CN1180384C - 火灾检测器单元 - Google Patents

Abstract

一种改进的火灾检测器单元具有限定烟腔室的塑料基座，用以依据由于烟腔室内的烟颗粒而散射的光检测烟密度。该基座承载了电路板，电路板安装了光发射元件、光接收元件、和构成用以根据所测得的烟密度产生火警信号的火灾检测电路的其它部件。金属制成的电磁屏蔽体模压到基座上，以保护光接收元件不受电磁辐射噪声的影响。电磁屏蔽体包括与电路板接地线连接的接地端子。另外，引线插头模压在基座内，用以将电路板电连接并物理连接到基座上。

Description

火灾检测器单元

技术领域

本发明涉及一种火灾检测器单元，具体涉及一种散射光检测型的火灾检测器单元。

背景技术

散射光检测型的火灾检测器单元已经广泛地用于监控烟密度，由于烟颗粒的出现，所述烟密度与光散射量成比例，通过将烟密度与预定的阈值作比较可确定火灾的出现。日本实用新型公开第4-108293号公开了一种典型的火灾检测器单元，其包括：带有烟腔室的基座；光发射二极管，用于将入射光导入烟腔室；以及光敏二极管，它可收集由于烟腔室内的烟颗粒作用而散射的光，以产生用以表示被吸收光量的电信号。在火灾检测电路上对该电信号进行处理，当所测烟密度变得危险时，所述火灾检测电路就提供火警信号。包含在检测器单元中的是电路板，电路板固定在基座上，它安装了光发射二极管、光敏二极管和形成火灾检测电路的电子部件。为了将电磁屏蔽体作在电路的特定部分上以保护其不受可能的辐射噪声影响，检测器单元设有金属制成的屏蔽体，该屏蔽体与基座分离设置，并与基座上的电路板装配在一起。由于屏蔽体与基座分离设置，因此需要作以下额外工作：当组装检测器单元时，除将电路板安装到基座上以外，还要将屏蔽体设置到电路板上和将屏蔽体固定到基座上，由此会降低制造效率。因此，这不易于以低制造成本的自动装配技术装配检测器单元。

发明内容

鉴于上述不足，本发明提供一种改进的火灾检测器单元，它能够以低成本高效地装配所述火灾检测器单元，还能确保所希望的电磁屏蔽体位于检测器单元内部的一部分电路上。依照本发明的火灾检测器单元包括一个由模制塑料制成的基座，它具有伸到基座周边的迷宫式侧壁，用以将其内部限定成烟腔室。迷宫式侧壁允许烟颗粒通过，但禁止环境光进入烟腔室。基座载有一发光器，所述发光器能将被烟腔室中的烟颗粒散射的光收集到光接收元件内。光接收元件产生代表被接收的光量的电信号。连接火灾检测电路用以接收电信号，以便根据电信号提供火警信号。光发射元件、光接收元件和构成火灾检测电路的电子部件安装在基座上装配的电路板上。包含在检测器单元内的是金属制成的电磁屏蔽体，所述屏蔽体能保护光接收单元不受电磁辐射噪声的影响。本发明的特性化特征在于，电磁屏蔽体整体地模压到基座中，并具有与电路板的地线连接的接地端子，电路板借助于金属制成的引线插头(terminal pin)固定在基座上，所述引线插头也是整体地模压在基座内，用于与火灾检测电路电连接，所述引线插头穿过电路板与外部接线连接。由于提供了嵌入模内的电磁屏蔽体和嵌入模内的引线插头，可通过将电路板安装到基座上而能简单且同步地实现屏蔽体与电路的电连接以及电路板与基座的连接。

