DE1946379A1

DE1946379A1 - Vorrichtung zur Feststellung von reflektierenden Teilchen in einem lichtdurchlaessigen Medium,insbesondere zur Verwendung als Feuer- und Rauchdetektor

Info

Publication number: DE1946379A1
Application number: DE19691946379
Authority: DE
Inventors: Lewis Richard E; Zonn Lincoln M; White George S
Original assignee: Graham Stuart Corp
Current assignee: Graham Stuart Corp
Priority date: 1968-10-29
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3555532A

Description

Vorrichtung zur Feststellung von reflektierenden Teilchen in einem lichtdurchlässigen Medium, insbesondere zur Verwendung als Feuer- und Rauchdetektor

Sie vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen Feuer- und R^uchdetektoren und Alarmsysteme und Insbesondere eine Alarmvorrichtung konstanter Empfindlichkeit zur Feststellung der Gegenwart von Rauch, Dampf oder anderen Teilchen in der Umgebungeluft.

Es wurden bereits eine Vielzahl von elektronischen Vorrieh= tungen zur Feststellung des Anteils an Rauch, Dampf oder anderen Teilchen in einem Raum oder einem Bereich entwickelt, um damit anormale Zustände, die sich aus einem Feuer, Explosionen oder anderen gefährlichen Cfegebenheiten ergeben, festzustellen und anzuzeigen. Die in derartigen Vorrichtungen ver-

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wendeten Schaltkreise waren, im allgemeinen kompliziert und teuer und ausserdem anfällig für Störungen, die jedoch nicht ohne weiteres zur Kenntnis der Benutzer der Vorrichtungen gebracht wurden. Sie Einführung von transistorbesehiekten Schaltkreisen hat eine Anzahl der Betriebsprobleme verringert» jedoch sind nach wie vor viele Schwierigkeiten vorhanden, wie beispielsweise die Einstellung der Empfindlichkeit des Alarmkreises, die Erhöhung der Lebensdauer der Bauteile und die Vermeidung eines Versagens der Bauteile in kritischen Augenblicken, sowie die Anzeige von Feuer, welches lediglich Wärme aber ein Minimum an Rauch erzeugt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung mit erhöhter Zuverlässigkeit zu schaffen, welche ferner wärmeempfindlich ausgebildet werden kann und deren Empfindlichkeit über eine lange Gebrauchsdauer konstant bleibt. Zusätzlich können Alarmsignalvorrichtungen und eine Sicherheitsvorrichtung vorgesehen sein.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Anzeige von Rauchbildung, welche eine Kämmer mit einer Lichtquelle und einer Photozelle aufweist, welche Licht von der Lichtquelle nur dann feststellt, wenn dieses von in der Kammer anwesenden Teilchen reflektiert wird, wobei ein selbstausgleichender Steuerkreis zur Betätigung einer Alarmvorrichtung vorgesehen ist. Der selbstausgleichende Steuerkreis, welcher betätigt wird, sobald das Lichtdetektorsignal der Photozelle einen bestimmten Pegel Überschreitet, weist eine Spannungsteiler-Brükkenanordnung auf, die zum Betrieb der Gate-Elektrode eines steuerbaren Gleichrichters, der den Stromfluss zur Alarmvorrichtung kontrolliert, einen mit isolierter Gate-Elektrode ausgestatteten Feldeffekt-Transistor verwendet. Mittels dieser

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Brückenanordnung wird die Empfindlichkeit oder der Schwellenwert des Alarm-Steuerkreises ungeachtet von grossen Änderungen in der zugeführten Betriebsspannung konstant gehalten. Weitere Kennzeichen der Torrichtung bestehen in Stromkreisen '-sr intermittierenden Einschaltung der Lichtquelle und der Alarmvorrichtung, aus Weehselstromquellen und einer Sicherheitsvorrichtung zur Auslösung des Alarms, wenn die Lichtquelle durchgebrannt ist, sowie einer Einstellvorrichtung für die Empfindlichkeit und einer Vorrichtung zur Feststellung von hohen Temperaturen ohne Rauchentwicklung.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Detektorkammer f"Jr Dampf ocler Teilchen,

Figur 2 einen Querschnitt der *amBev längs der Linie 2-2 der Figur 1,

Figur 5 ein schemai;isches Wirkschaltbild einer Detektorvorrichtung gemäse der vorlegenden Erfindung,

Figur 4 ein schemaEigenes Wirkschaltbild einer anderen Ausführungsform einer Detektorvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung,

Figur 5 ein sehemal;isches Wirkschaltbild gemäss vorliegender Erfindung, in welelera ein Verstärkerkreis mit einem selbstausgleichenden Alarmatewerkreis verwendet wird, wobei eine auf hohe Temperaturen ansprechende Einrichtung sowie eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen sind*,

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Figur 6 ein schematischea Wirkschaltbild einer abgeänderten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Figur 7 ein echematisches Wirkschaltbild einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform und

Figur θ ein schematisches Wirkschaltbild einer weiteren Ausftihrungsform der Erfindung, in welcher ein lautsprecher im Alarmsystem verwendet wird.

