[发明专利]光声测量装置及其应用

说明书

本发明涉及到证实气体和/或烟雾剂的一种光声测量装置，每个具有一个测量光电元件和一个参考光电元件和属于这些的麦克风，在其上连接了处理电子装置，在其上减去麦克风信号，和具有一个辐射源用于调制测量光电元件的负荷，此时辐射源的调制频率与测量光电元件的参考频率一致。

在光声效应时通过照射准备检测的一种气体由于调制光引起声的压力波，其大小直接与有关气体浓度成比例。因为气体吸收光辐射和因此而变热，从而产生声的压力波。从而产生热膨胀和对应于光辐射的调制产生周期的压力波动。光电元件通常被称为测量光电元件和参考光电元件，和将测量装置这样构成，或者两个光电元件相互隔开和辐射穿过两个光电元件(C.F.Dewey，Jr.：光声波谱学和检测，[Y.H.Pao，ed]，科学出版社，纽约，1977，47-77)或者两个光电元件相互连接和辐射只穿过测量光电元件(G.Busse和D.Herboeck：微分的Helmholz谐振器作为光声检测器，应用光学，18卷，23号，3959)。

当证实烟雾剂时情况是类似的，烟雾剂也吸收被调制的辐射，因此产生被调制的热和从而产生被调制的压力。目前叙述的测量烟雾剂的光声传感器大多数是只具有一个测量光电元件的单传感器。如果烟雾剂测量传感器具有两个光电元件，所谓的具有一个测量光电元件和一个参考光电元件的双传感器则建议将这个这样构成，参考光电元件相对于烟雾剂是屏蔽的。后者是这样达到的，当空气到达参考光电元件之前将空气过滤。此外还要指出的是共振频率与温度有很强的依赖关系，这就要求修正信号大小。

当使用双原理时气体或烟雾剂的光声传感器的证实灵敏度位于光学烟雾报警器范围内。因为光声信号是通过吸收和不是通过辐射产生的，用光声原理不仅可以检测大的而且可以检测直到小于μ范围的小的烟雾剂和可以同样好的测量亮的和暗的烟雾类型。即使如此目前将光声原理不使用在烟雾检测上，这主要是由于空气过滤和信号大小修正所要求的附加费用决定的。

现在通过本发明应该规定开始叙述方式的一种光声测量装置，其成本与漫射光报警器的成本是有竞争力的。

按照本发明这些任务是这样解决的，测量光电元件和参考光电元件相对于准备证实的气体和/或烟雾剂至少一边是开着的。

因为按照本发明的光声测量装置中两个光电元件相对于准备证实的气体和/或烟雾剂是开着的，不要求对准备试验的气体/烟雾剂进行过滤。在正常情况下传感器信号是零，和只有当存在烟雾剂和可以燃烧的气体吸收由辐射源发出的辐射时，在测量光电元件中产生一个信号，为了处理这个信号只需要相对简单的电子装置。

按照本发明测量装置的第一个优异实施形式的特征是，处理电子装置包括一个微分放大器和一个相位敏感的整流器。

按照本发明测量装置的第二个优异实施形式的特征是，这样选择由辐射源发出的辐射的波长，将辐射被准备证实的一种气体吸收。有益的是在辐射源范围安装第一个光电管用于监控由辐射源发出的辐射的强度。

按照本发明测量装置的第三个优异实施形式的特征是，在测量光电元件旁边安装第二个光电管，当存在烟雾剂时这个光电管受到通过烟雾剂产生的辐射源的散射负荷。

用这种方法构成的测量装置不仅可以证实一种烟雾剂，即烟雾，而且可以证实一种气体和特别适合于使用作为所谓的烟雾和气体双判据报警器。实际上其特性是吸收在确定波长范围内的确定的烟雾剂，其中烟雾剂种类与燃烧物有关。但是因为一种火灾的烟雾始终还包括有机物质的混合物，例如木头，这在整个红外范围内是很强吸收的和在可见光范围内始终还是足够吸收的，选择证实烟雾剂的最佳波长不是很严格的。

如果只应该证实烟雾时不需要第二个光电管，因为在这种情况下可以选择不吸收可燃烧气体的波长。当证实烟雾和气体时无论如何需要侧面的光电管，如果应该检测一种气体其吸收范围位于烟雾的吸收范围时。

按照本发明测量装置的第四个优异实施形式的特征是，测量光电元件是用不同频率驱动的两个辐射源照射的。这种装置适合于证实烟雾和两种气体。

按照本发明测量装置其他优异实施形式的特征是，安排了双边开着的两对测量光电元件和参考光电元件，这些各自有不同的长度和因此有不同的共振频率，每一个麦克风属于每个参考光电元件和每个测量光电元件，和每个测量光电元件被一个辐射源加负荷。

具有两对测量光电元件和参考光电元件的测量装置适合于证实烟雾和两种气体。通过加入其他一对具有一个测量光电元件和一个参考光电元件的测量装置的证实范围可以扩展到第三种气体。