在优选实施例中，将迷宫式侧壁与基座模制在一起，它们形成了一体式结构，在该结构中嵌入了电磁屏蔽体，从而减少了部件数目，而能容易地装配检测器单元。

优选地，电磁屏蔽体和引线插头可利用一块金属板通过冲压该金属板并弯曲该受冲压的部分来制备，这使装配检测器单元变得容易。

检测器单元进一步包括防虫盖，其由塑料材料模塑制成，并具有侧壁和底壁。侧壁是筛网形式，它围绕着迷宫式侧壁，以便防止飞行的昆虫或类似外部物品进入烟腔室，侧壁有许多气孔，该气孔提供了烟颗粒通过迷宫式侧壁进入烟腔室的通道。设置底壁，用以盖住基座的底口以封闭烟腔室。在底壁的内表面上设置第一和第二障板，它们使发光器免受非直接来自光发射单元的光的影响，并使聚光器免受非由于出现烟颗粒而散射的光的影响。由此，可成功地将从底壁内表面反射的光排除在烟颗粒检测之外，从而可以提高烟密度检测的可靠性。

优选地，防虫盖至少设有一个没有气孔的封闭部分。封闭部分在迷宫式侧壁的有限周边上延伸，其与发光器和聚光器之一呈直接相对关系。与封闭部分相对的气孔以这样的方式定向：其沿着大体平行于封闭部分与基座几何中心的连线方向向迷宫侧壁导入环境空气。于是，能顺畅地将与封闭部分相对的空气导入到烟腔室中，以补偿由于设置封闭部分而导致的进入烟腔室的气流的不足，这对于避免通过发光器和聚光器周围产生不允许的光泄漏是非常必要的。

迷宫式侧壁包括多个L形的间柱，每个间柱具有外角和内角。L形间柱以以下方式呈环形地设置在基座周围：L形间柱的外角伸入相邻L形间柱的内角内。两个沿聚光器光轴朝聚光器前方布置的L形间柱在外角处结合，在此形成大体X形结构的组合间柱。已发现X形的组合间柱对环境光进入聚光器视域的通道是有利的，同时它能最大限度地减少进入烟室的气流的损失。

X形的组合间柱设有相对于聚光器的光轴与聚光器相对的V形凹槽，并且该凹槽构成担负着防止入射光向聚光器反射之作用的光阱。

利用一对第一和第二腿部件限定V形凹槽形式的光阱，每个腿部件是组合间柱的一部分，其第一腿部件设置得比第二腿部件更靠近发光器。光阱也包括从第一腿部件伸出的遮光横挡和位于凹槽底壁上的凹部。从聚光器方向看凹部藏在遮光横挡后面，因而可成功地防止发光器的光以及从烟腔室的其它部分反射的光朝聚光器反射，从而最大限度地减少了不希望的杂散光。

为了进一步提高最大限度减少杂射光的能力，光阱可进一步设有锯齿形式的反射部分，该反射部分与聚光器相对，并被构造得能将入射光从聚光器反射到V形凹槽深处。

另外，基座优选包括遮蔽柱，该遮蔽柱在光阱与发光器之间的位置上突出来，并分别与它们呈间隔关系，以便能打断从发光器射向光阱的光。遮蔽柱也位于聚光器入射角外部。由此，也能很好地保护聚光器不接收非由于出现的烟颗粒而导致的光，从而提高了检测可靠性。

光反射元件和光接收元件安装在电路板上，以便当电路板固定到基座上时，这些元件的各光轴大体垂直于基座平面延伸。在该连接中，发光器具有发光轴，发光轴在烟腔室内平行于基座平面延伸，聚光器具有聚光轴，该聚光轴在烟腔室内平行于基座平面延伸，并与发光轴呈交叉关系。发光器形成第一光导向部件，该部件能改变从光发射元件发出的光束方向，以便使光束沿发光轴方向行进。同样，聚光器形成第二光导向部件，该部件能改变沿聚光轴方向聚集的光的方向，以便使该光束沿光接收元件的光轴方向行进。利用这种结构，用作光发射元件的光发射二极管(LED)可竖直安装在电路板上，而无需伴随另外需要弯曲LED导程(lead)的不便工作。另外，竖直安装LED能最大限度地减少导程长度，并由此最大限度地缩小基座和电路板组件的整个高度尺寸，而有助于给出低外轮廓的检测器单元。

