Оптический датчик дыма
Владельцы патента RU 2509369:
Закрытое акционерное общество "Инженерно-техническая компания ИРСЭТ-Центр" (RU)
Изобретение относится к средствам обнаружения пожара, а именно к оптическим датчикам дыма с рассеянным оптическим излучением. Технический результат заключается в повышении быстродействия заявляемого датчика при обеспечении равномерной чувствительности и высокой степени подавления фонового света. Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом датчике дыма, содержащем основание с центральным сквозным отверстием, на нижней и верхней поверхностях которого соответственно смонтированы дымозаборная и измерительная камеры, при этом дымозаборная камера содержит закрепленные на нижней поверхности основания и распределенные в окружном направлении по его площади непрозрачные перегородки, установленные в окружном направлении с зазором друг относительно друга так, что их наружные концевые участки образуют разомкнутую боковую поверхность дымозаборной камеры, а их боковые стенки образуют сквозные каналы для прохода дыма, измерительная камера содержит закрепленное на верхней поверхности основания замкнутое боковое ограждение, источник света, фотоприемник, непрозрачный экран, препятствующий прямому попаданию излучения от источника света в фотоприемник, при этом согласно изобретению непрозрачные перегородки в дымозаборной камере выполнены в виде радиально ориентированных пластинчатых ребер, внутренние концевые участки которых расположены вблизи сквозного отверстия основания, образующих прямые сквозные каналы для прохода дыма, дымозаборная камера содержит пластинчатое дно, площадь которого соответствует площади сквозного отверстия основания, установленное под указанным отверстием на уровне, соответствующем уровню расположения нижних поверхностей ребер, с образованием щелевого зазора для проникновения дыма, а в измерительной камере расположены распределенные по периметру бокового ограждения элементы лабиринтной отражающей свет системы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к средствам обнаружения пожара, а именно к оптическим датчикам дыма с рассеянным оптическим излучением.
Известны оптические датчики дыма, принцип действия которых основан на регистрации излучения, рассеянного частицами дыма.
Известен оптический датчик дыма [US 5430307], содержащий измерительную камеру, имеющую боковое ограждение со сквозными щелями для прохода дыма, источник излучения и фотоприемник, непрозрачный экран, препятствующий прямому попаданию излучения от источника света в фотоприемник, а также помещенные на периферии измерительной камеры лабиринтные отражающие свет элементы, выполненные в виде перегородок Г-образной формы. На поверхности лабиринтных отражающих свет элементов происходит подавление фонового света, вызванного отраженным от деталей датчика излучением ИК-светодиода, а также излучением, поступающим извне.
Недостатком рассматриваемого оптического датчика дыма является то, что боковое ограждение измерительной камеры является разомкнутым, поскольку в нем выполнены щели для забора дыма, что снижает защищенность датчика от наружного излучения.
Известен оптический датчик дыма [RU 2379760], содержащий измерительную камеру и дно с отверстиями для проникновения дыма. Измерительная камера содержит замкнутое боковое ограждение, источник света и фотоприемник, расположенные под углом друг к другу таким образом, что источник света находится вне поля зрения фотоприемника. Внутри измерительной камеры между источником света и фотоприемником сформирована клиновидная область, вершина которой обращена внутрь камеры, предназначенная для исключения прямого попадания излучения от источника света в фотоприемник. На участке внутренней боковой поверхности измерительной камеры, расположенном между источником света и фотоприемником напротив клиновидной области, выполнены элементы лабиринтной отражающей свет системы, сформированные внутренней поверхностью бокового ограждения, имеющей на указанном участке форму прямоугольных зубцов, и примыкающими в точках схождения граней зубцов радиальными пластинчатыми перемычками. Указанные элементы предназначены для подавления фонового света.
За счет того, что в рассматриваемом датчике зона забора дыма и измерительная камера пространственно разделены, возрастает защищенность датчика от проникновения в зону измерения внешнего света. Наличие в измерительной камере замкнутого бокового ограждения и периферийных отражающих свет элементов обеспечивает достаточно высокую степень подавления фонового света.
Однако асимметрия внутреннего пространства измерительной камеры, которая обусловлена несимметричным расположением отражающих свет элементов в окружном направлении, поскольку они установлены только на части боковой поверхности измерительной камеры, а также наличием в ней клиновидной области, приводит к неравномерности распределения дыма в ее рабочем объеме. Это обуславливает неравномерность чувствительности датчика в зависимости от направления распространения дыма.
Известен оптический датчик дыма [RU 2301455], выбранный в качестве ближайшего аналога.
