在另外一方面，當(dāng)接收到的光信號A超過障礙閾值TH3時，火災(zāi)判斷單元16a確認(rèn)障礙是由外部因素引起的。
圖6是由圖5中的光發(fā)射控制器18驅(qū)動的發(fā)射光的波形圖。如圖6所示，發(fā)射光脈沖(A)代表由圖1的光發(fā)射器5發(fā)射的光信號，接收光信號(B)代表圖1中的光接收器6的發(fā)射光信號，同步接收光信號(C)代表已經(jīng)被圖5中的放大電路19放大的發(fā)射光信號。光發(fā)射控制器18驅(qū)動光發(fā)射器5，從而使得光發(fā)射器5發(fā)射出來的光信號作為脈沖寬度為T2和在每一個周期T1循環(huán)輸出的發(fā)射光脈沖(A)。光發(fā)射控制器18命令光發(fā)射器5發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的光信號。相應(yīng)地，放大電路19與光發(fā)射控制器18的調(diào)制同步，并且得到同步接收光信號(C)，該同步接收光信號(C)是由接收光信號(B)與光發(fā)射調(diào)制同步產(chǎn)生。
例如，光發(fā)射的周期T1可以設(shè)定為1秒，被調(diào)制的發(fā)射光的脈沖寬度T2可以設(shè)定為50微秒。由此，除了由外部煙霧感測空間的煙霧散射的光信號外，經(jīng)過調(diào)制的發(fā)射光和相應(yīng)的同步接收光將補償由入射光產(chǎn)生的接收光信號，并且只有被煙霧散射的光信號可以安全地被接收。
更進(jìn)一步，由于光發(fā)射器5發(fā)射光的波長在可見光的波段內(nèi)，發(fā)射光時間段等于或小于1毫秒，從而使得普通人不能識別間歇的發(fā)射光。對人類而言，能夠在視覺上識別光發(fā)射器發(fā)射的光信號，必須在1毫秒的時間連續(xù)地發(fā)射光信號。本發(fā)明中，發(fā)射光時間段等于或小于1毫秒，從而使人不能識別間歇的發(fā)射光。
圖6中的發(fā)射光脈沖(A)使得發(fā)射光脈沖(脈沖寬度T2×3)的總發(fā)射光時間段等于或者小于1毫秒。例如，如果T2＝50微秒，三個發(fā)射光脈沖的總發(fā)射光時間段為150微秒，總發(fā)射光時間段將小于1毫秒。由此，發(fā)射的光信號將不會被識別。
圖7是圖5中的信號處理單元16的火災(zāi)判斷單元16a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電連接圖。如圖7所示，火災(zāi)判斷單元16a包括比較器20、標(biāo)準(zhǔn)電源21、微分電路23、比較器25、標(biāo)準(zhǔn)電源24、比較器30、標(biāo)準(zhǔn)電源31、單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26以及“與”門27、28、29。
被放大的接收光信號A作為比較器20的輸入，被放大的接收光信號A是放大電路19的光發(fā)射器5的接收光輸出經(jīng)過放大處理產(chǎn)生，比較器20將被放大的接收光信號A與由標(biāo)準(zhǔn)電源21設(shè)定的預(yù)定火災(zāi)閾值TH1進(jìn)行比較，并且當(dāng)被放大的接收光信號A超過火災(zāi)閾值TH1時，比較器20輸出一個H電平信號(高輸出)。比較器20的H電平信號輸出將作為“與”門27的一個輸入。
被放大的接收光信號A作為比較器30的輸入，被放大的接收光信號A是放大電路19的光接收器6的接收光輸出經(jīng)過放大處理產(chǎn)生，比較器30將被放大的接收光信號A與由標(biāo)準(zhǔn)電源31設(shè)定的障礙閾值TH3進(jìn)行比較，并且當(dāng)被放大的接收光信號A超過障礙閾值TH3時，比較器30輸出一個H電平信號。比較器30的H電平輸出將作為“與”門28的一個輸入。
微分電路23對接收光信號A進(jìn)行微分處理。微分信號通過二極管D1供應(yīng)給比較器25作為微分值B。比較器25將由標(biāo)準(zhǔn)電源24產(chǎn)生的預(yù)定障礙閾值TH2與微分值B進(jìn)行比較。當(dāng)微分值B超過障礙閾值TH2，比較器25提供的H電平信號作為輸出。二極管D1從微分電路23獲取帶有正電和負(fù)電的微分信號。
比較器25的H電平輸出被提供給單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26。當(dāng)接收到H電平的輸出時，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26被驅(qū)動，并且在一個預(yù)定的時間段T里從輸出端口Q提供H電平的輸出。單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的輸出端口Q提供的信號被反轉(zhuǎn)，并且提供給“與”門27的另一個輸入。
因此，當(dāng)差分值B超過比較器25的障礙閾值TH2，以及在時間段T1內(nèi)單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26提供H電平的輸出時，“與”門27禁止比較器20輸出H電平的火災(zāi)感測信號。更進(jìn)一步，當(dāng)差分值B未超過比較器25的障礙閾值TH2時，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的輸出端Q的信號為L水平(低水平)。由此，“與”門27處于接通的狀態(tài)，并且當(dāng)比較器20指示火災(zāi)感測的時候，“與”門輸出由比較器20提供的H電平的輸出。
“與”門27的輸出作為“與”門29的輸入。“與”門28的輸出被反轉(zhuǎn)，并且作為“與”門29的輸入?！芭c”門28接收到比較器30的輸出和單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的反轉(zhuǎn)輸出。因此，在依據(jù)比較器25的H電平輸出運行T時間段后，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26關(guān)閉，“與”門28轉(zhuǎn)變成響應(yīng)反轉(zhuǎn)輸出的接通狀態(tài)，此時，比較器30通過檢測障礙連續(xù)的提供H電平的輸出。比較器30的輸出作為“與”門28的輸出，并且“與”門28的輸出作為一個障礙信號。
更進(jìn)一步，當(dāng)“與”門28提供H電平的輸出障礙信號時，由于反轉(zhuǎn)的輸入，“與”門29處于禁止?fàn)顟B(tài)?！芭c”門29將禁止比較器30的H電平輸出，并且當(dāng)輸出障礙信號時，火災(zāi)信號的輸出將被禁止。
圖8是煙霧傳感器接收到火災(zāi)煙霧時圖7中的火災(zāi)判斷單元16a的運行的時序圖。
當(dāng)煙霧傳感器接收到火災(zāi)的煙霧時，光接收器6的接收光信號A將在圖8的(A)部分所示的時間段內(nèi)持續(xù)升高。當(dāng)在時間t1接收光信號A超過火災(zāi)閾值TH1時，比較器20的輸出獲得H電平信號。由于“與”門27和“與”門29處于接通狀態(tài)，火災(zāi)信號獲得圖8(C)部分所示的H電平，圖5中的通報電路15發(fā)送火災(zāi)信號給接收器。
由于煙霧濃度的增加相對比較緩，因此，微分電路23的接收光信號A的微分值B相對比較小，并且未超過障礙閾值TH2。
圖9是散射光與片刻內(nèi)增加下的時序圖，該散射光的增加是由于飛行的昆蟲經(jīng)過圖1的光散射型煙霧傳感器1的外表面7的外部空間的煙霧感測點P所產(chǎn)生的。當(dāng)散射光瞬間積聚時，接收光信號A陡然增加，并且轉(zhuǎn)換成圖9中的正常水平。當(dāng)接收光信號A高于火災(zāi)閾值TH1時，比較器20的輸出獲取圖9(C)部分的H電平信號。
另一方面，如圖9所示，在接收光信號A升高的過程中，微分電路23的接收光信號A的微分值B也正向升高，并且在接收光信號B下降的過程中，微分電路23的接收光信號A的微分值B亦負(fù)向下降。當(dāng)微分值B轉(zhuǎn)換成正向，水平值超過反常閾值TH2，比較器25提供如圖9(D)部分所示的H電平輸出。因此，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的輸出端Q的輸出獲得圖9(E)部分所示的H電平。
當(dāng)比較器20的輸出獲取H電平時，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的輸出端Q的信號獲取H電平，由此，禁止“與”門27輸出火災(zāi)信號。因此，當(dāng)昆蟲或者類似的物體暫時經(jīng)過外部空間的煙霧感測點P時，錯誤警報，火災(zāi)信號將不會發(fā)生。
由于單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26設(shè)定了時間T，由此，障礙經(jīng)過煙霧感測點P的時間就包括在設(shè)定的時間T內(nèi)。障礙經(jīng)過煙霧感測點P的情形，例如，當(dāng)人的手指或者昆蟲之類的物體經(jīng)過煙霧感測點P的情形。
圖10是障礙靜止附著在圖1中的傳感器主體外表面7靠近檢測點P時的時序圖。如圖10的(A)部分所示，當(dāng)障礙靜止附著的時候，接收光信號升高到火災(zāi)閾值TH1，并且超過以及維持在障礙閾值TH3的水平位置。
如圖10的(B)部分所示，微分電路23輸出的微分值B正向上升，并且暫時超過反常閾值TH1。由此，依據(jù)微分值進(jìn)行反常檢測的比較器25輸出H電平，并且命令單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26運行，之后，如圖10的(E)部分所示，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26在預(yù)定的時間段T內(nèi)輸出H電平。
