Appareil détecteur photo-électrique Il est connu d'utiliser des appareils détecteurs photoélectriques pour la détection d'une source de rayons principalement infrarouges, telle qu'une flam me ou un corps incandescent. On peut détecter une telle source par une cellule photoélectrique sensi ble aux rayons infrarouges ou par une combinaison de cellules photoélectriques, mais jusqu'à présent ces dispositifs ou ces combinaisons ont nécessité un réglage critique pour faire la distinction entre une source de rayons infrarouges indésirable, telle qu'une flamme, et une source inoffensive, comme la lumiè re du soleil ou une lumière artificielle.
En outre, les sources inoffensives peuvent fournir une fausse indi cation lorsqu'elles tombent sur l'une d'une combi naison de cellules photoélectriques tandis qu'une autre cellule photoélectrique de la combinaison est dans l'ombre.
La présente invention a pour objet un appareil détecteur photoélectrique comprenant au moins une paire d'éléments photosensibles montés en série dans un circuit relié à une source de courant avec une jonction commune entre les deux éléments de ladite paire et des connexions de sortie avec ladite jonction commune et une extrémité d'un élément pour connecter un détecteur en parallèle avec ledit élément, appareil caractérisé en ce qu'un premier élément de ladite paire est sensible de façon prédo minante dans un sens à certaines fréquences du spectre lumineux, l'autre élément de cette paire étant sensible de façon prédominante dans le même sens à des fréquences différentes desdites certaines fré quences et sensible dans le sens opposé à d'autres fréquences.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil détecteur photoélectrique selon l'invention, la fig. 1 est un schéma d'une forme de réalisation d'un appareil détecteur photoélectrique ; la fig. 2 est un graphique montrant les courbes de réponse photoélectrique des dispositifs détec teurs utilisés dans l'appareil ; la fig. 3 est un schéma d'une autre forme de réalisation d'un appareil détecteur photoélectrique ; la fig. 4 est un schéma d'un appareil détecteur photoélectrique destiné à être utilisé avec l'appa reil des fig. 13 et 14 ;
la fig. 5 est une vue en perspective montrant un dispositif détecteur photoélectrique utilisé dans un appareil détecteur ; les fig. 6 et 7 sont des vues en perspective mon trant le fonctionnement du détecteur de la fig. 5 lorsqu'il est en partie à l'ombre ; la fig. 8 est une vue en plan d'une autre forme du dispositif détecteur photoélectrique destiné à être utilisé dans un appareil détecteur ; les fig. 9 et 10 sont des coupes respectivement suivant les lignes 9-9 et 10-10 de la fig. 8 ;
les fig. 11 et 12 montrent des stades de la fabri cation du détecteur des fig. 8 à 10 ; la fig. 13 est une vue de côté, en partie en cou pe, d'un appareil combiné de détection de fumée et d'incendie ; et la fig. 14 est une élévation en bout de l'appareil de la fig. 13.
Comme représenté sur la fig. 1, un appareil détecteur qui distingue une flamme de la lumière du soleil, par exemple, comprend une paire de cellules photoélectriques R et B, connectées en série sur deux bornes t4 et t5. Les cellules présentent une jonction commune t1 et des bornes en série respec tives t2 et t3.
Lorsqu'une source de potentiel E est appliquée aux bornes t4 et t5, les cellules agibsent comme un diviseur de tension variable commandant la tension à la jonction t1. La tension à la borne t1 est appliquée à un dispositif amplificateur ou d'adap tation d'impédance A, qui commande à son tour un moyen conditionneur, comme la bobine K d'un solé noïde pour actionner ou exciter un indicateur I com me une lampe.
La cellule R, qui pour plus de commodité, est appelée la cellule rouge, est principalement sensible à une bande prédéterminée des fréquences lumineu ses, par exemple à la bande des rayons infrarouges indiquée par la courbe de réponse Rr de la fig. 2. On préfère le sulfure de cadmium polycristallin, mais on peut utiliser le sulfure de plomb, le sélé- niure de cadmium et autre composés sensibles à cette bande.
