ES2221946T3 - Detector de humo optico. - Google Patents

Abstract

EL AVISADOR DE HUMO CONTIENE UN ELEMENTO AVISADOR (2), UN MODULO OPTICO Y UN CIRCUITO DE EVALUACION. EL MODULO OPTICO TIENE UNA FUENTE DE LUZ (4), UNA CAMARA DE MEDICION (3) Y UN RECEPTOR DE LUZ (5) UNIDO AL CIRCUITO DE EVALUACION. LA FUENTE DE LUZ (4) ESTA PREPARADA PARA EMITIR UNA RADIACION EN LA BANDA DE LONGITUD DE ONDA DE LA LUZ VISIBLE, ESTANDO ESTA LONGITUD DE ONDA PREFERENTEMENTE EN LA GAMA DE LA LUZ AZUL O ROJA. EL MODULO OPTICO ESTA REALIZADO PREFERENTEMENTE DE TAL MANERA QUE LA SEÑAL EMITIDA POR EL RECEPTOR DE LUZ (5) SEA UNA FUNCION DE LA LUZ DISPERSA POLARIZADA EN UN PLANO QUE INCIDE SOBRE AQUEL. EN EL CIRCUITO DE EVALUACION SE LLEVA A CABO LA SUPERPOSICION DE LA SEÑAL DEL RECEPTOR DE LUZ (5) CON UNA SEÑAL DE COMPENSACION QUE ESTA ELEGIDA DE TAL MANERA QUE LA SEÑAL DEL RECEPTOR DE LUZ (5) QUEDE REGULADA A UN VALOR CERO. EL AVISADOR DE HUMO SE CARACTERIZA POR UN COMPORTAMIENTO DE RESPUESTA NOTABLEMENTE MEJORADO PARA INCENDIOS ABIERTOS.

Description

Detector de humo óptico.

La presente invención se refiere a un detector de humo óptico con un inserto de detector, un módulo óptico y un circuito de evaluación, presentando el módulo óptico una fuente de luz, una cámara de medición y un receptor de luz que está conectado con el circuito de evaluación.

Estos detectores de humo conocidos como detectores de luz dispersa, en los que la fuente de luz se forma por medio de un diodo infrarrojo, se pueden emplear de una manera especialmente ventajosa allí donde un fuego está combinado con un desarrollo correspondiente de humo. Así, por ejemplo, los incendios de combustión sin llama se pueden reconocer esencialmente antes que con otros principios de detección. Por otra parte, se sabe que los detectores de luz dispersa el comportamiento de reacción óptimo a los incendios abiertos, de manera que existe aquí una cierta necesidad de mejora.

Por medio de la invención debe indicarse ahora un detector de luz dispersa con un comportamiento de reacción esencialmente mejorado a los incendios abiertos.

Este cometido se soluciona según la invención porque la fuente de luz está configurada para la emisión de una radiación en la gama de longitudes de onda de la luz visible.

En la publicación de D. S. Goodman: "Method for localizing light scattered particles", IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 27, Nº 5, Octubre de 1984, página 3164 XP002066860 se describe un método para el recuento de partículas individuales, siendo emitidos dos rayos de luz de diferente color que se cruzan entre sí, cuya zona de intersección define aquel volumen, en el que se pueden ver partículas.

En una primera forma de realización preferida del detector de humo según la invención, la longitud de onda de la radiación emitida por la fuente de luz está en el intervalo de la luz azul y la luz roja y tiene con preferencia 460 nm y 660 nm, respectivamente.

Los ensayos prácticos han dado como resultado que los detectores de luz dispersa con un diodo emisor rojo presentan un comportamiento de reacción claramente mejorado y los detectores con un diodo emisor azul presentan un comportamiento significativamente mejorado a los incendios abiertos. El comportamiento de reacción se mejora a través de la utilización de diodos emisores que emiten luz en el intervalo de longitudes de onda mencionados hasta el punto de que las propiedades de detección de los detectores de luz dispersa equipados de esta manera para incendios abiertos se aproximan a las de los detectores de ionización o de los llamados dispositivos de dispersión traseros.

