带粒子传感器的烟尘探测器制造技术

一个采用单个烟尘粒子测量器的大灾探测器，包括一个作为相干光源的激光二极管。一个悬浮粒子通道靠近该二极管放置，放在它的一个输出射口或构造出，以横穿一个受激发射区域。一个光振幅检测元件，如光电探测器予以配置从而探测响应单个浮在空中的烟尘粒子存在的光强度变化。处理来自探测器的已调信号，以决定烟尘类型和浓度，从而确定火灾迹象的存在或不存在。采用无阀固态激励器，单向或双向粒子流都能提供。采用带有多个传感器具有多辐射源／传感器对的单个辐射源可提供多通道输出。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烟尘探测器。本专利技术特别涉及构造得用来检测并且测量各单个烟尘粒子这样的探测器。火灾探测器被认为是有价值的安全器械，因为它们通常可望用来提供一个区域火灾活动情况的早期报警。已知的火灾探测器采用多种不同类型的传感器。例如，用测温计来检测增加的环境温度。具有电离或光电传感器的烟尘探测器，可探知受监视区域空中悬浮粒子物质的存在。气体探测器检测一种或多种气体的存在及浓度。尽管已知的探测器是有用的，但它们设计成检测选择的宏观状况的存在。例如测温计一般检测某一被监视区域中运动着的空气的温度。这样，单个空气分子的温度指标并未被检测。相反，检测的是巨大数量的分子，从而提供一个平均温度指示。与之相似，离子型和光电型烟尘探测器检测某一区域中的烟尘浓度，而这包括了大量烟尘粒子。作为它们的检测方式的结果，就减少能耗、减小体积及减少可能达到的制造成本来说，已知的探测器都存在局限性。能够利用当前集成电路处理技术且开发出体积小、价位低的小功率烟尘传感器是人们所希望的。优选地，与检测大量粒子的存在不同，这样一种探测器检测的是烟尘单个粒子，以便提供涉及烟尘类型和浓度的信息。小功率固态粒子传感器包括一个作为相干光源的激光二极管。已知的激光二极管具有1×5微米级的光束输出射口。优选采用具有可以是最小的输出射口的激光二极管。尺度大约为1×1微米的输出射口是适宜的。在本专利技术的一方面，在靠近输出射口处设置一粒子流动路径，允许有间隔的各单个烟尘粒子顺序流过。流动路径优选具有与已知烟尘粒子大小差不多的尺寸，比如大约3微米。典型烟尘粒子大小已知为在大约0.1到1微米。人们还知道，这种粒子在流动通道中倾向于不受外界影响而不沿通道壁聚集。在另一方面，光电传感器，如光电二极管，可靠近辐射源的输出射口布置，流动路径的一部分位于该光电二极管和输出射口之间。因此，在烟尘粒子经由流动路径移动时，它们一次一个地在调整它们的射束前通过。传感器输出的电信号表示粒子的大小和速度，该粒子实际上使辐射能束模糊。传感器的输出信号会响应经过流动路径的每一个烟尘或悬浮物粒子而出现。或者，传感器的方位可确定为探测单个粒子的反射光。采用不连续的烟尘粒子传感器的火灾探测器包括一个作为相干光源的激光二极管。一个悬浮物通道靠近二极管设置，处在或者是从那里的或者是构造成的输出射口，以便横穿受激发射的区域。光振幅测定元件如光电探测器予以配置，从而探测响应于单个浮在空中的烟尘粒子存在的光强度变化。处理来自探测器的已调信号，以决定烟尘类型和浓度，从而确定火灾迹象的存在或不存在。一方面，可提供为分析检测到的颗粒物质大小以决定火灾类型的电路系统。用于决定粒子间距离的电路系统可用来确定烟尘浓度。类型识别电路系统可用于分析的目的。采用无阀固态激活器，单向或双向粒子流都能提供。另外，粒子流亦可热诱发。另一方面，多个探测器可阵列布置。在这种布置中，吸收和散射都可采用，以便发出显示颗粒物质存在，粒子大小和浓度的信号。另外，也可采用发射不同频率光的多个激光源。而且，一个或多个光电探测器的位置可针对光源改变。另一方面，检测到的颗粒物质可被可能具有不同输出频率的第二激光的第二光源照射。这种在单个粒子中注入辐射能的行为，可能改变粒子大小或其它可识别的性质。为了进行“改变前”和“改变后”的分析，可再次检测这些表现出变化了的特性的粒子。本专利技术多项其它优点及特点易于从以下对这项专利技术及其实施例的详细描述中，从权利要求中和从附图中清楚看到。