Указанный датчик дыма включает основание с центральным сквозным отверстием, на нижней и верхней поверхностях которого соответственно смонтированы дымозаборная и измерительная камеры. Дымозаборная камера содержит закрепленные на нижней поверхности основания и распределенные по его периметру непрозрачные перегородки, имеющие в плоскости горизонтального сечения V-образную форму. Указанные перегородки установлены в окружном направлении с зазором друг относительно друга так, что их наружные концевые участки образуют разомкнутую боковую поверхность дымозаборной камеры, а их боковые стенки образуют зигзагообразные сквозные каналы для прохода дыма.
Измерительная камера содержит закрепленное на верхней поверхности основания замкнутое боковое ограждение, а также источник света и фотоприемник, установленные таким образом, что фотоприемник "не видит" световые лучи, излучаемые источником света. Кроме того, указанная камера содержит непрозрачный экран, препятствующий прямому попаданию излучения от источника света в фотоприемник. На внутренней поверхности бокового ограждения выполнены рифления, предназначенные для подавления фонового света. В качестве экрана использованы расположенные под острым углом друг к другу две плоские пластины.
Наличие в рассматриваемом датчике пространственно разделенных и расположенных на разных уровнях дымозаборной и измерительной камер, а также наличие V-образных перегородок в дымозаборной камере способствуют защите измерительной камеры от проникновения в нее внешнего света. Кроме того, симметричность внутреннего пространства измерительной и дымозаборной камер способствует достижению более равномерной чувствительности рассматриваемого датчика.
Выполнение дымозаборной камеры в виде плоской горизонтально вентилируемой камеры, в боковой поверхности которой сформированы сквозные каналы для прохода дыма, распределенные по периметру основания, способствует повышению равномерности проникновения в нее дыма при разных направлениях его распространения.
Однако в рассматриваемом датчике в измерительной камере отсутствует лабиринтная светоотражающая система, а рифления, нанесенные на внутреннюю поверхность бокового ограждения, в недостаточной степени обеспечивают подавление фонового света. При этом для повышения защиты датчика от внешнего излучения приходится применять совокупность установленных в дымозаборной камере непрозрачных перегородок, имеющих V-образную форму. Соответственно, зазоры между перегородками, образующие проходы для дыма, имеют криволинейную зигзагообразную форму, что затрудняет проникновение дыма в дымозаборную камеру и приводит к снижению быстродействия рассматриваемого датчика.
Задачей изобретения является повышение быстродействия заявляемого датчика при обеспечении равномерной чувствительности и высокой степени подавления фонового света.
Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом датчике дыма, содержащем основание с центральным сквозным отверстием, на нижней и верхней поверхностях которого соответственно смонтированы дымозаборная и измерительная камеры, при этом дымозаборная камера содержит закрепленные на нижней поверхности основания и распределенные в окружном направлении по его площади непрозрачные перегородки, установленные в окружном направлении с зазором друг относительно друга так, что их наружные концевые участки образуют разомкнутую боковую поверхность дымозаборной камеры, а их боковые стенки образуют сквозные каналы для прохода дыма, измерительная камера содержит закрепленное на верхней поверхности основания замкнутое боковое ограждение, источник света, фотоприемник, непрозрачный экран, препятствующий прямому попаданию излучения от источника света в фотоприемник, согласно изобретению непрозрачные перегородки в дымозаборной камере выполнены в виде радиально ориентированных пластинчатых ребер, внутренние концевые участки которых расположены вблизи сквозного отверстия основания, образующих прямые сквозные каналы для прохода дыма, дымозаборная камера содержит пластинчатое дно, площадь которого соответствует площади сквозного отверстия основания, установленное под указанным отверстием на уровне, соответствующем уровню расположения нижних поверхностей ребер, с образованием щелевого зазора для проникновения дыма, а в измерительной камере расположены распределенные по периметру бокового ограждения элементы лабиринтной отражающей свет системы.
В частном случае выполнения изобретения элементы лабиринтной отражающей свет системы выполнены в виде ячеек, образованных фигурной внутренней поверхностью бокового ограждения, имеющей в горизонтальной плоскости сечения форму примыкающих друг к друг ориентированных выпуклостями наружу дуг, и радиально ориентированными пластинчатыми перегородками, имеющими в плоскости горизонтального сечения форму прямоугольника с ромбовидным окончанием, которые примыкают к внутренней поверхности бокового ограждения в точках схождения дуг.
В частном случае выполнения изобретения оптический датчик дыма содержит крышку, закрывающую сверху измерительную камеру, верхняя часть непрозрачного экрана закреплена на нижней поверхности указанной крышки, при этом экран размещен на крышке таким образом, что при закрытой крышке он располагается в измерительной камере с обеспечением блокировки части излучения, генерируемого источником света.
