(57)【要約】本発明は、蒸気、煙、炎を検出する検知器アセンブリに関する。検知器アセンブリは、ＵＶ検知フォトカソード３及びアノード５を有する検知器ユニット１と、ＵＶ検知フォトカソード３及びアノード５に接続され、ＵＶ光が衝突した際にＵＶ検知フォトカード３から放出される電子がアノード５に向かって移動するように電界を生成する電圧供給ユニット９と、アノード５に移動する電子によって生成される電荷を検出して、被検出ＵＶ光の強度に関する信号を生成する読取機構とを含む。検知器アセンブリはさらに、或る波長幅の波長を有する光を放出する人工光源２１を備える。光源２１は、ＵＶ検知フォトカソード３に衝突し得るように配向される。波長幅は空気の伝送帯域と、複合構造の分子を含む蒸気の吸収帯域とに一致する。検知器１と光源２１との間の信号の減少を検出することで蒸気の存在を確定することができる。本発明は上記検知の方法にも関する。
2008546998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を検出する検知器アセンブリであって、
ＵＶ検知フォトカソード（３）とアノード（５）とを有する検知器ユニット（１）と、
前記ＵＶ検知フォトカソード（３）と前記アノード（５）とに接続され、ＵＶ光が衝突した際に前記ＵＶ検知フォトカソード（３）から放出される光電子が前記アノード（５）に向かって移動するように電界を形成する電圧供給ユニット（９）と、
前記アノード（５）に移動する電子によって生成される電荷を検出して、被検出ＵＶ光の強度に関する信号を生成する読取機構と、
を含む当該検知器アセンブリにおいて、
或る波長幅の波長を有する光を放出する人工光源（２１）であって、光源（２１）からのＵＶ光が前記ＵＶ検知フォトカソード（３）に衝突し得るように配向された人工光源（２１）を備え、
前記波長幅は空気の伝送帯域に一致するとともに、複合構造の分子を含む蒸気の吸収帯域に一致し、
前記読取機構は、前記検知器（１）と前記光源（２１）との間の前記信号の減少を検出することにより蒸気の存在を確定するように構成されていることを特徴とする検知器アセンブリ。
【請求項２】
前記検知器アセンブリ（２０）は更に、前記信号の増加を検出することにより、ＵＶ光を放射する炎を検出するように構成されている、請求項１に記載の検知器アセンブリ。
【請求項３】
前記波長幅は１２１．６ｎｍ±５ｎｍ、より好ましくは１２１．６ｎｍ±１ｎｍ、最も好ましくは１２１．６ｎｍ±０．５ｎｍである、請求項１または２に記載の検知器アセンブリ。
【請求項４】
前記蒸気の検出と前記炎の検出とはほぼ同時に実行される、請求項２に記載の検知器アセンブリ。
【請求項５】
前記人工光源（２１）はパルス光を放出するように構成され、前記検知器ユニット（１）は前記人工光源（２１）からのパルス光を一定間隔で検出するように構成されている、請求項４に記載の検知器アセンブリ。
【請求項６】
追加の検知器ユニット（１）が設けられ、２つの検知器ユニット（１）が災からのＵＶ光と前記人工光源（２１）からのＵＶ光とをそれぞれ異なるスペクトルフィルタを用いて検出するように構成されている、請求項４に記載の検知器アセンブリ。
【請求項７】
前記検知器ユニット（１）は電子増幅に適したガスを含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項８】
前記検知器ユニット（１）と前記光源（２１）間の距離は数ｃｍ、好ましくは約１ｃｍである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項９】
前記波長幅が１２０〜１８５ｎｍである、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１０】
前記検知器ユニット（１）及び前記光源（２１）が低圧チャンバ（３０）内に配置されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１１】
前記検知器ユニット（１）と前記人工光源（２１）の間で空気が循環する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１２】
前記検知器ユニット（１）及び前記人工光源（２１）が１つ以上の通気路を有するハウジング内に設けられている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１３】
前記１つ以上の通気路には大型粒子を濾過するフィルタ手段が具備されている、請求項１２に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１４】
前記蒸気は、災からの煙、ガソリン蒸気、アルコール蒸気、または有害蒸気のうちの１つ以上である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１５】
前記蒸気は、３つ以上の原子を含む分子から成る、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１６】
前記光源（２１）は、電圧源に接続された配線（２５）を含む気密チャンバ（２２）を含む、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１７】
前記気密チャンバ（２２）は、１ａｔｍ以下の圧力で、ＡｒまたはＨ２を充填するガスを含む、請求項１６に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１８】
前記配線（２５）は、λ＝１２１．６ｎｍで強度の放出を行うコロナ放電を引き起こすように構成されている、請求項１６または１７に記載の検知器アセンブリ。
【請求項１９】