Los dispositivos de dispersión traseros son, como se sabe, detectores de luz dispersa con un ángulo de dispersión mayor que 90º, que reconocen mejor los incendios abiertos, en los que, sin embargo, la señal del receptor es sólo una fracción de la señal del receptor de los dispositivos de dispersión delanteros. La razón de esta detección mejorada de los incendios abiertos podría residir en que en las longitudes de ondas más cortas se pueden detectar mucho mejor los aerosoles pequeños, como se producen sobre todo en los incendios abiertos.

El comportamiento de reacción a los incendios abiertos se puede mejorar todavía adicionalmente cuando, según otra forma de realización preferida del detector de humo según la invención, el módulo óptico está configurado de tal forma que la señal emitida por el receptor de luz al circuito de evaluación es una función de la luz de dispersión polarizada en un plano y que incide sobre aquél.

Una tercera forma de realización preferida del detector de humo según la invención se caracteriza porque en el circuito de evaluación se lleva a cabo una superposición de la señal del receptor de luz con una señal de compensación, que está seleccionada para que la señal del receptor de luz sea corregida al valor cero.

En los detectores de luz dispersa conocidos, como se describen en el documento DE-A-44 12 212, la fuente de luz y el receptor de luz están dispuestos de tal forma que sus ejes ópticos se encuentran en un plano horizontal común y están pandeados entre sí. A lo largo del borde lateral del módulo óptico configurado en forma de caja están previstas partes laberínticas, que sirven para limitar la radiación de la fuente de luz y el campo de visión del receptor de luz y para impedir que la luz que procede desde el exterior entre en la cámara de medición. Cuando mejor cumpla el laberinto estas funciones, tanto mejor impide la penetración de humo en la cámara de medición, por lo que en determinadas circunstancias, el detector solamente reacciona después de un cierto retraso.

Por medio de la invención debe mejorarse ahora también en una medida significativa el comportamiento de penetración del humo en la cámara de medición.

Este cometido se soluciona en una cuarta forma de realización preferida del detector de humo según la invención porque la disposición de la fuente de luz y de los receptores de luz está seleccionada para que el plano que está cubierto por los ejes ópticos de la trayectoria de los rayos del lado del emisor y del lado del receptor se extienda inclinado con respecto al plano horizontal.

Con preferencia, el eje de la trayectoria de los rayos en el lado del receptor se extiende verticalmente con respecto al eje de la trayectoria de los rayos del lado del emisor.

Puesto que en esta disposición, el campo de visión del receptor, según la "dirección de la visión" está limitado por el fondo o por la tapa de la cámara de medición o del detector, se puede prescindir casi completamente del laberinto, de manera que se posibilita una entrada de humo prácticamente ininterrumpida en la cámara de medición.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de ejemplos de realización y de los dibujos; en este caso:

La figura 1 muestra una vista simplificada del módulo óptico de un primer ejemplo de realización de un detector de luz dispersa según la invención.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un ejemplo de realización del circuito de evaluación del detector de luz dispersa de la figura 1.

La figura 3 muestra una representación esquemática de un segundo ejemplo de realización de un detector de luz dispersa según la invención.

La figura 4 muestra una sección transversal a través de un tercer ejemplo de realización de un detector de humo de luz dispersa según la invención al nivel del eje óptico de la fuente de luz con dirección de la visión hacia el zócalo del detector; y

La figura 5 muestra una sección esquemática según la línea V-V de la figura 4.