В частном случае выполнения изобретения дно на верхней поверхности имеет рифления.
Наличие в заявляемом датчике пространственно разделенных расположенных на разном уровне дымозаборной и измерительной камер способствует повышению защищенности датчика от внешнего света. Этому также способствует наличие замкнутого бокового ограждения в измерительной камере.
На поверхности элементов лабиринтной отражающей свет системы, распределенных по всему периметру бокового ограждения, осуществляется многократное переотражение и поглощение присутствующего в зоне измерения фонового света, включающего внешний свет, проникающий в указанную зону извне, а также свет ИК-светодиода, отражаемый и рассеиваемый деталями датчика. Тем самым в заявляемом датчике обеспечивается существенное подавление фонового света. При этом за счет распределения отражающих свет элементов по всей боковой поверхности измерительной камеры обеспечивается симметричность ее конструкции, благодаря чему достигается более равномерная чувствительность датчика, не зависящая от направления распространения дыма.
Наличие в дымозаборной камере описанных выше сквозных каналов для прохода дыма, распределенных по площади ее основания, обеспечивает равномерность захода дыма и одинаковые условия его проникновения во внутреннее пространство датчика, что также способствует повышению равномерности чувствительности датчика. При этом, поскольку каналы выполнены прямыми, открытыми со стороны боковой поверхности дымозаборной камеры, сопряженными напрямую с щелевым зазором для проникновения дыма, достигается высокое быстродействие датчика.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение быстродействия датчика при обеспечении равномерной чувствительности и высокой степени подавления фонового света.
В случае, когда отражающие свет элементы выполнены в виде описанных выше ячеек, образованных фигурной внутренней поверхностью бокового ограждения и радиально ориентированными пластинчатыми перегородками, достигается практически полное подавление в сформированных указанным образом "ловушках" фонового света. При этом осуществляется многократное переотражение света на окружной поверхности ловушки, профиль которой можно рассматривать как профиль ломаной линии со стремящимся к бесконечности количеством звеньев, а также на гранях радиальных перегородок.
В случае, когда датчик дыма содержит описанную выше крышку, упрощается технология его изготовления. При этом размер и местоположение экрана определяется путем моделирования процесса хода лучей в датчике.
В случае, когда дно имеет рифления, повышается пылезащищенность датчика.
На фиг.1 представлен общий вид измерительной камеры без источника света, фотоприемника и экрана; на фиг 2 представлен общий вид дымозаборной камеры;
на фиг.3 представлен общий вид измерительной и дымозаборной камер в аксонометрии; на фиг.4 представлен общий вид крышки.
Устройство содержит основание 1 с центральным сквозным отверстием 2. На нижней поверхности основания 1 сформирована дымозаборная камера, содержащая плоское пластинчатое дно 3 и закрепленные на основании 1 протяженные радиальные пластинчатые ребра 4 (на фиг.2 и 3 позицией обозначено одно ребро), распределенные по его площади. Наружные концевые участки ребер 4 образуют разомкнутую боковую поверхность дымозаборной камеры, их внутренние концевые участки расположены вблизи отверстия 2 основания 1, а стенки ребер 4 образуют прямые открытые сбоку сквозные каналы 5 (на фиг.2 и 3 позицией обозначен один канал) для прохода дыма. Площадь дна 3 соответствует площади отверстия 2 в основании 1. Дно 3 установлено под отверстием 2 на уровне, соответствующем уровню расположения нижних поверхностей ребер 4, с образованием щелевого зазора 6 для проникновения дыма. Верхняя поверхность дна 3 имеет рифления.
Дно 3 скреплено с внутренними концевыми участками некоторых ребер 4.
На верхней поверхности основания 1 смонтирована измерительная камера, содержащая закрепленное на верхней поверхности основания 1 замкнутое боковое ограждение 7, источник света (не показан), размещенный в держателе 8, и фотоприемник (не показан), размещенный в держателе 9, помещенные соответственно в гнездах 10 и 11 бокового ограждения 7. Источник света и фотоприемник расположены под углом друг к другу таким образом, что источник света находится вне поля зрения фотоприемника.
На периферии измерительной камеры расположены распределенные по периметру бокового ограждения 7 элементы 12 лабиринтной отражающей свет системы, предназначенные для подавления фонового света - «ловушки». Указанные элементы 12 выполнены в виде ячеек (на фиг.1 позицией обозначена одна ячейка), каждая из которых образована частью фигурной внутренней поверхности 13 бокового ограждения 7, имеющей в горизонтальной плоскости сечения форму примыкающих друг к другу ориентированных выпуклостями наружу дуг, и радиально ориентированными пластинчатыми перегородками 14 (на фиг.1 позицией обозначены две перегородки). Каждая перегородка 14 имеет в плоскости горизонтального сечения форму прямоугольника с ромбовидным окончанием и примыкает к внутренней поверхности бокового ограждения 7 в точке схождения описанных выше дуг.