优选地，发光器和聚光器每个都是光学棱镜的形式。限定聚光器的光学棱镜可包括整体形成的聚光透镜，它能向光接收单元会聚聚集的光，从而提高检测效率。

结合附图，通过以下优选实施例的描述将更加清楚地说明本发明的这些和更多的其它目的及有利特征。

附图说明

图1是依照本发明优选实施例的火灾检测器单元的分解透视图；

图2是上述火灾检测器单元的分解剖面图；

图3是上述单元的剖面图；

图4是上述单元中使用的基座的竖直剖面图；

图5是基座的下视图；

图6是该基座的俯视图；

图7是嵌入到一部分基座中的电磁屏蔽体的竖直剖面图；

图8是金属坯料板的平面图，可由所述金属坯料板冲出屏蔽体和引线插头，它们被模压到基板中；

图9A和9B分布是所示金属坯料的平面图和侧面图，引线插头和部分屏蔽体相对于金属坯料平面弯成直角；

图10A和10B分别是表示模压到一部分基座中的引线插头和屏蔽体的平面图和侧面图；

图11A和11B分别是表示建立该部分基座的整个基座结构的平面图和侧面图；

图12是套在基座上的防虫盖的俯视图；

图13是沿图12的剖面线X-X剖开的剖面；

图14是沿图12的剖面线Y-Y剖开的剖面；

图15是沿图13的剖面线Z-Z剖开的剖面；

图16是表示改进的空气导入基座烟腔室的盖的局部视图；

图17是与防虫盖配合的基座的局部剖面下视图；

图18是结合到上述检测单元中的电路的方框图。

具体实施方式

图1到3示出了依照本发明优选实施例的火灾检测器单元。图4到图6示出了火灾检测器单元中使用的基座。火灾检测器单元是用于检测环境温度和环境中烟密度的组合检测器，它根据测得的温度和烟密度确定火灾的出现。获得的烟密度与由于烟颗粒出现导致的散射光量成比例。火灾检测器单元包括支持器10、防虫盖70和防护装置90，其中所述支持器10固定住光学基座20，所述光学基座20容纳了各光学和电子部件。基座20是由塑造成圆柱形的塑料制成，它具有封闭顶端和开口底端。防虫盖70也由塑造成圆柱形的塑料制成，它也具有开口顶端和封闭底端。盖部件70装配到基座20上，以便在二者之间限定出用于检测导入腔室之空气的烟密度的烟腔室24。防护装置90也由模塑塑料制成，如图3所示，防护装置装配到盖部件70上，并将其顶端钩在支持器10的中心凹槽11的边缘上。由此，基座20和盖部件70保持在防护体90内，并固定到支持器10上。

正如图2和图4所示，基座20具有顶壁21，顶壁21具有从顶壁外缘直立着的边22。固定到由边22围绕的长方形空间内的是安装了电子部件的电路板50，它包括光发射元件(例如LED)51、光接收单元(例如光敏二极管)52、热敏电阻54、和其它构成火灾检测电路的部件。LED 51和光敏二极管52安装在电路板50上，并使各光轴垂直于电路板50的平面延伸，从而垂直于基座20的顶壁21的平面延伸。热敏电阻54穿过烟腔室24和盖部件70的底部伸出，用以检测环境温度。如以下详细讨论的，电路板50固定在顶壁21上。

基座20也装有棱镜形式的发光器61、组合棱镜和凸透镜形式的聚光器62，它们与LED 51和光敏二极管52合作构成光学系统，用以检测有关被引入烟腔室24的空气的烟密度。基座20具有迷宫式侧壁30，该迷宫式侧壁是围绕烟腔室24的侧壁，它能允许环境空气进入，但禁止环境光进入烟腔室24。正如图5所示，迷宫式侧壁30由多个L形间柱33、发光器61和聚光器62的保持器31和32分别限定。L形间柱33连同保持器沿基座20的周边设置，其设置方式是使间柱33的外角伸到相邻间柱的内角内或相邻保持器的凹部内，每个保持器的凸起伸入相邻间柱31的内角内，正如图5中的箭头线所示，从而在间柱与保持器之一的两相邻部件之间构成了弯曲通道，用以将环境空气导入烟腔室24中。

