Brevet FR2456529A1 — publié le 19801212

La présente invention concerne un appareil détecteur de fumée. Elle a trait plus particulièrement à un appareil électro-optique pour détecter la présence de fumée dans l'air se trouvant ou se déplaçant dans l'appareil. Une des limitations des détecteurs optiques de fumée consiste en ce qu'ils sont extrêmement sensibles à la présence de grosses particules de fumée et moins sensibles à de petites particules de fumée. L'invention a en conséquence pour objet de fournir un appareil détecteur de fumée possédant une meilleure sensibilité vis-à-vis des petites particules de fumée. On définit les petites particules de fumée comme des particules ayant un diamètre D inférieur à la longueur d'onde de la lumière utilisée. Les petites particules de fumée ont tendance à être produites dans des feux flamboyants ou des feux à combustion rapide à la différence de feux qui couvent, pour lesquels on a tendance à détecter de grosses particules de fumée. Conformément à la présente invention, on prévoit un appareil détecteur de fumée, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de détection de fumée pourvue d'une entrée et d'une sortie d'air, une source de rayonnement placée dans ladite chambre, un élément sensible au rayonnement et un élément réfléchissant le rayonnenent qui sont placés dans la chambre et qui sont disposés par rapport à la source de façon que, en l'absence de fumée dans la chambre, pratiquement tout le rayonnement émis par la source arrive sur l'élément réf lé- chissant pour être renvoyé vers la source et de manière que, en présence de fumée dans la chambre, le rayonnement soit dispersé et arrive sur l'élément sensible qui détecte la présence de fumée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 représente schématiquement un appareil détecteur de fumée selon l'invention, Fig. 2 est une représentation graphique donnant la lumière dispersée vers l'avant A et vers l'arrière R dans le détecteur de fumée en fonction des dimensions des particules de fumée, Fig. 3 représente un second mode de réalisation de l'appareil détecteur de fumée selon l'invention, Fig. 4 et 5 montrent schématiquement l'effet de dispersion du rayonnement dans le mode de réalisation de la fig. 3, sur la figure 4iD signifie dispersion et ND pas de dispersiontandis que sur la figure 5 le symbole Q indique des effets de dispersion. En considérant la fig. 1, on voit que l'appareil détecteur de fumée comprend un carter extérieur 10 pourvu d'ouvertures 11 et 12 placées respectivement dans ses parties inférieure et supérieure pour permettre le passage de l'air au travers de la chambre de détection 13. De l'énergie rayonnante émise par une source 14 et correspondant au spectre visible, infrarouge ou ultraviolet, et appelée ci-après lumière, passe au travers d'une lentille de focalisation 15 pour pénétrer dans la chambre 13 de manière à être dirigée sur un petit miroir 16 qui est placé au centre d'un détecteur 17 de surface relativement grande.La source, la lentille et le détecteur sont tous logés à l'intérieur du carter 10, le support 20 de la lentille 15 constituant un diviseur opaque permettant à la lumière émise par la source 14 de pénétrer dans la chambre 13 seulement au travers de la lentille de focalise tion 15. Le détecteur de grande surface 17 peut être une photodiode telle que celle vendue sous la désignation commerciale CLD31 par la Société Clairex Corporation, New York, NY. Cette photodiode est conçue pour fonctionner dans le mode photovoltaique et elle a une surface active d'environ 22 mm2. Sa sensibilité de crête correspond à une longueur d'onde comprise entre 0,9 et 1,0 micron et elle convient bien pour être utilisée avec une diode émettrice d'infrarouge, constituant la source 14. On peut utiliser comme diode émettrice de lumière une diode en arséniure de gallium par exemple. La lumière émise par la source 14 est focalisée par la lentille 15 sur le miroir 16 placé au milieu du détecteur 17. En l'absence de fumée, il ne se produit pas de dispersion de lumière et la lumière émise par la source n'arrive pas sur le détecteur 17 mais arrive entièrement sur le miroir et enconséquence toute la lumière est réfléchie. Lorsqu'il existe de la fumée, les particules de fumée produisent une dispersion vers l'avant, comme indiqué en 21, de la lumière émise2 cette lumière