由于單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的輸出端Q輸出信號，由此，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26作時，“與”門27處于禁止?fàn)顟B(tài)，并且不會提供H電平的輸出信號。經(jīng)過輸出端Q輸出L電平信號后的一預(yù)定時間，單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26不工作，“與”門27導(dǎo)通，并且輸出H電平。在單穩(wěn)態(tài)多頻振蕩器26的反轉(zhuǎn)輸出上升到H電平的同時，“與”門28處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于接收光信號A的電平高于障礙閾值TH3，“與”門28在收到比較器30輸出的H電平后輸出H電平?！芭c”門28的H電平輸出作為輸出的障礙信號(干擾信號)。
同時，“與”門28的H電平輸出使“與”門29切換成禁止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)禁止“與”門27輸出H電平時，輸出被禁止，并且將不作為火災(zāi)信號。
由“與”門28輸出的H電平產(chǎn)生的障礙信號提供給圖5中的通報電路15時。當(dāng)障礙信號作為火災(zāi)警報以不同的的信號形式提供給接收器，接收器通報傳感器有障礙。普通人員可以檢查傳感器主體的外表面7，并且可以將障礙搬離。通過將通報電流轉(zhuǎn)換成一預(yù)定時間段內(nèi)的脈沖，通報電路15將障礙信號發(fā)送給接受器。
火災(zāi)信號的輸出控制或者障礙信號可以被圖7中所示的軟件邏輯塊識別。圖11是圖5中的信號處理單元16的火災(zāi)判斷單元16a進(jìn)行編程控制處理的流程圖。通過執(zhí)行圖11中的火災(zāi)判斷程序，對放大電路19的發(fā)射光信號A進(jìn)行抽樣處理，并且通過經(jīng)過抽樣處理的受光信號量進(jìn)行微分處理來對計算微分值，此外，以上采樣和計算操作重復(fù)執(zhí)行。
在步驟SA1中，檢測圖11中的火災(zāi)判斷操作，并且判斷受光信號量A是否在低于預(yù)定的火災(zāi)閾值TH1。當(dāng)受光信號量A超過火災(zāi)閾值TH1時，執(zhí)行步驟SA2，并且檢查微分值B是否低于預(yù)定的反常閾值TH2。當(dāng)微分值B低于反常閾值TH2時，執(zhí)行步驟SA3，判斷火災(zāi)是否發(fā)生，并且輸出代表火災(zāi)發(fā)生的信號。
在步驟SA2中，當(dāng)微分值B超過反常閾值TH2時，執(zhí)行步驟SA4，計時器設(shè)定時間T，并且開始計時。在計時器開始工作以后，在步驟SA5將檢測花費的時間。當(dāng)?shù)綍r間T時，執(zhí)行步驟SA6，并且檢測受光信號量是否超過障礙閾值TH3。
當(dāng)受光信號量A低于障礙閾值TH3時，與圖9中所示的情況類似，散射光的暫時上升將導(dǎo)致受光信號量的上升，并且不會輸出關(guān)于火災(zāi)發(fā)生的信號。在另一方面，如圖10所示，當(dāng)受光信號量A超過障礙閾值TH3時，持續(xù)提供障礙接收光信號。在步驟SA7中，確定有障礙存在，并且輸出代表存在有障礙的信號。
如圖5所示，在第一實施例中，由光接收器6輸出的光接收結(jié)果經(jīng)過放大電路19放大，所述放大電路19是對數(shù)放大器。借以更準(zhǔn)確的判定是否有火災(zāi)發(fā)生。如果光接收結(jié)果是經(jīng)由普通的線性放大器放大，放大結(jié)果有可能在外界強(qiáng)干擾光干擾下變飽和，從而出現(xiàn)錯誤的火災(zāi)報警。在第一實施例中，因為光接收結(jié)果是由對數(shù)放大器放大，即使有強(qiáng)干擾光進(jìn)入光接收單元，放大結(jié)果也不會飽和，傳感器也不會偵測不到煙霧產(chǎn)生的散射光。此外，當(dāng)在有外界干擾光的情況下煙霧的散射光被對數(shù)放大器偵測到時，根據(jù)煙霧的放大結(jié)果變化的范圍會變小。由于第一實施例中的傳感器計算微分值，噪聲比率的信號會改善并且可以判定是否有火災(zāi)發(fā)生。
從而，根據(jù)第一實施例，由于煙霧腔體被移除，光散射型煙霧傳感器可以設(shè)為不帶突出部分的平面形狀，并且完全平面的安裝狀態(tài)，例如，安裝在天花板上。
進(jìn)一步地，因為判定火災(zāi)是否發(fā)生是以受光信號量及其微分值為基礎(chǔ)，即使在煙霧傳感空間存在如昆蟲一類的外界障礙，也能避免煙霧傳感器的誤報警，由煙霧傳感器的開放空間的使用所引起的這個問題可以被消除。
并且，即使受光信號量達(dá)到了火災(zāi)水平，傳感器也不會立即判斷火災(zāi)的發(fā)生，而是基于受光信號量的微分值不高于障礙閾值的基礎(chǔ)上來判定火災(zāi)的發(fā)生，因此，由于如昆蟲之類的外界障礙的存在于煙霧感測空間所引起的誤報警也能更好地避免。
此外，經(jīng)過預(yù)定的時間周期后，微分值仍保持高于反常閾值時，傳感器將判定存在有障礙并發(fā)出通報，以此可以檢查和維修的煙霧感應(yīng)器。
此外，由于煙霧感測點設(shè)置在離傳感器主體至少5mm的位置，即使有灰塵附著在傳感器主體外表面上或有昆蟲在傳感器主體外表面上爬行，諸如此類的外部干擾均不會對火災(zāi)的感測造成實質(zhì)的影響。
此外，由于傳感器主體外表面的至少一部分是由驅(qū)蟲材料或類似材料制成，昆蟲極少能夠靠近傳感器主體外表面，進(jìn)一步避免了錯誤報警的發(fā)生。
此外，由于光接收器的視角范圍在5°之內(nèi)，煙霧感測空間內(nèi)部的散光感測區(qū)域被設(shè)置成盡可能的小，以此避免了外部光線的影響。
此外，由于光接收信號被對數(shù)放大器放大，放大后的輸出將不會飽和，實現(xiàn)穩(wěn)定的火災(zāi)感測。
此外，由于光發(fā)射器被調(diào)制后的光發(fā)射信號間歇性的驅(qū)動并發(fā)射光線，而光接收信號同步于調(diào)制后的光發(fā)射信號被放大，可能引起錯誤報警的照明之類的光線能夠從感測目標(biāo)中被排除，由此，由于外界光線所引起的錯誤報警能被可靠地避免。
此外，由于光發(fā)射脈沖寬度在1毫秒的范圍之內(nèi)，光發(fā)射的時間段能夠被壓縮至人類視覺所覺察不到的范圍之內(nèi)，由此，煙霧傳感器的光發(fā)射單元所產(chǎn)生的閃光能夠不被人所察覺。
此外，由于間斷性發(fā)光驅(qū)動的總時間段在1毫秒之內(nèi)，光發(fā)射的時間段能夠被壓縮至人類視覺所覺察不到的范圍之內(nèi)，由此，煙霧傳感器的光發(fā)射單元所產(chǎn)生的閃光能夠不被人所察覺。
以下將對第二實施例中的光散射型煙霧傳感器進(jìn)行說明。第二實施例中的光散射型煙霧傳感器比第一實施例的傳感器小。并且第二實施例的傳感器與第一實施例的傳感器有所不同，其光發(fā)射器的光軸和光接收器的光軸在傳感器主體的外表面的預(yù)定角度處相交。而第一實施例中的傳感器將光發(fā)射器的光軸和光接收器的光軸在傳感器外表面直線平行設(shè)置。如沒有特別說明，第二實施例中傳感器的結(jié)構(gòu)和方法與第一實施例中傳感器的相同，并且具有相同功能的元件也使用在第一實施例中相同的名稱和標(biāo)號。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例煙霧傳感器40的底腔41透視圖。在底腔41上，光發(fā)射口42和光接收口43以預(yù)定的角度相交在傳感器體的外表面上。光發(fā)射元件5設(shè)置在光發(fā)射口42的內(nèi)部，光接收器6設(shè)置在光接收口43的內(nèi)部。
接下來，詳細(xì)敘述光發(fā)射角和光接收角之間的關(guān)系。需提到的是本專利申請結(jié)合了專利權(quán)人在2002年1月11日申請的另一件專利申請(JP-A)NO.2002-4221，下面的部分?jǐn)⑹鲆驯辉搶＠暾圝P-A 2002-4221所揭示。
圖13A為反映圖12中腔體基部41上所設(shè)的光發(fā)射單元和光接收單元的位置所對應(yīng)的光學(xué)位置關(guān)系的三維空間模式圖。
在圖13A中，從光發(fā)射元件5的光發(fā)射點O發(fā)射出的光軸13以矢量的方式顯示，接收光的光軸14沿著來自所述光軸交叉點P的分散光以矢量的方式設(shè)置在所述外側(cè)開口空間，且朝向光接收器6的光接收點Q。此外，發(fā)射光光軸13和接收光光軸14交叉形成的角度之中，一個角度由于光沿著發(fā)射光軸13的方向前進(jìn)因遇煙霧/物體發(fā)生散射從而改變方向沿著接收光光軸14的方向前進(jìn)，形成散射角θ，和一個輔助角δ(θ＝180°-δ)。
在圖13A中，連接光發(fā)射點O、光軸交叉點P和光接收點Q形成一個三角形，所述三角形形成一個假設(shè)的光學(xué)平面實現(xiàn)第二個實施例中的所述煙霧感知使用散射光。由三角形OPQ形成的所述平面分別與XY平面(水平面)、ZX平面(垂直面)形成一個角度。
在這里，簡單地說，所述平面上的發(fā)射點O對應(yīng)在X軸上的發(fā)射點是A，并且在發(fā)射光軸13和垂直方向形成的角度即是光軸13和X軸形成的角度。
當(dāng)發(fā)射光軸13和接收光軸14從水平面即XY平面上來看，發(fā)射點A對應(yīng)光發(fā)射點O，發(fā)射點B對應(yīng)光接收點Q，如圖13B所示。換句話說，在水平方向，發(fā)射光軸13和接收光軸14之間以一預(yù)定的角度α相交(在水平面上顯示α形角)。
當(dāng)相應(yīng)地把光發(fā)射點O設(shè)為(a1，b1，c1)，光接收點Q設(shè)為(a2，b2，c2)，δ角、α角和φ角可以用以下(1)至(3)的方程式來表達(dá)[表達(dá)式一]cosδ=a1a2+b1b2+c1c2a12+b12+c12a22+b22+c22---(1)]]>[表達(dá)式二]cosα=a1b1+a2b2a12+b12a22+b22---(2)]]>[表達(dá)式三]tanφ=c1a1---(3)]]>例如，當(dāng)垂向傾角φ＝30°、水平面上的外形夾角α＝120°時，夾角δ＝97°。當(dāng)水平平面上的夾角α＝120°、傾角φ＝9.8°時，夾角δ＝117°。