La conductance de ces substances aug mente positivement lorsqu'elles sont exposées à la lumière infrarouge. On préfère le sulfure de cad mium dans un détecteur de flamme ou de lumière voisine de la lumière infrarouge, étant donné que sa sensibilité de crête, comme l'indique la courbe Rr de la fig. 2, est inférieure à un micron et par consé quent la cellule ne donne pas une fausse réponse aux changements de la chaleur environnante (par exem ple atmosphériques) qui, comme le rayonnement d'un corps noir,
se trouve dans la gamme des rayons infrarouges au-dessus d'un micron. La cellule B, ap pelée cellule bleue, n'est pas seulement principale ment sensible d'une façon positive à la lumière com prise dans une bande, par exemple du bleu au jaune visible et à l'extérieur de la bande de rayons infra rouges prédéterminée de la cellule rouge R, mais elle est également sensible en sens opposé, dans ce cas négativement, par une diminution de conduc tance, lorsqu'elle est exposée à un rayonnement, par exemple un rayonnement infrarouge, à l'extérieur de sa propre bande du bleu au jaune.
Une cellule pré sentant une telle réponse négative, ainsi qu'une ré ponse positive, est du sulfure de cadmium mono- cristallin. Sa réponse normale est indiquée par la courbe en trait plein Rbl de la fig. 2, tandis que sa réponse négative, aux deux intensités à la lumière infrarouge est indiquée qualitativement par les cour bes en pointillé Rb2 et Rb3.
Le circuit de la fig. 1 fonctionne de la façon suivante: lorsque le conditionneur K est réglé pour fonctionner sur 10 volts et lorsque l'impédance d'en trée du conditionneur K et du moyen d'adaptation ou d'accouplement A est à un mégohm environ, les cellules rouge et bleue présentent, dans l'obscurité, sensiblement la même résistance (inverse de la con ductance), de 100 mégohms environ, à titre d'exem ple. La résistance de la cellule bleue et du circuit conditionneur en parallèle correspond sensiblement à celle du circuit en parallèle, à savoir un mégohm (1M).
Le potentiel de 28 volts appliqué aux bornes des cellules et du circuit en parallèle est alors divisé sensiblement par 100, en fournissant à la jonction t1 un potentiel de 0,28 volt, bien au-dessous du seuil- du dispositif conditionneur qui, par exemple, est de 10 volts. Cette action photoélectrique dans l'obscurité est comparée sur le tableau, avec l'action dans des conditions lumineuses.
EMI0002.0050
<I>Tableau</I>
<tb> <I>Flamme</I>
<tb> <I>Lumière <SEP> et <SEP> lumière</I>
<tb> <I>Obscurité <SEP> du <SEP> soleil <SEP> du <SEP> soleil</I>
<tb> Impédance <SEP> de <SEP> la
<tb> cellule <SEP> rouge <SEP> (Zr) <SEP> 100 <SEP> M <SEP> 60 <SEP> K <SEP> 15 <SEP> K
<tb> Impédance <SEP> de <SEP> la
<tb> cellule <SEP> bleue <SEP> (Zb). <SEP> 100 <SEP> M <SEP> 10 <SEP> K <SEP> 15 <SEP> K
<tb> Zb <SEP> et <SEP> 1M <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1 <SEP> M <SEP> 10 <SEP> K <SEP> 15 <SEP> K
<tb> Tension <SEP> à <SEP> t1 <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,28 <SEP> 4 <SEP> v <SEP> 14 <SEP> v Dans l'obscurité, la tension à la jonction t1 est tout à fait inappropriée.
A la lumière du soleil qui présente une composition de rayonnements infra rouges, ainsi que de lumière visible, la tension est montée, en raison d'une diminution de la résistance de la cellule bleue, à un centième de celle du circuit en parallèle (1M).