当該検知器アセンブリは更に、特定の蒸気を識別する蒸気特定ユニット（３２、３３、３４、３６）を備える、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項２０】
前記検知器ユニットは位置検知器（５０）を含む、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項２１】
前記フォトカソード（３）はＣｓＩを被覆したＣｓＴｅ層を含む、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の検知器アセンブリ。
【請求項２２】
ＵＶ検知フォトカソード（３）とアノード（５）とを有する検知器ユニット（１）と、前記ＵＶ検知フォトカソード（３）と前記アノード（５）とに接続され、ＵＶ光が衝突した際に前記ＵＶ検知フォトカソード（３）から放出される光電子が前記アノード（５）に向かって移動するように電界を形成する電圧供給ユニット（９）と、前記アノード（５）に移動する電子によって生成される電荷を検出して、被検出ＵＶ光の強度に関する信号を生成する読取機構とを利用することにより蒸気を検出する方法であって、
或る波長幅の波長を有する光を人工光源（２１）で放出するステップであって、前記波長幅が空気の伝送帯域に一致するとともに、複合構造の分子を含む蒸気の吸収帯域に一致する、ステップと、
前記光源（２１）からのＵＶ光が前記ＵＶ検知フォトカソード（３）に衝突し得るように前記光源（２１）よりＵＶ光を放出するステップと、
前記検知器（１）と前記光源（２１）との間の前記信号の減少を前記読取機構で検知することにより蒸気の存在を確定するステップと、
を備える方法。
【請求項２３】
前記信号の増大を検出することにより、ＵＶ光を放射する炎が更に検出される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記波長幅は１２１．６ｎｍ±５ｎｍ、最も好ましくは１２１．６ｎｍ±０．５ｎｍの間隔内である、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
当該方法は更に、前記検知器アセンブリ（２０）によって炎と蒸気をほぼ同時に検出するステップを備える、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
当該方法は更に、前記人工光源（２１）でパルス光を放出し、前記人工光源（２１）からの光を前記検知器ユニット（１）により一定間隔で検出するステップを備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
当該方法は、前記検知器ユニット（１）と前記人工光源（２１）とを備える低圧チャンバ（３０）内で実行される、請求項２２乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
当該方法は更に、前記検知器ユニット（１）と前記人工光源（２１）との間で空気を循環させるステップを備える、請求項２２乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
当該方法は更に、前記空気を循環させるステップの前に、空気から大型粒子を除去するステップを備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記蒸気は、火災からの煙、ガソリン蒸気、アルコール蒸気、または有害蒸気のうちの１つ以上である、請求項２２乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記蒸気は３つ以上の原子を含む分子から成る、請求項２２乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検知器、特に蒸気を検出するための検知器アセンブリ及び蒸気を検出するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人々が生命と財産を保護したいと思うのは非常に自然であり、この目的で、様々な種類の検出装置が多数入手することができる。火災探知器、煙探知器、およびガス探知器はこのような検知器の例であり、潜在的な危険をできる限り早めに警告することによって安全性を高める目的で家庭で使用されることが多い。
【０００３】
概して、煙探知器は、大気イオン上の煙粒子の吸着、または煙霧の光学的影響の検出、たとえば光放射の散乱の検出によって、煙霧を検出する。このような煙探知器には幾つかの欠点がある。たとえば、煙霧の近隣における埃や虫などの他の粒子を検出した際に突然鳴り出すことがあるため、誤警告を防止することは困難である。このため、探知器はかなり頻繁に清掃しなければならず、ユーザにとって時間がかかり厄介な場合が多く、また、高額なメンテナンスコストもかかる。
【０００４】
各種ガス探知器もまた既知である。特定の有害ガスの存在は、調査サンプルを収集し、サンプルに特定波長光を照射することによって通常検出される。その後、伝送損が判断され、特定ガスの存在（不在）を確定することができる。この手順の１つの欠点は、人がどの有害ガスを走査するかを把握していなければならないことである。さらに、その手順は複数のステップを含むため、時間を浪費し労力がかかる。早めの警告を出すために有害ガスの存在を迅速に判断することは非常に重要であるため、これは従来のガス探知器の重大な欠点である。さらに、この現状技術のガス検知手順は複数のステップを含むため、多数のエラー源が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、実行すべき各種ステップを必要とせずに、信頼性の高く簡単な方法で蒸気を検出することのできる高度な蒸気検知を提供することにある。