簡單地說，當(dāng)外形夾角α＝120°時，傾斜角φ＝9.8°，30°，夾角δ＝117°，97°。當(dāng)光發(fā)射點O和光接收點Q在水平方向的位置不變時，垂直方向上的傾角φ變大，相反地，夾角δ變小。毫無疑問，當(dāng)垂直方向上的傾角φ變小時，光軸交叉點O的高度下降，同時傳感器變。
如圖13A和13B所示，基于發(fā)光光軸和光接收光軸的三維空間關(guān)系，在第二實施例中，光發(fā)射軸13和光接收軸14所產(chǎn)生的夾角δ大約為110°。當(dāng)夾角δ＝110°時，相對應(yīng)地散射角θ＝180°-δ＝70°。夾角δ＝110°(θ＝70°)的原因如下，所述光散射型煙霧傳感器上的煙霧感測單元必須滿足兩個相互矛盾的需求(1)增加靠煙霧產(chǎn)生的散射光的數(shù)量，(2)降低由于不同類型的煙霧產(chǎn)生的影響。基于試驗和模擬(OPTIMIZATION OFSENSITIVITY CHARACTERISTICS OF PHOTOELECTRIC SMOKE DETECTOR TOVARIOUS SMOKES，Nagashima et al.，Asia Oceania Fire Symposium，1998)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)散射角和因大量不同煙霧而產(chǎn)生的散射光的數(shù)量之間的關(guān)系。
如圖14出示了根據(jù)散射角θ(＝180°-δ)的不同，散射光數(shù)量的變化和出示了散射角和根據(jù)不同類型的煙霧在同一比率下產(chǎn)生的散射光數(shù)量之間的關(guān)系。其中，在散射角為40°的傳統(tǒng)光散射型煙霧傳感器中因濾紙熏制煙產(chǎn)生的散射光的數(shù)量也在其中。如圖14所示，隨著散射角的增加，散射光的數(shù)量在減少。由于煙霧傳感器操作的穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)的傳感器中至少1/5的散射光數(shù)量需要保障，同時θ角必須小于90°。另一方面，為了壓制不同類型的煙霧產(chǎn)生的影響，煤油燃燒煙霧輸出量需與濾紙熏制煙的輸出量進(jìn)行盡可能多的比較，如圖15所示。用于煤油燃燒煙霧的輸出量的靈敏度需要至少濾紙靈敏度的1/7，同時θ大于50°使用EN標(biāo)準(zhǔn)和UL標(biāo)準(zhǔn)來控制不同的燃燒測試是一個理想的條件。散射角必須滿足50°＜θ＜90°，理想的是θ＝70°。
從而，第二實施例和第一實施例一樣獲得同樣的效果。而且，根據(jù)第二實施例，當(dāng)光發(fā)射元件5發(fā)射出來的光軸13和光接收器6接收的光軸14所行成的夾角δ＝110°，同時投影于腔體基部41，從而產(chǎn)生在水平面上的夾角α和在垂直方向上的傾角φ，即使這種夾角的設(shè)置是理想的，煙霧顆粒的大小在靈敏度方面只有少許的影響，光軸交叉點P的凸出數(shù)量相對應(yīng)的煙霧可以被減少。
接下來，描述光散射型煙霧傳感器的第三實施例。光散射型煙霧傳感器的第三實施例不同于光散射型煙霧傳感器的只包含一個光發(fā)射器的第一實施例和第二實施例，因為光散射型煙霧傳感器的第三實施例中含有兩個光發(fā)射元件。第三實施例在結(jié)構(gòu)和方法方面均與第二實施例相同，除特別說明外，具有相同功能的構(gòu)成要數(shù)的名稱/性能也與第二實施例相同。
首先，敘述設(shè)置兩個光發(fā)射器的原因，傳統(tǒng)的光散射型煙霧傳感器當(dāng)感應(yīng)到烹飪的煙霧，浴室里的蒸汽，和其它一些非火災(zāi)的煙霧時，會出現(xiàn)錯誤的火警。
眾所周知，引導(dǎo)兩種波長不同的到光煙霧感測空間，找出兩種波長不同的散射光的光強(qiáng)比率，以區(qū)分煙霧的種類?；蛘咭龑?dǎo)具有垂直散射平面的垂直偏振面的光和具有平行散射平面的偏振面的光，找出被煙霧散射的光各個偏振成分的光強(qiáng)比率，以防止傳感器由于火災(zāi)以外的其他因素而發(fā)出錯誤的火災(zāi)警報。
在傳統(tǒng)的區(qū)別用于具有不同波長或具有不同偏振平面的光線的煙霧類型的方法中，然而，正確地區(qū)別火災(zāi)的煙霧和非火災(zāi)的煙霧，例如亨飪的蒸汽和浴室的蒸汽是不足夠的。因此，更多高精確的煙霧區(qū)別是我們所想要的。
因此，在第三實施例中，除了移去煙霧腔體使煙霧傳感器體積更小外，還有一個目的就是提高區(qū)分煙霧的準(zhǔn)確性以可靠的實現(xiàn)非火災(zāi)報警的預(yù)防。
接著，描述光散射型煙霧傳感器的第三實施例。圖16為第三實施例中光散射型煙霧傳感器的剖視圖。用于散射光的煙霧傳感器100包括傳感器主體112，端子盤113，腔體基部114，第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110(圖16中未示出)，光接收器111，和透明蓋116。除特別說明外，傳感器主體112，端子盤113，腔體基部114，第一光發(fā)射器109，光接收器111和透明蓋116可以被類似地認(rèn)為是傳感器主體2，端子盤3，腔體基部4，第一光發(fā)射器5，光接收器6，透明蓋9，第二光發(fā)射器110可被類似地認(rèn)為是光發(fā)射器5。
在這里，第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110作為雙重的光發(fā)射器，光接收器111設(shè)置在腔體基部114里作為光的接收部。此外，兩個光發(fā)射口109b、110b(圖16中只示出了光發(fā)射口109b)用于把第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器發(fā)射出來的光噴射到光散射型煙霧傳感器100的外側(cè)，光接收口111b用于引導(dǎo)受煙霧散射的光進(jìn)入設(shè)置在傳感器主體外表面118上的光接收器。第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110的光軸與光接收器111的光軸相交形成光軸交叉點P，同時光軸交叉點P形成煙霧感測點。
當(dāng)所述傳感器基部安裝在天花板上并且如圖16所示光散射型煙霧傳感器100安裝在所述傳感器基部，與附圖2中的第一實施例一樣，所述煙霧腔同樣不具有突出部分，其中，光散射型煙霧傳感器100可以不突出地設(shè)置在天花板上。
此外，當(dāng)所述傳感器基部安裝在天花板的內(nèi)側(cè)且光散射型煙霧傳感器100(圖16)設(shè)置在所述傳感器基部的內(nèi)部時，與附圖2中的第一實施例一樣，光散射型煙霧傳感器100的下表面與天花板共面，并且不存在突出部，因而，可以實現(xiàn)天花板完全平坦。尤其是設(shè)置在所述天花板內(nèi)部的部分比設(shè)置在傳統(tǒng)的傳感器內(nèi)部的要小，其中，光散射型煙霧傳感器100可以設(shè)置在狹窄天花板空間里。
圖17是腔體基部114采用立體角的方式來設(shè)置第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110和光接收器111的視圖。在附圖17中，第一光發(fā)射口109b，第二光發(fā)射口110b和光接收口111b形成在腔體基部114的外表面上，第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110和光接收器111分別設(shè)置在相應(yīng)的穴口內(nèi)(圖17中均未顯示這些元件)。
圖18是圖17腔體基部使用立體角結(jié)構(gòu)的整個煙霧感測單元的剖視圖(剖視圖是沿著第一光發(fā)射口109b和光接收口111b來剖的。透明蓋116用虛線來表示)。在圖18中，腔體基部114的上部形成傳感器主體平坦的外表面118，第一光發(fā)射口109b，第二光發(fā)射口110b和光接收口111b設(shè)置在所述外表面上，且用透明蓋保護(hù)所述外表面。
第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110(圖18中未示出)，和光接收器111設(shè)置在腔體基部114的內(nèi)部，第一光發(fā)射器109的光軸109a，第二光發(fā)射器110(圖18中未示出)的光軸110a，和光接收器111的光軸111a相互間在傳感器主體外表面的煙霧感測空間中的煙霧感測點P形成一個立體交叉道。
同時，光軸在所述外表面空間中相交的煙霧感測點P與感測主體118外表面之間的距離h可以設(shè)為這樣一個高度，即，物質(zhì)黏附在感測主體的外表面7上對煙霧感測不產(chǎn)生影響，這一點與第一實施例相似。較為理想的是，設(shè)定h≥5mm。
圖19為第三實施例中光散射型煙霧傳感器的電路方框圖。在圖19中用于散射光的煙霧傳感器包括通報電路102，采用微處理單元(MPU)的信號處理單元103，儲存單元104，第一光發(fā)射控制器105，第二光發(fā)射控制器106，放大電路107和煙霧感測單元108。簡單地說，通報電路102，信號處理單元信號處理單元103，儲存單元104，第一光發(fā)射控制器105，放大電路107和煙霧感測單元108可以類似地設(shè)置成通報電路15，信號處理單元16，儲存單元17，光發(fā)射控制器18，放大電路19，煙霧感測單元4a，第二光發(fā)射控制器106可以類似地設(shè)置成光發(fā)射控制器18。
煙霧感測單元108包括第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110和光接收器111。第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110和光接收器111如此設(shè)置使光軸能夠在煙霧傳感器外部空間中的煙霧檢測點P相交。
圖20A是第一光發(fā)射器109發(fā)射的光軸109a，第二光發(fā)射器110發(fā)射的光軸110a和光接收器111接收的光軸111a形成的立體角結(jié)構(gòu)圖。
煙霧感測點P是發(fā)射光光軸109a，110a和接收光光軸111a相交在腔體基部114(圖17)的傳感器主體外表面上的煙霧檢測空間中形成的，且第一光發(fā)射器109，第二光發(fā)射器110和光接收器111設(shè)置在腔體基部114的內(nèi)部。