Mais la résistance de la cellule rouge a également diminué, de sorte que la tension à la borne tl correspond à [10/(10-t-60)] [29] = 4, ce qui est encore au-dessous du seuil du condition- neur. Toutefois, si les cellules sont exposées à une flamme présentant une forte composante de rayons infrarouges, la résistance de la cellule rouge, non seulement diminue, mais la résistance de la cellule bleue augmente, en augmentant la tension à la jonc tion t1 à [15/(15-f-15)] [28] = 14,
en contraignant le conditionneur à transmettre un signal à l'indica teur I.
Toutefois, le dispositif d'accouplement A de la fig. 1 peut être simplement une connexion directe entre la jonction t1 et le conditionneur K, un cir cuit préféré étant représenté sur la fig. 3, dans lequel les valeurs types des éléments sont les sui vantes
EMI0002.0065
Dl, <SEP> D2 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> diode <SEP> du <SEP> type <SEP> 2T1
<tb> D3 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> diode <SEP> de <SEP> Zener <SEP> de <SEP> 22 <SEP> volts
<tb> (Hoffman <SEP> type <SEP> ZA <SEP> 22)
<tb> VI <SEP> et <SEP> V2 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> transistor <SEP> type <SEP> 905
<tb> Rl <SEP> 2,2 <SEP> megohms
<tb> R2 <SEP> 500 <SEP> ohms
<tb> R3 <SEP> 500 <SEP> ohms
<tb> Rt <SEP> 300 <SEP> kiloohms <SEP> .
<SEP> thermistor <SEP> de <SEP> Keystone <SEP> Type
<tb> L <SEP> 1215
<tb> Kl <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> relais <SEP> de <SEP> type <SEP> Sigma <SEP> 22 <SEP> RJC 500 <SEP> HG On a représenté sur la fig. 3 deux détecteurs R-B et R'-B', comprenant chacun une cellule rouge et une cellule bleue. Dans chaque détecteur, une cel lule bleue transparente recouvre la cellule rouge, comme expliqué plus en détail ci-après. Chaque dé tecteur présente des bornes t2 et t3 qui sont con nectées respectivement à une borne t4 d'une source de courant E et à la terre.
La borne-jonction t1 de chaque détecteur est connectée par l'intermédiaire d'une diode Dl ou D2 à la borne d'entrée t5 d'un circuit d'adaptation d'impédance et de relais Z.
Le circuit d'adaptation comprend deux étages Vl et V2 de transistor à charge à l'émetteur com pensés thermiquement par un thermistor Rt. La sortie e du second étage V2 fournit le courant à la bobine du relais K, qui actionne un contact k1. Un circuit compensateur de tension comprend une résis tance R2 en série avec la bobine K du relais, une résistance R3 et une diode D3. Le contact k1 du relais est en série avec une lampe I aux bornes de la source de courant E.
Le fonctionnement du circuit de la fig. 3 est le suivant: les détecteurs R -B et R'-B' sont typique ment en des endroits différents et par suite sont exposés à des conditions lumineuses différentes.
Le détecteur R-B par exemple peut voir une plus gran de quantité de flamme que le détecteur R'-B', par suite le détecteur R-B fournit une tension de signal à sa borne de sortie t1 supérieure à celle du détec teur R'-B'. La tension supérieure du détecteur R-B bloque simplement la conductance de la diode D2, et c'est la tension supérieure du détecteur R -B qui est appliquée à la borne d'entrée t5 du circuit d'adap tation. Les diodes Dl et D2 isolent également cha que dispositif d'un court-circuit qui peut se produire dans un autre dispositif détecteur.
Le signal d'entrée du circuit d'adaptation est reproduit à une impédance inférieure aux bornes de la bobine K du relais et de la résistance R2, par suite de l'amplification du courant dans les trans istors en cascade Vl et V2. Les changements de conductance des transistors Vl et V2, provoqués par un changement de température, sont compensés par un changement analogue de la conductance du thermistor Rt.
