[发明专利]用于检测散射光信号的设备和方法

说明书

本发明涉及用于检测散射光信号的设备和方法。

尤其是在火灾检测设备的领域，以光学原理操作的烟雾检测器是众所周知的，其中在散射光区域中可能分布在空气中的颗粒会存在，散射光区域受到来自光源的光的照射。导致该颗粒的可以是例如灰尘颗粒或烟草烟雾颗粒，也可以是必须要被检测的室内火。从光源发射的光的直接光路径以外，传统设备提供了为光传感器的布局，例如光二极管、光敏电阻或者具有对应的关联放大器电路等。传感器检测任何可以由颗粒散射的光并且一旦例如超出特定阈值来发出警报信号。

此外，用于将不同类型的颗粒分类的系统是已知的，也就是说，尤其是用于根据颗粒特性来将不同类型的火分类的系统。例如，从公布号为EP2281286A1的专利申请中可以得知的能够区分灰尘颗粒和在火灾中生成的颗粒的设备。除了散射光传感器（光传感器），用于分类颗粒类型的传统系统通常还利用其它类型的传感器，例如气体传感器等。

被列举的传统设备具有的缺点是，在相对昂贵的配置中，根据不同种类的颗粒的分类仅是不可靠地可能的并且没有有效的变量扰动检测和/或抑制；或者相对昂贵的传感器技术需要被使用例如气体传感器等。这些设备提高了成本和电路复杂度。

此外，气体传感器尤其具有需要相对高能量的缺点。

本发明基于的目的是，进一步地开发用于检测散射光信号的传统设备从而该设备可以被简单和节约地配置和制造，并且检测精度被提高。此外，能量消耗被降低。

该目的通过根据独立权利要求1的设备和根据独立权利要求24的方法被实现。

从属权利要求阐述了本发明方案的有益的进一步的发展。

本发明基于下述基本常识：

光学地在检测散射光信号中工作，尤其在烟雾检测器等中的设备的基本原理是利用分布在周围空气中的不同类型的颗粒的不同散射特性。因此周围的空气构成了载流（carrier fluid），在该载流中，通常意味着固体，但也当然包括液体微粒的颗粒被分散。

根据颗粒大小和散射光区域所暴露至的光的波长的关系，不同的反射和散射机理作用于不同的颗粒或不同类型的颗粒。虽然可以期望在颗粒大小与入射光波长的某些条件下，散射光将从颗粒的所有空间方向上被观测到，在波长与颗粒大小的其它条件下的会有其它的每次反射和/或散射颗粒的强度分布结果，例如立体角相关或极化相关的强度分布。

也就是说，照射颗粒的光束落至其上的颗粒的立体角相关散射光分布不仅依赖于入射光的波长，但是也依赖于观测角度、颗粒大小、颗粒媒介的反射率以及入射辐射的极化。

在非常小的颗粒的范围中，在与激发光的波长相关的每种情况中，被称为瑞利散射的入射电磁波的弹性散射机制通常占主导。在激励光的波长符合于接近颗粒大小的范围内，入射电磁波的弹性散射的散射机制可以由Mie理论来描述，该理论描述了散射过程的精确解决方案，并且需要假设颗粒几何（球形颗粒）。对于更大的颗粒大小，散射可以由传统颗粒几何折射来描述。

在瑞利散射的领域中以及在Mie散射的领域中，在颗粒处的散射辐射的散射强度是其它项目的函数：立体角、颗粒大小（颗粒半径）、偏振面、散射角以及悬浮媒介（例如，尤其在空气中）的复合折射率。

由颗粒本身散射的光的空间分布具有依赖于观测角度的强度轮廓。在散射过程中，尤其在瑞利散射以及Mie散射的领域中，在各自散射颗粒上的衍射、折射和反射的相互作用元素都作用于这些强度轮廓。由于这种互相作用散射过程不仅是强度轮廓方向上的依赖，而且接下来散射强度也在其各自的极化方向变化。

同样以散射光的方向作用的事实是，例如以基于输出的散射光方向，使用的光传感器的光圈是有限的。因此同样需要将空间检测角考虑在内。

上面指出的在散射过程中的不同成分之间的相互作用因此包括在颗粒处的衍射、折射和反射的相互作用。再次，并且由于关于空间检测角度的光传感器的限制以及由于所依赖的其它方面：颗粒半径、入射光的波长、周围介质的折射率、散射角度以及偏振角，由不同类型的颗粒散射的散射光的强度轮廓尤其依赖于传感器相对于散射光区域的位置以及会在传感器前方的偏振滤波器的位置。

颗粒的成分的环境因而被利用，其中该颗粒例如一旦特定类型的表现出特征性分布的火而发展，从而在散射光区域分别地重叠不同的散射机制或散射特征同样地产生各自的特有的、依赖于位置并且依赖于极化的密度分布。

也就是说，当颗粒发展时，例如在火灾的过程中，在对于散射光区域的特定位置测得的散射光的强度表现出了与位置相关并且与极化相关的特征图案。