圖20B為第一光發(fā)射器109的A點和光接收器111的C點的立體角結(jié)構(gòu)圖。這里，一個平面包括從第一光發(fā)射元件109的A點發(fā)出的發(fā)射光光軸109a和從光接收器111的C點接收的接收光光軸111a，所述平面以三角形PCA來表示。在所述平面中，由發(fā)射光光軸109a和接收光光軸111a形成第一發(fā)射器109的第一散射角θ1。
圖20C為第二光發(fā)射器的B點和光接收器111的C點的立體角結(jié)構(gòu)圖。在這里，發(fā)射光光軸110a和接受光光軸111a在具有所述三角形PCB的平面上，由發(fā)射光光軸110a和接受光光軸111a形成的散射角θ2。
簡單描述具有立體角結(jié)構(gòu)(圖20A和20C)的煙霧感測單元108，假設(shè)第一光發(fā)射器109、第二光發(fā)射器110和光接收器111的光軸存在于如圖21所示的相同平面內(nèi)。
如圖21，在第三實施例中，第一光發(fā)射器109如此設(shè)置使第一散射角θ1＝θ＝30°，其中相對于第三實施例中的交叉點P，第一散射角θ1由第一光發(fā)射器109發(fā)射的發(fā)射光光軸109a和光接收器111接收的接收光光軸111a組成。另外，一紅外線二極管(LED)用來作為第一光發(fā)射器109，并且，第一光發(fā)射元件109發(fā)射出來光的中部波長為λ1＝900nm(＝0.9μm)。
在第三實施例中，除了第一光發(fā)射器109，還設(shè)置了第二光發(fā)射器110。相對于交叉點P，第二光發(fā)射器110的第二散射角θ2由第二光發(fā)射器110的發(fā)射光光軸和光接收器111的接收光光軸111a所形成，且第二散射角大于上述的第一散射角，即θ2＞θ1。在第三實施例中，第二散射角θ2＝120°。
可見光LED用于作為第二光發(fā)射器110，第二光發(fā)射器110發(fā)射光的中部波長稱為λ2，λ2小于第一光發(fā)射器109的波長λ1，在第三實施例中，λ2＝500nm(＝0.5μm)。
最好是能夠發(fā)射出平行光束的激光二級管用來作為第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110。此外，相對于煙霧感測點P，具有精確視野角度的元件更適宜作為光接收器111。所述的視野角度不超過5度。當(dāng)所述的視野角度設(shè)置在這個范圍時，只有來自煙霧感測空間且在煙霧感測點P周圍的光才能被吸收，同時干擾光的數(shù)量可以減少，并且受外界的影響也可以減少。使用這種結(jié)構(gòu)，光散射型煙霧傳感器可以減少因干擾光而發(fā)生誤警報的風(fēng)險，例如，照明燈，反射光或太陽光。此外，由于可以減少對干擾光的接收數(shù)量，因此可以降低如圖19中放大電路107到達(dá)飽和程度的風(fēng)險。
圖22揭示了視野面積和視野角之間的關(guān)系，其中，橫軸表示的是當(dāng)把光散射型煙霧傳感器安裝于將近3米高度的天花板上監(jiān)控時的該煙霧傳感器的視野角，縱軸表示的是該光散射型煙霧傳感器的視野面積，包括地表面積(視野面積)。如圖22所示，當(dāng)視野角為5度時，視野面積為將近2200cm2，當(dāng)視野角為20度時，視野面積為將近38000cm2。假若房間里的照明光或類似的光線是均衡的，則接收到的干擾光線的數(shù)量就會依面積比率增加，只有視野角增加時，圖19中所示的放大電路107達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的風(fēng)險就會以二次函數(shù)的方式急劇增長。
進(jìn)一步地，當(dāng)使用附加透鏡的光敏二極管或光敏三極管作為光接收器111時，盡管小的光接收器的視角可以減小干擾光的影響，但視角度不超過5度是必要的條件。另一方面，當(dāng)視角小于必需的角度時，所接收到的煙霧自身發(fā)射的光量也會變小，由此，S/N的比率會降低。因此，光接收單元的視角最好不要超過5度。
圖23是從第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110發(fā)射的光的散射效率I的曲線圖，其中所述光來自于在θ角度時由燃燒棉芯所產(chǎn)生的煙(白煙)，θ是如圖16至圖21所示的結(jié)構(gòu)的煙霧傳感單元觀察的角度。圖23中的橫軸表示散射角度θ(θ＝0°~180°)，縱軸表示對數(shù)坐標(biāo)上的散射效率I。
當(dāng)從第一光發(fā)射器109發(fā)出的光的第一波長λ1＝900nm時，光接收器111一側(cè)的散射效率表現(xiàn)為特性曲線20。另一方面，當(dāng)從第二光發(fā)射器110發(fā)出的光的第二波長λ2＝500nm時，光接收器111一側(cè)的散射效率表現(xiàn)為特性曲線21。
當(dāng)用光發(fā)射器所產(chǎn)生的光線的波長來檢驗特性曲線20、21時，會發(fā)現(xiàn)波長λ1＝900nm的第一光發(fā)射器109的特性曲線13的散射效率較低，而波長λ2＝500nm的第二光發(fā)射器的特性曲線14的散射效率較高。
另一方面，根據(jù)第一、第二光發(fā)射器109、110的散射效率特性曲線20、21散射角θ的變化，均顯示了較小的散射角θ可以得到較高的散射效率，并且當(dāng)只有散射角增大時，散射效率也會減小。當(dāng)散射角為將近120°時，散射效率達(dá)到最低值。此后，當(dāng)散射角增加時，散射效率也提高。
在第三實施例中，第一光發(fā)射器109的散射角θ1＝30°，散射效率A1達(dá)到特性曲線20上的P1點。而第二光發(fā)射器110的散射角θ2＝120°時，散射效率A2達(dá)到特性曲線21上的P2點。
當(dāng)?shù)谝还獍l(fā)射器109和第二光發(fā)射器110在不同的散射角度具有不同的波長時，就會產(chǎn)生上述的散射效率。然后，光接收器111接收到的光量可表示為(受光信號量)＝(光的發(fā)射量)×(光的接收效率)，其中，受光信號量與圖23中所示的散射效率I成正比。
在第三實施例中，可定義一個比率R；比率R為光接收器111接收的由煙霧產(chǎn)生的第一光發(fā)射器109的光的受光信號量與光接收器111接收的由相同煙霧產(chǎn)生的第二光發(fā)射器110的光的受光信號量的比值。由于比率R的受光信號量與散射效率成正比，當(dāng)受光信號量為A1、A2時，R可定義為R＝A1/A2。通過預(yù)定閾值與比率R的比較，就可以決定煙霧的類型。
圖24是散射角θ與散射效率I的關(guān)系曲線圖，其反映煙霧傳感單元的結(jié)構(gòu)如圖16至圖21所示時，燃燒煤油所產(chǎn)生的濃煙(黑煙)使第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110所發(fā)射的光線的散射狀況。
在圖24中，當(dāng)?shù)谝还獍l(fā)射器109產(chǎn)生的光線具有的第一波長λ1＝900nm時，光線的散射效率I可表現(xiàn)為特性曲線22。同時，當(dāng)?shù)诙獍l(fā)射器110產(chǎn)生的光線具有的第二波長λ2為500nm時，光線的散射效率工可表現(xiàn)為特性曲線23。
當(dāng)波長集中在圖24中表示時，與圖23中棉芯所產(chǎn)生的煙霧相同，特性曲線22取低值時，特性曲線則取較高值，此時的特性曲線22表示的是從第一光發(fā)射器109發(fā)出的光線波長λ1＝900nm時的散射效率，特性曲線23表示的是從第二光發(fā)射器109發(fā)出的光線波長λ2＝500nm時的散射效率。
進(jìn)一步的，散射效率的變化也與圖23中所示情況相同。在特性曲線22、23中，當(dāng)散射角θ變小時，散射效率增大。當(dāng)散射角θ接近120°時，散射效率達(dá)到最小值，此后，當(dāng)散射角θ變大，散射效率也增加。
根據(jù)煤油所產(chǎn)生的濃煙，當(dāng)?shù)谝还獍l(fā)射器109的散射角θ1＝30°時，特性曲線22中的散射效率A1’位于P3點，此時，第二光發(fā)射器110的散射角θ2＝120°，特性曲線23中的散射效率A2’位于P4點。
與圖23中所示情況相似，散射效率A1’、A2’與受光量成正比，例如，發(fā)光量與受光效率的乘積。因此，光接收器111接收到的第一光發(fā)射器109的受光信號量與接收到的第二光發(fā)射器110的受光信號量的比值為比率R，該比率R可表示為R＝A1’/A2’。
圖25表示的是來自于燃燒棉芯產(chǎn)生的熏蒸煙和燃燒煤油所產(chǎn)生的煙的第一光發(fā)射器109的受光信號量A1、第二光發(fā)射器110的受光信號量A2、以及信號量的比率R的列表。由于，受光信號量與散射效率成正比，散射效率工的數(shù)值如圖23及圖24所示。
由圖25的列表可知，燃燒棉芯產(chǎn)生的白煙，即熏蒸煙的比率R值為8.0，其中R等于第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110受光信號量的比值。
而燃燒煤油產(chǎn)生的黑煙的比率R值為2.3，其中R等于第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110受光信號量的比值。
因此，根據(jù)白煙和黑煙，第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110受光信號量的比值R有明顯的不同。假若將比率R設(shè)為閾值以辨識煙的種類，該閾值可以設(shè)為6，由此，在火災(zāi)發(fā)生時所產(chǎn)生的煙可以被辨識出是熏蒸煙或者燃燒的煙。
另外，水蒸氣或水汽顆粒的直徑可以充分的大于煙霧顆粒。因此，當(dāng)散射角θ如圖23、24所示，數(shù)值較小時，散射效率可以高于火災(zāi)中產(chǎn)生的煙霧的散射效率，并且，當(dāng)取第一散射角θ1時，由第一光發(fā)射器109發(fā)出的光的受光信號量較大，因此，在第一散射角θ1時第一光發(fā)射器109的受光信號量與第二散射角θ2為120度時第二光發(fā)射器110的受光信號量的比率R可以定為10或者更大的數(shù)值。
所以，根據(jù)第一光發(fā)射器109的受光信號量和第二光發(fā)射器110的受光信號量的比值R，可以將閾值設(shè)為10，當(dāng)比值高與上述閾值時，可以辨識出煙霧是來自于水蒸氣或水汽而不是來自于火災(zāi)。