Le circuit de la diode comprenant la diode de Zener D3 et des résistances R3 et R2 prélève le courant à la source E et établit à la jonction de la bobine K et des résistances R2 et R3 une tension qui dépend de la tension de la source E. Si la ten sion de la source augmente au-dessus de 28 volts, la diode de Zener devient conductrice et augmente la tension à la jonction susmentionnée. Une augmen tation de la tension de la source provoquerait égale ment une augmentation de la tension aux bornes de la bobine K et de la résistance R2. Une telle aug mentation, en l'absence du circuit de la diode de Zener, contraindrait la bobine à fournir une fausse indication.
Toutefois, avec le circuit de la diode de Zener, la tension accrue fournie par la diode com pense la tension accrue aux bornes de la bobine K et de la résistance R2, de sorte que la tension aux bornes de la bobine K reste proportionnelle à la sortie que fournirait le détecteur de commande R-B ou R'-B' si la tension de la source restait constante, par exemple à 28 volts.
C'est-à-dire que des aug mentations erronées de la tension aux bornes de la bobine K, par suite d'une augementation de la ten sion de la source appliquée aux bornes du détecteur R-B et du circuit d'adaptation, sont compensées par une conductance accrue de la diode de Zener.
Le fonctionnement du circuit de la fig. 3 assure la fermeture du contact k1 du relais lorsque les con ditions lumineuses sont comme décrit précédemment en se référant à la fig. 1 et la lampe I s'allume alors, en indiquant les conditions lumineuses.
Un dispositif détecteur photoélectrique dans lequel une cellule recouvre l'autre est représenté sous une forme de réalisation sur les fig. 5 à 7 et sous une autre forme sur les fig. 8 à 12.
Sur la fig. 5, la cellule rouge R (ou une cellule quelconque sensible à des fréquences lumineuses par ticulières) est sensiblement recouverte par une cel lule bleue B (ou toute cellule sensible à des fréquen ces sensiblement différentes). Des bornes t1 et t2 sont soudées ou autrement reliées à la cellule rouge R. La borne t1 est également reliée à la cellule bleue B, tandis que la borne t2 est séparée d'une borne analogue t3 de la cellule bleue par un isolant C. Le détecteur de la fig. 5 est monté de façon ap propriée pour que la lumière tombant sur la cellule rouge R doive traverser la cellule bleue B.
La cellule bleue B peut, dans le cas du sulfure de cadmium monocristallin, présenter une teinte al lant du jaune au jaune orange et agissant comme fil tre. Comme indiqué par la courbe en pointillé Y de la fig. 2, un tel filtre présente une bande passante qui diminue brusquement vers la bande de réponse Rbl de la cellule bleue et par suite réduit la réponse de la cellule rouge aux fréquences de la cellule bleue. L'effet du filtre n'interrompt pas le passage du rayonnement sensiblement infrarouge aussi brusque ment.
Il en résulte que l'effet du filtre de la cellule bleue B augmente la sensibilité de la cellule rouge pour purifier la lumière infrarouge, en compa raison d'un rayonnement, tel que la lumière du soleil, présentant une teneur importante de lumière bleue et visible.
Le dispositif de la fig. 5 empêche d'obtenir de fausses indications par suite d'ombres ayant un bord linéaire, ou de taches d'ombres, tombant sur l'une des cellules mais pas sur l'autre. Dans la technique antérieure, l'effet d'une ombre couvrant la cellule bleue, mais non la cellule rouge, pouvait augmenter la résistance de la cellule bleue à 100 mégohms, tout en diminuant la résistance de la cellule rouge (dans la lumière du soleil) à 60 kiloohms. Lorsque l'impé dance de la cellule bleue et du circuit en parallèle (Zb et<B>1"</B> est sensiblement à 1M, la tension à la jonction t1 correspond sensiblement à [1M/(1M-I- 60K)
] [28] = 26 volts, ce qui suffit pour déclen cher le conditionneur de façon erronée.