Der Rauchdetektorteil der erfindungegemässen Vorrichtung ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt und umfasst eine Dampfoder Teilchendetektorkammer 10, die aus einem offenendigen Zylinder 12 und zwei Endplatten 14» 16 besteht, welche lose über die Enden des Zylinders 12 passen und mit nach innen gerichteten umfangsseitigen Flanschen 15 und 17 versehen sind, Federbügel 18, welche an den Enden des Zylinders 12 nach aussen gerichtet sind, halten die Endplatten 14 und 16 am Zylinder und die Flansche 15 und 17 der Endplatten im radialen Abstand von der Wandung des Zylinders 12. Die gesamte Innenfläche der Kammer 10 ist zur unterdrückung einer Reflexion mit dumpfem Schwarz angestrichen*

Wie am besten aus Figur 2 ersichtlich ist, ist eine Lichtquelle 20, beispielsweise eine Glimmlampe* in einem Rohr 22 angeordnet, das sich radial von der Wandung des Zylinders 12 nach aussen erstreckt. Das Rohr 22 weist ferner eine Linse 24 auf, welche das aus der Glimmlampe 20 austretende Licht 21 in ein ähnliches Rohr 26 fokussiert, welches sich unmittelbar diametral gegenüber am Zylinder 12 befindet, wobei das Licht 21 in einen

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schmalen Bereich auf einer endseitigen Kappe 28 des Rohres 26 fokussiert wird. Die beiden Rohre 22 halten eine Verteilung des von der Glimmlampe 20 kommenden Lichtes in den.Hauptteil des Zylinders 12 so gering wie möglich, wodurch eine Reflexion von Licht an den Zylinderwänden weitgehend verhindert wird.

Im rechten Winkel zu den vorausgehend beschriebenen Rohren ist ein drittes Rohr 30 angeordnet, welches sich durch die Wand des Zylinders 12 nach innen erstreckt und gleichzeitig von der Zylinderwand nach aussen absteht. Im äusseren Ab-* schnitt des dritten Rohres 30 ist eine Photozelle 32 angeordnet, welche aus einer CadmiumsulfidseHe bestehen kann, sowie eine Linse 34, welche dazu dient, Licht, das von Dampf oder Teilchen in der zylindrischen Kammer reflektiert wird, auf die Zelle 32 zu fokussieren. Das Betrachtungsfeld der Linse 34 ist grosser in jenem Teil der Zylinderwand, die dem dritten Rohr 30 diametral gegenüberliegt als in jenem Punkt, in welchem der Lichtstrahl 21, der aus der Glimmlampe 20 austritt, das Betrachtungsfeld der Linse 34 schneidet. Der innere Abschnitt des Rohres 30 ist in solcher Weise schräg abgeschnitten, dass das offene Ende dee Rohres der Glimmlampe 20 abgewandt liegt. Darüber hinaus wird ein Teil des offenen Endes des Rohres 30 durch eine Lippe 35 abgedeckt, so dass von der endseitigen Kappe 28 kommende indirekte Lichtstrahlen nicht auf die Photozelle 32 reflektiert werden.

Die Feststellung von Rauch erfolgt im wesentlichen in der nachfolgend beschriebenen Weise. Rauch oder andere Teilchen, welche in dem Raum vorhanden sind, in dem sich die Vorrichtung befindet, treten Ik die Kameer 10 durch öffnungen 18a ein, welche zwischen den Federbügeln 18 des Zylinders 12 und den Endplatten 14 und 16 vorgesehen sind. Gelangen der Rauch oder

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die Teilchen in den Lichtstrahl 21, so wird durch sie Licht auf die Photozelle 32 reflektiert, so dass die Zelle 32 ein Signal liefert, welches die Anwesenheit von Licht reflektierenden Teilchen anzeigt. Sobald das Signal einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird ein geeigneter Stromkreis, welcher mit der Zelle 32 Über Leitungen 33 verbunden ist, ein« geschaltet und betätigt infolgedessen eine Alarmvorrichtung. Der zugeordnete Betätigungskreis stellt die vorliegende Erfindung dar.

