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技術 散乱光信号を評価する方法およびその方法を実施するための散乱光検出器

出願人 ワグナーアラームウントジッヒェルングジュステームゲーエムベーハー
発明者 ジーメンス,アンドレアス
出願日 2004年12月22日 (16年0ヶ月経過) 出願番号 2006-549914
公開日 2007年7月19日 (13年5ヶ月経過) 公開番号 2007-519906
状態 拒絶査定
技術分野 火災感知器 光学的手段による材料の調査、分析
主要キーワード アローア ジャンパー接続 空気流チャンネル 空気流センサー 欠陥値 温度感知器 警報出力信号 デッドエリア
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題・解決手段

本発明は、散乱光受信機が、搬送媒体中のとくに微細粒子を検出したときにつくり出す散乱光信号を評価する方法に関する。散乱光信号は、キャリブレーション過程ドリフト補償過程温度補償過程、感度調節過程またはフィルターアルゴリズム過程を、選択的に、またはランダム順序において循環する。本発明はさらに、上述の方法を実施するための、上記の方法を実施するための散乱光検出器であって、ハウジングと、このハウジングの入口開口および出口開口を有し、両者の間を、搬送媒体が、上記ハウジングを通って流通経路上を流れるものであり、流通経路上に位置する散乱光センターに光を向ける光源を有し、散乱光中心において粒子上で散乱させられた光の一部を受ける散乱光受信機を有し、かつ、散乱光信号を増幅するための散乱光信号増幅器であって、積分増幅器として構成されたものを有する散乱光検出器にも関する。

概要

背景

上記のような、散乱光信号を評価する方法および装置は知られており、とくに吸引式の火災警報システムにおいて、散乱光検知器として使用されている。それらの装置は、それによって、監視すべき部屋の空気または監視すべき装置の冷却空気を代表する一部の量からなる搬送媒体中の、固体物質または液体粒子を検出するのに役立つ。吸引式の火災警報システムの場合、この空気の代表的な量は、ベンチレータ手段によって積極的に吸引され、散乱光検出器入り口に供給される。たとえばEDP装置のような、モニターされる装置の場合、またそのほか、これに類似の、種々の測定、制御または調節のための電子装置の場合、装置を冷却する空気それ自体の内部フローを利用して、代表する部分的な量の装置冷却空気を、搬送媒体として散乱光検出器の入り口に供給することは、原理的に可能である。

上に述べたようなタイプの散乱光検出器は、通常、つぎのように作用する。
搬送媒体が、散乱光検出器のハウジングを通って、その流通経路上の散乱光センターに流れる間、光源からの光は散乱光センターを横切り、その結果、そこを流れる搬送媒体を横切り、光は、搬送媒体中の粒子に当たって散乱しない限り、反対側の光トラップに吸収される。これが通常の、支配的に起こる操業状態である。光源からの光線が粒子、たとえば煙の粒子または煙のエアロゾル衝突すると、それは第一段階にある火災の最初の兆候であり、この粒子は、光の一部をその最初の方向から屈折させ、散乱光とする。この散乱光は、ついで高度に光学的に高い感度をもつ受信器、いわゆる散乱光受光器によって受光され、その強度が、評価回路手段によって評価される。光強度が特定のしきい値を超えると、警報が発せられる。

このような光学的システムが正確に、かつ高感度に作用するためには、環境の変数に精密に適合することと、適切な信号処理を行なう、特殊な設計上の特徴とが必要である。このことは、散乱光受光器を設置する位置に基づく、検知感度の変更などを必要とする。たとえば、検知器の感度は、コンピュータチップを製造するクリーンルームでは、オフィス空間におけるよりは、きわめて高く設定する必要がある。というのは、前者の空気中の最も少量の塵の粒子または浮遊粒子でも、警報を発する引き金になる必要があるからである。

同様に、検出器の光源から放射される光の強度は、温度と直接の相関関係があるので、検知器にとって、温度のモニタリングを用意する必要がある。事実、温度が上昇した場合、光源の光の強度を、たとえば操業電流を増加させることにより、増大することが理論的に必要である。しかし、高いエネルギーコストを別にしても、このことは、とりわけレーザーダイオードにとって、反比例的に操業寿命の短縮を招く。LEDの最大操業電流に達しなくても、最大の電流限界で操業するということは、その寿命を、著しく短縮する。一般的にいって、高感度な光学的散乱光検知器の設計は、精密で適切な信号処理を要求する。

この観点において、先行技術から知られていることは、印刷刊行物としては、EP0733894B1があり、これは、空気中の微細粒子、たとえば、煙またはダストを検出する光学電子センサーの温度適合に関する。この検出器は、それによって光源と受光手段とを有し、光の散乱を検知するやいなや、それは光源から放射された光の中に微細な粒子が存在することによって引き起こされた検知器の出力をつくる。検知器はしたがって、光源から放出される光の量を、参照温度値に基づいてコントロールする制御手段を備えている。光源は、パルスによって点滅する。もし、その温度が特定のしきい値を超えたならば、制御手段は、個々の光パルスの間隔を変化させる。それによって、光源の冷却を強化することができる。この制御ループは、警報信号が発せられる最高のしきい値を超えるまで継続する。というのは、原因は、検知器の誤作動または、火災の結果としての周囲温度の上昇による温度上昇のどちらかに帰せられるからである。