Toutefois, diverses ombres tombant sur le détec teur de la fig. 5 .agissent de la façon suivante : si une ombre, comme représenté sur la fig. 6, présen tant un bord linéaire, tombe sur la cellule bleue B, parallèlement- à un axe passant par les bornes t1 et t2 ou t3, une partie de la cellule bleue et de la cel lule rouge devient fortement résistive et une partie présente une faible résistance.
Attendu que les deux parties de chaque cellule sont en parallèle, il reste un trajet présentant une faible résistance dans cha que cellule et l'ombre n'a pas d'effet. Si, comme représenté sur la fig. 7, l'ombre croise les deux cel lules entre leurs bornes, chaque cellule présente une résistance élevée et une résistance faible en série. Toutefois, la résistance élevée prédomine dans les deux cellules et l'effet obtenu est comme si les deux cellules étaient dans l'obscurité. De nouveau, l'om bre ne fournit pas de fausse réponse, comme dans la technique antérieure.
Une autre nouvelle construction du détecteur R-B des fig. 1 et 3 est représentée sur les fig. 8 à 12. On forme d'abord une cellule rouge R" sur un disque S de support en matière céramique sous la forme représentée sur la fig. 11.
Comme représenté sur la fig. 12, des bornes conductrices tl, t2 et t3, sous forme d'une pellicule évaporée, d'une fritte ou d'une pâte d'indium, d'or ou d'argent, par exemple, sont alors appliquées ou fixées ; les bornes t1 et t2 étant disposées de façon que leurs bases soient sur les extrémités opposées de la surface de la cellule rouge, la borne t3 se trouvant directement sur le support S. Un cristal transparent B" de la cellule bleue est alors fixé aux extrémités exposées des bor nes t1 et t3.
Ainsi, une extrémité de chacune des cellules bleue et rouge est connectée à la jonction commune t1, tandis que les autres extrémités sont reliées respectivement aux bornes t2 et t3 qui sont isolées l'une de l'autre par le disque de support S. Le détecteur complet est représenté sur les fig. 8 à 10, comme étant monté avec un disque de diffusion en verre dépoli 11 dans un tube 12.
Tandis que la cellule bleue B des fig. 5 à 7 re couvre à peu près totalement la cellule rouge R, sur les fig. 8 à 12 le recouvrement n'est pas complet. Toutefois, on évite les effets erronés d'une ombre grâce au disque 11 ou autre dispositif diffuseur, de façon qu'une ombre linéaire ou une tache d'ombre ne puisse pas tomber seulement sur la cellule bleue. Il est aussi possible de disposer les cellules côte à côte si le diffuseur élimine la totalité de l'ombre, mais aux dépens de la sensibilité.
Un appareil du genre décrit peut être utilisé pour détecter la fumée ou autre petite particule, comme représenté dans l'appareil de détection de flamme et de fumée des fig. 4, 13 et 14.
Comme représenté sur les figures 13 et 14, l'en semble détecteur à cellule photoélectrique R-B est monté dans un tube 12 fermé par un disque diffu seur 11. L'ensemble de la cellule et les conducteurs (non représentés) allant jusqu'à ses bornes t1 et t2 et t3 sont naturellement isolés du tube. Le tube est monté sur une console 13 à l'intérieur d'une cage de protection 14 en toile métallique ou en tôle perfo rée. Sur la console 13 est également montée une lampe L fournissant une source de rayonnement à laquelle le détecteur R-B répond de façon différente, dans ce cas aux rayons infrarouges.
Le tube 12 est conformé pour protéger le détecteur des rayons directs 16 de la lampe L, tout en fournissant une zone de vision 17 pour le détecteur, zone qui s'étend à travers la cage 13 jusqu'à l'extérieur. L'extérieur est ainsi surveillé, quant aux conditions de flamme ou de rayons infrarouges analogues qui sont détec tés, comme décrit plus haut. En même temps, la fumée ou autres petites particules peuvent passer, sans circulation forcée, à travers la cage dans la zone de vision 17 des cellules du détecteur. A l'en droit où la zone de vision 17 est traversée par les rayons 16 provenant de la lampe L, le rayonnement infrarouge est réfléchi ou dévié vers les cellules du détecteur.