正如图3和14所示，盖部件70在其底壁73上设有第一和第二保持架71和72，其分别用于将发光器61和聚光器62保持在正确位置，并使发光器61的和聚光器62的小突起64和65插入到保持架对应的狭槽74和75中。正如图5所示，将发光器61设定得使它的发光轴PX定位在能在烟腔室24内平行于基座20的顶壁21延伸的位置，同时将聚光器62设定得使它的聚光轴CX定位能在烟腔室24内平行于基座20的顶壁21延伸的位置，且使聚光轴CX以大约100度的角度与发光轴PX相交。棱镜形式的发光器61具有改变来自LED 51的光束的方向并使其沿发光轴(PX)方向行进的作用。同样，也是以棱镜形式的聚光器62具有改变沿聚光轴(CX)聚集的光方向并使其沿光敏二极管52的光轴方向行进的作用。由此，可通过光敏二极管52聚集由于出现烟颗粒而导致的散射光，以便给出与烟腔室内烟颗粒的量成比例的烟密度。通过聚光器62内包含的聚光透镜，可在光敏二极管52上成功地接收到聚集光，由此增强了可靠烟密度检测的输出。这在以下方面是特别有利的：即使在LED 51产生相当于mW的光输出的条件下，光敏二极管52通常也仅能产生相当于pA的每分钟输出量用以表示临界烟密度。

为了防止杂散光进入聚光器62，迷宫式侧壁30在与聚光器62直接相对、即沿聚光轴(CX)朝前的部分上包括一光阱34。光阱34是X形的组合间柱形式，其中两个相邻的L形间柱33在其外角处接合，并给出一面向聚光器62的V形凹槽。V性凹槽由第一和第二腿部件35和36限定，每个腿部件都是组合间柱的一部分，在它们的底部设有狭窄凹部，所述凹部的缝隙角度渐小。第一腿部件35比第二腿部件36更靠近发光器61，它设有遮光横挡38，横挡38沿从发光器61方向掩盖凹部37的方向伸出。而第二腿部件36设置得使它的表面与第一腿部件相对，第二腿部件设有锯齿状突起，该锯齿能将入射光反射到V形凹槽深处并使其远离聚光器62。于是这样构造的光阱34能成功地避免入射光向聚光器62反射，最大限度地减小了杂散光对聚光系统的影响，由此提高了可靠的烟密度检测。

正如图5所示，遮蔽柱26设置在发光器61与光阱34中间，用以保持光阱完全不受来自发光器的直射光束的影响。遮蔽柱26也位于聚光器62的入射角之外，由此不会向聚光器反射光。管状护套28设置在发光器61与聚光器62中间，用以让热敏电阻54穿过。

正如图4和图7中所示，为了对一部分电路板50、特别是光敏二极管52和易受到外部电磁波或噪音影响的有关电路进行电磁保护，作为塑造基座20时将金属制成的电磁屏蔽体40嵌入基座内的结果，将电磁屏蔽体结合到基座20的顶壁21上。屏蔽体40通常是薄层结构，它具有嵌入的平底41和侧缘42，侧缘从底41的边缘向上弯曲，以环绕住部分电路板。两个侧缘42分别与接地端子43整体地形成，该接地端子穿过电路板50与电路板的接地线电连接，以及通过焊接与电路板物理连接。屏蔽体40的底41具有窗孔44，光敏二极管52通过该窗孔与聚光器62连通。另外，基座20载有嵌入模内的引线插头46，引线插头从顶壁21内伸出，用以与位于顶壁21上的电路板50的火灾检测电路进行焊接连接，由此能以物理方式将电路板50协同接地端子43固定到基座上。当所测得的参数变得危急时，为发送火灾检测电路产生的、表示出现火灾的火警信号，使引线插头46穿过电路板50伸出，以便可用于进行与外部线的电连接。

正如图8所示，电磁屏蔽体40和引线插头46是从一块金属板47上打出的。其后用图中阴影线表示向上弯曲形成侧缘42、接地端子43和引线插头46的部分。按图9A和9B所示将这些部分弯曲后，将金属板47装入压制件内，正如图10A和10B所示，在此基座20的上面部分与屏蔽体40模压在一起，并使引线插头46局部嵌入基座20的上面部分内。接着，正如图11A和11B所示，基座20的剩余部分整体地模压在基座的上面部分上，以完成包括迷宫式侧壁30的基座20。此后，从金属板47上切下这样模压的基座20。在该意义上，基座20模压成包括迷宫式侧壁20、屏蔽体40和引线插头46的一体式结构。

