Brevet FR2628872A1 — publié le 19890922

( RÉPUBLIQUE FRAN AISE. N' de publication: 2 628 872 (i n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL cornmandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE N d'enregistrement national: 89 03704 PARIS () Int CI': G 08 B 17/10. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 ) Date de dépôt: 21 mars 1989.) Demandeur(s): Société dite.: DICON SYSTEMS LIMI- TED. - CA. ) Priorité: CA, 21 mars 1988. n 561,988. ) Inventeur(s) John Mallory. Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n0 38 du 22 septembre 1989. 6 Références à d'autres documents nationaux appa- rentés () Titulaire(s): _ Mandataire(s) Cabinet Beau de Loménie. (i Détecteur de fumée. 57 Un détecteur de fumée possède un boîtier 20 comportant des ouvertures qui permettent l'introduction de la fumée. Une diode d'émission de lumière 10 projette un faisceau lumineux - i suivant un axe à l'intérieur du bottier, à destination d'un piège d'absorption de lumière 16. Plusieurs zones réceptrices de lumière sont formées autour de l'axe de projection de manière à recevoir la lumière déviée hors de l'axe par des particules de fumée. Les zones réceptrices de lumière sont les extrémités t i,.... a - d'entrée 24 de guides de lumière en fibres optiques LG1 à LG8, qui reçoivent et dirigent la lumière déviée sur la surface d active d'un photodétecteur 18 de manière qu'il soit produit un, , I signal indicatif de l'intensité cumulée de la lumière déviée..'' ,-' Selon une autre forme, le signal indicatif de l'intensité cumulée: I -.[: À N de la lumière déviée est produit par une feuille de matériau ' t.. ; 1 photosensible qui présente une structure sensiblement cylin-, , '.. ; D drique et entoure l'axe de projection. Après sa production, le signal d'intensité lumineuse est comparé avec un seuil de détection, et un signal d'alarme est produit lorsque le seuil est dépassé. IL D Vente des fascicules à 'IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention concerne Les détecteurs de fumée et, plus spécialement, des détecteurs de fumée qui possèdent une sensibilité renforcée vis-à- vis de la présence de particules de fumée et qui permettent d'utiliser des seuils de détection plus importants de manière à réduire le nombre des fausses alertes. On connaît de très nombreux types de détecteurs de fumée. Une structure couramment utilisée fait appel à une chambre dotée d'ouvertures destinée à permettre l'entrée de particules de fumée. Un émetteur de lumière projette un faisceau lumineux à l'intérieur de la chambre en direction d'un piège absorbant la lumière. Un photodétecteur, par exemple une photodiode, un phototransistor ou une photorésistance, est monté dans la chambre de manière décalée par rapport à l'axe de projection du faisceau et réagit à la déviation de la lumière par rapport à l'axe de projection sous l'effet des particules de fumée entrant dans la chambre. Un circuit comparateur compare avec un signal de seuil le signal produit par le photodétecteur et déclenche l'alarme lorsque le seuil est dépassé. Dans un détecteur de fumée de conception ordinaire, il est souhaitable que le détecteur de fumée soit suffisamment sensible pour répondre à la présence de minuscules quantités de fumée, de sorte que le signal d'alarme sera produit avant qu'un incendie important ne se développe. Par conséquent, une pratique courante consiste à prévoir un seuil de détection très bas (relativement aux niveaux de repos des signaux du photodétecteur) qui peut être dépassé par une petite augmentation ou diminution de la tension du courant ou de l'impédance qui sont associés au photodétecteur. Par exemple, dans les montages qui sont excités par la tension, la lumière tombant sur le photodétecteur du fait de la déviation du faisceau lumineux peut typiquement entraîner une variation de la tension du circuit de commande qui est de l'ordre de 1 mV. Un circuit réalisé de manière à répondre à de semblables variations de tension différentielles tend à être l'objet de déclenchements erronés de l'alarme. Il faut parfois faire appel à des composants de haute précision associés à un réglage très précis des amplificateurs et desautresdispositifs pour éviter les effets dus aux courants de polarisation et de décalage. Des facteurs tels que le vieillissement des composants et des variations de la température ambiante peuvent agir sur les courants de polarisation de ce circuit et ainsi augmenter les possibilités de fausses alertes malgré le soin apporté initialement au choix des composants et à l'ajustement des courants de polarisation. Selon un premier