しかし、この装置の不利な点は、それぞれの光パルスの間隔を拡大することは、検知器のデッドエリアを増大させることであり、正確さが犠牲になるということである。この装置は、温度と光源の光出力との間の依存性という問題を本質的に解決するものではあるが、与えられた仕様における、検知機感度の変化、検知器のキャリブレーション、または受信した散乱光信号の評価の相互作用に関しては、何の可能性も示さない。

在来の散乱光検知器のキャリブレーションは、習慣的に、参照信号を用いて行なわれている。火災報知システムを適切に設計し、試験し、またはデモンストレーションするには、試験サンプルを加熱焼成して煙エアロゾルを作る方法を使用した、煙試験を行なうことが知られている。なかんづくこの試験は、検知器を電子的なシステムの中に配置するか、または室内に配置するかを決定するのに役立つ。試験をできるだけ現実的なものにするために、参照値を作り出すことのできる方法の助けを借りて、システムを試験し、および(または)煙検知器をキャリブレーションするための煙エアロゾルをつくる方法が使用される。

ドイツ特許DE4329847C1として発行された明細書は、火災報知システムを適切に設計し、試験し、またはその有効性をデモンストレーションするために、煙エアロゾルを作り出す方法、ならびにその方法を実施するための焼成装置記述している。その方法においては、試験サンプル、たとえば電気ケーブルまたはそれに類似のものを、一定の、または本質的に一定の温度に、所定の時間にわたって保持する。装置とそれに関連する方法とは、いわゆる焼成フェーズにおいて作動し、低パワーで目に見えない煙エアロゾルを放出する。最近の初期警報火災報知システムの検知範囲は、発展する火災の第一フェーズの範囲内にある。検知の精度に対する要求に応じて、散乱光検知器をこの参照信号に適合させることは可能である。
EP0733894B1
DE4329847C1

概要

本発明は、散乱光受信機が、搬送媒体中のとくに微細な粒子を検出したときにつくり出す散乱光信号を評価する方法に関する。散乱光信号は、キャリブレーション過程ドリフト補償過程温度補償過程、感度調節過程またはフィルターアルゴリズム過程を、選択的に、またはランダム順序において循環する。本発明はさらに、上述の方法を実施するための、上記の方法を実施するための散乱光検出器であって、ハウジングと、このハウジングの入口開口および出口開口を有し、両者の間を、搬送媒体が、上記ハウジングを通って流通経路上を流れるものであり、流通経路上に位置する散乱光センターに光を向ける光源を有し、散乱光中心において粒子上で散乱させられた光の一部を受ける散乱光受信機を有し、かつ、散乱光信号を増幅するための散乱光信号増幅器であって、積分増幅器として構成されたものを有する散乱光検出器にも関する。

目的

上述した諸点に基づいて、本発明は、散乱光信号の評価方法をさらに発展させ、より効率的で、より多で、より正確なものにするという任務目標としている。本発明はさらに、上記の方法を実施するための散乱光検知器であって、当業技術において既知の散乱光検知機にくらべて、その機能するモードはより正確であり、より多才であり、誤差を生じにくく、かつ、より廉価なものを提供することを、その目的に含んでいる。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
5件

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請求項1

搬送媒体中のとくに微細粒子を検出したときに、散乱光受光器が発生する散乱光信号を評価する方法であって、散乱光信号を、キャリブレーションおよび支配的な環境条件への適合のためのキャリブレーション過程に、および(または)、キャリブレーションおよび支配的な環境条件に適合させるためのドリフト補償過程に少なくとも24時間の時間にわたって、および(または)、光源から放射される光の出力の温度依存性補償するための温度補償過程に、および(または)、要求される感度に適合させるための感度調節過程に、および(または)、特定のフィルターアルゴリズムの条件下に、散乱光信号を評価するためのフィルター・アルゴリズム過程に走らせ、かつ、散乱光信号を、あらかじめ定めたしきい値との比較に先立って、その傾斜にもとづいて異なるやり方でフィルターすることを特徴とする方法。

請求項2

請求項1に記載の方法において、散乱光増幅器として積分増幅器を使用し、上記積分増幅器の積分時間を、キャリブレーション過程において、散乱光信号を、参照インディケータ参照信号に対応するようなやり方で設定することを特徴とする方法。

請求項3

請求項1または2に記載の方法において、散乱光受光器(13)の感度を、感度調節過程において、上記散乱光受光器(13)に結合している光源(9)からの駆動電流パルス幅を調節することにより調節することを特徴とする方法。

請求項4

請求項1または2に記載の方法において、散乱光受光器の感度を、感度調節過程において、散乱光増幅器として作用する積分増幅器の積分時間を変更することにより調節することを特徴とする方法。

請求項5

請求項4に記載の方法において、積分時間の変更を、増分的にまたは連続的に行なうことを特徴とする方法。

請求項6

請求項3に記載の方法において、パルス幅の変更を、増分的にまたは連続的に行なうことを特徴とする方法。

請求項7

請求項1ないし6のいずれかに記載の方法において、搬送媒体の流通経路(7)内に配置された温度センサー(23)を、散乱光信号の温度補償のために、温度補償過程において使用することを特徴とする方法。