以上也可以同樣應(yīng)用于煙草產(chǎn)生的煙霧。由于煙草的比率R為10或更高，若將比率R的閾值設(shè)為10，當(dāng)比率高于設(shè)置的閾值時，煙霧也可以同樣的被辨識為并非由火災(zāi)產(chǎn)生。
圖26為圖19所示的電路部件的傳感器火災(zāi)感知過程的流程圖，該傳感器設(shè)有圖16至圖21中所示的煙霧傳感單元，并且火災(zāi)可被CPU的控制程序識別，該CPU與信號處理單元103的功能相同。
火災(zāi)感知過程中，常規(guī)操作只有第一光發(fā)射器109產(chǎn)生光線。當(dāng)從第一光發(fā)射器109處接收的受光信號量的數(shù)值超過一個預(yù)定警報值時，傳感器會驅(qū)動第二光發(fā)射器110發(fā)射光線以辨別是否有火災(zāi)發(fā)生，該數(shù)值以從第一光發(fā)射器109發(fā)出的光線和從第二光發(fā)射器110發(fā)出的光線的受光信號量的比率為基礎(chǔ)。
圖26中，首先，將第一步驟SB1中的計算器的數(shù)值n設(shè)為1。步驟SB2中，將第一光發(fā)射器109驅(qū)動發(fā)射光線，如脈沖。步驟SB3，為響應(yīng)第一光發(fā)射器109的光發(fā)射，光接收器111收到的受光信號量被記錄并保留，受光信號量A1被存儲在存儲單元104中。同時，由受光信號量A1產(chǎn)生的微分值B也存儲在存儲單元104中。
與圖6中的第一實施例相同，圖19中的第一光發(fā)射控制器105，通過驅(qū)動第一光發(fā)射器109發(fā)射脈沖光來調(diào)整光的發(fā)射，在每個周期T1重復(fù)產(chǎn)生脈沖寬度T2。由此，放大電路107把受光信號作為與光發(fā)射調(diào)整器同步的同步受光信號。
例如，當(dāng)發(fā)射光周期T1為1秒時，調(diào)節(jié)的發(fā)射光的脈沖寬度T2為500微秒。調(diào)解光發(fā)射和相應(yīng)的同步光接收可以排除入射光產(chǎn)生的光接收信號，除了煙霧感測空間外的煙的散射光，并保證僅對煙霧散射光的接收。
由于第一光發(fā)射元件109的發(fā)射光的波長波段處于可見光波段，光發(fā)射時間周期限制于1毫秒或更短，所以人類肉眼不能識別間歇的發(fā)射光。要人類肉眼能識別光發(fā)射器產(chǎn)生的光，發(fā)射光必須持續(xù)一毫秒以上。因此，將光發(fā)射時間周期限制于1毫秒或更短，人類就不能用肉眼識別光發(fā)射器發(fā)射出來的光線。
假設(shè)3次發(fā)射光脈沖的總發(fā)射時間周期為1毫秒或更短，調(diào)整的光發(fā)射脈沖就足夠。當(dāng)發(fā)射光總量的時間周期為150微秒時，發(fā)射光不會被肉眼識別。圖19中第二光發(fā)射控制器106所控制的第二光發(fā)射器110所發(fā)射的光的調(diào)整光發(fā)射和同步光接收也類似。
再參照圖26，步驟SB4中檢測受光信號量A1是否超過預(yù)定閾值TH1，該預(yù)定閾值TH1用來判斷火災(zāi)的預(yù)報警。當(dāng)受光信號量A1超過預(yù)定閾值時，步驟SB5中的障礙判斷程序則開始執(zhí)行，稍后將進(jìn)一步描述障礙判斷程序。當(dāng)判斷出煙霧不是來自于非火災(zāi)時，則在步驟SB6中驅(qū)動第二光發(fā)射器110發(fā)射脈沖光，接著的步驟SB7中，光接收器110所獲得的受光信號會被記錄并以受光信號量A2的形式存儲在存儲單元104中。
接著，在步驟SB8中，計算出比率R，其中，比率R為存儲在存儲單元104中第一光發(fā)射器109的受光信號量A1和儲在存儲單元104中第二光發(fā)射器110的受光信號量A2之間的比值。然后，將比率R與預(yù)設(shè)為10的閾值相比較，并在步驟SB9中判斷煙霧是否來自于非火災(zāi)。當(dāng)比率R小于預(yù)設(shè)為10的閾值，則認(rèn)為煙霧來自于火災(zāi)，然后繼續(xù)在步驟SB10中將比率R與預(yù)設(shè)為6的閾值比較以判斷燃燒材料的種類。
此時，若比率R等于或大于預(yù)設(shè)為6的閾值時，則在步驟SB11中判斷火災(zāi)引起的煙霧為白煙(熏蒸煙火災(zāi))。在步驟SB12中，計算器的數(shù)值n逐一增大，在步驟SB13中判斷數(shù)值n是否達(dá)到3。
當(dāng)計算器的數(shù)值n為2時，程序回到步驟SB2，重復(fù)步驟SB2到SB12。當(dāng)步驟SB13中計算器的數(shù)值n達(dá)到3時，則在步驟SB15中判斷煙霧來自于火災(zāi)。則發(fā)送火災(zāi)信號。如有必要，顯示火災(zāi)為白色煙霧火災(zāi)的的信息將同步發(fā)出。
另一方面，在步驟SB10中，當(dāng)比率R小于預(yù)設(shè)為6的閾值時，程序會跳至步驟SB14，并判斷出煙霧來自于黑煙火災(zāi)(燃燒火災(zāi))。在步驟SB15中判斷煙霧來自于火災(zāi)并將火災(zāi)信號發(fā)送至接收器。如有必要，顯示火災(zāi)為黑色煙霧火災(zāi)的的信息也將同步發(fā)出。當(dāng)步驟SB9中比率R等于或高于預(yù)設(shè)為10的閾值，則轉(zhuǎn)至步驟SB16并判斷煙霧來自于非火災(zāi)，程序回到步驟SB1，并將數(shù)值n重新設(shè)定為1。
從而，在第三實施例中，圖16至圖21所示煙霧感測單元中的第一光發(fā)射器9和第二光發(fā)射器10發(fā)射出不同波長和不同散射角的光。光被光接收器11接收并將兩者的比值于預(yù)定閾值相比較。根據(jù)比較的結(jié)果，判斷煙霧是來自于火災(zāi)還是非火災(zāi)。進(jìn)一步的，當(dāng)判斷出煙霧來自于火災(zāi)時，燃燒材料的種類，例如，是白煙火災(zāi)還是黑煙火災(zāi)也會被判斷出。
作為例子，在具有圖16至圖21所示結(jié)構(gòu)的煙霧感測單元中，將第一光發(fā)射器109的第一波長λ1設(shè)為900nm，第一散射角θ1設(shè)為30°，將第二光發(fā)射器110的第二波長λ2設(shè)為500nm，第二散射角θ2設(shè)為120°。在第三實施例中，最佳數(shù)值如上所述，但以下數(shù)值范圍也可以取得相同的效果。
首先，第一光發(fā)射器109的第一波長λ1可設(shè)為中心波長為800nm或更大數(shù)值。第一光發(fā)射器109的散射角θ1可在20°到50°之間取值。另外，第二光發(fā)射器110的第二波長λ2可設(shè)為中心波長為500nm或更小數(shù)值。第二光發(fā)射器110的散射角θ2可在100°到150°之間取值。
特別地，可以對第一光發(fā)射器109的第一波長λ1及第一散射角θ1和第二光發(fā)射器110的第二波長λ2及第二散射角θ2進(jìn)行設(shè)置，光接收器的受光量的比值R高于預(yù)設(shè)為6的端值時，可以根據(jù)圖23中的棉芯的煙霧判斷燃燒材料，例如熏蒸煙(白煙)；比值R設(shè)置小于預(yù)設(shè)為6的端值時，可以根據(jù)圖25中燃燒煤油的煙霧判斷材料，例如濃煙(黑煙)，該比值為接收到的第一光發(fā)射器109由煙霧散射的受光信號量和接收到的第二光發(fā)射器110由煙霧散射的受光信號量的比值。
更進(jìn)一步的，在圖19中所示的信號處理單元3中，將辨別內(nèi)置誤報警情況并發(fā)送障礙信號，所述預(yù)報警由傳感器外表面118的煙霧感測空間上煙霧感測點P的設(shè)置控制。
根據(jù)外置的煙霧感測點P的設(shè)置工作的內(nèi)置的誤報警系統(tǒng)當(dāng)在有如人手或昆蟲的外物干擾時，會直接忽略煙霧感測點P。因此，在圖26的處理過程中，障礙判斷程序設(shè)置在步驟SB5中，它的處理過程如圖27的流程圖所示。
在圖27的障礙判斷程序中，首先在步驟SC1中判斷受光信號量A1的微分值B是否超過預(yù)定障礙閾值TH2。當(dāng)微分值B沒超過預(yù)定障礙閾值TH2時，程序轉(zhuǎn)至圖26中的步驟SB6，然后執(zhí)行火災(zāi)的判斷過程。
當(dāng)微分值B超過了預(yù)設(shè)的障礙閾值TH2時，步驟SC2就在定時器中設(shè)置預(yù)定的時間T，定時器開始工作。并在步驟SC3中對所設(shè)置時間T的進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)時間T開始計算時，程序轉(zhuǎn)至步驟SC4，并判斷此時的受光信號量A1是否超出障礙閾值TH3。若受光信號量A1超出障礙閾值TH3，可以判定在傳感器的外表面118的煙霧偵測部附近有諸如蜘蛛網(wǎng)的外物黏附，然后在步驟SC5中發(fā)出有障礙物存在的通報。然后接收器顯示障礙報告以提醒做維護(hù)確認(rèn)，例如清潔傳感器的外表面等。
與圖8中所示的第一實施例相同，由火災(zāi)引起的煙霧濃度的增加很小。因此，微分值B與誤報警閾值TH2相比很小，在火災(zāi)發(fā)生時也不會超過誤報警閾值TH2。所以，在圖27的步驟SC1判斷時，當(dāng)受光信號量A1在時間T1超過預(yù)報警閾值TH1時，微分值B低于誤報警閾值TH2。然后，跳過步驟SC2至步驟SC5的障礙判斷程序，然后程序轉(zhuǎn)至圖26中的步驟SB6后進(jìn)行火災(zāi)的判斷。在這里，障礙閾值TH3相對于火災(zāi)判斷中的預(yù)報警閾值TH1來說，設(shè)置在比較高的數(shù)值。
圖28顯示了如昆蟲的外部事物臨時經(jīng)過傳感器外部表面118的外部開放空間上的煙霧感測點P時的情況。受光信號量A1改變并臨時超過障礙閾值TH3。隨著受光信號量A1的改變，微分值B由于受光信號量A1的增加也正向改變并超過誤報警閾值TH2，然后當(dāng)受光信號量A1回落時，微分值B也明顯地向負(fù)方向改變。
接著，將預(yù)設(shè)值B與誤報警閾值TH2比較，所述預(yù)設(shè)值B在受光量數(shù)據(jù)A1超過障礙閾值TH3前被記錄下來。當(dāng)預(yù)設(shè)值B超過誤報警閾值TH2時，判定有障礙的可能。為了確認(rèn)隨后的改變，當(dāng)微分值B超出障礙閾值TH2，定時器被激活，傳感器處于準(zhǔn)備狀態(tài)直到時間T經(jīng)過。