附图说明图1是按照本专利技术的粒子测量器的侧立面图；图1A是图1所示探测器的局部放大图；图2是图1所示粒子测量器的俯视图；图3是图1所示粒子测量器的侧立面局部放大图；图4A是一种形式激光源的侧立面放大图；图4B是又一种形式的激光源的侧立面放大图；图5是又一种形式的激光源的侧立面局部放大图；图6是图1所示粒子测量器的侧立面图，它包括一个固态、无阀、粒子致动泵；图6A是图6所示泵的局部放大图；图7是包括一个固态泵的另一种形式测量器的侧立面放大图；图8A是一个包括一个光电传感器阵列的粒子测量器的侧立面图；图8B是一个包括一个辐射源和传感器阵列的粒子测量器的侧立面图；和图9是又一种形式的多辐射源测量器的侧立面放大图。虽然本专利技术可以以多种没形式实施，但在此图示和详细描述的是它的具体实施例，该公开被看作为按照本专利技术原理的一个实例，并不用来把本专利技术限制在图解的具体实施例中。人们知道，烟尘粒子直径在约为0.1到1.0微米的范围内变化。它们以每英尺2％的模糊水平倾向于大约10∶100微米数量级分开。人们还认识到，在常数级模糊水平下，显示更热火焰的较小粒子会聚合到一起。而且，不同物质在不同情况下燃烧及产生不同的粒子尺寸分布。因此，基于粒子，为反射、分散、吸收或模糊一个或多个辐射能束之目的，与粒子浓度一起，可利用烟尘粒子的不同特性。图1表示按照本专利技术的粒子测量系统10。图1的系统与许多描述过的替换件一起，可用来实现提供体积小、价位低、能耗低的烟尘探测器。对单个烟尘粒子测量和分析其性能参数是有效的。系统10包括一个固态辐射能激光发射源12。激光源12可通过例如固态激光二极管束制成。这种二极管已知根据输入电能从输出射口放射单色辐射能光束。在激光二极管的p-n结形成一个光共振道或腔。共振道端部与反射面或平面邻接。在熟知的激光二极管中，输出射口位于共振道的一端。系统10还包括一个传感元件14。传感元件14可以是一个例如光电二极管。元件12、14空间相互分开地由一个基座16支撑。系统10可装入壳16a中。它可以靠电池或其它电源18供电，还可包括控制电路18a。在图1所示实施例中，粒子传感器14从激光12的输出射口12a移开一个相当于烟尘粒子流动路径20宽度的距离，详细如图1A、2和3所示。流动路径20具有与被测量或检测类型的烟尘粒子大小数量级相同的尺寸。例如可把流动路径20构造为宽度和深度尺寸大约3微米×3微米。按这种尺寸可使烟尘颗粒物质如粒子P1,P2和P3单个且互相分开地流过通道20。一个代表性的烟尘粒子，如P2，在从由输出射口12a发射出的辐射能束12b前通过时，至少部分地模糊一部分投射到光电二极管14上的辐射能束。这种代表通过通道20的单个烟尘粒子的模糊会依次使光电二极管14发射出变化的电信号，这种电信号表示，当单个烟尘粒子，如粒子P2，沿通道20通过光束12b时，投射到探测元件14上辐射能量的增减。靠说明通道20的典型尺度，烟尘单个粒子的通过情况可以测量。而且，如接着要讨论的，烟尘粒子类型和涉及浓度水平的信息也可用系统10来推断。因此，来自二极管14的随通过颗粒物质大小、速度和浓度改变的输出信号可根据连续过程电路予以分析，从而确定是否被检测的颗粒物质显示火灾迹象。在不脱离本专利技术的精神和范围的前提下，也可检测到反射或散射光。可以理解，颗粒物质P1、P2……Pn倾向于沿通道20的中心轴线通过。这样的颗粒物质在流过激光源12或传感元件14之间时不易被吸引和/或附着到它们的表面。尽管系统10符合位于激光源12的输出射口12a和与之隔开的二极管14之间的通道20，但在不脱离本专利技术的精神和范围的前提下有其他构造。例如，图4A显示了激光二极管30的另一种形式。二极管30由具有熟知的有效产生激光振荡类型的p本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于探测悬浮燃烧颗粒物质的系统，这个系统包括：至少一个实际上预定频率的固态辐射能源，一个具有能量的光束从这个辐射能源的一个选定面积的输出射口发射出；一个用于至少一部分颗粒物质的流动路径，这个路径在一个选定的区域至少与一部分辐射能横交 ，这样其中的颗粒物质会影响光束，且流动路径的尺寸定得使间隔的粒子一次一粒地流过；以及一个固态辐射能传感器，这个传感器靠近输出射口放置，且产生表征颗粒物质的性能结果的电信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治A舍恩菲尔德，德拉甘彼得罗维奇，朱丽叶C戴利，
申请(专利权)人：彼特威公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]