請求項8

請求項7に記載の方法において、温度補償を、散乱光受光器(13)に組み合わされた光源(9)の駆動電流のパルス幅を変更することにより行なうことを特徴とする方法。

請求項9

請求項1ないし8のいずれかに記載の方法において、散乱光信号を、その傾斜があらかじめ定めたしきい値を超える場合には、ローパスフィルタを通すことを特徴とする方法。

請求項10

請求項1ないし9のいずれかに記載の方法において、ドリフト補償過程において、チャンバー値を長い時間にわたって平均化し、追跡されたチャンバー値をつくり出すことを特徴とする方法。

請求項11

請求項1ないし9のいずれかに記載の方法を実施するための散乱光検出器であって、ハウジング(1)、このハウジング(1)の入口開口(3)および出口開口(5)を有し、両者の間を搬送媒体が上記ハウジング(1)を通って流通経路(7)上を流れるものであり、光源(9)を有し、これは流通経路(7)上に位置する散乱光センター(11)に光を向けるものであり、散乱光受光器(13)を有し、これは散乱光センター(11)内の粒子上で散乱された光の一部を受光するものであり、そして、散乱光信号を増幅するための散乱光信号増幅器(17)を有し、この散乱光信号増幅器(17)は積分増幅器として構成されたものである散乱光検出器において、フィルター・アルゴリズム過程を用意して、散乱光信号を、その傾斜にもとづいてフィルターすることを特徴とする散乱光検出器。

請求項12

請求項11に記載の散乱光検出器において、散乱光受光器(13)の感度を設定するためのスイッチ手段(19,21)をそなえたことを特徴とする散乱光検出器

請求項13

請求項11または12に記載の散乱光検出器において、通信インターフェース、とくにPCまたはネットワークへのそれを有することを特徴とする散乱光検出器。

請求項14

請求項11ないし13のいずれかに記載の散乱光検出器において、スイッチ入力を設けて散乱光受光器(13)の感度を変更できるようにしたことを特徴とする散乱光検出器。

請求項15

請求項11ないし14のいずれかに記載の散乱光検出器において、搬送媒体の流通経路(7)内に温度センサー(23)を設けたことを特徴とする散乱光検出器。

請求項16

請求項11ないし15のいずれかに記載の散乱光検出器において、伝達媒体の流通経路(7)内に流量計(25)を設けたことを特徴とする散乱光検出器。

請求項17

請求項16に記載の散乱光検出器において、流量計(25)が、熱電気的空気流量計および熱電気的温度センサーであることを特徴とする散乱光検出器。

技術分野

0001

本発明は、搬送媒体中のとくに微細粒子を検出した場合に、散乱光受信器が発生する散乱光信号を、評価する方法に関する。

0002

本発明はさらに、上記の方法を実施するための、散乱光検出器に関する。この散乱光検出器は、ハウジングと、その間を伝達媒体がハウジングを通って流通経路上を流れる、ハウジングの入口開口および出口開口を有し、流通経路上に位置する散乱光センターに光を向ける光源を有し、散乱光センター内の粒子上で散乱された光の一部を受ける散乱光受光器を有し、そして、散乱光信号を増幅するための散乱光信号増幅器を有する。

背景技術

0003

上記のような、散乱光信号を評価する方法および装置は知られており、とくに吸引式の火災警報システムにおいて、散乱光の検知器として使用されている。それらの装置は、それによって、監視すべき部屋の空気または監視すべき装置の冷却空気を代表する一部の量からなる搬送媒体中の、固体物質または液体の粒子を検出するのに役立つ。吸引式の火災警報システムの場合、この空気の代表的な量は、ベンチレータ手段によって積極的に吸引され、散乱光検出器の入り口に供給される。たとえばEDP装置のような、モニターされる装置の場合、またそのほか、これに類似の、種々の測定、制御または調節のための電子装置の場合、装置を冷却する空気それ自体の内部フローを利用して、代表する部分的な量の装置冷却空気を、搬送媒体として散乱光検出器の入り口に供給することは、原理的に可能である。

0004

上に述べたようなタイプの散乱光検出器は、通常、つぎのように作用する。
搬送媒体が、散乱光検出器のハウジングを通って、その流通経路上の散乱光センターに流れる間、光源からの光は散乱光センターを横切り、その結果、そこを流れる搬送媒体を横切り、光は、搬送媒体中の粒子に当たって散乱しない限り、反対側の光トラップに吸収される。これが通常の、支配的に起こる操業状態である。光源からの光線が粒子、たとえば煙の粒子または煙のエアロゾル衝突すると、それは第一段階にある火災の最初の兆候であり、この粒子は、光の一部をその最初の方向から屈折させ、散乱光とする。この散乱光は、ついで高度に光学的に高い感度をもつ受信器、いわゆる散乱光受光器によって受光され、その強度が、評価回路手段によって評価される。光強度が特定のしきい値を超えると、警報が発せられる。

