ДЕТЕКТОР С ОПТИЧЕСКИМ БЛОКОМ
DETECTOR WITH OPTICAL UNIT

Область техники
Настоящая заявка относится к оптическим детекторам дыма. Более конкретно, настоящая заявка относится к таким детекторам, которые обеспечивают улучшенные отношения сигнал-помеха в результате использования выборочно сконфигурированных оптических блоков.
Уровень техники
Различные типы оптических, нефелометрических детекторов дыма известны из уровня техники. Они подают практически применимые сигналы предупреждения при возникновении задымления. Одна из таких конструкций раскрыта в патенте США №6,521,907 под названием «Miniature Photoelectric Sensing Chamber», который выдан 18 февраля 2003 года и переуступлен Правопреемнику настоящего документа. Патент США №6,521,907 включен в настоящий документ путем ссылки.
Как правило, оптические детекторы дыма или детекторы дыма, выполняющие оценку по нескольким критериям, в которых используют оптический сигнал для определения пожара, содержат измерительную камеру, в которую поступает дым, оптическую систему для обнаружения света, рассеиваемого твердыми частицами дыма, необязательные другие измерительные преобразователи (термисторы и т.п.), электронные управляющие схемы и систему передачи информации для обработки сигналов, поступающих от измерительных преобразователей. Информация, поступающая от детектора, может быть передана на панель управления пожарной сигнализации (некоторые типы детекторов содержат встроенную систему сигнализации и не передают данные на панель управления).
В известных детекторах дыма (пожарных детекторах) оптическая система содержит оптический излучатель и приемник, которые встроены в измерительную камеру детектора при помощи держателя оптических деталей. Помимо других функций, этот держатель деталей способствует автоматической сборке детектора.
К оптической системе, используемой в пожарных детекторах, предъявляют различные запросы и требования. К известным запросам и требованиям может относиться следующее: приемлемая чувствительность к оптическому излучению для обеспечения хорошего отношения сигнал-помеха в присутствии дыма; нечувствительность к небольшим твердым частицам, не имеющим отношения к дыму, или насекомым, которые попали в измерительную камеру; и нечувствительность к конденсату и влажности.
Малые размеры ввиду уменьшенного объема камеры являются преимуществом, так как это способствует рентабельной сборке таких детекторов при помощи машин для автоматической установки.
Специалистам в данной области техники понятно, что оптические излучатели и приемники должны быть расположены таким образом, чтобы при отсутствии дыма лишь небольшое количество света попадало в приемник после нескольких отражений в измерительной камере. С другой стороны, в присутствии дыма достаточное количество света, испускаемого излучателем, рассеивается частицами дыма и поступает в оптический приемник для оценки присутствующей концентрации дыма.
Кроме того, следует понимать, что многочисленные вызывающие помехи явления могут отрицательно влиять на эффективность таких устройств. К ним относятся пыль, насекомые или небольшие объекты, которые могут попасть в измерительную камеру и вызвать отклонения сигнала или ложные сигналы тревоги. Высокая влажность или выпадение конденсата в измерительной камере также могут вызывать нежелательные изменения сигнала.
Различные конфигурации оптических систем, используемых в коммерческих пожарных детекторах, известны из уровня техники. Излучатели и приемники могут быть припаяны к печатной плате. Настройку оптических приборов выполняют при помощи одного или нескольких формованных держателей оптических деталей. Кроме того, в результате использования держателя оптических деталей может быть снижен размер луча света от излучателя для того, чтобы получить увеличение оптического сигнала только в присутствии дыма в измерительной камере.
Сущность изобретения
На фиг. 1 представлен вид сбоку в разрезе детектора дыма в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 представлен вид в перспективе оптического блока, который аналогичен блоку в детекторе, представленном на фиг. 1;
на фиг. 3 представлен вид в разрезе оптического блока, представленного на фиг. 2;
на фиг. 4 представлен вид сбоку оптического блока, представленного на фиг. 2;
на фиг. 5 представлен вид в разрезе оптического блока, представленного на фиг. 4;
на фиг. 6 представлен вид сверху оптического блока, представленного на фиг. 4;
на фиг. 7 представлен вид сзади оптического блока, представленного на фиг. 4;
на фиг. 8 представлен вид сверху предлагаемого блока, на котором показаны участки для манипуляций, используемые при осуществлении автоматической сборки;
на фиг. 9 представлен вид сбоку в разрезе блока, представленного на фиг. 8;
на фиг. 10 представлен вид в перспективе предлагаемого блока без металлического экрана;
на фиг. 11 представлен вид сбоку альтернативного оптического блока в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 12 представлен вид сверху оптического блока, представленного на фиг. 11;
на фиг. 13 представлен вид сзади со стороны излучателя оптического блока, представленного на фиг. 11;
на фиг. 14 представлен разрез, выполненный вдоль плоскости 14-14, представленной на фиг. 12;
на фиг. 15 представлен вид в перспективе оптического блока, представленного на фиг. 11;
на фиг. 16 представлен разрез, выполненный вдоль плоскости 16-16, представленной на фиг. 12;
на фиг. 17 представлен вид в перспективе несимметричного оптического блока;
на фиг. 18 представлен вид сбоку блока, представленного на фиг. 17;
на фиг. 19 представлен вид сверху блока, представленного на фиг. 17;
на фиг. 20 представлен вид сбоку в разрезе блока, представленного на фиг. 17, при этом разрез выполнен вдоль плоскости 20-20, представленной на фиг. 19;
на фиг. 21 представлен вид сзади блока, представленного на фиг. 17;
на фиг. 22 представлен вид в перспективе оптического блока, состоящего только из барьера;
на фиг. 23 представлен вид сверху блока, представленного на фиг. 22;
на фиг. 24 представлен вид сбоку блока, представленного на фиг. 22;
на фиг. 25 представлен вид сзади блока, представленного на фиг. 22.