El módulo óptico 1 representado en la figura 1 es parte de un inserto de detector 2, que se puede fijar en un zócalo (no representado) que está montado con preferencia en la tapa del espacio a supervisar. El módulo óptico 1 está constituido esencialmente por una cámara de medición 3 optoelectrónica con una fuente de luz 4 que está formada por un diodo luminoso (LED), con un receptor de luz 5 que está forrmado igualmente por un diodo con una pantalla central 6 y con un llamado laberinto 7. La pantalla central 6 impide que los rayos de luz puedan llegar por vía directa desde la fuente de luz 4 hacia el receptor de luz 5 y el laberinto 7 sirve como barrera luminosa para la limitación del campo de visión del receptor de luz 5. La cámara de medición 3 está cerrada de forma hermética a la luz por medio de una pared lateral 8 y por una tapa no representada. Esta estructura del detector es conocida y no se describe aquí en detalle. En este contexto, se remite al documento EP-A-0 772 170 y a la solicitud internacional PCT/CH 97/00269.

Los ejes ópticos de la fuente de luz 4 y del receptor de luz 5 no se encuentran en una recta común, sino que presentan un desarrollo curvado, estando dispuesta la pantalla central 6 en la proximidad del punto de intersección de estos dos ejes. El laberinto 7 suprime la llamada luz de fondo, que es provocada por dispersiones o reflexiones no deseadas. Cuanto mejor se suprime esta luz de fondo, tanto más profundo es el impulso básico, es decir, aquella señal que es detectada cuando no están presentes partículas de dispersión de la luz en la cámara de medición 3. La zona de intersección del haz de rayos emitido por la fuente de luz 4 y del campo de visión del receptor de luz 5 forma la zona de medición propiamente dicha, que se designa a continuación como espacio de dispersión.

La fuente de luz 4 emite impulsos de luz cortos, intensivos, en el espacio de dispersión, "viendo" el receptor de luz 5, en efecto, el espacio de dispersión, pero no la fuente de luz 4. La luz de la fuente de luz 4 es dispersada a través del humo que penetra en el espacio de dispersión, y una parte de esta luz dispersa incide sobre el receptor de luz 5. La señal del receptor generada de esta manera es procesada por una electrónica de evaluación (figura 2).

El diodo utilizado como fuente de luz 4 emite, en lugar de la radiación infrarroja habitual hasta ahora con una longitud de ondas de aproximadamente 880 nm, luz roja o azul de una longitud de ondas de aproximadamente 660 nm o bien 460 nm. Estas longitudes de onda más cortas tienen la ventaja de que se pueden detectar mucho mejor los aerosoles más pequeños, como se producen sobre todo en los incendios abiertos, de manera que, comparado con la radiación infrarroja, se mejora claramente el comportamiento de reacción a los incendios abiertos.

El comportamiento de reacción a los incendios abiertos se puede mejorar todavía adicionalmente cuando se dispone aguas arriba del receptor de luz 5 un filtro de polarización, que deja pasar solamente la componente de polarización perpendicularmente al plano de dispersión (es decir, el plano, en el que se encuentran los ejes ópticos de la fuente de luz 4 y del receptor de luz 5), o cuando la cámara de medición 3 es impulsada con luz polarizada. Con respecto a las ventajas de la utilización de filtros de polarización y de luz polarizada se remite al documento CH-A-682 428.

De acuerdo con la figura 2, aguas arriba de la fuente de luz (LED) 4 está conectado un primer modulador 9, a través del cual se lleva a cabo una modulación adecuada de la radiación emitida por la fuente de luz 4. Con preferencia, esta radiación está constituida por una secuencia continua de impulsos y de pausas de impulsos, de manera que la cámara de medición 3 (figura 1) es impulsada con luz roja o azul pulsátil. También puede ser conveniente insertar después de una secuencia de un número determinado de impulsos y de pausas de impulsos una pausa de emisión predeterminada más larga. En este caso, la radiación de la cámara de medición se realiza a través de trenes de impulsos o paquetes de impulsos emitidos de forma intermitente e interrumpidos por pausas de emisión. En este caso, las pausas de emisión están en una relación fija o en una relación de tiempo variable con respecto a los trenes de emisión. El control del primer modulador 9 se realiza a través de una fase de control 10, que recibe su pulso de control desde un generador de pulsos de control 11. La fase de control 10 determina especialmente la secuencia de tiempo y la longitud de las señales emitidas a la fuente de luz 4.