接著，當(dāng)時間T經(jīng)過后再次確定受光信號量A1。受光信號量A1等于或少于障礙閾值TH3，障礙被認(rèn)為是暫時的。障礙移除時，則不提供顯示障礙的輸出結(jié)果。即，停止火災(zāi)判斷程序的完成。
圖29顯示了如大昆蟲的大型物體臨時經(jīng)過傳感器外部表面118的外部開放空間上的煙霧感測點P時的情況。受光信號量A1改變并超出障礙閾值TH3，并保持在該水平。當(dāng)受光信號量A1增加時，微分值B向負(fù)方改變并超出障礙閾值TH2。
接著，將預(yù)設(shè)值B與誤報警閾值TH2比較，所述預(yù)設(shè)值B在受光信號量A超過障礙閾值TH3前被記錄下來。當(dāng)預(yù)設(shè)值B超過誤報警閾值TH2時，判定有障礙的可能。為了確認(rèn)隨后的改變，當(dāng)預(yù)設(shè)值B超出障礙閾值TH2，定時器被激活，傳感器處于準(zhǔn)備狀態(tài)直到時間T經(jīng)過。接著，當(dāng)時間T經(jīng)過后再次確定受光信號量A1。受光信號量A超過障礙閾值TH3時，障礙被判定是持續(xù)的，然后提供顯示障礙存在的輸出結(jié)果。
因此，第三實施例所述的煙霧傳感器除了具有第二實施例所述的煙霧傳感器同樣的功效以外，由于有多組受光信號量，可作出多種判斷，因此能更精確地感測火災(zāi)。
此外，散射光特性因光的波長不同而異，散射角和波長的差異會使從不同煙塵上反射的光的強(qiáng)度不同，因此能精確地將不同種類的煙霧區(qū)分開。
此外，由于多個光發(fā)射器布置成立體角的形式，光發(fā)射器的光軸和受光元件的光軸的交叉點，即感受煙塵點可以設(shè)置在傳感器外表面以外的外部空間，以感測煙霧反射光。
此外，將接收到的來自第一光發(fā)射器的反射光的受光信號量與接收到的來自第二光發(fā)射器的反射光的受光信號量相比較，就有可能得到二者的比例，再將這個得到的比例與閾值比較。這樣，就能識別出不同煙塵的種類以便更精確地感測火災(zāi)。
此外，因為接受光元件的角度設(shè)置在5°或5°以下的范圍內(nèi)，所以感測來自感光區(qū)的散射光的區(qū)域可以設(shè)置在必要的最小值內(nèi)，因此能防止外部光線的影響。
此外，光發(fā)射器發(fā)出校準(zhǔn)平行光束，感受來自煙霧感測區(qū)的散射光的區(qū)域能設(shè)置在必要的最小值內(nèi)，因此能防止外部光線的影響。
下面描述第四實施例。第四實施例在結(jié)構(gòu)上基本與第三實施例相同，區(qū)別在于散射角和兩個光發(fā)射器的偏振方向。第四實施例的結(jié)構(gòu)和方法與第三實施例相同，有特別說明除外。具有同樣功能的組件用與第三實施例中相同的名稱或件號表示。
圖30為第四實施例的煙霧感測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖30中，第一光發(fā)射器125、第二光發(fā)射器129和光接收器133均面向煙霧檢測點P布置。煙霧檢測點P是光軸的交點，在煙霧傳感器外部。
第一光發(fā)射器125發(fā)出光線128，光線128具有與第一散射平面127相垂直的垂直偏振平面，第一光發(fā)射器125的光軸125A和光接收器133的光軸均在所述垂直偏振平面上。
在當(dāng)前實施例中，第一光發(fā)射器125為發(fā)光二極管LED，其前面布置偏振濾波器126，所以發(fā)射光線128具有垂直第一散射平面的垂直偏振平面。第一光發(fā)射器125光軸125a和光接收器133的光軸133A在第一散射平面127上形成的角為第一散射角θ1，如圖30所示，θ1為70°。
另一方面，光發(fā)射器129發(fā)射光132，光132的偏振平面平行第二散射平面131，并穿過第二光發(fā)射器129的光軸129a和光接收器133的光軸133a。此外，第二光發(fā)射器129的光軸129a和光接收器133的光軸133a在第二散射平面131上形成的角為第二散射角θ2，第二散射角θ2大于第一散射角θ1，如圖30所示，θ2為120°。
因第二光發(fā)射器129也采用發(fā)光二極管LED，其前面布置偏振濾波器130，所以發(fā)射的光132具有平行的偏振平面。
從第一光發(fā)射器125發(fā)射的光128的有一個垂直于第一散射平面127的垂直偏振平面，從第二光發(fā)射器129發(fā)射的光132有一個平行于第二散射平面131的平行偏振平面，在P點向光接收器133散射的散射光134直接指向煙霧顆粒，并具有平行第二散射平面的偏振平面。
第四實施例的煙霧感測單元在三維空間的布置如圖31所示。與第三實施例相似，第一光發(fā)射器125，第二光發(fā)射器129和光接收器133布置為立體角形式，并嵌入在腔體基部114(圖中未示)。煙霧感測點P設(shè)置在外部空間距離傳感器主體的外表面118大約高5mm處。
特別地，參見圖31，如果把第一光發(fā)射器125、第二光發(fā)射器129和光接收器133的位置分別用字母A，、B和C表示，那么以A，、B、C和煙霧感測點P這四點間的連線形成的四棱錐以A，、B和C三點為頂點的三角形為底，以煙霧感測點P為頂點。煙霧感測點P是光軸的交叉點，在腔體基部114的外表面的外部。
圖32A表示了以立體角形式布置的第一光發(fā)射器125、第二光發(fā)射器129和光接收器133以及他們的光軸125a，129a，and 133a。
煙霧感測點P是第一光發(fā)射器125、第二光發(fā)射器129和光接收器133的光軸的交點，設(shè)置在腔體基部114上的傳感器體的外表面118的外部，如圖16至圖18所示。另一方面，第一光發(fā)射器125、第二光發(fā)射器129和光接收器133設(shè)置在腔體基部114內(nèi)。
圖32B表示了立體角形式布置的第一光發(fā)射器125和光接收器133，字母A和C分別表示第一光發(fā)射器125和光接收器133。分別過A點和C點的第一光發(fā)射器125和光接收器133的光軸125a和133a確定的平面表示為三角形PCA，光軸125a和133a在PCA平面上的形成的角為第一光發(fā)射器125的散射角θ1。
圖32C表示了立體角形式布置的第二光發(fā)射器129和光接收器133，字母B和C分別表示第二光發(fā)射器129和光接收器133。第二光發(fā)射器129的光軸195a和光接收器133的光軸133a確定的平面表示為三角形PCB，，光軸129a和133a在PCB平面上形成的角為第二散射角θ2。
對圖30中所示的煙霧感測單元進(jìn)行實驗，測量在不同的散射角和偏振角條件下，對不同種類煙霧的受光信號量，實驗結(jié)果如圖33列表所示。在圖33的列表中，列出了散射角θ分別為70°、90°和120°時，偏振角φ為0°(水平偏振)和90°(垂直偏振)的多種情況下的實驗結(jié)果。
在第四實施例中，和第三實施例一樣，判斷火災(zāi)或障礙出現(xiàn)的程序(圖26和圖27)由內(nèi)部結(jié)構(gòu)電連接圖(圖19所示)完成。而且，判斷煙霧是否是產(chǎn)生于非火災(zāi)的閾值，判斷火災(zāi)是白色煙霧火災(zāi)還是黑色煙霧火災(zāi)的閾值，這些也和第三實施例一樣。
圖33中的受光信號量，為傳感器接收煙霧對來自第一光發(fā)射器125和第二光發(fā)射器129的光散射的受光信號量，圖33中列出了煙霧分別產(chǎn)生于燃燒濾紙、煤油和煙這三種情況，散射角θ和偏振角φ確定時，實驗得到的受光信號量。
首先，關(guān)于受光信號量隨著散射角θ的變化而改變的情況為隨著散射角的降低受光信號量增大，反之，隨著散射角的升高受光信號量減小，對第一光發(fā)射器125的垂直偏振光和第二光發(fā)射器129的平行偏振光均呈此規(guī)律。
另一方面，對同樣的散射角θ，比如70°，第一光發(fā)射器125的垂直偏振光的受光信號量大于第二光發(fā)射器129的平行偏振光的受光信號量。
在作火災(zāi)判斷時，比率R為受光信號量A1和A2的比值，即R＝A1/A2，A1是對來自第一光發(fā)射器125的光的受光信號量，A2是對來自第二光發(fā)射器129的光的受光信號量。判斷煙霧是來自火災(zāi)或是非火災(zāi)，如果煙霧來自火災(zāi)，則需判斷火災(zāi)是白色煙霧火災(zāi)還是黑色煙霧火災(zāi)，這些判斷由R值決定。
為了提高比率R值，為第一光發(fā)射器125選定的散射角θ1應(yīng)小于70°以提高受光信號量；而為第二光發(fā)射器129選定的散射角θ2，在120°時，能提高受光信號量。
在另一方面，當(dāng)散射角相等時，垂直偏振光的受光信號量較大，而平行偏振光的受光信號量較小。為了得到一個較大的R值，第一光發(fā)射器125選擇偏振角φ1＝90°的垂直偏振以提高受光信號量，第二光發(fā)射器129選擇偏振角θ2＝0°的水平偏振以降低受光信號量。
基于對圖31的實施例測量得到的如圖33所示的散射角θ和偏振角φ的測量結(jié)果，(1)第一光發(fā)射器125設(shè)置為具有第一散射角θ1＝70°的垂直偏振，(2)第二光發(fā)射器129設(shè)置為具有第二散射角θ2＝120°的水平偏振。
圖34列出了當(dāng)偏振方向和散射角設(shè)置為上述(1)和(2)情況下，不同燃燒材料的A1和A2值，A1為對來自第一光發(fā)射器125的光的受光信號量，A2為對來自第二光發(fā)射器129的光的受光信號量，此外，還列出了A1和A2的比率R值的計算結(jié)果。
從圖34中可清楚看到，對火災(zāi)中的不同燃燒物，比如濾紙和煤油，比率R為4.44，5.60，比較小，而對屬于不發(fā)光類的煙草，比率R為16.47，非常大。所以，如圖26中的流程圖所示，基于步驟SB9中的R值和閾值等于10的判斷，保證了在火災(zāi)和非火災(zāi)之間做出區(qū)分。
此外，因為圖34所示的燃燒煤油產(chǎn)生的煙霧屬于黑色煙霧火災(zāi)，所以圖26中步驟SB10設(shè)定閾值等于6，可以在步驟SB14中判斷火災(zāi)是黑色煙霧火災(zāi)(燃燒火災(zāi))。