Xm Sinklang mit dem vorausgebenden sind verbesserte elektrische Schaltkreise zum Betrieb der Glimmlampe 20 vorgesehen, durch welche das von der Photozelle 32 kommende Signal verstärkt und die Alarmvorrichtung betätigt wird. Diese Stromkreise sind in den Figuren 3 bis .8 dargestellt, wobei die Stromkreise der Figuren 3 und 4 im wesentlichen jenen entsprechen, die in der USA-Patentanmeldung Hr. 585 782 des gleichen Anmelders beschrieben sind, wozu diese Anmeldung eine Zusatzanmeldung ( oontlmiation-ln-part)) darstellt.

Die in Figur 3 dargestellte Schaltung zeigt die allgemeine Anordnung aller Einzelkreise und umfasst insbesondere einen eine Doppelbasisdiode aufweisenden Sägezahngeneratorkreis, welcher im linken Teil der Figur dargestellt 1st und der zur Steuerung der Lichtquelle« beispielsweise der Qllmmlampe 20a» dient. Auf der rechten Seite der Figur ist ein Tor- und Verstärkerkreis zur Erhöhung der Signalstärke der Signale vorgesehen, die von der Photozelle 32 an ein Alarmhorn 36 geliefert werden. Im oberen Mittelabschnitt der Figur ist ein Stromkreis zur Rückstellung des Torkreises in seine Ausgangslage vorgesehen.

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Im Oszillatorteil des Kreises wird während des normalen Betriebs der Kondensator 42 langsam durch einen aus der Batterie 84 kommenden Stromfluss aufgeladen, wobei dieser Strom durch den Widerstand 40 flieset» bis die Durchbruchspannung der Doppelbasisdiode 38 (unijunction transistor) erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kondensator 42 plötzlich durch die Doppelbasisdiode 38 und den Widerstand 44 entladen, wodurch ein Stromimpuls durch den Widerstand 44 und ein Spannungsimpuls am Widerstand 40 erzeugt wird. Der Widerstand 43 dient dazu, eine Torspannung an der Basis der Doppelbasisdiode 38 anzulegen. Sin Teil der durch die Doppelbasisdiode gelangenden Stromimpulse wird sbgezweigt und gelangt durch äen Widerstand 46 zum Kathoden-Gate eines steuerbaren Gleichrichters 48. Der Gleichrichter 48 wird durch diesen Impuls in Betrieb gesetzt und arbeitet als Schalter, um den richtigen Strom und die richtige Spannung für die intermittierende Einschaltung der Glimmlampe 20a zu liefern. Durch Auswahl geeigneter Schaltkreisparameter kann die Impulsrate auf näherungeweise einen Impuls pro Sekunde festgesetzt werden.

Der in dieser Ausführungsform dargestellte Oszillatorkreis eignet sich besonders zur Verwendung mit einer langlebigen Glimmlampe und fl.ie tatsächliche Einschaltung der Glimmlampe 20a wird in der nachstehend beschriebenen Weise vorgenommen. Während sich der Kondensator 42 auflädt, wird der Kondensator 50 gleichzeitig durch den Widerstand 52 aufgeladen. Während der Aufladezeit befindet sich der steuerbare Gleichrichter 48 im "Aas"~Zustand. Sobald ein Stromimpuls am Kathoden-Gate eintrifft, schaltet der Gleichrichter 48 augenblicklich in den "Ein^-Zuatand und entlädt den Kondensator 50 über einen Transformator 54, welcher durch Induktion die Glimmlampe 20a

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auflädt, bis ihre Zündspannung erreicht ist. Ist der Kondensator 50 vollständig entladen, so erzeugt der Transformator 54 eine kleine Ladung entgegengesetzter Polarität am Kondensator 50, was wiederum zu eines» Spannung umgekehrtes¹ PolaritSt am Oleichrichter 48 führt, wobei der öleichrichter in seiner "Aus^Zuetand geschaltet wird* Der gesamte Aufladezyklus beginnt darauf von Neuem. Die Lampe 20a wird auf diese Weise intermittierend in einer Zeitfolge eingeschaltet, welche durch Änderung der Schaltkreisparamater des Oszillators eingestellt oder nachgestellt werden " kann. .