aspect, l'invention propose un détecteur de fumée comprenant un bottier doté d'ouvertures destinées à permettre l'introduction de la fumée. Des moyens sont prévus pour projeter un faisceau lumineux suivant un axe de projection prédéterminé à l'intérieur du bottier. Des moyens sont également prévus pour définir à l'intérieur du boîtier une multiplicité de zones réceptrices de lumière qui sont écartées de l'axe de projection et écartées les unes des autres. Des moyens sont couplés aux zones réceptrices de lumière afin de produire un signal d'intensité lumineuse qui est indicatif de l'intensité cumulée de la lumière venant frapper les zones réceptrices de lumière, c'est-à-dire de la lumière déviée hors de l'axe de projection par des particules de fumée. Des moyens sensibles au signal d'intensité lumineuse produisent un signal d'alarme Lorsque l'inteosité de la lumière venant frapper les zones réceptrices de lumière dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Les zones réceptrices de lumière peuvent être définies par les extrémités d'entrée d'une multiplicité de guides de lumière. Dans ce cas, la lumière déviée par la fumée peut être dirigée par les guides de lumière sur les surfaces actives d'un mLyen de photodétection de manière qu'il soit produit un signal indicatif de l'intensité cumulée de la lumière déviée reçue par les guides de lumière. Selon une autre forme possible, les zones réceptrices de lumière ne sont pas nécessairement distinctes, mais peuvent être constituées par des régions mutuellement séparées d'une ou plusieurs feuilles d'un matériau photosensible disposées de manière à former une structure partiellement cylindrique entourant l'axe de projection. Il est possible de détecter des variations des caractéristiques du matériau photosensible de manière à produire un signal indicatif de l'intensité cumulée de la lumière venant frapper les surfaces du matériau. Ce type de montage permet de maintenir une différence plus élevée entre les niveaux de repos des signaux et les niveaux des seuils de détection, si bien qu'on peut réduire la probabilité des fausses alertes. Selon une autre possibilité, on peut améliorer la sensibilité vis-à-vis de la présence de particules de fumée par le choix approprié de la différence nécessaire pour déclencher un signal d'alarme tout en maintenant une immunité, vis-à-vis de la création de fausses alertes, qui est comparable ou supérieure à celle de nombreux disoositifs de la technique antérieure. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels la figure 1 illustre schématiquement une chambre de détection associée à un détecteur de fumée; la figure 2 illustre schématiquement un circuit électronique associé au détecteur de fumée; la figure 3 illustre schématiquement une autre forme possible de la chambre de détection constituant un mode de réalisation de l'invention; et La figure 4 est une vue en élévation latérale de la figure 1. On se reporte d'abord à la figure 1, qui représente schématiquement divers composants d'un détecteur de fumée constituant un mode de réalisation de l'invention. Ces composants comprennent une diode d'émission de lumière infrarouge (LED) 10 associée à une lentille 12 qui produit un faisceau lumineux 14. Le faisceau 14 est projeté suivant un axe de projection prédéterminé en direction d'un piège de lumière 16 situé en regard. Huit guides de lumière en fibres optiques LG1 à LG8 sont disposés autour de l'axe de projection afin de pouvoir recevoir la lumière déviée de celui-ci par des particules de fumée. La lumière reçue est finalement dirigée sur une diode photodétectrice infrarouge 18. Ces divers composants sont montés à l'intérieur d'un boîtier 20 doté d'ouvertures appropriées destinées à permettre l'introduction de particules de fumée, maisnon de la lumièreambiante excessive qui pourrait interférer avec la réponse à la lumière déviée du faisceau 14 par la fumée. D'autres montages matériels des divers composants contenus dans le boitier 20 seront possibles et apparaîtront clairement à l'homme de l'art. Le guide de lumière en fibres optiques LG1 est typique. Il peut être formé par une âme en fibres de matière plastique dotée d'une couche de revêtement destinée à empêcher la lumière de s'échapper et à permettre le support du guide de lumière LG1 d'une manière appropriée quelconque. L'extrémité d'entrée de lumière 22 est placée entre la LED 10 et le piège de lumière 16, à une. certaine distance de l'axe de projection. Comme de la lumière peut être typiquement déviée par des particules de fumée sous un angle d'environ 120 par rapport à l'axe de