0005

このような光学的システムが正確に、かつ高感度に作用するためには、環境の変数に精密に適合することと、適切な信号処理を行なう、特殊な設計上の特徴とが必要である。このことは、散乱光受光器を設置する位置に基づく、検知感度の変更などを必要とする。たとえば、検知器の感度は、コンピュータチップを製造するクリーンルームでは、オフィス空間におけるよりは、きわめて高く設定する必要がある。というのは、前者の空気中の最も少量の塵の粒子または浮遊粒子でも、警報を発する引き金になる必要があるからである。

0006

同様に、検出器の光源から放射される光の強度は、温度と直接の相関関係があるので、検知器にとって、温度のモニタリングを用意する必要がある。事実、温度が上昇した場合、光源の光の強度を、たとえば操業電流を増加させることにより、増大することが理論的に必要である。しかし、高いエネルギーコストを別にしても、このことは、とりわけレーザーダイオードにとって、反比例的に操業寿命の短縮を招く。LEDの最大操業電流に達しなくても、最大の電流限界で操業するということは、その寿命を、著しく短縮する。一般的にいって、高感度な光学的散乱光検知器の設計は、精密で適切な信号処理を要求する。

0007

この観点において、先行技術から知られていることは、印刷刊行物としては、EP0733894B1があり、これは、空気中の微細粒子、たとえば、煙またはダストを検出する光学電子センサーの温度適合に関する。この検出器は、それによって光源と受光手段とを有し、光の散乱を検知するやいなや、それは光源から放射された光の中に微細な粒子が存在することによって引き起こされた検知器の出力をつくる。検知器はしたがって、光源から放出される光の量を、参照温度値に基づいてコントロールする制御手段を備えている。光源は、パルスによって点滅する。もし、その温度が特定のしきい値を超えたならば、制御手段は、個々の光パルスの間隔を変化させる。それによって、光源の冷却を強化することができる。この制御ループは、警報信号が発せられる最高のしきい値を超えるまで継続する。というのは、原因は、検知器の誤作動または、火災の結果としての周囲温度の上昇による温度上昇のどちらかに帰せられるからである。

0008

しかし、この装置の不利な点は、それぞれの光パルスの間隔を拡大することは、検知器のデッドエリアを増大させることであり、正確さが犠牲になるということである。この装置は、温度と光源の光出力との間の依存性という問題を本質的に解決するものではあるが、与えられた仕様における、検知機感度の変化、検知器のキャリブレーション、または受信した散乱光信号の評価の相互作用に関しては、何の可能性も示さない。

0009

在来の散乱光検知器のキャリブレーションは、習慣的に、参照信号を用いて行なわれている。火災報知システムを適切に設計し、試験し、またはデモンストレーションするには、試験サンプルを加熱焼成して煙エアロゾルを作る方法を使用した、煙試験を行なうことが知られている。なかんづくこの試験は、検知器を電子的なシステムの中に配置するか、または室内に配置するかを決定するのに役立つ。試験をできるだけ現実的なものにするために、参照値を作り出すことのできる方法の助けを借りて、システムを試験し、および(または)煙検知器をキャリブレーションするための煙エアロゾルをつくる方法が使用される。

0010

ドイツ特許DE4329847C1として発行された明細書は、火災報知システムを適切に設計し、試験し、またはその有効性をデモンストレーションするために、煙エアロゾルを作り出す方法、ならびにその方法を実施するための焼成装置記述している。その方法においては、試験サンプル、たとえば電気ケーブルまたはそれに類似のものを、一定の、または本質的に一定の温度に、所定の時間にわたって保持する。装置とそれに関連する方法とは、いわゆる焼成フェーズにおいて作動し、低パワーで目に見えない煙エアロゾルを放出する。最近の初期警報火災報知システムの検知範囲は、発展する火災の第一フェーズの範囲内にある。検知の精度に対する要求に応じて、散乱光検知器をこの参照信号に適合させることは可能である。
EP0733894B1
DE4329847C1

発明が解決しようとする課題

0011

上述した諸点に基づいて、本発明は、散乱光信号の評価方法をさらに発展させ、より効率的で、より多で、より正確なものにするという任務目標としている。本発明はさらに、上記の方法を実施するための散乱光検知器であって、当業技術において既知の散乱光検知機にくらべて、その機能するモードはより正確であり、より多才であり、誤差を生じにくく、かつ、より廉価なものを提供することを、その目的に含んでいる。

課題を解決するための手段

0012

本発明の目的は、請求項1に記載の方法により、また請求項12に記載の装置により、それぞれ達成することができる。とくに、この目的は、散乱光信号が選択的にまたはランダム順序で継続するサイクルにおいて、キャリブレーション過程ドリフト補償過程温度補償過程、感度調節過程およびフィルターアルゴリズム過程を通じて、散乱光受光器により、搬送媒体中のとくに微細な粒子を検出したときに発生された散乱光信号を評価する方法によって達成される。

0013

この目的はまた、とくにつぎの構成要素からなる散乱光検知器によって達成される:入口開口および出口開口を有するハウジング、その間を搬送媒体がハウジングを通って流通経路上を流れるものであり;流通経路上に位置する散乱光センターに向かって光を放つ光源;散乱光センター内の粒子上で散乱された光の一部を受ける散乱光受光器;および、散乱光信号を増幅するための散乱光信号増幅器、ここで、散乱光増幅器は、積分増幅器として構成される。

