散射光烟雾报警器烟雾模拟装置、校准烟雾灵敏度的方法及此装置的应用

摘要

烟雾模拟装置包含一个透明物体(5)，其中封入若干能散射入射光的散射中心(6)。在校准由一个光源(1)、一个传感器(2)、一个光透射的测试空间体积(3)和一个分析电子电路构成的报警器时，将透明物体(5)置于测试空间体积(3)的特定部位上并且用光源(1)照射。然后调节分析电子电路的输出一个预定的信号，此信号优先与构成烟雾报警器报警浓度的烟雾密度相对应。

说明书

本发明涉及散射光烟雾报警器领域，特别是其功能的校准和检验。这种散射光烟雾报警器属于光学烟雾报警器范畴，是一种广泛应用的烟雾报警器。它利用燃烧烟雾的光学性质并且可以在多数情况下还能有效采取消防措施的时刻提前识别火警。这里，可靠报警的先决条件是所有的烟雾报警器均保持相同的烟雾灵敏度，其中，烟雾灵敏度的量值通常是由技术标准和规范确定的。对散射光烟雾报警器而言，烟雾灵敏度的校准是极其重要的，然而这也正是报警器生产过程中的一个技术难题。

大家知道，散射光烟雾报警器包括一个通常以脉冲工作方式向报警器的一个可以进入燃烧烟雾的空间体积内辐射光的光辐射器和一个接收不到光辐射器直射光的光敏传感器。只要是在上述空间体积内有燃烧烟雾存在，则由光辐射器所辐射的光即在此燃烧烟雾上产生散射。散射光到达传感器，所述传感器置于仅能在上述空间体积内的一个作为测试空间体积的有限区域内接收散射光。在传感器上通过散射光产生的电信号输入至电子电路的分析级进行分析，其中，当传感器的信号超过某临界值时将产生一个报警信号。作为这种类型的一个散射光烟雾报警器可参阅GB-A-2251067。

为了避免在无烟雾时光照射在传感器上，采用了可以屏蔽传感器免除干扰的复杂的迷宫式结构。主要的干扰源首先是沉积在限定测试空间体积界面上的尘埃微粒。通过采取各种设计措施均不能完全排除在这些界面上的某些本底反射，即使在非常清洁的报警器上此本底反射也会导致产生一定的基本信号。

灵敏度的校准，即散射光烟雾报警器的校正是在制造过程中进行的，这里主要是采用人们熟知的三种方法，即采用检验烟雾调节，藉助于本底反射调节以及将一个物体放入测试空间体积内进行功能检验。

在第一种方法中，将散射光烟雾报警器置于一个小室中或一个通道内，此通道可以填充已知特征和浓度的检验烟雾，其中，首先将烟雾密度调节到报警浓度，然后再相应地调节报警器的灵敏度，即使不考虑以所希望的浓度产生恒定的校正烟雾在技术上的困难，这种方法也是很耗费时间的，即在现今通常的生产速率下需要为数很多的烟雾校准仪器同时工作，从而对这种仪器的控制和稳定度提出了很高的要求，因此成本很高。

在第二种方法中，选择了上述在测试空间体积界面上的本底反射作为调节的参考值，并且选择通过本底反射而产生的信号的某一增加值作为报警阈值。这种方法尽管无需检验烟雾并且要比第一种方法大大加快，然而它却对界面的物理性质提出了很高的要求，特别是没有在物理上等效的替代物以取代某特定浓度的烟雾进行校准。

因为在烟雾微粒上光的散射涉及到一个体积效应。即由传感器接收到的散射光是由在测试空间体积内大量的基本散射组合而成的，然而本底反射则是一个纯表面效应。因此按此方法校准的报警器不一定具有相同的灵敏度，并且严格地说它们也没有就是否可以探测在测试空间体积内存在的光散射微粒进行一次检验。

第三组的方法，即通过在测试空间体积内放入一个物体来检验烟雾报警器的方法是纯定性的方法，因而作为校准方法是很不准确的。在GB-A-1079929和US-A-4,099,178中描述了这类方法的一些实例。

本发明涉及一个散射光烟雾报警器烟雾模拟装置，烟雾报警器是由一个光源、一个由此光源照射的测试空间体积和一个用于测量在测试空间体积内所产生的散射光的传感器组成的烟雾模拟装置应在物理上等效于一种烟雾剂并且可以使烟雾灵敏度准确、可重复和快速校准成为可能。