Краткое описание чертежей
Хотя раскрытые варианты осуществления могут принимать множество различных форм, при изучении конкретных вариантов осуществления, изображенных на фигурах и подробно описанных в настоящем документе, следует понимать, что настоящее раскрытие приведено лишь в качестве иллюстрации принципов настоящего изобретения, а также лучшего варианта его реализации, и что оно не предназначено для ограничения приведенной ниже формулы изобретения представленным конкретным вариантом осуществления.
В представленных вариантах осуществления предпочтительно используется продолговатый оптический блок, который описан ниже. В этом формованном оптическом блоке благодаря наличию центральной части выполнено разделение зоны излучателя и зоны приемника. Согласно раскрытому варианту осуществления два зеркальных, V-образных барьера - один рядом с излучателем («ближний к излучателю барьер») и один рядом с приемником («ближний к приемнику барьер») - расположены друг напротив друга.
Ближний к излучателю барьер непосредственно освещается излучателем. Небольшие объекты, которые могут попасть в камеру через впускной фильтр, оседают на верхней поверхности и рассеивают свет. Однако распространение этого света прерывается ближним к приемнику барьером. С другой стороны, небольшие объекты или капли воды, осевшие на ближнем к приемнику барьере, непосредственно не освещены излучателем, так как они находятся в тени ближнего к излучателю барьера.
Указанные два барьера разделены нижней плоскостью. Указанные два барьера и боковые стороны образуют небольшой резервуар или углубление, которое может содержать небольшие объекты, которые проходят через фильтр камеры, или конденсированные капли воды. Этот технический признак помогает предотвратить значительные изменения выходного сигнала.
Конечный результат заключается в том, что конденсат, пыль, насекомые или другие небольшие объекты, которые могут оседать на оптическом блоке, не вызывают значительного увеличения величины выходного оптического сигнала.
Как описано ниже, расстояние между двумя барьерами и их геометрия подобраны таким образом, чтобы максимально увеличить чувствительность к оптическому излучению и обеспечить нечувствительность к конденсату, пыли, насекомым и другим небольшим объектам, которые могут попасть в измерительную камеру.
Четыре плоских участка для захвата выполнены на оптическом блоке для обеспечения автоматической установки указанного блока. Различные способы захвата могут быть использованы для автоматической установки указанного блока. Кроме того, возможно поднять оптический блок при помощи двух различных вакуумных захватов, которые удерживают посредством вакуума оптический блок за верхние или нижние области для захвата. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным процессом производства.
Верхние участки для захвата ограничены двумя ступенями. В результате чего капли, образованные в результате конденсации влаги в этих участках, не будут влиять на испускаемый световой конус, вызывая изменения выходного сигнала.
На фиг. 1-9 приведены различные виды детектора дыма и оптического блока в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 представлен нефелометрический детектор 10 дыма или детектор дыма дифракционного типа. Детектор 10 содержит наружный корпус 12, на котором закреплен плоский несущий элемент 14, который может быть реализован в качестве печатной платы 14. Управляющие схемы 16, установленные на элементе 14, присоединены к оптическому блоку 20.
Рассмотрим фиг. 2-9, оптический блок 20 характеризуется наличием формованного корпусного элемента 20-1 и содержит образованные в процессе формования каналы 22а, 24а, в которые через входное отверстие 22b вставляют излучатель 22 и через входное отверстие 24b вставляют приемник 24 (датчик). Излучатель 22 и датчик 24 характеризуются наличием соответствующих центральных линий 22-1 и 24-1, которые проходят от блока 20 к смежной измерительной камере 12а.