発明を実施するための最良の形態

0014

本発明の本質的な局面は、種々のキャリブレーションおよび補償の過程を循環することにより、正確な調整が可能になるということである。散乱光信号検知に対する要求、精度および支配的な環境の変数にしたがって、散乱光検知器を、精密で誤差のない散乱光検知が可能なように調整することが可能である。前記したそれぞれの過程において、下記の調整がなされる:

0015

キャリブレーション過程では、散乱光検知器は参照信号によりキャリブレーションされる。その他の因子の中でも、この調整はそれぞれの環境条件を考慮に入れるものである。というのは、搬送媒体は、通常の操業においても、設置された場所によって、異なった「汚染基底レベル」を示すことがあるからである。

0016

ドリフト補償過程では、上記のキャリブレーションを長期間にわたって、すなわち、通常は2〜3日かけて行なう。チャンバー値を追跡して、チャンバー値に平均化する。ここでチャンバー値は、煙または煙エアロゾルが散乱光センターに存在しない場合に、散乱光検知器により受光すべき散乱光信号であり、それによって散乱光検知器の精度が改善されるものである。というのは、その感度調整は、この平均値を適正に考慮して行なうことができるからである。

0017

温度補償過程は、散乱光検知器を、温度/放射された光の出力の従属関係に適合させるのに役立つ。ここでは、光源から放射された実際の光の出力は、温度が上昇するに伴って減少し、低下する場合は反対になる、という事実に対してアローアンスをもたせる。

0018

感度調整過程は、散乱光検知器を、使用する検知領域によって必要な、感度の段階に対応させることを可能にする。

0019

最後に、フィルター・アルゴリズム過程は、散乱光信号の解析を、特定のフィルター・アルゴリズムに従わせて、信頼性のある、かつ正確な警報出力を出すことを確保することを可能にする。

0020

上述した種々の調整過程およびキャリブレーション過程を組み合わせることは、検知方法をきわめて精度が高く、多様な適用性をもったものにするとともに、例外的な正確さをもたらす。もちろん、コストを節約するため、調整過程の一つまたはそれ以上を、特別に必要でない限り、除外することも考えられる。

0021

散乱光信号を評価する方法であって、散乱光検知器が散乱光信号増幅器として積分増幅器を有するものを用い、積分増幅器の積分時間をキャリブレーション過程において、散乱光信号が参照インディケータの参照信号に対応するように設定した場合、その評価方法は、上記において特定した方法に対して、有利な改善をもたらす。積分時間の変更は、散乱光検知器の、参照信号への、非常に経済的で容易に自動化することができる適合を可能にする。この適用は、なかんづく、光源の駆動電流を調整することによって−−放射される光エネルギーを変化させるため−−可能になる。ただしこれは、光源の操業寿命を犠牲にして得られることであり、増大したパワーを必要とする。本発明の方法に従えば、光源の駆動電流は一定に保たれる。

0022

本発明の散乱光検知器の感度を変更するには、さまざまな方法が可能である。そのひとつは、光源を駆動する電流のパルス幅を変化させることである。パルス幅とは、光パルスの持続時間のことである。パルス幅を減少させると、散乱光検知器の感度が低くなり、増加させると、感度が高くなる。もうひとつの可能性は、散乱光信号の増幅器として積分増幅器を使用した場合に限るが、その積分時間を変化させることである。この方法もまた、積分増幅器の積分時間を増加させれば、高い感度が得られ、積分時間を減少させれば、散乱光検知器の応答性を低くする。散乱光検知器の感度を変更するどちらの方法も、きわめて経済的であり、実質的な損害を先制して抑え、散乱光検知器を模範的に単純なやりかたで適合させることができる。もちろん、積分時間およびパルス幅の両方を、段階的に変更することもできるし、連続的に変化させることもできる。ここで段階的にとは、たとえば、固定的にパーセントで表した差分、つまり散乱光検知器が25%、50%、75%および100%の感度で作動するようなことを意味する。このような感度の段階を設定することは、スイッチ手段、たとえばDILスイッチにより行なうことが好ましい。もちろん、これと同様に、通信インターフェース、たとえばPCまたはネットワークのPCを利用して、感度を調整することも可能である。これによれば、散乱光検知器と全火災報知システムの調整とを、ただひとつのコントロールセンターという手段で行なうことができる。

0023

この方法が、積分時間またはパルス幅の段階的な、または連続的な調整を許容するかどうかは、モニターシステム境界条件関数である。特別に効果的で感度の高いモニタリングを確実にするためには、たとえばクリーンルームにおいて必要になるように、散乱光検知器は、空気中の最小の粒状物質でさえ存在するときは、検知信号を発するようにしなければならないことがあり、それゆえ、きわめてすぐれた感度調整が要求される。在来のスイッチ、またはPCもしくはネットワークとの通信インターフェースに加えて、感度調整はもちろん無線で行なうことができる。