La luz dispersa que llega al receptor de luz 7 es convertida en una corriente proporcional (señal del receptor) l_{e}, que es alimentada a un convertidor de corriente / tensión 12, que está conectado aguas abajo del receptor de luz 5 y es convertida por éste en una tensión (señal de recepción) U_{e}. El convertidor 12 actúa adicionalmente como una especie de filtro, suprimiendo la luz extraña que procede de la iluminación natural o artificial. En un filtro de frecuencia 13, que está conectado aguas abajo del convertidor de corriente / tensión 12, se filtran a partir de la señal de recepción U_{e} las frecuencias no deseadas. La salida del filtro de frecuencia 13 está conectada con una derivación 14 que está controlada por la fase de control 10 en el pulso de reloj de la modulación de la fuente de luz 4.

La señal de salida del filtro de frecuencia 13, que está liberada en gran medida de interferencias, es alimentada a través de la derivación 14 de forma alterna a uno de dos integradores 15, 15'. En este caso, la derivación 14 es controlada por la fase de control 10, de tal manera que la señal de recepción U_{e}es conducida durante el tiempo de la emisión de los impulsos a uno de los integradores, por ejemplo al integrado 15, y durante el tiempo de las pausas de los impulsos es conducida al otro integrador, por ejemplo al integrador 15'. Durante todas las pausas de emisión entre los trenes de impulsos o paquetes de impulsos, la derivación 14 se mantiene en una posición neutra, en la que ninguno de los dos integradores 15 ó 15' está impulsado con la señal de recepción. La derivación 14 está formada con preferencia por medio de un conmutador controlado.

En virtud del control de la derivación 14 en el pulso de reloj de la modulación, el integrador 15 recibe exclusivamente eventuales restos de la señal de interferencia filtrada a partir del tiempo de los impulsos de emisión, y el integrador 15' recibe solamente eventuales restos de la señal de interferencia filtrada a partir del tiempo de las pausas de los impulsos, de manera que la luz dispersa puede ser obtenida a través de una formación sencilla de la diferencia de las señales de salida de los dos integradores 15 y 15'. Esta formación de la diferencia se realiza en una fase 16 que está conectada aguas debajo de los dos integradores 15, 15'. Su señal de salida es la luz dispersa, en gran medida purificada de interferencias, que incide sobre el receptor de la luz 5, que forma la señal útil U_{n} para la evaluación de la señal.

La señal útil U_{n} es alimentada, por una parte, a un comparador y, por otra parte, a una de las entradas de un segundo modulador 19, cuya segunda entrada está conectada con la fase de control 10 y cuya salida está conducida a través de una resistencia 20 a la entrada del convertidor de la corriente / tensión. El segundo modulador 19 superpone a la señal del receptor de luz 5 a contrafase una corriente de compensación l_{k} hasta que la señal de entrada del convertidor de corriente / tensión 12pasa a ser cero o bien l_{k} = l_{e}. A través de la amplificación de los bucles de \geq 10, se aplica con gran exactitud U_{n} = l_{e} \cdot R, designando R el valor de la resistencia 20. Esto se aplica también para las amplificaciones de los bucles con una desviación de varios números elevados a la décima potencia. Este circuito de regulación se puede comparar con un circuito de puente de compensación automática. Con una estructura técnica correspondiente, este circuito permite la resolución de corrientes de luz hasta la zona de picoamperios. El comparador 18 compara la señal útil U_{n} con al menos un valor umbral y, en el caso de que se exceda, proporciona una señal correspondiente a una salida de alarma 21.

La señal en la salida de alarma 21 puede ser evaluada adicionalmente, por ejemplo se puede verificar su factibilidad, lo que se puede realizar en el detector o en la central correspondiente, o se conduce sin procesamiento posterior a la centra, donde se registra entonces el estado correspondiente y, dado el caso, se emite una alarma. La señal en la salida de alarma 21 puede activar también de una manera adicional o alternativa un diodo luminoso que está dispuesto en el detector.