Световое излучение, испускаемое излучателем 22 (например, светодиодом или лазерным диодом), выходит из канала 22а через выходное отверстие 22с. Рассеянное световое излучение из измерительной камеры 12а проходит через входное отверстие 24с в приемник 24, где оно измеряется управляющими схемами 16 способом, понятным и известным специалистам в данной области техники.
V-образный ближний к излучателю барьер 30 характеризуется наличием двух плоских боковых поверхностей 30-1, 30-2. V-образный ближний к приемнику барьер 32 также характеризуется наличием двух плоских боковых поверхностей 32-1, 32-2. Барьеры 30, 32 расположены со смещением относительно соответствующих отверстий 22с, 24с вдоль центральной линии А блока 20.
Ближний к излучателю барьер 30 непосредственно освещается излучателем 22, который периодически запитывается управляющими схемами 16. Небольшие объекты, пыль, капли воды, образовавшиеся из-за влажности и изменений температуры, или насекомые, которые могут проникнуть в измерительную камеру 12а через впускной фильтр (не показан), могут оседать на верхней поверхности и рассеивать свет. Распространение рассеянного света будет остановлено при помощи ближнего к приемнику барьера 32, при этом рассеиваемый свет не будет влиять на локально сгенерированные помехи. Преимущественно объекты, оседающие на ближнем к приемнику барьере 32, не будут подвержены прямому освещению, так как они находятся в тени, создаваемой ближним к излучателю барьером 30.
Утопленная плоскость 38 разделения предоставляет область, в которую могут падать указанные выше объекты, включая капли воды; эта плоскость направляет указанные объекты таким образом, чтобы они не взаимодействовали со световым излучением, которое выходит из источника 22 или которое поступает в приемник 24.
Соотношение чувствительности к оптическому излучению и нечувствительности к помехам может быть отрегулировано для обеспечения желаемой чувствительности к оптическому излучению и хорошей нечувствительности к пыли, конденсату и небольшим объектам, которые могут оседать на поверхностях блока 20, посредством установки излучателя под углом, равным приблизительно 75°±25°. Угол установки приемника может быть отрегулирован соответственно. Угол установки приемника может варьировать в диапазоне 70°+110° (прямой барьер) и - 25°.
Формование поверхностей барьеров, таких как 30-1, 30-2, 32-1, 32-2, с образованием по существу вертикальных плоскостей барьеров является эффективной методикой для устранения оседания твердых частиц, не имеющих отношения к дыму, на краях барьеров. Это минимизирует ложные срабатывания устройства сигнализации и отклонения выходного сигнала. Угол наклона, составляющий от 60° до 90° относительно оси А, обеспечивает приемлемую нечувствительность к помехам.
Кроме того, несколько участков для манипуляций (таких как участки 40 а, b, с, d) могут быть выполнены для осуществления различных подъемно-транспортных операций во время процесса автоматической сборки. U-образный металлический экран 42 может быть присоединен к концу блока 20, на котором установлен приемник. Этот экран может частично охватывать приемник 24, изолируя его от локальных, создающих помехи электромагнитных волн. На фиг. 6 представлена центральная ось А блока 20.
Хотя многочисленные варианты установки под различными углами находятся в пределах объема и сути настоящего изобретения, значения угла В (угла наклона плоскости барьера) согласно фиг. 5 и 6 предпочтительно находится в диапазоне от 60° до 90° градусов. Значение угла С находится в диапазоне от 45° до 110°. Значение угла D находится в диапазоне от 45° до 95°. Наиболее предпочтительно значение угла В будет составлять приблизительно 90°, а значения углов С и D будут составлять приблизительно 70°.
На фиг. 10 представлен блок 20 без экрана 42. Хотя экран показан присоединенным к приемнику 24, следует понимать, что экран также может быть установлен в области излучателя 22. Альтернативно экран 42 может отсутствовать, что изображено на фиг. 10. Следует понимать, что наличие или отсутствие экрана 42 не ограничивают настоящее изобретение.
На фиг. 11-16 представлены различные аспекты альтернативной формы оптического блока 50. Ранее описанные элементы, которые показаны на фиг. 11-16, имеют аналогичные цифровые обозначения и не будут дополнительно описываться.
Оптический блок 50 по существу идентичен оптическому блоку 20, за исключением того, что блок 50 содержит только одну структуру 60 в виде V-образного барьера/рефлектора. Барьерный элемент 60 характеризуется наличием плоских поверхностей 60-1, 60-2, расположенных в конфигурации, которая аналогична ранее описанной конфигурации в отношении барьерного элемента 30. Вместо второго V-образного барьерного элемента блок 50 содержит плоскую поверхность 62 (см. фиг. 12).
Излучатель 22 может быть расположен в части блока 50, которая содержит барьер 60. Поверхность 62 может быть расположена в части блока 50, которая связана с приемником 24.