Источник света и фотоприемник снабжены соответственно диафрагмами 15 и 16, предназначенными для сужения их диаграмм направленности.
В измерительной камере также расположен непрозрачный пластинчатый экран 17 (см. фиг.4), препятствующий прямому попаданию излучения от источника света в фотоприемник. При этом датчик содержит (см. фиг.4) закрывающую сверху измерительную камеру крышку 18, на нижней поверхности которой закреплена верхняя часть непрозрачного экрана 17. Местоположение экрана 17 на крышке 18 и его размеры выбраны такими, что при закрытой крышке 18 экран 17 располагается в измерительной камере вблизи точки пересечения оптических осей источника света и фотоприемника перпендикулярно плоскости, в которой лежат указанные оси с обеспечением блокировки части излучения, генерируемого источником света. На нижней поверхности крышки 18 также смонтированы ответные части держателей 8 и 9, а также диафрагм 15 и 16.
В ребрах 4 выполнены сквозные поперечные пазы 19 (на фиг.2 и 3 позицией обозначен один паз), а на нижней поверхности основания 1 выполнена кольцевая канавка 20, предназначенные для установки сетки (на показана), предназначенной для защиты устройства от пыли и насекомых.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии дыма излучение от источника света впрямую не попадает в фотоприемник, а фоновый свет «гасится» в отражающих ячейках 12, при этом ячейки 12 выполняют роль "ловушек" для света, в которых происходит практически полное подавление «паразитного» сигнала от ИК-светодиода и поступающего извне света.
При возникновении дыма он беспрепятственно проникает во внутреннее пространство датчика, проходя через сквозные прямые направляющие каналы 5 и щелевой зазор 6. Излучение от источника света, рассеянное частицами дыма, регистрируется фотоприемником. При этом достигается высокое быстродействие и равномерная чувствительность датчика независимо от направления распространения дыма.
1. Оптический датчик дыма, содержащий основание с центральным сквозным отверстием, на нижней и верхней поверхностях которого соответственно смонтированы дымозаборная и измерительная камеры, при этом дымозаборная камера содержит закрепленные на нижней поверхности основания и распределенные в окружном направлении по его площади непрозрачные перегородки, установленные в окружном направлении с зазором друг относительно друга так, что их наружные концевые участки образуют разомкнутую боковую поверхность дымозаборной камеры, а их боковые стенки образуют сквозные каналы для прохода дыма, измерительная камера содержит закрепленное на верхней поверхности основания замкнутое боковое ограждение, источник света, фотоприемник, непрозрачный экран, препятствующий прямому попаданию излучения от источника света в фотоприемник, отличающийся тем, что непрозрачные перегородки в дымозаборной камере выполнены в виде радиально ориентированных пластинчатых ребер, внутренние концевые участки которых расположены вблизи сквозного отверстия основания, образующих прямые сквозные каналы для прохода дыма, дымозаборная камера содержит пластинчатое дно, площадь которого соответствует площади сквозного отверстия основания, установленное под указанным отверстием на уровне, соответствующем уровню расположения нижних поверхностей ребер, с образованием щелевого зазора для проникновения дыма, а в измерительной камере расположены распределенные по периметру бокового ограждения элементы лабиринтной отражающей свет системы.
2. Оптический датчик дыма по п.1, отличающийся тем, что элементы лабиринтной отражающей свет системы выполнены в виде ячеек, образованных фигурной внутренней поверхностью бокового ограждения, имеющей в горизонтальной плоскости сечения форму примыкающих друг к друг ориентированных выпуклостями наружу дуг, и радиально ориентированными пластинчатыми перегородками, имеющими в плоскости горизонтального сечения форму прямоугольника с ромбовидным окончанием, которые примыкают к внутренней поверхности бокового ограждения в точках схождения дуг.
3. Оптический датчик дыма по п.1, отличающийся тем, что он содержит крышку, закрывающую сверху измерительную камеру, верхняя часть непрозрачного экрана закреплена на нижней поверхности указанной крышки, при этом экран размещен на крышке таким образом, что при закрытой крышке он располагается в измерительной камере с обеспечением блокировки части излучения, генерируемого источником света.
4. Оптический датчик дыма по п.1, отличающийся тем, что дно на верхней поверхности имеет рифления.