转到图12到14，防虫盖70在其底壁73上设有孔隙77，热敏电阻54以防止不允许的光进入烟腔室24的方式穿过该孔隙。在底壁73上伸出的挡板71和72构造成为能防止不许可的光向发光器61和聚光器62行进的专用障板，由此能保护发光器61不受不希望光束的扰动，否则，这些光束能引起发光器将错误光束导向聚光器，也能保护聚光器不受不希望光束的扰动，否则这些光束在聚光器上被接收，并产生错误的烟密度检测。另外，底壁73设有一系列V字形槽口，这些槽口构造得不会不因烟颗粒而向聚光器62反射杂散光。

盖部件70的侧壁81上设置的是多个气孔82，该气孔提供了环境空气通过基座20的迷宫式侧壁30进入烟腔室24的通道。正如图15和17所示，侧壁81包括挡板部分83，为了消除不许可的光进入烟腔室，挡板部分彼此在周边间隔开，以便隐藏在发光器61、聚光器62和与发光器和聚光器直接相对部分的迷宫式侧壁后面。位于每个挡板部分83对面的气孔82这样定位：正如图16的箭头线所示，使环境空气沿大体平行于挡板部分与基座几何中心连线的方向向迷宫式侧壁30前进。由此，沿朝向挡板83周边的方向流入的空气能平稳地导入到烟腔室24中，从而能补偿由于挡板83的设置而导致的气流不足。气孔82的方位是由分离的用于制作盖部件70的外部模压制件确定的。也就是说，四个外部模压制件结合中心模压制件一起用于环绕盖部件70的整个周边。正如图17中的箭头线所示，四个外部模压制件中的每一个都沿彼此垂直分方向分隔开，它们构造得将挡板部分83留在模压制件的周边长度的制件，以便将气孔82均匀地定位在分离的方向上，由此与挡板部件83相对的气孔定位在大体平行于挡板部件83与盖部件70的几何中心之间的连线的方向上。

正如图18所示，通过电路板50实现的火灾检测电路包括光产生和接收部件100、用于确定火灾出现而产生火警信号的微型计算机110、用于通过外部连线将火灾信号发送给火灾监测站的发送器。部件100包括用于控制供给LED 51的电流以控制光输出的电流控制器101、用于将光敏二极管52的电流输出转换成相应的输出电压的电流—电压(I/V)转换器。在增益选择器103上以适当的放大倍数放大输出电压，并在增益调节器104上将输出电压调节到适当的电压电平，接着在补偿调节器105上对其进行处理，以提供表示测得的烟密度的模拟信号。为了调整增益选择器103上的增益放大倍数以及为了调节供应给LED 51的电流而设置敏感器调节器106。在微型计算机110内将模拟输出转换成数字值，当仅仅测得的烟密度或协同测得的温度满足预定临界值时，它就发布火警信号。

Claims (14)

1.一种火灾检测器单元，它包括：一基座，它由模制塑料制成，并具有一迷宫式侧壁，该迷宫式侧壁投射到所示基座的周边上，用以限定烟腔室，所述迷宫式侧壁允许烟颗粒进入，但禁止环境光进入所述烟腔室；

一发光器，其承载在所述基座上，并将入射光从光发射单元导入到所述烟腔室中；

一聚光器，其承载在所述基座上，并将由所述烟腔室中烟颗粒散射的光聚集到光接收单元，散射光接收单元产生表示接收光量的电信号；

一火灾检测电路，连接它以接收所述电信号，以便根据所述电信号提供火警信号；以及

一电路板，其安装了所述光发射元件、所述光接收元件、以及构成所述火灾检测电路的电子部件；

一金属制成电磁屏蔽体，它保护所述光接收不受电磁辐射噪声影响；

其特征在于：

所述电磁屏蔽体整体的模压到所述基座中，其具有用于连接所述电路板接地线的接地端子，

所述电路板借助于金属制成的引线插头固定到所述基座上，所述引线插头整体地模压到所述基座中，并与所述火灾检测电路电连接，所述引线插头穿过电路板伸出，用以连接外部接线，以便发送所述火警信号。