本発明の別の目的は、高感度かつ低価格の検知器アセンブリを提供することにある。
さらに、有害ガス、火災、および火災からの煙などのあらゆる種類の危険から様々な建物を保護する必要がある。しかし、家屋などの監視対象の環境に種々の異なる検知装置を配置するためには、ユーザは複数の装置のメンテナンス、たとえば、電源の交換や検知器の清掃などを行わねばならず、時間も労力もかかる。
【０００６】
さらに、監視対象の建物の様々な位置、たとえば屋内の様々な部屋に同種の検知器（たとえば、火災探知器）を置く必要がしばしば生じるがこれは好ましくない。よって、簡単かつ簡便で信頼性の高い方法で、単一の検知装置内に異なる複数の検知機能を含めることが好都合である。
【０００７】
さらに、装置の多くは、森などの広大な領域、または個々に監視される家屋等の比較的小さい領域のいずれかの監視用に設計されている。したがって、広い領域と狭い領域とを監視する装置および方法を提供することが好都合である。生命と貴重品を守るという重要な機能が森林火災の検知である。このような検知機能は好ましくは、ユーザに火災の位置を特定させることによって、対抗措置をより速やかに開始させることができる。
【０００８】
よって、多くの側面で、生命と財産の保護を向上させる装置および方法を提供する必要がある。
したがって、本発明のさらなる目的は、人々の安全性を高め、炎、煙および有害ガスの検知を可能とすることによって検知器の信頼性と汎用性を向上させることのできる多機能検知器アセンブリを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、火災を検知し、火災の位置特定機能を備えることによって、対抗策の開始を早める検知器アセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的は、特に、請求項１に記載されるような検知器アセンブリ及び請求項２２に記載されるような方法によって達成される。また、後者の目的は、請求項２に記載されるような検知器アセンブリ及び請求項２３に記載されるような方法によって達成される。
本発明は、蒸気を検出するための検知器アセンブリであって、ＵＶ検知フォトカソードおよびアノードを含む検知器ユニットと、ＵＶ検知フォトカソードおよびアノードに接続された電圧供給ユニットとを含む検知器アセンブリを提供する。当該検知器アセンブリにおいて、電界は、ＵＶ光が衝突したときにＵＶ検知フォトカソードから放出される光電子がアノードに向かって移動するように形成される。さらに、アノードに移動する電子によって生成される電荷を検出して、被検出ＵＶ光の強度に関する信号を生成する読取機構が含まれる。或る波長幅（wavelength interval ）の波長を有する光（radiation）を放射する人工光源は、光源からのＵＶ光がＵＶ検知フォトカソードに衝突し得るように配向される。波長幅は、空気の伝送帯域と、複合構造の分子を含む蒸気の吸収帯域とに一致するように選択される。読取機構は、蒸気の存在があった場合、検知器と光源との間の信号の減少を検出する。本発明に係る検知器アセンブリは、炎や煙、有害ガスを検知することによって、検知能力を向上させる。より具体的には、単一の検知器アセンブリで実行される検知機能の範囲を広げることによって、ユーザの安全性を高めることができる。さらに、検知器の部品は比較的少数であるため小型にすることができ、家屋の所有者が使用するのには魅力的である。このように、単一の検知器は、生命を脅かす可能性のある危険を検知することができ、複数の検知機能を実行する多機能検知器である。
【００１１】
本発明の一つの実施形態によると、波長幅は相当に狭く、好適な間隔は１２１．６ｎｍ±５ｎｍ、最も好適な間隔は１２１．６ｎｍ±０．５ｎｍである。この間隔内では、空気吸収は最小であるが、複合分子構造の蒸気の吸収は最大である。これにより、人工光源から放射される光の高信頼性検知が行われると同時に、蒸気の高信頼性検知が実現される。
【００１２】
本発明の別の実施形態によると、検知器アセンブリは、炎と蒸気の両方を検知するように構成される。人工光源からの一定放出の間に炎からのＵＶ光を検出する検知器ユニットを設けることにより、蒸気の検出と炎の検出との両方が実現される。本発明の一つの実施形態によると、これは、パルス光を放射する人工光源と、このパルス光を一定間隔で検出する検知器ユニットとを配置し、蒸気の検出をその間において行うことにより達成される。別の実施形態では、この二重検出機能はスペクトルフィルタを利用することによって達成され、さらに別の実施形態では、炎または人工光源の検出のためのフィルタ手段を備えた検知器ユニットを利用することによって達成される。それによって、検知器アセンブリは、炎だけでなくガスや煙も検出することができる。人工光源から光を放射する間隔を短くする、たとえば１秒毎とすることで、ガスまたは煙の存在を非常に迅速に検出して、早めの警報を発することができる。この間隔をさらに縮めることで、二重検出機能がほぼ同時に実行される。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態によると、検知器ユニットと人工光源との間の距離は数ｃｍ、好ましくは約１ｃｍである。これにより、非常に信頼性の高い検出が実現されるとともに、小型の検知器アセンブリを作製できる。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態によると、検知器ユニットおよび光源は、低圧チャンバ内に配置される。吸収測定に有用な広いスペクトル間隔を設定することによって、検知器アセンブリの感度が向上する。