在圖34中沒有表示在圖23中已示出的燃燒棉芯產(chǎn)生的煙霧的情況。然而，棉芯的比率R值大于煤油的R值，所以，比率R值等于或大于在圖26中的步驟SB10的閾值6，在步驟SB10中判斷煙霧是否來自白色煙霧火災(zāi)，當(dāng)計數(shù)n達(dá)到三次，即可判定火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生。
在圖30所示的實施例中，第一光發(fā)射器125的第一散射角θ1設(shè)定為70°，第二光發(fā)射器129的第二散射角θ2設(shè)定為120°，而實際上，θ1值等于或小于80°，θ2值等于或大于100°。
這樣，除了取得與第三實施例相同的效果外，第四實施例還有以下有益效果。光的散射特性因光的偏振方向而變化，同時，在兩個發(fā)光單元中之間的接收光元件的散射角也因光偏振方向而變化。因此，每種煙霧的散射特性不同，能更精確地鑒別不同煙霧。
以下描述第五實施例。對于煙霧感測點設(shè)置在傳感器體外部的光散射型煙霧傳感器，煙霧無需象在現(xiàn)有煙霧傳感器那樣留駐在煙霧腔室內(nèi)，這樣就能在火災(zāi)感測中更精確地感測到煙霧中心的情況。第五實施例的特征在于，由于光散射型煙霧傳感器的這種特性，感測火災(zāi)的過程更加精確。第五實施例的結(jié)構(gòu)和方法除有特別說明外與第一實施例的相同，具有同樣功能的組件用與第一實施例中相同的名稱或引用符號表示。
在第五實施例中，光散射型煙霧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，基本的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。在第五實施例中，火災(zāi)感測閾值包括第一火災(zāi)閾值TH1和第二火災(zāi)閾值TH2，TH1和TH2預(yù)先儲存在隨意選擇的存儲單元17中。第一火災(zāi)閾值TH1用來表示在監(jiān)測區(qū)的煙霧中心超出正常狀態(tài)(空氣清潔狀態(tài))，表明火災(zāi)有可能會發(fā)生，但還未構(gòu)成威脅。第二火災(zāi)閾值TH2高于第一火災(zāi)閾值TH1(TH2＞TH1)，用來表示在監(jiān)測區(qū)的煙霧中心超出正常狀態(tài)(空氣清潔狀態(tài))，火災(zāi)極有可能發(fā)生。
在第五實施例中，第一設(shè)定時間TA1為自火災(zāi)感測開始的已消逝時間是否超出第一閾值TH1的判斷標(biāo)準(zhǔn)，第二設(shè)定時間TA2為自火災(zāi)感測開始的已消逝時間是否超出第二閾值TH2的判斷標(biāo)準(zhǔn)。第一設(shè)定時間TA1和第二設(shè)定時間TA2儲存在預(yù)先任意選擇的存儲單元17中。
下面對第五實施例的火災(zāi)判斷過程作描述。圖35為火災(zāi)判斷過程流程圖。首先在步驟SD1中，檢測受光信號量A的數(shù)量是否高出第一火災(zāi)閾值TH1，若已高出，則到第二步SD2，在這一步中，開始計算第一設(shè)定時間TA1，TA1的計算一開始，第三步SD3開始檢測TA1的已消逝時間。同時，步驟SD4不斷地監(jiān)測受光信號量A的數(shù)量是否等于或高于第一火災(zāi)閾值TH1。若在第一設(shè)定時間TA1未結(jié)束以前，受光信號量A的數(shù)量低于第一火災(zāi)閾值TH1，則表明煙霧集中的產(chǎn)生是由于臨時性原因而非火災(zāi)。在這個階段，不能得出發(fā)生火災(zāi)的判定。
另一方面，若直至第一設(shè)定時間TA1結(jié)束，受光信號量A的數(shù)量一直保持等于或高于第一火災(zāi)閾值TH1，則開始步驟五SD5，在步驟五SD5中檢測第二設(shè)定時間TA2。同時，持續(xù)檢測受光信號量A的數(shù)量是否等于或高于第二火災(zāi)閾值TH2。若在第二設(shè)定時間TA2未結(jié)束以前，受光信號量A的數(shù)量低于第二火災(zāi)閾值TH2，則表明煙霧集中的產(chǎn)生是由于臨時性原因而非火災(zāi)。在這個階段，不能得出發(fā)生火災(zāi)的判定。另一方面，若直至第二設(shè)定時間TA1結(jié)束，受光信號量A的數(shù)量一直保持等于或高于第二火災(zāi)閾值TH2，則表明已發(fā)生火災(zāi)，開始步驟七SD7。
下面來描述上述過程的背景知識及有益效果?，F(xiàn)有的散射型煙霧傳感器探測火災(zāi)需要煙霧進(jìn)入煙霧腔室中，煙霧填充到煙霧腔室中需要一定的時間，這就造成開始感測火災(zāi)時間的后延。而且，煙霧腔室中的煙霧需要一定的時間才能消散掉，因此，即使煙霧腔室外的煙霧集中已經(jīng)降低，但煙霧腔室中的煙霧集中依然保持很高，以至于發(fā)出錯誤警報。
例如，在具有煙霧腔的現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器中，火災(zāi)煙霧的煙霧集中的變化不同于燃燒煙草或烹飪產(chǎn)生的煙霧集中。換言之，盡管火災(zāi)的煙霧集中自然保持升高，燃燒煙草、烹飪或類似燃燒產(chǎn)生的煙霧集中卻是波動的。尤其，當(dāng)煙霧集中降低時，實際的煙霧集中比檢測到的煙霧集中要低得多。具有煙霧腔的現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器不能實時檢測出變化著的煙霧集中情況。
圖36顯示了具有煙腔的現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器對于燃燒煙草產(chǎn)生的煙霧的光接收量和時間的關(guān)系，圖37顯示了具有煙腔的現(xiàn)有光散射型煙霧傳感器對于火災(zāi)煙霧的受光信號量和時間的關(guān)系，圖38顯示了第五實施例的光散射型煙霧傳感器對于燃燒煙草產(chǎn)生的煙霧的受光信號量和時間的關(guān)系，圖39顯示了第五實施例的光散射型煙霧傳感器對于火災(zāi)煙霧的受光信號量和時間的關(guān)系。在圖36至圖39中，橫軸代表間，縱軸代表光接收量。
首先，將圖36和圖37中的受光信號量作比較，發(fā)現(xiàn)雖然對于燃燒煙草產(chǎn)生的煙霧的受光信號量波動比較大，但是兩個圖表中曲線的過渡總體上比較相似。這種相似性是因為煙霧進(jìn)和出煙腔都需要花一定的時間，煙霧更趨向于停留在煙腔內(nèi)，受光信號量比較均衡。所以，基于這樣的光接收量不容易對燃燒煙草產(chǎn)生的煙霧和火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧做出區(qū)分。
另一方面，將圖38和圖39中的受光信號量作比較，卻發(fā)現(xiàn)圖38中的曲線較圖39中的曲線存在著明顯的大幅度波動。第五實施例能清楚將火災(zāi)和非火災(zāi)區(qū)分開，這可以從圖35中看到。
根據(jù)圖35所示的火災(zāi)判斷過程，盡管由于燃燒煙草產(chǎn)生的煙霧使得受光信號量高出第一閾值TH1(圖38中T1時刻)，如果在第一設(shè)定時間TA1結(jié)束以前，受光信號量低于第一閾值TH1(圖38中T2時刻)，傳感器不能判定火災(zāi)發(fā)生。而且，即使受光信號量高于第一閾值TH1(圖38中T3時刻)，如果在第二設(shè)定時間TA1結(jié)束以前，受光信號量低于第二閾值TH2，傳感器還不能判定火災(zāi)發(fā)生?？傊M管受光信號量升高，如果受光信號量沒有在預(yù)定時間內(nèi)保持在一定值內(nèi)，傳感器就會判定沒有火災(zāi)發(fā)生，不發(fā)出火災(zāi)警報，也就避免了錯發(fā)警報。
另一方面，當(dāng)煙霧來自火災(zāi)，且受光信號量高出第一閾值TH1(圖39中T1時刻)并保持這一狀態(tài)直至第一設(shè)定時間TA1結(jié)束(圖39中T2時刻)，更進(jìn)一步，如果受光信號量高出第二閾值TH2(圖39中T3時刻)，并保持這一狀態(tài)直至第二設(shè)定時間TA2結(jié)束(圖39中T4時刻)，傳感器發(fā)出火災(zāi)警報。
特別是，第一閾值TH1、第二閾值TH2、第一設(shè)定時間TA1和第二設(shè)定時間TA2可以在通過實驗確定的范圍內(nèi)任意取值。例如，第一設(shè)定時間TA1和第二設(shè)定時間TA2分別設(shè)定為30秒和60秒。
這樣，第五實施例利用火災(zāi)煙霧和非火災(zāi)煙霧的在行為上不同這個特性，可直接得出感測結(jié)果，因此第五實施例除了達(dá)到第一實施例的有益效果外，還能將火災(zāi)煙霧和非火災(zāi)煙霧別分開，從而防止發(fā)錯警報。
上文已描述了第一實施例至第五實施例，根據(jù)上述實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易做出一些變化，所以本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思及內(nèi)容所作的變化屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
例如，第一實施例至第五實施例的特征可以相互替換。又例如，第五實施例的第一火災(zāi)閾值TH1和第二火災(zāi)閾值TH2，可以結(jié)合成為一個如第三實施例所述的具有多個光發(fā)射器的光散射型煙霧傳感器。
更進(jìn)一步地，在第一實施例的傳感器體的外表面7上，可設(shè)置一個非平坦的護(hù)罩，以防止昆蟲或外部物質(zhì)進(jìn)入傳感器內(nèi)，護(hù)罩在某種程度上相對其它部件突出不明顯。在第一實施例中，透明蓋9蓋了傳感器體的整合外表面7，而護(hù)蓋9僅蓋光發(fā)射口5b和光接收口6b。當(dāng)煙霧傳感器安裝在天花板上時，傳感器體的外表面朝下，所以可以將煙霧傳感器設(shè)計為開口式，即光發(fā)射口5b和光接收口6b沒有被透明蓋9所蓋。
在如圖30所述的第四實施例中，第一光發(fā)射器125和第二光發(fā)射器129均為發(fā)光二極管LED，并分別與偏振濾波器126、130相結(jié)合，所以第一光發(fā)射器125發(fā)出具有垂直偏振平面的光線128，第二光發(fā)射器129發(fā)出具有水平偏振平面的光線132。若用能發(fā)出偏振光的激光二極管代替發(fā)光二極管LED作為第一光發(fā)射器125和第二光發(fā)射器129，則可以去掉偏振濾波器126和偏振濾波器130。