Werden Sie von der Glimmlampe 20a kommenden Lichtimpulse durch Bauch oder Dampf oder dergleichen reflektiert, so gelangen sie auf die Photozelle 32. Die Photozelle 32 bildet einen Teil eines Verstärker- und Alarmbetätigungskreises. Das auf die Zelle 32 fallende Licht verringert deren Widerstand, so dass dadurch ein Anzeigestrom zur Basis eines stromverstärkenden Transistors 56 fliesst, welcher durch einen durch die Widerstände 58, 60 und 62 fliessenden Strom vorgespannt wird. Der Yorspannungsstrom bestimmt die Empfindlichkeit des Transistors 56 gegenüber dem von der Photozelle kommenden Strom und kann ₍ durch Einstellung des Regelwiderstands 58 auf einen einer maximalen Empfindlichkeit entsprechende?» Wert eingestellt werden. Es tat ferner ersichtlich, dass der impuls fb'rmige Emitterstrom bei leitendem Zustand des Transistors 56 durch die Widerstände 64 und 66 flieset und am Kondensator 68 ein in Impulsform vorliegendes Potential aufbaut, welches zu eimer höheren Eingangsimpedanz für Stromimpulse führt, die durch den Eingangskreis zur Basis des Transietors 56 gelangen. Eio Widerstand 70 begrenzt den maximalen Stromfluss durch den Traneistor 56» während der Kondensator 72 höhere

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Stromspitzen zulässt, wenn die Stromimpulse an der Basis ankommen. Erreicht daher das von der Photozelle 32 kommend· Signal einen gegebenen Schwellenwert, so wird der Transistor 56 leitend und liefert einen verstärkten Stromimpuls, welcher am Kathoden-Gate des steuerbaren Gleichrichters 74 erscheint. Der steuerbare Gleichrichter 74 schaltet augenblicklieh in seinen "Ein"-Zustand, wenn der verstärkte vom Transistor 56 kommende Strom an seinem Kathoden-Gate ankommt. Infolge der Leitfähigkeit des steuerbaren Gleichrichters 74 gelangt Strom zur Alarmvorrichtung oder Horn 36, so dass ein entsprechender Alarm erzeugt wird.

Da das Signalhorn 36 durch eine in rapider Folge arbeitende Unterbrechervorrichtung betrieben wird, die einen intermittierenden Stromfluss durch das Signalhorn 36 erzeugt, wird der zur Anode des steuerbaren Gleichrichters 74 gelieferte Strom mit einer höheren Frequenz gepulst als der an der Photozolle 32 Übertragene Gate-Strom. Infolgedessen wurde der steuerbare Gleichrichter unmittelbar nach jedem Impuls (gating) abgeschaltet werden. Uo dies zu verhindern, ist ein Transistor 76 vorgesehen, welcher über den Widerstand 78 einen Haltestrom für den steuerbaren Gleichrichter 74 liefert, so dass der Gleichrichter 74 während der Zeltspanne, in welcher der durch das Signalhorn 36 flieseende Strom sich auf Null verkleinert» In seinem "Ein^H-Zustand verbleibt. Der Widerstand 80 gestattet einen zur Vorspannung der Basis des Transistors 76 dienenden Stromfluss, so dass der Transistor 76 im gesättigten Zustand bleibt und den erforderlichen Haltestrom liefert. Das Signal-» horn 36 wird auf diese Weise betrieben und gibt einen Alarm« wenn die Photozelle 32 ausreichend aktiviert wird, um den Ter· stärkertranslstor 56 einzuschalten. Der Alarm wird gewöhnlich gegeben, bis der steuerbare Gleichrichter 74 abschaltet.

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Ba kann jedoch ein intermittierend gegebener Alarm vorgesehen werdenι indem ein Bücketellkreis eine ohlieselich eines Kondensators 82 vorgesehen wird, welcher »wischen dem steuerbaren Gleichrichter 48 und dem transistor 76 liegt. Sobald der Oleichrichter 48 einen Stromimpuls liefert» verändert sich seine Anodenspannung augenblicklich auf einen unterhalb des Brdpotentiale liegenden Wort, wodurch ein sehr steller negativer Strom duroh den Kondensator 82 sur Basis des Transistors 76 flieset. Dadurch wird der durch den Transistor 76 «um steuerbaren Gleichrichter 74 Bugeftthrte Baltestrom abgeschaltet, falls das Signalhorn 36 su diesem Zeitpunkt keinen Strom aufnimmt, schaltet der gesteuerte Gleichrichter 74 augenblicklich auf seinen ^ttAus^N-Zustand und verbleibt in diesem Zustand« bis ein weiterer Stromimpuls seinem Kathoden-Gate sugeführt wird. Wird über das Signalhorn 36 Strom geleitet» so wird der Alarm aufrecht erhalten» bis Im Transistor 76 und im Signalhorn 36 eine gleichseitige Stromabschaltung erfolgt. Solange die Photozelle 32 ein Signal liefert» wird der Alarm erneut gegeben. Auf diese Welse kann das Signalhorn 36 einen in Impulsform vorliegenden Alarm abgeben» welcher eine höhere Aufmerksamkeit erweckt.