dispersée étant captée par le détecteur 17. L'agencement représenté permet d'obtenir un grand rendement de captage de la lumière dispersée vers l'avant, en partie du fait que la lumière dispersée suivant un petit angle est collectée par cette chambre d'une géométrie nouvelle. Les graphiques illustrés sur la fig. 2 représentent les courbes de rayonnement dispersé qui sont obtenues à la fois pour de grosses particules de fumée (D > ;L) et pour de petites particules de fumée (D L'utilisation du miroir 16, qui réfléchit la lumière vers l'arrière en direction de la source, permet également de capter la lumière dispersée vers l'arrière 22 dans le faisceau de lumière réfléchie, aussi efficacement que s'effectue le captage de la lumière dispersée vers l'avant. Ce captage efficace de la lumière dispersée vers l'arrière est important lorsque les particules de fumée sont petites et il est ainsi possible d'obtenir un détecteur optique de fumée ayant une meilleure sensibilité pour la détection de petites particules de fumée. Le signal électrique fourni par le détecteur 17 est appliqué, comme indiqué en 23, à un circuit d'alarme 24. Le détecteur 17 produit, en réponse à de la lumière réfléchie par de la fumée en suspension dans l'atmosphère de la chambre 13, le passage d'un courant électrique dans le circuit d'alarme 24. Ce circuit d'alarme peut être constitué par une combinaison d'un amplificateur et d'un relais, qui provoque, lorsque le signal provenant du détecteur atteint une grandeur pré déterminée, la fermeture d'un circuit d'activation d'un dispositif d'alarme. Dans des détecteurs de fumée qui sont con çus pour permettre un écoulement aisé de l'air au travers de la chambre de fumée, la lumière ambiante environnant le détecteur ne peut pas être complètement exclue de celui-ci. Dans de tels détecteurs, pour éliminer l'influence de l'é- clairement ambiant de fond, on prévoit généralement dans 1'appareil détecteur de fumée une source de lumière pulsée et un circuit de détection sensible à des impulsions et qui peut, le cas échéant, être synchronisé avec la source émettrice de lumière pulsée. Ce circuit de détection de fumée du type sensible à des impulsions réagit moins aux conditions d'éclairement ambiant. En considérant maintenant le mode de réalisation des fig. 3 à 5, on voit que l'appareil détecteur de fumée comprend un carter extérieur 110 pourvu dans ses parties inférieure et supérieure respectivement d'ouvertures 111 et 112 permettant à l'air de traverser la chambre de détection 113. Une source d'énergie rayonnante, telle qu'unie diode émettrice de lumière 114, est montée sur un photodétecteur 115 en forme de disque ou de rectangle. La source d'énergie rayonnante peut émettre un rayonnement entrant dans le spectre visible, infrarouge ou ultraviolet et qui sera appelé dans la suite "lumière". La diode émettrice de lumière est agencée de façon à émettre la lumière dans le sens direct ou vers l'avant et elle ne renvoie pas de la lumière vers l'arrière sur le photodétecteur 115. L'ensemble source-détecteur 116 est installé à l'intérieur du carter 110. Le détecteur de grande surface 115 peut être identique au détecteur 17 de la fig. 1. Un réflecteur ou miroir partiellement sphérique 117 est également monté à l'intérieur de la chambre de fumée de façon que la diode émettrice de lumière soit située au centre de courbure de la surface sphérique. Les petites dimensions de la diode émettrice de lumière permettent de former approximativement une source ponctuelle par rapport aux dimensions du réflecteur. La lumière émise par la diode se propage le long d'un rayon du réflecteur 117. En l'absence de fumée, il ne se produit pas de dispersion de lumière et la lumière émise par la source n'arrive pas sur le détecteur 115 mais arrive en tièrement sur le miroir 117 et en conséquence,toute la lumière est renvoyée vers la diode et non sur le photodétecteur environnant. Lorsqu'il existe de la fumée, les particules de fumée produisent en prédominance une dispersion vers l'avant ou vers l'arrière de la lumière émise.Le photodétecteur 115 est relié par une liaison électrique appropriée 120 à un circuit d'alarme 121. Le détecteur 115 produit, en réponse à la lumière réfléchie par la fumée en suspension dans la chambre 113, le passage d'un courant électrique dans le circuit d'alarme. Le circuit d'alarme