2.根据权利要求1所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述迷宫式侧壁连同所述基座一起模压形成整体结构，其中嵌入了所述电磁屏蔽体。

3.根据权利要求1所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述电磁屏蔽体和所述引线插头是由一块金属板通过冲压金属板并弯曲冲压部分制备的。

4.根据权利要求1所述的火灾检测器单元，其特征在于进一步包括：

一防虫盖，其由塑料模塑而成，并具有侧壁和底壁，所述侧壁是筛网形式，它围绕所述迷宫式侧壁，以便防止飞虫或类似外部物件进入所述烟腔室，它还具有多个气孔，用以允许烟颗粒通过迷宫式侧壁进入烟腔室，所述底壁盖住所述基座的开口底部，用以封闭所述烟腔室，

所述盖部件的底壁在其内表面上设有第一和第二掩体，分别用以使所述发光器不受直接来自所述光发射元件的光的影响，并使聚光器不受由于出现烟颗粒导致的散射光的影响。

5.根据权利要求4所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述防虫盖的侧壁设有至少一个没有气孔的挡板部分，所述挡板部分在与所述发光器和所述聚光器中的一个呈直接相对关系的所述迷宫式侧壁的有限周边部分延伸，

与所述挡板部分相对的气孔这样定位：沿大体平行于所述挡板部分与所述基座的几何中心的连线的方向向所述迷宫式侧壁导入环境空气。

6.根据权利要求1所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述迷宫式侧壁包括多个L形的间柱，每个间柱具有外角和内角，所述L形间柱以以下方式设置在所述基座的周边：L形间柱的外角伸到相邻L形间柱的内角内，

两个所述L形间柱沿聚光器的光轴朝聚光器前方布置，它们在外角处结合形成大体X形结构的组合间柱。

7.根据权利要求6所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述组合间柱给出了一个V形凹槽形式的光阱，所述光阱相对于聚光器的光轴与所述聚光器相对，所述光阱可防止向聚光器反射入射光。

8.根据权利要求1所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述光阱的V形凹槽由一对第一和第二腿部件限定，每个腿部件使所述组合间柱的一部分，第一腿部件比第二腿部件更靠近所述发光器，

所述光阱包括防护挡板和位于凹槽底部的凹部，防护挡板从所述第一腿部件伸出，所述凹部藏在从所述发光器延伸的所述防护挡板后面。

9.根据权利要求7所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述光阱包括锯齿形式的反射部分，所述反射部分与所述聚光器相对，并构造得能将入射光从所述聚光器反射到所述V形凹槽内。

10.根据权利要求7所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述基座包括遮蔽柱，遮蔽柱在分别呈间隔关系的所述光阱与所述聚光器之间的位置伸出，用以打断光从所述发光器向所述光阱行进。

11.根据权利要求10所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述遮蔽柱位于所述聚光器的入射角外。

12.根据权利要求1所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述电路板固定到所述基座上，并使所述光发射元件和所述光接收元件的光轴大体垂直与所述基座面，

所述发光器具有在烟腔室内平行于所述基座面延伸的发光轴，

所述聚光器具有在烟腔室内平行于所述基座面延伸并与所述发光轴相交的发光轴，

所述发光器形成第一光导，它能改变来自所述光发射元件的光束的方向，并使其沿发光轴的方向传导，以及

所述聚光器形成第二光导，它能改变沿聚光轴收集的光的方向，并使其沿所述光接收元件的光轴传导。

13.根据权利要求12所述的火灾检测器单元，其特征在于：

所述发光器和所述聚光器每个都是光学棱镜的形式。

14.根据权利要求13所述的火灾检测器单元，其特征在于：

限定所述聚光器的光学棱镜包括整体形成的聚焦透镜，该透镜能使聚集的光朝光接收元件聚焦。

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