Como se indica de forma esquemática en la figura 3, también es posible prever en lugar de un canal de medición dos canales de medición, uno de los cuales está constituido, por ejemplo, de forma convencional y contiene un diodo emisor infrarrojo 4 y un diodo de recepción 5 y el otro contiene un LED en color y/o un filtro de polarización 22 o el segundo diodo de recepción puede estar configurado como dispositivo de dispersión trasero 5'', eventualmente con filtro de polarización 22' conectado aguas arriba del mismo. El filtro de polarización 22 puede estar dispuesto también entre el diodo emisor 4 y la cámara de medición 3.

El detector de dispersión representado en las figuras 3 y 4 se diferencia del detector de dispersión representado en la figura 1 esencialmente porque los ejes ópticos de la trayectoria de los rayos del lado del emisor y del lado del receptor no se encuentran en un plano horizontal común sino en un plano inclinado con respecto al plano horizontal, de manera que el receptor de luz 5 no "mira" en dirección horizontal sino inclinado desde arriba hacia abajo o a la inversa.

De acuerdo con la representación, el eje óptico de la trayectoria de los rayos en el lado del emisor se extiende verticalmente desde arriba hacia abajo, pero se podría extender también en el sentido opuesto y su ángulo de inclinación con respecto al eje óptico de la trayectoria de los rayos en el lado del emisor podría ser también menor o mayor que 90º. Es esencial que el eje óptico de la trayectoria de los rayos en el lado del receptor esté orientado de tal forma que el campo de visión del receptor no esté limitado por un componente que impide la entrada de humo en la cámara de medición.

El inserto de detector 2 tiene esencialmente la forma de una caja redonda plana abierta hacia arriba, en cuyo espacio interior está dispuesta una placa de circuito impreso (no representada) con la electrónica de evaluación. Sobre el inserto de detector 2 está colocada a solapa una campana 23 de detector, que está provista con ranuras de entrada de humo 24. En el lado inferior del fondo del inserto de detector 2 están previstos una carcasa 25 con el emisor de luz 4 y un medio de retención 26 para la tapa designada con el número de referencia 27 y que cierra la cámara de medición 3 hacia abajo.

La tapa 27 lleva una barrera óptica 28 que se proyecta hacia arriba hacia el fondo del inserto de detector 2. Entre la fuente luminosa 4 y la barrera óptica 28 está formada una cámara de medición 3. La pared lateral 8 de la tapa 27 está en gran medida abierta sobre la barrera óptica 28, con lo que se garantiza una entrada lo más ininterrumpida posible del humo a la cámara de medición 3. Sobre la tapa 27 fijada en el fondo del inserto de detector 2 está acoplada, además, una rejilla de insectos 29 que está adaptada a la forma de la tapa, que está fijada igualmente en los medios de fijación 26.

El eje del cono de radiación emitido desde la fuente de luz 4 se extiende transversalmente a través del espacio de medición 3 en un plano horizontal paralelamente al fondo del inserto de detector 2. La barrera óptica 28 impide que la luz emitida por la fuente luminosa 4 puede penetrar desde el detector lateralmente hacia fuera. El receptor de luz 5 está dispuesto en el centro del fondo del inserto de detector 2 y se encuentra, de acuerdo con la representación, ligeramente por encima de éste. El fondo del inserto de detector 2 presenta debajo del receptor de luz 5 y a nivel con éste una abertura, que está rodeada hacia el espacio de medición 13 por una pantalla 30 de forma anular y en la que se inserta con preferencia una lente 31.

El receptor de luz 5, la pantalla 30 y, dado el caso, la lenta 31 definen el eje óptico de la trayectoria de los rayos en el lado del receptor, que se extiende en la dirección vertical y cruza perpendicularmente el eje óptico horizontal del lado del emisor. El receptor de luz 5 mira, por lo tanto, igualmente desde arriba sobre el haz de rayos emitido por la fuente de luz 4. El espacio de dispersión, que forma la zona de medición propiamente dicha, en la zona de intersección del haz de rayos en el lado del emisor y en el lado del receptor, está designado con el signo de referencia 32.