Die Batterie 84» welche als IeIstungsquelle für den Schaltkreis dient, braucht lediglich eine bescheidene Grosse aufzuweisen, um den Betrieb der Torrichtung über Monate hinaus su ermöglichen, falls die richtigen Werte für die einseinen Bau* teile des Schaltkreises gewählt werden» um den der Lnpe 20a augeführten Strom auf ein Mindestmasβ su verkleinern, da die Lampe 20a lediglich Intermittierend eingeschaltet wird. Weiterhin erhöht die Verwendung einer langlebigen Glimmlampe die Zuverlässigkeit der Detektorvorriohtung.

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Eine einfachere AuBftihrungefora dee vorausgehend beschriebenen Schaltkreises ist in Figur 4 dargestellt. Hier wird ein Multivibrator oder Rechteckwellen OeBillator sun intermittierendeP Betrieb einer üblichen Glühlampe 20b verwendet. Der OeBiIIatorkreis weist ewei Transistoren 86 und 94 mit Basis-Vorspannmgswiderständen 92 und 96 und Kopplungskondensatoren 90 und ?8 auf. Sin Ausgangswiderstand 100 ist mit den Emittern der beiden Transistoren verbunden. Transistor 86 im linken Abschnitt des Kreises weist einen Widerstand 88 auf, welcher mit seinem Kollektor verbunden 1st, während die Lampe 20b an den Kollektor des Transistors 94 im rechten Abschnitt des Schaltkreises angeschlossen ist. Ist der rechte Abschnitt leitend so wird die Lampe 20b leuchten und, sobald die Leitung über den Transistor 86 auf den linken Abschnitt übergeht, wird die Lampe 20b abgeschaltet. Wie vorher können die Werte der Schaltkreiskomponenten so ausgewählt werden, dass eine gewünschte Blinkgeschwindigkeit erreicht wird*

Der Verstärkungskreis gemäss F'f^ 4 ist im wesentlichen der gleiche, wie er in Verbindung mit Figur 3 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass der den Haltestrom liefernde Transistor 76 und der RUckstellkreis weggelassen sind. An ihre Stelle tritt ein Nebenschlusskondensator 79 für das Signalhorn 36.

Während die beiden in den Figuren 3 und 4 dargestellten Stromkreise verhältnismässlg einfache und preiswerte, jedoch wirksame Alarmsysteme ergeben, so wird Ihre Empfindlichkeit durch Änderungen der Speisespannung beeinträchtigt. Dies 1st besonders von Bedeutung, wenn die Vorrichtungen während einer längeren Zeitspanne durch Batterien betrieben werden, da sich die Batteriespannung erniedrigt und damit die Vorspannung des Verstärkers sich ändert. Die Verlässlichkeit der Vorrichtung

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nimmt daher mit der Zeit ab, was selbstverständlich unerwünscht ist.

Ein vereinfachter Schaltkreis zum Betrieb der Detektorvorrichtung, welcher eine verbesserte Zuverlässigkeit besitzt und eine konstante Empfindlichkeit ungeachtet erheblicher Änderungen in der Speisespannung aufweist, ist in Figur 5 dargestellt. Bieser Schaltkreis kann in Verbindung mit einer Batterie oder wahlweise mit einer 115 Volt, 60 Hz Spannungsquelle verwendet werden und ist wärmeempfindlich ausgestaltet, um auf hohe Temperaturen, die nietot von Hauch begleitet sind, anzusprechen; die Anordnung besitzt ferner eine Sicherheitsvorrichtung zur Ab'gabe eines Signals, wenn die Lampe 20b durchgebrannt ist.

Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, wird sur Irapulsbesehickung der Lichtquelle 20b k@in Oszillator oder Multivibrator verwendet, sondern die Lichtquelle 20b leuchtet konstant und wird unmittelbar von einer Batterie 84 oder gegebenenfalls einer 115 Volt-Spannungsquelle 101 über einen Transformator 102 gespeist. Eine Diode 150 und ein Widerstand 151 schützen die Batterie 84 von dem vom fransformator 102 kommenden Wechselstrom. Der zur Photozelle 32 geleitete Strom wird durch eine als Einwellen-Öleichrichter arbeitende Diode 118 gleichgerichtet, wobei ein Sehutzfilter mit einem Kondensator und einem Widerstand 133 vorgesehen ist. Die Hiotozelle 32 ist in einer Spannungsteiler-Brückenanordnung zusammen mit einem Feldeffekt-Transistor 104 mit isolierter Gate-Elektrode · angeordnet. Die Brückenanorinung sehliesst die PhotöseHe ein, welche mit der Basis des Feldeffekt-Transistors 104 zusammen mit einem Vo'repanhungswiderstand 106 verbunden ist,