0024

温度と光源からの光放射との関係は、すでに上に詳細に記述した。温度補償過程では、それゆえ、搬送媒体の流通経路内に置かれた温度センサーを使用して、散乱光信号の温度補償を行なう。このことは、搬送媒体および(または)環境の温度は連続的に測定するか、またはパルスとして測定し、散乱光検知器に光を放射する光源に適合することを可能にする。このようにして、流通経路内の搬送媒体の温度上昇が測定されるとき、光源の直接的な調節が可能になって、一定の光放射が確保できるようになる。この温度補償は、散乱光受光器に接続された光源の駆動電流のパルス幅を変更することによって、有利に行われる。これは、搬送媒体の温度が上昇してそれが温度センサーに検出されると、光源の駆動電流のパルス幅を減少させることである。その結果、光源が、またそれによって搬送媒体もまた、加熱される度合いが少なくなる。もし、それに代って温度の低下が観測されたならば、光源の駆動電流のパルス幅を増大させて、温度の上昇を引き起こすことができる。いずれの場合も、光源の駆動電流は一定に保たれる。

0025

散乱光信号を、その傾斜に基づいて、あらかじめ定めたしきい値、とくに警報しきい値と対比するに先立って、種々の方法でフィルターすることは有利である。このようにして、欠陥ある値が認識され、除去され、誤った警報が出ることが防止される。実際の警報値、すなわち与えられたしきい値を超えるものの存在だけが、警報出力信号をもたらすからである。散乱光信号がしきい値、とくに、たとえば警報しきい値を超える回数が、上記を実施する場合に考慮される。固定した時間間隔に1回でも達すると、警報信号が発せられる。入力信号の傾斜があらかじめ定めたしきい値を超えるやいなや、そのローパスフィルタリングは、きわめて良好な信号ノイズ比をもった散乱光検知器装置となる。というのは、短く急速な入力信号の反射や、しばしば空気の汚染、すなわち空気流中の少量の粒子がモニターされることによって引き起こされるものは、警報値とは認識されない。

0026

散乱光検出器に関して、改善された検出アルゴリズムを達成し、誤った警報をより少なくするために、さらに可能なことは、追跡されたチャンバー値を発生させることである。この追跡されたチャンバー値は、散乱光検知器のチャンバー値をより長い時間にわたって平均して得たものであって、ドリフト補償過程において実施される。このチャンバー値は、散乱光検知器の散乱光センターに煙が存在しないときに得られる散乱光信号である。この散乱光信号は、好ましくは検出器自身の反射表面から、および空気中の汚染物質に起因するものの両方から形成される。ドリフト補償過程においては、このチャンバー値を数日、好ましくは2〜3日にわたって平均することによって、きわめて正確な装置のキャリブレーションに至る。この平均された、追跡されたチャンバー値は、散乱光信号の操業条件から抽出することができる。このようにして、空気中の汚染物質、環境条件または検出器自身の反射などに起因する誤差がない、散乱光信号が得られる。

0027

上に特定した方法の諸過程を実施するために、入口開口および出口開口を備えたハウジングを有し、それら開口の間をハウジングの中を通って流通経路上を搬送媒体が流れ、流通経路上に存在する散乱光センターに光を向ける光源を有し、散乱光センターにおいて部分的に散乱された光の受光器を有し、散乱光信号を増幅するための増散乱光信号幅器であって、積分増幅器として構成されたものを有する散乱光検知器が提供される。散乱光信号を自然に増幅すれば、散乱光信号のわずかな変動さえも検知することができる。そこで散乱光増幅器を積分増幅器として構成することは、散乱光の検出に、ほかのどのような装置をも必要とすることなく適合させることを許す。温度補償に関して、積分増幅器は、測定時間が長くなることに伴い、すなわち積分時間が長くなることに伴い、散乱光検知器内の温度の上昇につれて傾いた、光源の光出力を補償することを可能にする。このアプローチは、費用がかからないだけでなく、光源の寿命を長くする。それは、放射された光の出力を、増大する駆動電流によって発生させる必要がないからである。したがって、散乱光検知器における散乱光増幅器として積分増幅器を使用することは、結果として、たいへんエネルギー効率のよい作動をする装置を与える。

0028

散乱光受光器の感度を調節するために、散乱光検知器は、スイッチ手段を備えていることが好ましい。スイッチ装置をできるだけ簡単なものにするため、このスイッチ手段は、たとえば、DILスイッチとすることができる。

0029

しかしながら、スイッチ手段を低価格のジャンパー接続として構成することも可能である。ユーザーフレンドリーの度合いと、モニタリングの可能性を増すために、通信インターフェース、とくにPCまたはネットワークへのそれを用意することは、意義のあることである。このことは、複数の散乱光検知器によるモニタリングを一カ所に集め、診断を集中的に行なうことを可能にする。そのようにする場合、与えられた通信経路は、無線であっても、有線であっても、どちらでもよい。それゆえ、散乱光受光器の感度を変更するためのスイッチ入力を用意することが、有意義になる。

0030

温度センサーを搬送媒体の流通経路内に配置することは、上述したように、温度補償を可能にする。流量計を搬送媒体の流通経路内に配置することは、流量検知器を付加的にモニターすることを可能にする。たとえば、強い流れのバラツキを検出したときは、信号を発することが可能であろう。というのは、そのことは検知器および(または)取り入れアセンブリの誤作動を示唆するからである。空気流センサーおよび(または)温度センサーを熱電気的構成部品で構成することは、それによって、経済的で最適にンパクトな、高い精度をもった散乱光検知器を提供することにつながる。