El campo de visión del receptor de luz 5 está delimitado por el fondo de la tapa 27 y por la campana 23 del detector y se impide por medio de la pantalla 30 una radiación directa del receptor de luz 5 con luz extraña. De esta manera, la pared lateral 27 pierde sus funciones anteriores y se puede omitir, por lo que se mejora en una medida considerable el comportamiento de penetración del humo y de los aerosoles en la cámara de medición 3. La barrera óptima 28 que está presente todavía sobre una zona corta de la pared lateral de la tapa 27 y que no es absolutamente necesaria en lo que se refiere a la función no tiene ya ninguna influencia en la práctica sobre el comportamiento de penetración del humo.

Evidentemente, las disposiciones descritas con la ayuda de los ejemplos de realización representados en las figuras 1, 3 así como 4 y 5 se pueden realizar tanto por sí mismas como también en combinación discrecional. Por lo tanto, se puede emplear el diodo LED de color de la figura 1 también en un detector según las figuras 4 y 5, y de la misma manera el detector según las figuras 4 y 5 podría presentar dos canales de medición y/o filtros de polarización. El circuito de evaluación representado en la figura 2 se puede emplear igualmente en todos los ejemplos de realización, siendo necesarias ciertas adaptaciones insignificantes.

Claims (10)

1. Detector de humo óptico con un inserto de detector (2), un módulo óptico (1) y un circuito de evaluación, presentando el módulo óptico (1) una fuente de luz (4, 4'), una cámara de medición (3) y un receptor de luz (5', 5') que está conectado con el circuito de evaluación, caracterizado porque la fuente de luz (4) está configurada para la emisión de una radiación en la gama de longitudes de ondas de la luz visible.

2. Detector de humo según la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud de ondas de la radiación emitida por la fuente de luz (4) está en el intervalo de la luz azul y la luz roja y tiene con preferencia 460 nm y 660 nm, respectivamente.

3. Detector de humo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el módulo óptico (1) está configurado de tal forma que la señal emitida por el receptor de luz (5') al circuito de evaluación es una función de la luz de dispersión polarizada en un plano y que incide sobre aquél.

4. Detector de humo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque están previstos dos canales de medición o bien con un emisor de luz (4) y dos receptores de luz (5, 5', 5'') o con dos emisores de luz (4) y un receptor de luz (5), estando dispuesto un filtro de polarización en uno de los canales de medición.

5. Detector de humo según la reivindicación 4, caracterizado porque en el caso de una disposición con dos emisores de luz (4) y un receptor de luz (5), uno de los emisores de luz (4) está formado por un diodo que emite una luz en color.

6. Detector de humo según la reivindicación 4, caracterizado porque en el caso de una disposición con dos receptores de luz (5, 5', 5''), uno de los receptores de luz (5'') está impulsado con luz dispersada hacia atrás.

7. Detector de humo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el circuito de evaluación se lleva a cabo una superposición de la señal (I_{e}) del receptor de luz (5, 5') con una señal de compensación (l_{k}), que está seleccionada para que la señal del receptor de luz (5, 5') sea corregida al valor cero.

8. Detector de humo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la disposición de la fuente de luz (4, 4') y de los receptores de luz (5, 5') está seleccionada para que el plano que está cubierto por los ejes ópticos de la trayectoria de los rayos del lado del emisor y del lado del receptor se extienda inclinado con respecto al plano horizontal.

9. Detector de humo según la reivindicación 8, caracterizado porque el eje de la trayectoria de los rayos se extiende verticalmente con respecto al eje de la trayectoria de los rayos del lado del emisor.

10. Detector de humos según la reivindicación 9, caracterizado porque el inserto de detector (2) presenta en su fondo una carcasa (25) con la fuente de luz (4) y medios de retención (26) para una tapa (27) que delimita la cámara de medición (3) hacia abajo con una pared lateral (8) en gran medida abierta, y porque el receptor de luz (5) está dispuesto en la zona del fondo del inserto de detector (2).