所提出的目的根据本发明是通过一个可放入测试空间体积内的、包含有入射光的许多散射中心的透明物体加以解决的。因为这些散射中心是在透明物体内而不是在其表面上，所以入射光在这些散射中心上的散射构成了一个体积效应，从而与在烟雾微粒上的散射等效。

本发明还涉及一种采用上述烟雾模拟装置校准由一个光源、一个传感器、一个光透过的测试空间体积和一个电子电路分析级构成的散射光烟雾报警器的烟雾灵敏度的方法。

本发明所述方法其特征在于，透明物体在一定的部位置于待校准报警器的测试空间体积中并且由光源照射，然后将分析电子电路调节至输出一个相应于某特定烟雾密度的预定的信号。

通过将透明物体装入测试空间体积则此测试空间体积至少是部分地填充了若干散射中心，这样就模拟了烟雾的存在。然后将此散射光烟雾报警器与一个电源和一个适当的校准仪器连接。根据此报警器输出信号的量值将分析电子电路调节到报警器达到某特定状态、优选是达到报警状态、这样就可以将同一生产系列的所有报警器以很高的精度校准到具有相同的烟雾灵敏度。显然，本发明所述校准方法也可以应用于进行信号分析和在一个中心可产生一个报警信号的报警器。

本发明还涉及用于检验散射光烟雾报警器的烟雾灵敏度的上述烟雾密度模拟装置的应用。其特征在于，在待检测报警器中放入一个透明物体，此透明物体含有如下空间分布的若干散射中心，即在放入报警器后其测试空间体积至少部分地用模拟高于报警器报警浓度的烟雾浓度那样浓度的散射中心所填充。

此外，本发明还涉及上述烟雾密度模拟装置在检验散射光烟雾报警器污染方面的应用。其特征在于，在待检验的报警器中放入一个透明物体，它包含有如下空间分布的若干散射中心，即在放入报警器后，相应于未污染报警器的测试空间体积内没有散射中心。

下面藉助于几个实施例和几个附图对本发明进一步加以阐述。

图1示出用于调节散射光烟雾报警器的包含着本发明所述烟雾模拟装置的一个部件的截面；

图2示出了采用图1所示部件调节散射光烟雾报警器的仪器示意图；

图3示出了用于检验散射光烟雾报警器污染的、包含着烟雾模拟装置的一个部件的截面。

大家知道，散射光烟雾报警器包含着一个置于测试室中的光电子系统，此系统对外部干扰光屏蔽，但是能够最佳地探测所进入的明暗烟雾微粒。此光学系统主要由一个光辐射器、例如发射短强光脉冲的红外发光二极管、一个接收器、一个光阑装置和一个用于接收器对直射光和反射光进行屏蔽的迷宫式结构构成。辐射器和接收器是这样设置的，即其光学轴以一个特定的角度，例如70°至120。相互交叉，致使接收器仿佛可以从侧面观察到由辐射器辐射出的光束。测试室中既由辐射器光束照射，也在接收器视野中的部分，也就是辐射器和接收器光路的截面构成了所谓的测试空间体积。只有在此空间体积中产生的散射光才可以到达接收器并进行分析。

图1示出了一个无需向测试空间体积放入检验烟雾即可以调节灵敏度、换言之即可以调节散射光烟雾报警器的检验插件P的截面。为了明了起见，在图中绘上了报警器光学系统的辐射器(光源)1和接收器(传感器)2，相应的光路以及测试空间体积3。但是这些部分显然是报警器的组成部分而不是检验插件P的组成部分。根据图示检验插件P大致具有一个开口的扁平盒或一个有底面4的罩的形状。在其上面固定着一个包含着若干散射中心6的透明物体5且还可能固定着一个光学迷宫式结构7。此外还有固定装置(图中未绘出)。采用这些固定装置使在报警器中的、特别是在测试室中的检验插件P可调。这些固定装置例如可以用如下方式构成，即将它们锁定在辐射器1和接收器2上的相应工件上、例如锁定在围绕它们的外壳上，从而使检验插件P相对于辐射器和接收器既可以定位也可以固定。

透明物体5是这样设计和定位的，即它至少是部分地填充了测试空间体积3。例如它由一种硅橡胶，例如DowCorning介电硅凝胶3-6527A&B构成，其中，均匀分布并固定着平均颗粒直径为30至50μm的氧化铝颗粒作为散射中心6。为了制造这种透明物体5，将分布在硅橡胶中的氧化铝颗粒通过不断的搅拌与硅橡胶混合直到均匀分布为止，然后将此混合物质灌入一个模型中并且固化。固化后这些微粒已固定在硅橡胶中并不再改变它们的部位。在光照时产生的散射光仅与光强和辐射器1和接收器2的聚焦相关。