peut être constitué par une combinaison amplificateur-relais qui, lorsque le signal provenant du détecteur atteint une grandeur prédéterminée, ferme un circuit d'activation d'un dispositif dtalarme. La lumière qui n'a pas été dispersée revient vers la diode où elle est soit réfléchie soit absorbée, mais ne produit pas un photosignal. On obtient efficacement une augmentation du trajet de dispersion de la lumière en relation avec le degré de réflexion de la lumière non dispersée par la diode. Sur le schéma de la fig. 4, on a représenté un faisceau lumineux 123 émis par une source 114 constituée par une diode émettrice de lumière et arrivant au point 124 sur le réflecteur 117 par lequel il est réfléchi le long du même trajet vers l'arrièressen direction de la diode. Ce faisceau n'est pas dispersé. Le faisceau lumineux suivant représenté en 125 sur la fig. 4 est soumis à une dispersion du fait de l'existence de particules de fumée et le faisceau dispersé 125', lorsqu'il est réfléchi par le miroir 117, revient au photodétecteur en un point 126 pour produire un signal Comme décrit ci-dessus, les détecteurs de fumée connus du type photo-électrique collectent seulement une petite fraction de la lumière dispersée par la fumée.Au contraire l'appareil selon l'invention, qui comporte le réflecteur-miroir sphérique, capte toute la lumière dispersée suivant de petits angles aussi bien vers l'avant que vers l'arrière. La fig. 5 est une représentation semblable à celle de la fig. 4 mais elle montre de façon plus détaillée un exemple de dispersion vers l'avant et de dispersion vers l'arrière d'un faisceau émis et également de dispersion vers l'avant et de dispersion vers l'arrière d'un faisceau réfléchi. Ainsi la courbe 125 donne un exemple de dispersion vers l'avant d'un faisceau émis, comme décrit sur la fig. 4. La courbe 130 correspond à un exemple de dispersion vers l'arrière d'un faisceau émis arrivant sur le détecteur au point 131. La courbe 132 donne un exemple de dispersion vers l'avant d'un faisceau réfléchi qui arrive sur le détecteur en 133 tandis que la courbe 134 donne un exemple de dispersion vers l'arrière d'un faisceau réfléchi. REVENDICATIONS 1. Appareil détecteur de fumée, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de détection de fumée (13, 113) pourvue d'une entrée (11, 111) et d'une sortie (12, 112) d'air, une source de rayonnement (14, 114) placée dans la chambre (13, 113), un élément sensible au rayonnement (17, 115) et un élément réfléchissant le rayonnement (16, 117) qui sont placés dans la chambre (13, 113) et qui sont disposés par rapport à la source (14, 114)1de de façon que, en l'absence de fumée dans la chambre (13, 113), pratiquement tout le rayonnement émis par la source (14, 114) arrive sur l'élément réfléchissant (16, 117) pour être renvoyé vers la source (14, 114) et de manière que, en présence de fumée dans la chambre (13, 113), le rayonnement soit dispersé et arrive sur l'élé- ment sensible (17, 115) qui détecte la présence de fumée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de l'élément sensible (17, 115) est supérieure à celle de 1'élément réfléchissant (16, 117). 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source (14, 114) est une source de rayonnement infrarouge et en ce que ledit élément sensible (17, 115) réagit à un rayonnement infrarouge. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source (14, 114) est constituée par une diode émettrice de lumière en arséniure de gallium. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments forment un détecteur (116) comportant une face essentiellement plane, lté- lément réfléchissant (16, 117) se présentant sous la forme d'un miroir placé à l'intérieur du contour de l'élément sensible (17, 115). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une lentille de focalisation (15) servant à la focalisation du rayonnement émis par la source (14) en direction de l'élément réfléchi sant (16). 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément réfléchissant (117) a une forme partiellement sphérique et en ce que la source (114) est placée au centre de courbure de 11 élément re- fléchissant (117). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source (114) est placée à l'intérieur du contour de l'élément sensible (115) et est montée sur une face plane de cet élément.