0031

本発明のさらなる実施態様は、従属請求項に示されている。

0032

以下は、図面を参照して、本発明の実施態様を、ずっと詳細に記述する。図示されているのは、後記するとおりである。以下の記述において、同一または同等の構成部分に対しては、同じ参照符号を使用する。

0033

以下に記述する散乱光検知器1の3種の実施態様は、吸引式火災報知システムの構成部分として使用するためのものである。このように、請求項に記載する搬送媒体は、空気である。この空気は、吸引式の火災報知システムにおいて通常行なわれているように、ベンチレータにより吸引される。このように、ベンチレータを直接、散乱光検知器1のハウジング10の上に配置することも、また、散乱光検知器1の外側にある、ベンチレーションダクトの中に配置することも考えられる。請求項に規定した方法および装置は、下記の3種の実施態様において設備され、および(または)使用される。

0034

図1は、散乱光検知器の縦断面図である。この装置は、ハウジング10と、それに接続された回路基盤40からなる。ハウジング10は、入口開口3および出口開口5を有する。換気扇(図示してない)を含むベンチレータ・ハウジング6は、入口開口3に固定され、このベンチレータは、検知機1内に、流通経路7に沿った空気流8を引き起こす。この場合、空気流8がつくられ、それが散乱光検知器1を、その入口開口3から出口開口5に向かって流れる。もちろん、ベンチレータ・ハウジング6内に配置した換気扇も考えられ、その場合、空気を吸引して空気流8´をつくり出し、それが散乱光検知器1の反対側に流れる。外側からの外部光が入ることを避けるため、散乱光検知器1はその両側に、光トラップ30,32を有する。散乱光検知器1は、さらに、光源9を有し、これは光の円錐20を、流通経路7上の散乱光センター11に向ける。散乱光検知器1はまた、光ダイオードである受光器13を有する。その上、スクリーン26を、光ダイオード9と散乱光受光器13との間に設けてあって、これは光源9から放射された光が、散乱光受光器13に直接当たることを防いでいる。

0035

図2は、図1の第一の実施態様を、平面的な断面図として示す。切断の方向は、図1に示されたA−A切断線に対応する。散乱光検知器1内を入口開口3から出口開口5に向かって流れる空気流は、散乱光センター11を通過する。空気流8の中に存在するいかなる微粒子も、この場合はLEDである光源9から放射される光を屈折させ、散乱光受光器13に向け、それがあらかじめ定めたしきい値を超えたときは、検出信号を発生させる。散乱光検知器1には、流通経路7内に、空気流センサー25および温度センサー23が付加的に設けてある。空気流センサー25は、さらなる連続的な、または若干のその他の特定される空気流8が、散乱光検知器1を流れるかどうかを調べるのに役立つ。たとえば、空気流がばらつく場合、それに対応する警報信号を発することができる。温度センサー23は、散乱光検知器1を通り流通経路7に沿って流通する空気流8の温度をモニターし、たとえば、温度補償を可能にする。温度補償のことは、のちに図6に関して言及する。

0036

図3および図4は、いずれも、さらなるそれぞれの散乱光検知器の横断面図である。これら二つの実施態様は、以下、実施態様2および3とする。それぞれ断面を示した散乱光検知器は、これも光源9および受光器13を有し、それによって光源9からの光の円錐20と、散乱光受光器13の円錐22が、(第一の実施態様におけるように)、流通経路7の中心線58のある部分で交差するように走る。流通経路7をガイドするフローチャネルは、このようにして、散乱光センター11の前面においても、また散乱光センター11の後面においても、屈曲を有する。このようにして形成される光トラップ30および32は、これも第一の実施態様と同様に、外部から周囲の光が進入することを防止する。図3に示した第二の実施態様は、その上、スクリーン26および28を有し、これらは光源9から放射された光が反射されて、直接散乱光受光器13に至ることを防止する。温度センサー23および空気流センサー25は、流通経路7の中心線58上に同様に配置され、検知に適切なキャリブレーションおよびモニタリングのデータを集める。

0037

すでに記述した実施態様と同様に、図4に示した散乱光検知器の第三の実施態様もまた、光トラップ30および32を有する。光源9の中心軸18および14,受光器13は、それぞれ、ある部分で、すなわち流通経路7の二つの屈曲30,32において、流通経路7の中心線58に平行に、またはそれに沿って走るように配置されている。この実施態様においても、スクリーン26および28が用意され、誤った値を検出することを防いでいる。空気流センサー25および温度センサー23も、入口開口3の近くに形成された流れのチャンネル内に同様に配置されている。このようにして、空気流が散乱光センター11に達する前に、散乱光検知器1を通る空気流8の温度および流速チェックされる。