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wobei ferner Widerstände 108 und 110 mit dem Feldeffekt-Transistor 104 verbunden sind. Die Ausgangsklemme oder Drain-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 104 ist über den Widerstand 108 mit der Gate-Elektrode des steuerbaren Gleichrichters 114 verbunden« welcher den Stromfluss durch das Signalhorn 36 steuert.

vom Einweg-Gleichrichterkreis empfangene Gleiehstromlei-9tun3 enthält einen Wechselspannungsimpuls einer vorgegebenen Wellenform und Spannung, welcher der Gleichspannung-Speisespannung überlagert ist. Durch Auswahl geeigneter Widerstands-Kapazitäts-Parameter für den Gleichrichter 118, den Kondensator 112 und die niederohmige Last an der Brückenanordnung wird für die Yorderflanke des zeitlichen Anstiegs in Verbindung mit der Impulshöhe der Wellenform eine Impulshöhe erhalten, die durch den Widerstand der Photozelle 32 gesteuert wer« de» kann. Wird beispielsweise die Photozelle 32 mit licht beaufschlagt, so dass sie aus dem dunklen Bereich hohen Widerstandes herausgelangt, so spricht sie viel schneller auf eine gegebene Änderung der Licht-Widerstandskennlinie an. Dieses Ansprechen addiert sich der überlagerten Wechselspannungskomponente und gestattet dieser» einen Schwellenwert bezüglich des Feldeffekt-Transistore 104 zu erreichen. Auf diese Welse wird sowohl eine Gleichstrom- wie auch eine Weeheelspannungs-Vorspannung an der Photozelle 32 wirksam, um einen gesteuerten Impuls ausreichender Höhe zu erzeugen, der zum Schalten des steuerbaren Gleichrichters 114 in der nachfolgend beschriebenen Weise verwendet wird.

Fällt Licht auf die Fhotozelle 32, so erreicht die erhöhte Leitfähigkeit einen Schwellenwert,durch welchen der normalerweise eich im gesperrten Zustand befindliche Feldeffekt-Tran-

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gistor 104 umgeschaltet wird. Die öffnung des Transistors schaltet ihrerseits den steuerbaren Gleichrichter 114. Daher fliesst ein Strom durch das Signalhorn 36 zur Alarmabgabe. Der durch das Signalhorn 36 fliessende- Strom wird durch den steuerbaren Gleichrichter 114 im Einwellenbetrieb gleichgerichtet, wobei dieser Gleichrichter durch die Wechselspannung vom Transformator 102 ständig zurückgestellt wird.

.Wie ersichtlich weist dieser Steuerkreis, abgesehen von der verbesserten Vorspannung, als Folge der inhärenten automatischen Verstärkungskontrolle durch den Feldeffekt-Transistor 104 einen selbsttätigen Ausgleich bezüglich erheblicher Änderungen in der angelegten Spannung auf, die zuweilen bei den üblichen Spannungsquellen oder Batterien auftreten, ohne dass die Empfindlichkeit beeinträchtigt wird. Diese Verbesserung der gleichbleibenden Empfindlichkeit wird mit einer geringeren Anzahl von Schaltkreis-Bauelementen erreicht.-

Der- Schaltkreis kann ferner auf hohe Temperaturen ansprechen, die nicht von Rauch begleitet sind, indem ein wärmeempfindlicher Schalter 116 parallel zum steuerbaren Gleichrichter 114 gelegt wird. D©r Schalter 116 kann als Bi- : . metallbehälter ausgebildet sein und gestattet bei seiner tigung einen gleichmässigen Stromfluss durch da^ Signalhorn^ 36 zur Abgabe eines Signals anstelle dejs von gleichgerichteten Strom durch den steuerbaren Gleichrichter 114 erzeugten Signals.

Die in dieser Anordnung verwendete Lichtquelle 20b ist dauernd, eingeschaltet und kann als Anzeige verwendet werden, dass die Vorrichtung im Betrieb ist. Bei einem Versagen der Lampe 20b wird ein Relais 119 eingeschaltet, welches den Schalter

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120 schliesat und eine Batterie 122 in den Stromkreis dies Signalhorns 36 einfügt. Daher wird ein gleichförmiges Signal gegeben, bis die Batterie 122 abgetrennt oder die Lampe ersetzt wird.

iin abgeänderter Schaltkreis, welcher im wesentlichen die Stromkreise der Figuren 4 und 5 kombiniert, ist in Figur 6 dargestellt und weist die Merkmale und Vorteile der beiden genannten Stromkreise auf. Wiederum kann eine zweifache Stromversorgung vorgesehen sein, die aus dem Stromnetz 101 in Verbindung mit einem Transformator 102 sowie aus einer Batterie 84 besteht. Diese Stromquellen sind parallel zur Diode 150 und dem Widerstand 151 im Batteriestromkreis angeordnet, so dass die in Wartestellung befindliche Batterie aufgeladen wird, wenn der Netzanschluss 101 eingesehaltet ist. Der Schal« ter T6G wird dazu verwendet, des, Anschluss an das Netz 101 herzustellen.