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態によると、空気は検知器ユニットと人工光源との間を通過する。このことは、蒸気の検出がこうした強制的な循環によって確実に実行されるため、淀んだ空気の環境下においては特に好都合である。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態によると、検知器ユニットおよび人工光源は、１つ以上の通気口を備えるハウジング内に設けられる。さらに、通気口には、大型粒子を濾過するフィルタ手段が設けられる。このことは、粒子のために誤警報の割合が高くなる可能性のある粒子の豊富な環境下においては有益である。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態によると、検出対象の蒸気は、たとえば、災からの煙、ガソリン蒸気、アルコール蒸気または有害蒸気である。実際、検出対象の蒸気は、３つ以上の原子を含む分子から成る幅広い蒸気であってもよい。よって、様々な蒸気を検出することができ、ユーザに高度な安全性を提供する。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態によると、人工光源は、電圧源に接続された配線を含む気密チャンバを備える。気密チャンバは好ましくは、１ａｔｍ以下の圧力で、ＡｒまたはＨ２を充填したガスを含む。これによって、波長１２１．６ｎｍの強力な光が提供される。さらに、λ＝１２１．６ｎｍで強度の放出（strong emission ）を行うコロナ放電を生成するように配線を構成することにより、この特定の波長での放出をさらに強化することができる。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、フォトカソードは、ＣｓＴｅまたはＳｂＣｓの第１層とＣｓＩの被覆層とによる二重層を備える。この特徴により、高感度かつ安価な検知器アセンブリを提供することができる。
【００２０】
本発明は方法にも関連し、当該方法により上記に対応する利点が得られる。
本発明の特徴と利点は、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明と添付の図１〜９から明らかであり、これらは説明のためのものであり、本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、本出願と同一出願人に譲渡された国際公開ＷＯ０２／０９７７５７に記載される火炎検知器に基づく。この最新の火炎検知器１は、電子増幅に適したガスを充填した気密検知チャンバ２を備える。ＵＶ光子検知フォトカソード３は、火炎からのＵＶ光がＵＶ検知フォトカソードに衝突し吸収されるように、ＵＶ透過窓４上のチャンバ２内に配置される。さらに、配線５の形状のアノードが、適切な距離で、ＵＶ検知フォトカソード３と平行に配置される。電圧供給ユニット９は、フォトカソード３、アノード配線５および読取機構６〜８に接続され、集中電界がアノード配線５の周囲に形成されるように、フォトカソード３とアノード配線５との間に電界を形成する。炎からのＵＶ光子はフォトカソード３に衝突し、それによって電子が解放される。電子は、電界で速度を速め、アノード配線５に向かって移動し、チャンバ２内のガスと相互作用して、電子のなだれ増幅を引き起こし得る。読取機構６〜８は、電子が移動することによって生じる電荷を検出し、これらの検出電荷を検知器の前での炎または火花の存在を示す読取信号に変換するように構成される。
【００２２】
当該分野では既知なように、連続波長分布を有する光がガスなどの媒体を通過するとき、一部の波長は別の波長よりも強く吸収されるため、より弱くなるか、あるいは放射光内で失われる可能性がある。このため、媒体または物質を吸収するための特徴である吸収スペクトルが生じる。大気は実質上、特に１００〜１８５ｎｍのスペクトル間隔において、１８５ｎｍ未満の波長のすべてのＵＶ光を、別のＵＶ放射波長では度合いを変えて吸収する。
【００２３】
しかし、本発明の発明者らは、波長λ＝１２１．６ｎｍの光は特に大気吸収度が低い、すなわち、波長λ＝１２１．６ｎｍの紫外光は伝送帯域が狭いことを発見した。本発明の発明者はさらに、これと対照的に、有害蒸気が波長λ＝１２１．６ｎｍで大気中で強力な吸収帯域を有することを発見した。本発明によると、この知識は、蒸気および特定の有害蒸気を高感度で検出するために利用される。以下これについて説明する。
【００２４】
図２を参照すると、本発明の実施形態が示されている。まず、上述した発見とその利用可能性を繰り返し詳述すると、その波長の光は特に大気吸収度が低い、すなわち、波長λ＝１２１．６ｎｍの紫外光は伝送帯域が狭い。つまり、大気の吸収が最小となる間隔があり、この間隔の幅は相当に狭く、±０．５ｎｍである。この大気中の波長幅は、大気中では使用不能な伝送帯域となる。たとえば、数ミリ〜数センチの近距離では、この特定波長で放射される光源からの光のうちわずかが検知器に到達することができる。よって、同図で示されるように、本発明に係る検知器アセンブリ２０は、上述の検知器ユニット１のような検知器と、波長１２１．６ｎｍの光を発する光源２１とを備える。検知器ユニット１は、光源２１からいくらかの距離を置いて配置される。光源２１からの紫外光はλ＝１２１．６ｎｍでピークとなり、上記の約±０．５ｎｍの狭い幅を有する。したがって、検知器ユニット１は、光源２１からの発光を検出することができる。最も好適な波長幅は１２１．６±０．５ｎｍであるが、１２１．６±５ｎｍ、１２１．６±３ｎｍや１２１．６±１ｎｍなどの他の間隔ももちろん考えられる。
【００２５】