0038

本件の特許請求の範囲に記載した方法の諸過程は、上述の散乱光検知器1において使用される。それによって、散乱光受光器13によって受光された散乱光信号が、キャリブレーション過程、ドリフト補償過程、温度補償過程、感度調整過程またはフィルター・アルゴリズム過程を、どのような順序にせよ通ることが可能になる。キャリブレーション過程およびドリフト補償過程は、それによって、それぞれ、とりわけ散乱光受光器が、流量検知器を通る種々の搬送媒体に適合させるのに役立つ。その際、キャリブレーションは、空気流8がそれぞれの使用場所において通常の条件下にあると推測する。明らかに、オフィスの空間で使用される散乱光検知器は、クリーンルームで使用する散乱光検知機とは異なった空気流8に対して、キャリブレーションしなければならない。このことは、キャリブレーションおよび(または)ドリフト補償過程において考慮に入れなければならない。これら二つの過程の相違は、ドリフト補償過程においては、いわゆるチャンバー値、散乱光受光器13によって検知された散乱光信号は、煙またはそれに類似の外来物質であって、散乱光センター11において警報の引き金になるものが検知された場合、通常2〜3日を意味する、長い時間にわたって平均化される。この、いわゆる追跡されたチャンバー値は、ついで検知された散乱光信号から抽出して、散乱光検知器1をキャリブレーションするために使用する。空気流8の温度を調整することは、温度センサー23から受信した温度信号にしたがって可能である。ここでは、上に述べたように、温度が上昇すると光源9から放射される光が減少する、という事実が考慮に入れられる。散乱光検知器1の検知された出力を、温度から独立して受信するために、温度補償過程において、それに対応する調整を行なう。種々の実施態様において散乱光受光器13によって検知された散乱光信号は、追加的にフィルター・アルゴリズム過程において、さまざまにフィルターされる。誤った信号を除去するために、散乱光信号をその傾斜にもとづいて、あらかじめ設定した、警報信号を出すことになるしきい値と対比するに先立って、フィルターすることが考えられる。

0039

3種の散乱光検知器のすべてを、空気流8のモニタリング感度に関してできるだけ正確に保つためには、種々の異なった態様が、散乱光増幅器(図示してない)、たとえば積分増幅器の形態の増幅器を使用して、散乱光受光器13によって受光された散乱光信号を増幅する。この積分増幅器は、たとえば積分時間を変更することによって、散乱光検知器1の感度の変更を可能にする。選択された積分時間が長いほど、散乱光検知器1はより高感度になる。この変更は、段階的に行なうこともできるし、連続的に行なうこともできる。

0040

図5は、信号入力信号出力グラフである。信号入力2は、散乱光検知器1の散乱光受光器13によって受信されたままの、フィルターを受けていない信号に相当する。これに対して、出力信号4は、特殊なフィルター・アルゴリズムによりフィルターを受けた信号に相当する。入力信号2においては、4個のピーク値A,B,C,Dがあって、そのうちのピーク値Cだけが、長い時間において、「1」のしきい値を超えており、これにもとづき、警報または検出信号の引き金が引かれることに注目すべきである。反対に、いわゆる欠陥値A,BおよびDは、フィルター・アルゴリズムによりキャップされて、警報信号には至らない。ここで注目すべきことは、誤った値BおよびDは、しきい値「1」を超えてはいるが、その超過した量は、十分長くは続かず、内部フィルターによって警報値とは認識されないため、キャップされるわけである。適応させられたフィルター特性は、このようにして、場合によっては環境その他これに類する条件に適合させた散乱光検知器となることができる。

0041

図6は、図1ないし図3の3種の流れ検知器における、温度補償の可能性を示している。最初に6.1に示したものは、光源9をパルス操業した場合のダイアグラムである。通常の操業では、この図は、パルス幅が、たとえば3ミリ秒パルスフェーズ50と、それに続く残りの、1秒のフェーズ52を示す。残りのフェーズ52においては、光源9がクールダウンし、フェーズ50においてヒートアップすることによって、通常の条件下では、空気流チャンネル中に、一貫した温度プロフィールが期待できる。しかしながら、空気流センサー25が温度の上昇を測定した場合、6.2および6.3に示したように、パルスフェーズ50のパルス幅を次第に減少させて、その結果、光源9にとってより低い温度となるようにすることが可能である。光放射のパルス幅を変動させることは——これは光源9の駆動電流のパルス幅の変動に対応するが——もちろん、感度の低下という影響が出、それは次の感度調節過程において、またはそのほかのキャリブレーション過程において、補償することができる。

0042

上述したすべての構成部品、とくに図面に詳細を示されたものは、単独で、また任意の組み合わせにおいて、本発明の基本的な構成として特許請求の対象となる。その変更は、当業者にとって容易なことであろう。

図面の簡単な説明

0043

散乱光検知器の第一の態様についての縦断面図。
図1に示した態様の散乱光検知器のA−A線に沿った平面図。
断面を示した第二の態様の散乱光検知器の平面図。
断面を示した第三の態様の散乱光検知器の平面図。
散乱光検知器の入力/出力信号のグラフ。
光源の駆動電流のパルス幅の変化を、温度との関係において示したダイアグラム。

符号の説明

0044

1検出器
2入力信号
3入口開口
4出力信号
5出口開口
6ベンチレータ・ハウジング
7流通経路
8空気流
9光源
10 ハウジング
11散乱光センター
13散乱光受光器
14中心軸
17散乱光信号増幅器
18 中心軸
19スイッチ手段
20 光の円錐
21 スイッチ手段
22受光器の円錐
23温度感知器
25空気流センサー
26スクリーン
28 スクリーン
30光トラップ
32 光トラップ
40回路基盤
50パルスフェーズ
52 残りのフェーズ
58 流通経路の中心線

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