projection, on peut orienter le guide de lumière LG1 au voisinage de son extrémité d'entrée de manière à former un angle de 120 par rapport à l'axe de projection. L'extrémité d'entrée de lumière 22 est associée à une lentille 24 qui a pour effet de concentrer dans le guide de lumière LG1 la lumière venant frapper sa surface extérieure 26, par exemple sous la forme du rayon lumineux 27 apparaissant dévié par rapport au faisceau 14. Une extrémité de sortie de lumière 28 associée au guide de lumière en fibres optiques LG1 dirige la lumière reçue par le guide de lumière LG1 sur les surfaces actives 30 de la photodiode 18. On notera que, sur la figure 1, les extrémités d'entrée des divers guides de lumière LG1 à LG8 sont uniformément réparties suivant la circonférence d'un cercle fictif 32 qui est centré sur l'axe de projection. Toutes les extrémités de sortie des guides de lumière LG1 à LG8 dirigent la lumière déviée hors du faisceau 14 et reçue par les guides de lumière LG1 à LG8 sur les surfaces actives 30 de la photodiode 18. Par conséquent, la photodiode 18 produit un signal (sous forme d'un changement de conductivité dans ce mode de réalisation) qui correspond à l'intensité cumulée de la lumière déviée qui est reçue par les guides de lumière en fibres optique LG1 à LG8. Le circuit électronique associé au détecteur de fumée est représenté sous forme de schéma de principe sur La figure 2. On peut voir que le circuit comprend un dispositif 34 d'excitation de la LED qui fait passer du courant dans la LED dans le but de produire le faisceau lumineux 14. La photodiode 18 est polarisée au moyen d'une résistance 36 couplée à la source d'alimentation électrique du détecteur de fumée de manière à fixer un niveau de courant de repos prédéterminé et, par conséquent, une chute de tension de repos aux bornes de la photodiode 18. Un comparateur 38 compare la tension créée aux bornes de la photodiode 18 avec une tension de référence de seuil de détection qui est produite par un générateur de signal 40. Ce dernier peut comprendre une diode Zener polarisée de manière appropriée, dont la tension Zener est divisée par un diviseur résistif ajustable. Le comparateur 38 commande un dispositif 42 d'excitation d'avertisseur sonore qui excite un avertisseur sonore piézo- électrique 44 de manière à produire un signal d'alarme. L'activation du dispositif 42 de commande d'avertisseur sonore est normalement supprimée par le comparateur 38 lorsque la tension de la photodiode est supérieure à la tension de référence. Plus spécialement, aussi longtemps que la conductivité de la photodiode 18 est relativement faible, la borne d'inversion du comparateur 38 se trouve à un potentiel plus élevé que la borne de non-inversion, laquelle reçoit la tension de référence, si bien qu'il est produit une tension de sortie nulle qui empêche l'activation du dispositif 42 d'excitation d'avertisseur sonore. Lorsqu'une quantité suffisante de lumière est déviée par des particules de fumée jusque sur les guides de lumière LG1 à LG8, la conductivité de la photodiode 18 augmente et La chute de tension présentée par la photodiode 18 à la borne d'inversion du'comparateur 38 diminue au-dessous de la tensionde référence appliquée à la borne de non-inversion, si bien que la borne de sortie du comparateur s'élève jusqu'à la tension d'alimentation positive utilisée pour activer le dispositif 42 d'excitation d'avertisseur sonore. Par conséquent, le-comparateur 38 valide le dispositif 42 d'excitation 6. d'avertisseur sonore, qui fait émettre un signal d'aLarme par l'avertisseur sonore piézo-électrique 44. Alors que l'effet cumulatif de l'intensité de la lumière déviée est transformé en une variation de la conductivité de la photodiode 18, Laquelle est elle-même transformée en un signal de tension destiné à être comparé avec un signal de tension de seuil, on comprendra que, ce qui est propre à ce mode de fonctionnement est que l'intensité cumulée de la lumière déviée reçue par les guides de lumière LG1 à LG8 est effectivement comparée à un niveau de seuil de détection. Par conséquent, on peut maintenir entre la tension de référence et la tension de repos produite par la photodiode 18 une différence plus importante que la différence caractéristique du dispositif de la technique antérieure, cette différence étant de plusieurs millivoLts, tout en maintenant une sensibilité comparable visr-à-vis de la présence de particules de fumée. On peut donc réduire la probabilité que se produisent de fausses alertes. Selon une autre possibilité, on peut réduire la différence entre la tension de seuil et