光源２１の設計は、非常に簡単に作製でき、安価な解決策を提供する。たとえば、光源２１は原則的には検知器ユニット１と同じ設計であってもよいが、フォトカソードを有しない。光源２１は、好ましくは、最大１ａｔｍ圧で、ＡｒまたはＨ２を充填した気密検知チャンバ２２を備える。検知チャンバ２２はさらに、たとえば中央に配置される配線２５を備える。この中央配線２５に高電圧が印加されると、コロナ放電が発生し、この放電はλ＝１２１．６ｎｍで強力な発光を有する。この光は光源２１と検知器ユニット１との間の間隙を通過し、上述したように、既知の火炎検知器の場合の火炎の代わりに光源２１によって、検知器ユニット１内に安定した信号を生成する。
【００２６】
上述のコロナ放電のような放電によって励起されたガスは、１２１．６ｎｍで強力な光線を発する。上記ガスの例はアルゴンＡｒまたは水素ガスＨ２であり、検知チャンバ２２に充填するガスとして非常に適する。それによって、簡単かつ効率的な方法で所望の波長による強力な狭帯域を得ることができる。
【００２７】
再度、発明者らの発見を詳述すると、空気と対照的に、複雑な分子構造を持つガスは、特に波長１２１．６ｎｍの光を強力に吸収する。複雑な、つまり複合的な分子構造は、３つ以上の原子を有する分子として認識され、「単純な」分子構造は二重原子または三重原子を有する分子である。複合分子構造のガスの例は、ガソリン蒸気、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）ガス、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）ガスなどのアルコール蒸気、臭化メチル（ＣＨ３Ｂｒ）などの有毒ガスである。光源２１から放射される特定波長の光が強力に吸収されることにより、空気中において、上述したような蒸気が光源２１と検知器ユニット１との間で発生した場合、λ＝１２１．６ｎｍでの紫外光強度が減衰し、それによって放出光から生成される安定的な信号は上記ガスの存在に応じて減少する。よって、有害蒸気の存在は、読取機構６〜８を用いて容易に確定することができ、可聴および／または可触警報が発せられる。
【００２８】
光源２１と検知器ユニット１との間の距離は、特定の蒸気の検出用に最適化することができる。たとえば、光源２１と検知器ユニット１との間の距離が約１ｃｍの場合、波長λ＝１２１．６ｎｍの光のＣＯ２による吸収はわずか約４．５％である。この距離を約１０ｃｍに増やすと、吸収量は顕著になる。空気中の通常の濃度よりも多くのＣＯ２が検出される。本発明の実施形態によれば、光源２１と検知器ユニット１とは、数ｃｍ、たとえば約１ｃｍ離して配置される。この距離は、最も信頼性の高い検出を提供するのに適する。それによって、小型で扱いやすい一体型の火災・蒸気検知器を提供することができるとともに、該検知器を屋内にて容易にかつ簡便に配置することが可能となる。しかし、本発明の原理を利用すると、より大きな距離が企図される。
【００２９】
炎と蒸気の検出はほぼ同時に実行することができる。人工光源２１は、パルスモードで動作し得る。人工光源２１は、所望の波長等の間隔で、たとえば１秒毎にパルス光を生成するように構成される。そして、検知器ユニット１は、特定の瞬間にこの光を検出することによって、信号を減衰させる前記蒸気による信号の減少を検出するように構成される。その後、検知器１は、残りの時間で、炎からのＵＶ光を検出する。よって、人工光源からの定期的な発光の間に炎からのＵＶ光を検出する検知器ユニットを設けることによって、蒸気検出と火炎検出との両方が実現される。人工光源が光を放射する間隔を短くすれば、たとえば、１秒毎にすれば、ガスまたは煙の存在を非常に迅速に検出して、早めの警報を出すことができる。間隔をさらに縮めると、結果的に二重検出機能が同時に実行される。
【００３０】
炎と蒸気の同時検出は、別の方法でも達成することができる。たとえば、スペクトルフィルタを利用する、あるいは、炎または人工光源の検出のためのフィルタ手段を設けた２つの検知器ユニットを利用することによって、達成される。
【００３１】
本発明の検知装置が利用される環境の空気が相当穏やかである、あるいは、検知装置の信頼度を高めることを希望する、すなわち領域内の全体の空気量の検出を可能にする場合、何らかの方法で空気循環を活発化することができる。たとえば、換気扇による人工空気循環を利用することができる。よって、大量の空気がある場合でも、有害蒸気の連続監視を実現できる。
【００３２】
図３を参照すると、本発明の別の実施形態が示されている。本実施形態では、空気循環は開放空間ではなく、低圧チャンバ内で行われる。本発明に係る検知器アセンブリ２０は、図２に関して記載したように、低圧チャンバ３０内に配置される光源２１と検知器ユニット１とを備える。低圧では、光源２１と検知器ユニット１との間の間隙における空気吸収はさらに減少するが、結果的に、ＵＶ光は検知器ユニット１に達するより広いスペクトルを有する。すなわち、第１の実施形態のようにλ＝１２１．６ｎｍだけでなく、全体のスペクトル間隔は約１２０〜約１８５ｎｍである。よって、より広いスペクトル間隔の光は、検知器ユニット１を透過する。第１の実施形態と同様、有害蒸気が光源２１と検知器ユニット１との間の間隙に現れた場合、フォトカソードに衝突し、その後、信号を生成する電子を放出する光によって生じる信号の減少が検出される。本実施形態によると、広い間隔、すなわち、１２０〜１８５ｎｍは測定に役立つため、検知装置の感度は向上する。
【００３３】
低圧チャンバを実現する１つの方法は、差別ポンプで使用されるような十分既知の毛管現象を利用するものである。この手法は、真空紫外線分光法や分子ビーム研究で一般的に使用される。差別ポンプを有する該システムは通常、小径の毛管を介して周囲空気から分離されるガスチャンバを含む。チャンバが別のポートを通って継続的にポンプで吸い出される場合、チャンバ内の圧力は、気流への高い抵抗を有する毛管現象のために１ａｔｍよりもずっと低い。低圧チャンバを達成する他の方法も考えられる。