Der Multivibrator oder Rechteckwellen-Oszillator gemäss Figur 4 wird zum intermittierenden Betrieb der Lichtquelle 20b verwendet. Eine weitere Verbesserung in diesem Oszillatorkreis besteht aus einer Zener-Diode 124₀ die parallel zur Lampe 20b liegt. Die Zene»-3Di©de 124 reguliert genau die Spannung an der Lampe 20b, so dass sich die Beleuchtungsintensität nicht mit der Speisespannung ander. Damit sind sowohl die Lampe Speisekreise wie auch die VerstSrkerkreise spanrrangskompensiöp-t.

35er FeideffeVt-fPrattsistor 104, der steuerbare Gleichrichter 114, «ler wärmeempfindIiehe Sehalter 116 und die Brückenwiderstände lOfo, 108 vwS 110 sind in der gleichen Weise, wie sie aus Figur 5 ersichtlich ist, verbunden, um das Signalhorn 56 zu betätigen. Ein zusätzlicher Transistor 126 mit einem Basis-

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Vorspannungswiderstand 127 liegt über einem Widerstand 128 parallel sum Signalhorn 36. Dieser Transistor 126 hat die Aufgabe, das Signalhorn 36 intermittierend kurzzusehllessen, so dass der Alarm abgeschaltet wird und bei Vorliegen von Rauch das Signalhorn 36 intermittierend mit der Frequenz der blitzartig wirkenden Lichtquelle 20b betrieben wird« Ein weiterer Nebenschluss mit einem Kondensator 130 und einem Widerstand 132 ist als Nebenschluss-Filter für gelegentliche Spannungsspitzen vorgesehen« die am Netz oder der in Wartestellung befindlichen Batterie 64 auftreten können.

Eine andere Ausf uhrungsform eines Rauchdetektors ist in Figur 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Glimmlampe 20a und die Glühlampe 20b durch eine radioaktive Licht« quelle 20c ersetzt, beispielsweise mit einer im Handel erhältlichen, selbst leuchtenden Lichtquelle mit aktiviertem Tritium oder dergleichen. Lichtquellen dieser Ausführung sind unter dem eingetragenen Warenzeichen Betalight erhältlich (hergestellt von Ganrad Precision Industries in New York).

Die selbstleuchtenie Lichtquelle 20c erfordert keine äussere Stromquelle und kann beispielsweise in dem in Figur 6 dargestellten Stromkreis durch Verwendung einer weiteren Feldeffekttrans istor-¥erstärkungsstufe im Gate-Kreis des steuerbaren Gleichrichters 114 verwendet werden. Die beiden Stufen umfassen dabei, die Feldeffekt-Transistoren 104a und 104b mit ihren zugeordneten Vorspannungswiderständen 108, 110a und 108b, HOb. Ber Leistungsbedarf der Vorrichtung wird auf diese Weise durch Verwendung der unabhängigen Lichtquelle 20c verkleinert, während die Betriebssicherheit erhöht wird.

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Palls es erwünscht ist, die Vorrichtung nur durch eine Batterie zu betreiben, kann eine verbesserte Phot©zellen-Vorspannung durch Anwendung eines Dappeibasisdioden-Oszillators 170 in Verbindung nit einem Filterkondensator 171 anstelle des Netzanschlusses 101 erfolgen. Der Doppelbasisdioden-Oszillator 170 liefert an der Speisespannung der Batterie 84 einen zusätzlichen Vorspannungsimpuls, wodurch die Photozelle 32 und die Verstärkeranordnung für einfallendes Licht empfindlicher wird.

Die Alarmsteuerung des Schaltkreises weist ferner einen Regelwiderstand 158 auf, welcher zur Änderung der Vorspannung an der Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 104a zur Einstellung der Empfindlichkeit der Vorrichtung verwendet werden kann. Durch Änderung des Widerstands 138 kann der Benutzer die Empfindlichkeit der Vorrichtung während solcher Bereiche verringern, in welchen die normale Rauchkdnzentration ansteigt, beispielsweise während des Zigarettenrauchens im Verlaufe einer Versammlung oder eines Treffens., das in einem Raum stattfindet, der mit dem Detektor ausgestattet ist.

Die in Figur 8 dargestellte abgeänderte Ausführung der Erfindung ist zur Verwendung mit einem Lautsprecher 146 anstelle eines Signalhorns bestimmt.