le niveau de tension de repos de la photodiode 18 afin d'améliorer la sensibilité à la présence de particules de fumée tout en maintenant encore une différence qui dépasse celle qui est associée au dispositif de la technique antérieure. Le circuit de commande d'un détecteur de fumée est très bien connu. La représentation sous forme de schéma de principe de la figure 2 vise principalement à illustrer les principes de fonctionnement qui sont propres à l'invention. En pratique, les diverses fonctions réalisées par le circuit de la figure 2 peuvent être dans une grande mesure mises en oeuvre par une unique puce de circuit intégré, comme par exemple le modèle n SD-2 fabriqué par la société Supertex Inc. de Synnyvale, Californie, Etats-Unis d'Amérique. Une autre structure possible de détecteur de fumée présentant une sensibilité améliorée est illustrée schématiquement sur la figure 3. Ce modèle comporte une diode 46 qui émet de la lumière suivant un axe de projection 48 à destination d'un piège 50 absorbant la lumière. Une feuille 52 faite de silicium photosensible amorphe est placée sur un substrat souple de matière plastique reçoit la forme d'une structure cylindrique sensiblement centrée sur l'axe de projection 48 et écartée de ce dernier. Un matériau approprié est fabriqué et distribué par la société Solvonics Solar Systems, filiale de la société Energy Conversion Devices, Inc., de Troy, Michigan, Etats-Unis d'Amérique. Ce matériau crée une tension lorsque de la lumière arrive sur la face interne de la feuille. Ces composants sont montés dans un boîtier, comme décrit ci-dessus, mais sous la forme d'une surface interne cylindrique appropriée qui est centrée sur l'axe de projection 48 de manière à porter la feuille 52. Comme représenté sur la figure 3, des rayons lumineux 54, déviés hors de l'axe de projection 48 suivant diverses directions angulaires par des particules de fumée, viennent frapper diverses régions de la feuille 52. Bien qu'elles ne se présentent pas sous formes distinctes et séparées, ces régions constituent une multiplicité de zones réceptrices de lumière lorsqu'on les considère sous l'angle de l'invention. La feuille 52 peut être couplée à un circuit de détecteur de fumée tel que représenté sur la figure 2. Plus spécialement, la résistance 36 et la photodiode 18 de la figure 2 peuvent être remplacées par la feuille 52. Deux contacts électriques 56, 58 sont en contact électrique avec des parties terminales opposées de la feuille de manière à produire, à partir de la feuille, un signal de tension indicatif de l'intensité cumulée de la lumière déviée par rapport à l'axe de projection 48 par des particules de fumée et venant frapper la surface interne de la structure cylindrique. On peut connecter ces contacts 56 et 58 avec un niveau de référence de terreet avec la borne d'inversion du comparateur 38 de manière à appliquer le signe de tension à la borne d'inversion en vue de sa comparaison avec la tension de seuil de référence créée par le générateur de signal de référence 40. Le fonctionnement est, pour le reste, identique à celui du mode de réalisation ci-dessus présenté qui incorpore des guides de lumière. Avec ce montage, on obtient également l'avantage d'une sensibilité accrue et la possibilité de réduire la tension de seuil. Ge montage est un mode de réalisation préféré en raison de sa simplicité, de la facilité qu'il y a à obtenir une plus grande dimension pour les zones réceptrices de lumière que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus faisant appel à des guides de lumière. Parmi les variantes de l'invention qu'il est possible d'envisager, on notera que, alors qu'une disposition régulière de guides de lumière ayant des extrémités d'entrée régulièrement réparties autour d'un cercle fictif centré sur l'axe de projection a été illustrée, ceci ne constitue pas un aspect crucial de l'invention. En ce qui concerne le mode de réalisation utilisant une feuille de matériau photosensible, il n'est pas crucial qu'il soit formé un cylindre complet de ce matériau ou que le matériau se présente sous la forme d'une unique feuille. Il est évident qu'une structure partiellement cylindrique permettra d'obtenir l'avantage d'une sensibilité accrue. La structure cylindrique ou partiellement cylindrique peut être formée de bandes du matériau en feuille électriquement coupLées, par exemple, en série avec des bandes extérieures qui sont en contact électrique de manière à produire un signal destiné à être traité par le circuit associé de détection de fumée. Une structure à une seule feuille est toutefois fortement préférée du fait de sa simplicité particulière. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partirdudispositifdans la description qui vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur de fumée, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (20) doté d'ouvertures destinées à permettre l'introduction de fumée à l'intérieur du boîtier; un moyen (10; 46) fixé au boîtier et servant à projeter un faisceau lumineux suivant un axe prédéterminé (14; 48) à l'intérieur du boîtier; un moyen (LG1 à LG8; 52) servant à définir à l'intérieur du boîtier une multiplicité de zones réceptrices de lumière qui sont écartées de l'axe de projection et sont mutuellement séparées les unes des autres; un moyen (18; 52, 56, 58) couplé aux zones réceptrices de lumière et servant à produire un signal d'intensité lumineuse indicatif de l'intensité cumulée de lumière ayant frappé les zones réceptrices de lumière; et un moyen (38, 40, 42, 44) qui répond au signal d'intensité lumineuse en produisant un signal d'alarme lorsque l'intensité lumineuse dépasse une valeur de seuil prédéterminée. 2. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen définissant une multiplicité de zones réceptrices de lumière comprend une multiplicité de guides de lumière (LG1à LG8), chaque guide de lumière ayant une entrée de lumière (24) qui se trouve à l'intérieur du boîtier et est tournée vers l'axe de réception afin de recevoir la lumière déviée en dehors de l'axe de projection, ainsi qu'une sortie de lumière (28). 3. Détecteur de fumée selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen qui sert à produire le signal d'intensité lumineuse comprend un photodétecteur (18) répondant à l'arrivée de lumière sur ses surfaces actives, les sorties de lumière des guides de lumière étant placées de manière à diriger sur les surfaces actives du photodétecteur la lumière reçue par les guides de lumière. 4. Détecteur de fumée selon la revendication 3, caractérisé en ce que les guides de lumière possèdent des lentilles de focalisation (24) montées sur les entrées de lumière associées afin de diriger dans le guide de lumière associé la Lumière venant frapper la surface extérieure de La lentille. 5. Détecteur de fumée seLon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (16) piège de lumière se trouvant en regard de L'émetteur de lumière et servant à absorber le faisceau de lumière, les entrées de lumière des guides de lumière étant placées entre le moyen qui émet et projette la lumière et le piège de Lumière. 6. Détecteur de fumée selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de projection de lumière comprend une diode d'émission de lumière (10) et une lentille (12) qui. focalisent sur l'axe de projection la lumière émise par la diode d'émission de Lumière. 7. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen servant à définir une multiplicité de zones réceptrices de lumière comprend des matériaux photo- sensibles (52) écartés de l'axe de projection (48) et disposés de manière à former une structure au moins partiellement cylindrique entourant l'axe de projection. 8. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une unique feuille de matériau photosensible (52) écartée de l'axe et formant une structure sensiblement cylindrique qui entoure l'axe de projection (48), des parties mutuellement séparées de la feuiLLLe constituant la multiplicité de zones réceptrices. 9. Détecteur de fumée, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (20) doté d'ouvertures destinées à permettre l'introduction de fumée à l'intérieur du boîtier.; un moyen (46) fixé au boîtier et servant à projeter un faisceau de lumière suivant un axe prédéterminé à l'intérieur du boîtier; une feuille de matériau photosensible (52) disposée à l'intérieur du boîtier, la feuille de matériau photosensible étant écartée de l'axe de projection et formant une structure au moins partiellement cylindrique autour de l'axe de projection; un moyen (56, 58) couplé à la feuille de matériau photosensible et servant à produire un signal d'intensité lumineuse indicatif de l'intensité cumulée de la lumière qui vient frapper sur diverses régions du matériau photosensible; et un moyen (38, 40, 42, 44) répondant au signal d'intensité lumineuse en produisant un signal d'alarme lorsque l'intensité lumineuse dépasse une valeur de seuil prédéterminée. 1/3 piège de Lumièr LG 1 u 14 4,O t//---. LG, .-t_-LG6/ LG6 F 18 FIG. 1 2/3 34 spo'Fe la LED I 40 Générateur de signal de réFd- rence F3642 44 _. |I rl'averN. --Ih [seursonore C8 FIG. 2 52-.. 3 56. LGO 12 16 14 27,--// I 32C LG5 18 t Io FIG. 4