【００３４】
本発明の別の実施形態によると、有害蒸気が特定される。図３ａは、上記蒸気特定で使用される典型的な装置の概略的なレイアウトを示す。該装置は、上述した実施形態と同じ原理に基づくが、ガス特定機能が含まれる。空気は検知器アセンブリ１、２１を通過して差動チャンバ３３に入る。検知器アセンブリ１、２１が、上述したように減衰された信号を受信する検知器ユニット２１によって有害蒸気を特定する場合にのみ、ガス特定装置３２が始動する。ガス特定装置３２は、広い放射スペクトルのランプ３４が装着される差動ポンプチャンバ３３を備える。ガス特定装置３２はさらに、ランプ３４から放射された広スペクトル光を検出する検知器３６を含む従来のスペクトログラフ３５を備える。この機構によって、差動チャンバ３３にポンプで送られるガスの吸収スペクトルを測定することができる。当該分野では既知なように、各ガス混合物は独自の吸収スペクトルを有するため、吸収スペクトルを測定すれば当該特定のガスを識別することができ、非常に有益である。たとえば、起こりうる危険に応じて様々な警報信号を始動するように各種ガスを設けることができる、あるいは、様々な対抗策を講じさせることができる。図２、３、３ａを参照して上述したすべての実施形態において、光源２１と検知器ユニット１は、検出される空気を取り込むための通気路または通気口を含む単一のケース（図示せず）内に収容することができる。さらに、たとえば、使用される検知器アセンブリが埃をかぶっている、あるいは大型粒子で充満していることが分かっている環境では、フィルタをケースの通気口の前に置くことができる。それによって、誤警報のリスクが低減される。
【００３５】
検知器アセンブリ２０の汎用性は、図４を参照して上述したように、光学システムと組み合わせられる位置検出ＵＶ検知器を用いることによってさらに高めることができる。本発明のこの側面によると、特定の当該領域における特定の発光源のＵＶ像を撮像することができる。検知器アセンブリで使用される場合、たとえば、格納庫、森林等の広大な領域のＵＶ像を監視し、取得することができる。上記システムは、位置特定機能を持たない火災検知器と比較して、消火活動を正確に指示できるという明らかな利点を有する。さらに、位置検知器のない火炎検知器は、直接日光が警報を発動して、直接日光を炎と誤認させるため、誤警報の割合がより高い。
【００３６】
図４は、レンズ４２と、複数の変調人工ＵＶ光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎ、たとえばＨｇランプとを備える光学システム４０の概略図である。このシステムはさらに、ＵＶ位置検知器４１を含む。ＵＶ位置検知器４１は、光学システム４０の焦点面に配置される。さらには、検知器４１内のＵＶ検知フォトカソードにＵＶ光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎを撮像するためにレンズ４２が含まれる。典型的な位置検知器４１について図５を参照して以下に説明するが、簡単に言うと、検知器４１は、各アノード配線に向かって移動する電子によって生成された電荷を別々に検出するように構成された複数の読取素子を備える。これらの別々に検出された電荷は、ＵＶ光源の像を示す読取信号に変換される。これにより、ＵＶ光源の２次元像が達成される。位置検知器４１は、変調された人工ＵＶ光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎの像と太陽の像とを取得する。さらに、炎はＵＶ光を発するため、位置検知器４１は、存在し得る炎４４の像も取得する。変調ＵＶ光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎは、監視領域内に配置され、既知な座標の像を生成する。ＵＶ光源としての太陽は既知の位置にあるので、太陽や変調ＵＶ光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎによる火災警報の発生を容易に防止することができる。しかし、火炎がある場合、フォトカソードによって生成された信号が変更され、火炎が検出される。さらに、図２および３を参照して説明された実施形態に従うと、煙が変調ＵＶ光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎと位置検知器４１との間で生じる場合、光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎからの信号は減衰され、これは煙警報検知器の設定のために使用することができる。
【００３７】
図５は、炎および／または煙を検出するためのシステムでの使用に適した位置検知器の例を示す。図示される典型的な位置検知器は、読取パッドを有する配線チャンバである。検知器５０は、光源４３ａ、４３ｂ、…、４３ｎなどのＵＶ光源からのＵＶ光または炎４４を通過させるためのＵＶ透過窓５１を備える。金属網５２は窓５１の下に配置され、カソードとしての金属パッドとともに役割を果たす。検知器５０のカソード５５は、電荷検知増幅器５７に接続された複数の読取素子または複数のパッド５６も備える。ＵＶ光が窓５１を介して配線チャンバ５０に入ると、光電効果がＣｓＩ層５４から生じて、光電子はこのＣｓＩ層から放出されて検知器に入る。印加された電界は、アノード配線５３に向かって移動するようにこれらの一次光電子に影響を及ぼす。電界が強力なアノード配線５３の近傍では、一次光電子が電子なだれ（Townsend avalanche）を誘発する。これらのなだれ内で生成された正イオンは、カソード、すなわち金属網５２およびパッド５６に向かって移動し、パッド５６上に信号を誘発する。その後、これらの信号は、なだれを誘発した一時電子の位置を判定するために使用される。生成された一次光電子の測定位置から、ＣｓＩフォトカソードと相互作用したＵＶ光子の位置を復元し、検知器窓５１上に光学システムによって焦点を合わせられたＵＶ光源の像を取得することができる。別の実施形態では、窓５１が除かれ、レンズのみが利用される。