Le détecteur étant conçu pour détecter le rayonnement infrarouge fournit alors un signal suffisant pour exciter le conditionneur et le dispo sitif indicateur, comme décrit ci-dessous.
La fig. 4 représente le circuit de l'appareil dé tecteur de flamme et de fumée des fig. 13 et 14. La lampe à rayons infrarouges L est reliée par l'inter médiaire d'un contact fermé normalement par le contact k1 du relais à la borne de courant t4. La cellule rouge R et la cellule bleue B sont connectées au circuit d'adaptation et conditionneur Z, comme sur la fig. 3 et en réponse à une source externe de rayons infrarouges contraignent le contact kl du relais à relier la lampe indicatrice I à la borne t4, de façon que la lampe I s'allume continuellement, tant que la source de rayonnement infrarouge per siste.
Si, en l'absence d'une source de rayonnement infrarouge externe, il existe de la fumée ou des va peurs, celles-ci contraignent la lampe à rayonnement infrarouge L à exciter le détecteur et le circuit con- dtionneur Z. Lorsque le relais du circuit condition- neur transfère son contact k1, le courant envoyé à la lampe L est interrompu, en éteignant ainsi la lam pe à rayons infrarouges L en même temps que la lampe indicatrice 1 s'allume.
Lorsque la lampe L est éteinte, le détecteur et le circuit conditionneur sont désexcités après un court retard inhérent au relais et le contact k1 transfère le courant de la lampe indicatrice I à la lampe à rayons infrarouges L. La lampe indicatrice I s'allume et s'éteint ainsi de façon répétée, chaque fois qu'une fumée est détec tée.
D'autre part, la lampe indicatrice I s'allume con tinuellement, lorsqu'une flamme ou source de rayon nement infrarouge externe analogue est détectée. Le circuit indicateur distingue ainsi un rayonnement infrarouge externe de la présence de petites particules et permet une surveillance simultanée d'un espace quant aux flammes et à la fumée à l'aide d'un seul détecteur.
Attendu que les circuits détecteur et condi- tionneur, ne sont sensibles qu'au rayonnement ex terne ayant la même caractéristique de fréquence que la lampe à rayons infrarouges L et ne sont pas sensibles à la lumière ambiante, comme la lumière artificielle <B>-ou</B> la lumière du soleil, les cellules détec trices n'ont pas besoin d'être protégées contre la lumière, comme dans les détecteurs de fumée de la technique antérieure.
Le présent détecteur est par conséquent particulièrement avantageux pour la détection de la fumée seule, en raison de sa source à rayonnement infrarouge locale et de la sensibilité du détecteur principalement aux fréquences de rayonnement infrarouge seulement. Il est évident que la fréquence de la source de rayonnement locale et que la réponse du détecteur peuvent être prévues pour des rayons autres que les rayons infrarouges, pour autant qu'ils présentent une caractéristique dif férente de la lumière ambiante.
La source locale et le détecteur peuvent présenter la même caractéristi que de fréquence que la lumière ambiante s'ils émet tent une lumière et sont sensibles à une lumière, res pectivement, ayant une caractéristique de modula tion différente de celle de la lumière ambiante.
Bien qu'on ait représenté dans l'appareil des fig. 1 à 3 une source de courant continu, le circuit de la fig. 1 peut fonctionner à partir d'une source de courant alternatif en utilisant un thyratron comme dispositif d'adaptation d'impédance A et en plaçant une capacité intégratrice en parallèle avec le solé noïde K du relais. Bien qu'on ait décrit la détection différentielle des fréquences de rayons. infrarouges, on peut détecter d'autres fréquences d'une ou plu sieurs bandes individuelles du spectre lumineux en les différenciant des autres fréquences et des autres bandes.