Плоские поверхности 70 а, b, с и d для захвата расположены на блоке 50 так, как показано на фигурах. Поверхность 62 ориентирована так, чтобы проходить по существу перпендикулярно смежной плоской поверхности 70 с для захвата. Альтернативно барьерный элемент 60 может быть расположен рядом с приемником 24.
На фиг. 17-21 представлен несимметричный альтернативный вариант осуществления оптического блока, обозначенный позицией 80. Блок 80 характеризуется наличием корпусной части 80-1, содержащей канал 82а с входным отверстием 82b и выходным отверстием 82с, в который может быть вставлен либо излучатель 22, либо приемник 24. Одиночный барьерный и отражающий элемент 80-1, 80-2, сопоставимый с элементом 30, который был рассмотрен ранее, сформирован в корпусе 80-1.
Пара отдельных оптических блоков, таких как блок 80, может быть установлена на основании, расположенном рядом с измерительной камерой, для формирования детектора дыма описанного выше типа.
На фиг. 22-25 представлены различные виды отдельного модульного барьера 90. Барьер 90 содержит два формованных барьера 92, 94 описанного выше типа. Утопленная область 98 выполнена между ними для сбора пыли, насекомых или капель водяного конденсата, что в целом описано выше касательно блока 20. Барьер 90 может быть расположен между излучателем и приемником для снижения интенсивности испускаемого луча света, а также для устранения прямого освещения соответствующего приемника.
Как правило, оптические барьеры, описанные выше, могут быть сформованы из термопластичных или термоотверждающихся формовочных материалов. Недорогая полиамидная смола с минеральным наполнителем, которая может быть отлита под воздействием нагревания и давления для образования частей с хорошими механическими свойствами, может быть эффективно использована при производстве описанных выше оптических блоков.
Оптический блок может подходить для установки оптических излучателей и приемников с размерами корпуса 5 мм (Т 1 ¾), выводы которых могут быть согнуты для обеспечения автоматического процесса установки оптического блока. Размеры оптического блока могут быть подобраны для использования оптических излучателей и приемников с размерами корпуса 3 мм.
Описанные выше оптические блоки разработаны для установки на несущем элементе, таком как печатная плата, при помощи стандартного процесса сборки.
Доставка описанных выше оптических блоков может быть выполнена в ленте на бобине, находящейся в специализированном подающем механизме. Оптические блоки могут быть поданы в машину автоматической установки для массового производства.
Процесс установки может предусматривать различные стадии, включая: стадию захвата, на которой вакуумный захват поднимает оптический блок, используя участок для захвата, при этом может быть выполнена первая проверка герметичности для того, чтобы определить выполнен ли захват блока надлежащим образом. При этом может быть проведена проверка при помощи камеры. Если предыдущие проверки были успешно пройдены, камера может измерить размеры и положение оптического блока и вычислить любое смещение, необходимое для точной установки компонента. Затем блок может быть перемещен к печатной плате. Вторая проверка герметичности может быть проведена для подтверждения того, что компонент все еще удерживается захватом. Затем оптический блок может быть помещен на печатную плату. После этого оптический блок может быть непосредственно установлен на печатной плате.
Излучатель может быть присоединен к задающей схеме, которая импульсно питает его для генерирования света, который может проходить в измерительную камеру. Некоторое количество этого света будет рассеиваться твердыми частицами дыма и попадать в приемник, запуская сигнал тревоги.
Описанные выше оптические блоки и измерительная камера разработаны таким образом, чтобы при отсутствии дыма к приемнику поступало лишь небольшое количество света, поступающего из излучателя, по сравнению с количеством света, рассеиваемого дымом, поступающим в камеру во время пожара.
Для того чтобы завершить процесс сборки пожарного детектора, печатную плату с оптическим блоком вставляют между основанием детектора и пластмассовыми частями, которые образуют измерительную камеру. Наконец, измерительная камера может быть закрыта крышкой, в которой также может быть установлен впускной воздушный фильтр. Дым для попадания в измерительную камеру должен пройти через крышку.
Следует отметить, что многочисленные изменения и модификации могут быть выполнены без отступления от сути и объема настоящего изобретения. Следует понимать, что раскрытое в настоящем документе конкретное устройство не предназначено для какого-либо ограничения настоящего изобретения. Предполагается, что формула изобретения охватывает все подобные модификации и изменения.
Кроме того, логические схемы, показанные на фигурах, не требуют выполнения конкретного порядка действий, изображенного на фигурах, или последовательного порядка действий для достижения желаемых результатов. Другие стадии могут быть добавлены или некоторые стадии могут быть удалены из описанных схем, и другие компоненты могут быть добавлены к описанным вариантам осуществления или удалены из них.