【００３８】
太陽背景光（sun background light）は、散乱ＵＶ光と、λ＞３３０ｎｍの長波長によって生じる太陽光とを備える。太陽背景光は、位置検知器のすべてのチャネルで弱い信号を生じさせ、よって、火炎と容易に識別可能である。さらに、１８５〜２８０ｎｍの波長幅内のＵＶ太陽光は、オゾンやそこに含まれる他のガスのために、大気の上層によって強力に遮断されることが既知である。大気の上層の完全な透過は、λ＞３００ｎｍの光の場合のみ生じるが、地表面では、空気は２４０〜３００ｎｍの幅で透過である（すなわち、非吸収光）。よって、２４０〜３００ｎｍ内の間隔の波長の光を放射するエミッタが地表面にあれば、背景比に対して高信号で検出される。上述したように、非位置火炎検知器は、直接日光が衝突する場合に誤警報を発する可能性がある。対照的に、直接日光が位置検知器を透過すれば、直接日光は強力な信号を生じさせるが、１つのみかまたは数個のチャネル内に限られる。空における太陽の位置、ひいては光学システムの焦点面における太陽像の位置は既知であるため、この信号は警報を発動させない。さらに、太陽像信号で反応するパッドは、もしあったとしても増幅器から電気的に分離されている。このため、太陽像の影響を受けるパッドとアノード配線との間の電流フローは遮断される。電流フローが存在しないと、フォトカソードのＣｓＩ層は、さもなければ強力なＵＶ光によって引き起こされていた起こりうる経時効果（すなわち、ＣｓＩ量子効率の低下）を免れる。火炎または直接日光がない場合、背景信号は通常非常に弱いため、経時効果は無視できるほど小さい。
【００３９】
なお、気体フォトカソードなど、ＣｓＩ以外のカソードも利用可能である。たとえば、エチルフェロセン、テトラキス（３メチル）、アミンまたはテトラキス（ジメチルアミノ）、エチレン（ＴＭＡＥ）蒸気を備える。対照的に、固体フォトカソードでは、量子効率は＞２００〜２２０ｎｍの波長の場合、実質上ゼロであり、太陽から放射される長波長に全く感応しない。
【００４０】
図４の検知器アセンブリは、低背景光の環境での動作、たとえば、森林火災検知の際の使用に非常に適する。上記用途では、太陽および風景からのＵＶ光および可視光を正確に予測することができるので、使用されるソフトウェアパッケージに容易に含め、警告信号を発するように設定することができる。しかしながら、高い背景光を有する環境では、これはより困難である。高背景光の環境では、特に背景光が非常に予測不能な場合、システムは誤って発動する傾向がある。そのような高背景光環境の例としては、工業地域、都市部、高速道路などがあり、そこでは、車、窓、建物からの予測不能な太陽光反射によって誤警報が起こる場合がある。誤警報を回避する１つの方法は、太陽から放射される長波長には反応しないが、炎から放射される短波長には反応する気体フォトカソードを使用することである。そのようなフォトカソードに適した材料の例としては、気体ベースの検知器や、あるいは、液体もしくは固体状態検知器に利用可能かつ使用可能なテトラキス（ジメチルアミノ）エチレン（ＴＭＡＥ）である。この点でのさらなる改良は、図６に示される実施形態によって達成される。このシステムは図４のものと類似するが、水晶プリズム６１が追加されており、レンズ６２はスリット６３を含む。光線はスリット６３によって平行にされ、プリズム６１に送られる。光線は、様々な角度でプリズム６１から出る複数の光線に偏向される。特定の波長を有する光は、特定の角度で出射される。位置検知器アセンブリのＹ軸に沿って、観察点（対象１）の発光スペクトルが得られ、Ｘ軸に沿って調査領域のＩＤ像が得られる。この機構によって、炎または太陽を反射する対象の位置およびスペクトルを同時に測定することができる。図８から明らかなように、空気中の炎は、太陽光のスペクトルと異なるスペクトルを有する。炎が３００〜３６０ｎｍに分子放射のピークを有する一方で、太陽は黒い物体として放射し、このスペクトル領域で急激に成長するスペクトルを有する。上述の機構では、スペクトルを測定することによって、炎と反射太陽光とを確実に識別することができる。さらに、火炎放射のピーク周辺のほんのわずかの波長を測定するだけでも十分である。たとえば、測定比、Ｉ１／Ｉ２、Ｉ３／Ｉ２（ここで、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３はλ１、λ２、λ３として示される波長での照射測定強度である）で十分である。
【００４１】
本発明での使用に適した位置検知器の例は、（図５を参照して上述した）配線チャンバ検知器か、ＣｓＩ（もしくは、ＣｓＴｅかＳｂＣｓ）フォトカソードおよびパッド型読取機構と組み合わせた平行プレートチャンバ検知器か、固体検知器か、または真空検知器である。配線チャンバ検知器および平行プレートチャンバ検知器は比較的安価であるとともに、非常に広い感知領域、すなわち放射パワーを測定可能な出力を生成する検知器の領域を有し、かつ単一の光電子放射を放出することができるため、好適である。他のＵＶ位置検知器も使用できることが理解し得る。
【００４２】
図７は、火災の位置を３次元空間で判断できる２つのＵＶ位置検知器の立体システムを示す。なお、
使用されるＵＶ検知フォトカソードは、固体、気体、または液体のフォトカソードのいずれであってもよい。
【００４３】