在第四實施例中，第一光發(fā)射器和第二光發(fā)射器發(fā)出相同波長的光，若這兩種光的波長不等，則能提高對煙霧區(qū)分的精確度。
如圖16至圖21所示，煙霧感測單元中的兩個光發(fā)射器的波長和散射角均不相同。作為一個替換實施例，只要保持第一光發(fā)射器109和第二光發(fā)射器110的波長和散射角不變，可將兩個接收光元件用作光發(fā)射器109和110。
有寬放射光譜的光發(fā)射器，如白熾燈或白色發(fā)光二極管，均可用作光發(fā)射器，用這類光發(fā)射器可以僅用一個。在光發(fā)射器上設(shè)置波段轉(zhuǎn)換濾波器，可將光線轉(zhuǎn)換為相當(dāng)于圖16所示的第一光發(fā)射器109發(fā)出的光和第二光發(fā)射器110發(fā)出的光。
煙霧感測單元設(shè)置為兩個光發(fā)射器125和129有如圖30所示的不同的散射角和偏振方向。作為一種替換方式，兩個分離的接收光元件可以設(shè)置在不同的位置，以使得兩個光發(fā)射器125和129有不同的偏振平面。
在自光發(fā)射器125和光發(fā)射器129的發(fā)射光的偏振平面可以調(diào)整到最適合檢測的位置?？梢詸C(jī)械旋轉(zhuǎn)如圖30所示的偏振濾波器126和130，或通過驅(qū)動一個已知的液晶濾波器，以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整偏振平面134的偏振方向。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，根據(jù)本發(fā)明所述的光散射型煙霧傳感器通過感測煙霧發(fā)出火災(zāi)警報，能精確地將不同類型的煙霧區(qū)分開，從而發(fā)出準(zhǔn)確地火災(zāi)情報，因其減少了很多突出安裝面如天花板的突出部分，有較好的外形，尤其適合在室內(nèi)使用。
權(quán)利要求
1.光散射型煙霧傳感器，包括傳感器主體；設(shè)置在傳感器主體中的光發(fā)射器，所述光發(fā)射器向設(shè)置在傳感器主體外部的煙霧感測空間發(fā)射光；設(shè)置在傳感器主體中的光接收器，所述光接收器接收由所述光發(fā)射器發(fā)射到煙霧感測空間的光所產(chǎn)生的散射光，并根據(jù)接收到的散射光量輸出一個光接收信號；以及火災(zāi)判斷單元，此火災(zāi)判斷單元根據(jù)由光接收器所輸出的光接收信號所確定的光量來判斷是否發(fā)生火災(zāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述的火災(zāi)判斷單元根據(jù)接收到的光量以及此光量的微分值來判斷火災(zāi)發(fā)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光散射型煙霧傳感器，其中當(dāng)接收到的光量超過一個預(yù)定的火災(zāi)閾值，且所接收到的光量的微分值等于或小于一個預(yù)定的錯誤報警閾值時，所述的火災(zāi)判斷單元作出火災(zāi)發(fā)生的判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光散射型煙霧傳感器，其中，當(dāng)接收到的光量超過一個預(yù)定的火災(zāi)閾值，且所接收到的光量的微分值超過一個預(yù)定的錯誤報警閾值時，在經(jīng)過一個從微分值超出預(yù)定的錯誤報警閾值開始起算的預(yù)定時間后，所述火災(zāi)判斷單元檢測接受到的光量是否超出一個預(yù)定的障礙閾值，當(dāng)接收到的光量超過障礙閾值時，所述火災(zāi)判斷單元將作出存在阻礙火災(zāi)感測的障礙物的判斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光散射型煙霧傳感器，其中，在等于或長于一個第一預(yù)設(shè)定時間段內(nèi)，當(dāng)接收到的光量超過一個預(yù)定的第一火災(zāi)閾值，而且在等于或長于一個長于第一預(yù)設(shè)定時間段的第二預(yù)設(shè)定時間段內(nèi)，接收到的光量超過一個預(yù)定的比第一火災(zāi)閾值大的第二火災(zāi)閾值時，所述火災(zāi)判斷單元作出火災(zāi)發(fā)生的判斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述光發(fā)射器可以是由多個光發(fā)射器組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述的光發(fā)射器具有發(fā)射第一波長光的第一光發(fā)射器，以及發(fā)射比第一波長短的第二波長光的第二光發(fā)射器，第一光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸之間相互交叉所形成的第一散射角小于第二光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸之間相互交叉所形成的第二散射角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述第一波長的中心波長等于或大于800nm，所述第二波長的中心波長等于或小于500nm，所述第一散射角介于20°至50°之間，所述第二散射角介于100°至150°之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述光發(fā)射器具有第一光發(fā)射器和第二光發(fā)射器，第一光發(fā)射器發(fā)射出具有垂直于第一散射面的偏振面的光，其穿過第一光發(fā)射器的一個光軸和光接收元件的光軸，第二光發(fā)射器發(fā)射出具有平行于第二散射面的偏振面的光，其穿過第二光發(fā)射器的一個光軸和光接收元件的光軸，第一光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸相互交叉所形成的第一散射角小于第二光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸相互交叉所形成的第二散射角。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光散射型煙霧傳感器，其中第一散射角等于或小于80°，第二散射角等于或大于100°。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述的多個光發(fā)射器以立體角度排列，使得各光發(fā)射器的光軸與光接收元件的光軸所在的多個平面之間不共面。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述光發(fā)射器包括第一光發(fā)射器與第二光發(fā)射器，火災(zāi)判斷單元根據(jù)由第一光發(fā)射器發(fā)射并由煙霧散射的散射光，通過光接收器比較接收到的光量，同時，火災(zāi)判斷單元根據(jù)由第二光發(fā)射器發(fā)射并由煙霧散射的散射光，通過光接收器比較接收到的光量，以此鑒別煙霧的種類，并根據(jù)與煙霧種類相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)判斷火災(zāi)是否發(fā)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中所述光感測空間中的光發(fā)射器的光軸與光接收器的光軸之間的相互交叉點與傳感器主體之間的距離最少大約為5mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中傳感器主體外表面的至少一部分由驅(qū)蟲材料制成，或者傳感器主體外表面的至少一部分被使用或者滲入驅(qū)蟲劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中光接收器具有不超過5度的視角。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其中光發(fā)射器發(fā)射經(jīng)過校準(zhǔn)的平行光束。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其進(jìn)一步包括一個用于放大光接收器所輸出的光接收信號的對數(shù)放大器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的光散射型煙霧傳感器，其進(jìn)一步包括一個光發(fā)射控制器，其使用一個調(diào)制后的光發(fā)射信號驅(qū)動光發(fā)射器間歇性地發(fā)射光，以及一個放大器，其同步于調(diào)制后的光發(fā)射信號，將從光接收器輸出的光接收信號進(jìn)行放大。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光散射型煙霧傳感器，其進(jìn)一步包括一個光發(fā)射控制器，光發(fā)射控制器使用一個調(diào)制后的光發(fā)射信號驅(qū)動光發(fā)射器間歇性地發(fā)射光，其中光發(fā)射器發(fā)射可見光波長范圍內(nèi)的光，所述光發(fā)射控制器以等于或小于1毫秒的光發(fā)射脈沖寬度驅(qū)動發(fā)射間歇性的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光散射型煙霧傳感器，所述光發(fā)射控制器將一個間歇光發(fā)射過程設(shè)置成一個等于或小于1毫秒的光發(fā)射周期。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光散射型煙霧傳感器，包括傳感器主體、光發(fā)射器以及火災(zāi)判斷單元，該光發(fā)射器通過煙霧感測空間發(fā)射光，并且依據(jù)接收到的散射光數(shù)量輸出接收光信號，依據(jù)由輸出的接收光信號確定的接收光量，該火災(zāi)判斷單元判斷火災(zāi)是否發(fā)生。
文檔編號G08B17/107GK1882968SQ200480033829
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者長島哲也 申請人:報知機(jī)股份有限公司