通过嵌入微粒而产生的散射光强与通过烟雾而产生的散射光强的关系可以通过一次实验测定，然后根据测量数据计算出检验插件P的材料常数。这些散射中心6也可以不是由固定嵌入的微粒而是由固定嵌入的空腔、例如空气泡构成，其在光散射方面的性能与固体微粒相仿，就是说散射中心6可以由各种类型的散射光的嵌入物质构成。选择散射中心6的浓度致使在配置着检验插件P的报警器上产生的散射光产生一个特定的信号。优先选择这样的浓度、即使散射光满足报警器的报警判据。

图2示出了具有图1所示检验插件P的散射光烟雾报警器SM调节仪器的示意图。根据图示报警器SM由一个具有烟雾入口8的机壳9和一个在此机壳中配置的报警器部件10构成。在报警器部件10的一侧(在图中为下侧)配置着一个分析电子电路11，在其另一侧则有含辐射器1、接收器2和迷宫式结构7的测试室12。在一个优选的实施例中，此迷宫式结构7置于罩形的闭锁部件中，参照图2，此闭锁部件可自上方移位至测试室12。在这种情况下检验插件P具有相同的形状和相同的迷宫式结构，但是额外还有一个透明物体5。这种解决方案是很独特的，因为为了校准报警器SM仅需要将罩形的闭锁部件用检验插件P加以取代。

用参照符号13表示的校准仪器包含一个用于待检测的带必要电接线端的报警器SM的固定板或垫板14，一个电源15和一个校准电子电路16。电源15通过两条导线17和18与待校准的报警器SM相连，而校准电子电路16则通过导线19和20与报警器相连。通过导线19使校准电子电路16获得由于检验插件P的引入而产生的报警器信号并且通过导线20将报警器的分析电子电路11调节到所要求的烟雾灵敏度值。

校准是这样进行的，即首先测量进行校准所必要的报警器参数并且记录下来。然后将检验插件P放入报警器，这样，当启动辐射器1时即产生一个与某特定报警器信号相应的特定的光散射。此信号输入到调节电子电路16并在那里与预先设定的、优选采用与报警器烟雾密度相应的信号进行比较。如果此报警器信号与额定值偏离，则通过导线20对分析电子电路11加以调节直到报警器信号与额定值相符为止。这样就可以保证使报警器在特定的、总是相同的烟雾密度时给出一个报警信号，于是校准结束。

检验插件P也可以用于检验已安装上并正在工作中的散射光烟雾报警器的烟雾灵敏度。在这种情况下，也是将一个具有透明物体5的检验插件P安装在待检验的报警器上。透明物体5含有如下空间分布的散射中心6，即安装在报警器上之后其测试空间体积3(见图1)至少部分地用散射中心6填充。其中，选择散射中心的浓度使其模拟在报警临界值以上的烟雾密度，从而在将检测插件P装入报警器后就应该启动报警。如不能启动报警，则表明相应的报警器功能不正常并应进行进一步的检验。

应用检验插件P的另一个可能性是检测很长时间以来一直付诸应用的散射光烟雾报警器的污染度。这种类型的检测是必要的，因为污染通常会导致测试空间体积的增大，从而产生不希望有的散射光，而此散射光也能启动报警。

图3示出了一个适用于检测散射光烟雾报警器污染的检验插件P′的截面，其中，未污染烟雾报警器的测试空间体积3以虚线为界线，而污染了的烟雾报警器的已增大了的测试空间体积以实线为界线。用于这种检验的透明物体5′与校准烟雾灵敏度所用透明物体5(见图1)的区别在于散射中心的分布。在图1所示检验插件P的透明物体5中散射中心6是均匀分布的，而检验插件P′的透明物体5′中的散射中心6′的分布是不均匀的，甚至在报警器中所安装的检验插件P′中，在表示未污染报警器特征的测试空间体积3内没有散射中心，而表示已污染报警器特征的测试空间体积附加的区域内则有许多散射中心6′。

如果将一个这种类型的检验插件P′安装在报警器中，在未污染的报警器中由于在测试空间体积3内没有散射中心，从而不启动报警。反之，在一个污染了的报警器中已增大了的测试空间体积内存在的散射中心6′将启动报警。此报警表示测试空间体积已经显著增大并且应视为误报警。这样的报警器就应该进行清洁处理了。