上述した実施形態で、および従来の火災検知器で使用されるフォトカソードは、ＣｓＩ（セシウムヨウ化物）の光検知素子を備える。いくつかの利点がそのようなフォトカソード材料を用いて実現される。ＣｓＩを用いる第１の利点は、感度が長波長に向かって急激に低下する結果、火災検知器が実質上可視光に反応しないので、完全に照明されている建物内の火災を検出するのに使用できることである。第２の利点は、ＣｓＩフォトカソードを、量子効率を大幅に低下させずに、短時間、たとえば約５〜１０分の間、空気に触れさせておくことができることである。火災検知器の組立が大幅に簡易化されるため、これは非常に好都合である。検知器の組立を空気中で行うことができ、検知器のコストが低減される。ＣｓＩを光検知材料として使用する第３の利点は、実質上熱放射がないため、フォトカソードから散発的に放射される熱電子によって生じる紛らわしいパルスがないことである。したがって、ＣｓＩは、本発明のフォトカソードで使用される非常に好適な材料である。しかし、そのようなＣｓＩフォトカソード検知器は単一の光電子を検出および記録することができ、その感度は完全に照明された部屋で３０ｍ離れた距離で煙草のライターを確実に検出できるほどであるが、ＣｓＩフォトカソードをさらに改良する余地はない。
【００４４】
明らかに、火炎の検出を可能にする前提条件は、火災検知器で使用されるフォトカソード材料の量子効率が炎の放射スペクトルと重複することである。ＣｓＩの量子効率曲線は、図８に示されるように、火炎の放射スペクトルとわずかにしか重複しない。同図では、量子効率が波長に対して描かれ、大気中の炎の典型的な発光スペクトルが曲線ＩＩＩで示され、日光の発光スペクトルが曲線ＩＶで示される。ＣｓＩの量子効率曲線は曲線Ｉによって示され、図示されるように、炎の放射スペクトルとわずかにしか重複しない。対照的に、曲線ＩＩで示されるＣｓＴｅ（セシウム−テルル）の量子効率は、火炎の放射スペクトルとのより適切な重複を示す。よって、ＣｓＴｅフォトカソードを使えば、火災検知器の感度のさらなる向上が期待される。しかし、ＣｓＴｅフォトカソードは、酸化とＣｓＴｅ量子効率の急速な劣化のために空気に触れさせることができず、そのようなフォトカソードは強い熱放射と高いノイズレベルを有する。本発明の一つの実施形態によると、最適化された二重層フォトカソードの提供によって、火災検知器の感度が向上する。ＣｓＴｅフォトカソードの上記の問題は、本発明の二重層フォトカソードによって解決される。図９を参照し、そのようなフォトカソードを以下に説明する。
【００４５】
本発明のフォトカソード８０は、ＣｓＴｅ層８２で被覆された導電基板８１を備える。ＣｓＴｅ層８２は、たとえば、数ｎｍ厚、好ましくは約２０ｎｍ厚のＣｓＩ薄層で被覆される。この被覆は、電子めっき、電子被覆、薄膜処理、化学蒸着などの適切な方法で行うことができる。
【００４６】
たとえば炎などのＵＶ光源からの入射ＵＶ光子はＵＶ透過窓を通過し、光学的に透明なＣｓＩ層８３を透過し、ＣｓＩ層とＣｓＴｅ層から光電効果を生じさせる。ＣｓＴｅ層からの光電子は、高運動エネルギーＥｋを有する。
Ｅｋ＝ｈν−Φ
ここで、Φは、ＣｓＴｅおよびＣｓＩ層８２、８３間の境界の仕事関数である。この高運動エネルギーのため、光電子は薄ＣｓＩ層８３を通過し、検知器に入り、そこで、なだれ増幅を起こす可能性のあるガスと相互作用する。よって、本発明のフォトカソード８０の量子効率は、ＣｓＴｅとＣｓＩの量子効率の合計とほぼ同一である。ＣｓＴｅフォトカソードの熱放射に関する問題は、熱光電子がＣｓＩ層８３を克服できないほど非常に低いエネルギーを有し、ＣｓＩ層８３によって検知器の通過を妨害されるため、本発明の二重層フォトカソードを用いて解決される。したがって、二重層フォトカソード８０は熱光電子を放射せず、ノイズレベルはＣｓＴｅフォトカソードで起こりうるレベルよりも低く、実際にはＣｓＩフォトカソードのレベルである。
【００４７】
さらに、ＣｓＩ層８３がＣｓＴｅフォトカソードを空気との直接接触から守るため、二重層フォトカソード８０は短時間しか空気に触れない。したがって、ＣｓＩフォトカソードの利点の１つが達成される。すなわち、大気中で検知器ユニットに組み込むことができるので、検知器ユニットの製造は大幅に簡易化され、コストも低くなる。
【００４８】
たとえばＳｂＣｓ等の別のフォトカソードに本発明の二重層構造を配置することも可能であり、炎の放射スペクトルとより適切に重複する。ＣｓＩ被覆層で覆われるＳｂＣｓフォトカソードの量子効率を、図８の曲線Ｖで示す。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来の火炎検知器を示す。
【図２】本発明の原理を明確にする、本発明の一実施形態の概略図である。
【図３】図２の実施形態の感度を向上させる低圧チャンバを含む本発明の別の実施形態を示す。
【図３ａ】ガスの特定を可能にするスペクトログラフを含む本発明の別の実施形態を示す。
【図４】本発明の位置特定機能を示す位置検知センサを示す。
【図５】図４の位置検知センサの典型的な実施形態をより詳細に示す。
【図６】火炎の位置を特定し、火炎と太陽光反射とを識別する検知器アセンブリの別の実施形態を示す。
【図７】図４の位置検知センサを備える立体システムを示す。
【図８】様々な材料、および空気中の炎の放射スペクトルと太陽の放射スペクトルの量子効率Ｑのグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る二重層フォトカソードの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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