In diesem Falle ist der zur Steuerung der Lampe 20b verwendete Multivibrator der gleiche« wie er in Verbindung mit figur 6 beschrieben wurde, wobei eine Diode 136 zusätzlich verwendet wivd, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 86 liegt, um als Spannungsbegrenzungsvorrichtung au arbeiten, d*e den Transistor 86 gegen zu groase negativ« Xispulse schützt.

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Der Verstärkerteil des Schaltkreises 1st derart abgeändert, dass der steuerbare Gleichrichter 114 den Oszillator 140 betreibt« welcher den lautsprecher 146 zur Abgabe des Alarm= signales speist. Der ©szillatorkreis 140 enthält zur Verstärkung verwendete Transistoren 141 und 144 in Verbindung mit der Doppelbasisdiodeo142, welche die Steuerung des Oszillator» ausgangs bestimmt.

Die Widerstände 141a, 141b, 141c,· 142a, 142b, 144a und 144b liefern zusammen mit Kondensatoren 143, H5 und 147 die rieh= tige Vorspannung für den Oszillator 140. Wie ersichtlich, kann entweder der Lautsprecher 146 oder das Signalhorn 36 durch eine geeignete elektronische Einrichtung ersetzt werden, die ein hörbares Signal hoher Intensität abgeben kann.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte Rauch- und Wärme« detektorvorriehtung geschaffen, welche zu ihrem Betrieb eine sehr geringe Leistung erfordert und die über einen weiten Ändemmgsbereieh der angelegten Spannung selbstkompensierend ausgelegt werden kann, und welche ferner in einfacher Weise abgeändert werden kann, um verschiedene Arten von Alarmsignalen zu liefern» Ei© Vorrichtung kann über das Netz oder eine Batterie betrieben werden und ist mit einer Sicherheitsvorrichtung und einer fg.raefüllvorrichtung ausgestattet. Alle diese verbesserten Merkmale werden mit einem vergleicheweise einfachen .und preiswerten Schaltkreis erreicht» der nur wenig Bauteile erforderte

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Claims

.·.*■ I1L 2 Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Feststellung vom reflektierenden Teilchen in einem lichtdurchlässigen Medium, mit

(a) einer Lichtquelle zum Projizieren eines Lichtstrahls durch das Medium und

(b) einer photoempfindlichen Einrichtung, die mindestens einen Teil des Lichtstrahles empfängt, wenn dieser von Teilchen reflektiert wird, die sich im genannten Medium befinden, wodurch ein erstes Signal erzeugt wird,

gekennzeichnet durch

(c) einen Feldeffekt-Transistor, welcher in einem Schaltkreis mit der phot©empfindlichen Einrichtung angeordnet ist und geöffnet wird, wenn das erste Signal einen Schwellenwert überschreitet und

(d) einen steuerbaren Gleichrichter, der in einem Schaltkreis mit dem Feldeffekt-Transistor liegt und durch die Öffnung des Feldeffekt-Transistors geschaltet wird, um ein zweites Signal zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zur Lieferung einer Vorspannung an die photoempfindliche Einrichtung, gekennzeichnet durch:

(e) eine Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Spannung und

(f) einen Einweggleichrichter, welche mit der Einrichtung zur Erzeugung der osizillierenden Spannung und der photoempfindlichen Einrichtung derart in einem Schaltkreis liegt, dass die Vorspannung sowohl eine Gleich' strom wie auch eine Impuls-Komponente aufweist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Spannung parallel zum steuerbaren Sieichrichter liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3$ gekennzeichnet durch eine Alarmvorrichtung, welche durch das zweite Signal betätigt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum intermittierenden Betrieb der Lichtquelle.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Betrieb der Lichtquelle folgende Teile aufweist:

(e) einen Multivibrator, an dessen einem Eingangsabschnitt die Lichtquelle angeschlossen ist und

(f) eine Zener-Diode, die parallel zur Lichtquelle liegt,.

7.' Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge= kennzeichnet, dass die Lichtquelle aus einer selbstleuchtenden radioaktiven Lichtquelle besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen wärmeempfindlichen Schalter, der parallel zum steuerbaren Gleichrichter liegt.

9. Photoempfindlicher Detektor, gekennzeichnet durch (a) eine Fhotozelle,

Cb) einen Oszillator zur Lieferung einer Vorspannung für die Fhotozelle und

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-al-

[c) einen Einweggleiehriühter, der im Stromkreis mit dem Oszillator und der Photozelle liegt, wobei die Vorspannung sowohl einen Gleichstromanteil wie auch eine Xmpulskomp onente aufwe is t.

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