Dispositivo y procedimiento para la detección de señales de luz dispersada.

Dispositivo (100) para la detección de señales de luz dispersada, en que el dispositivo incluye lo siguiente:

- una fuente luminosa

(10);

- una pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) para la detección de luz dispersada; y

- un dispositivo de evaluación para evaluar las señales detectadas por los sensores ópticos,

en que la fuente luminosa (10) emite luz hacia una zona de luz dispersada (15), en que la luz incidente define un eje de incidencia (11), en que cada uno de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) está dispuesto en un ángulo (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10) respecto al eje de incidencia (11), para detectar luz dispersada procedente de la zona de luz dispersada (15),

caracterizado porque

uno de la pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) es un sensor de referencia, en que la unidad de evaluación está diseñada para referir evoluciones de señal de los restantes sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) a la evolución de señal del sensor de referencia, en que las evoluciones de señal de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) sirven para la clasificación del tipo de partículas que se encuentran dado el caso en la zona de luz dispersada (15).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12183529.

Solicitante: AMRONA AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: UNTERMULI 7 6302 ZUG SUIZA.

Inventor/es: WAGNER, ERNST, WERNER, SIEMENS, ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > SEÑALIZACION > SISTEMAS DE SEÑALIZACION O DE LLAMADA; TRANSMISORES... > Alarmas de incendio; Alarmas que reaccionan a una... > G08B17/107 (para detectar una difusión de luz debida al humo)

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento para la detección de señales de luz dispersada

La presente invención se refiere a un dispositivo así como a un procedimiento para la detección de señales de luz dispersada según el preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 19.

Un dispositivo de este tipo es conocido a partir de la publicación GB 2 259 763 A.

En particular en el campo de los dispositivos de detección de incendios, son conocidos detectores de humos que operan según principios ópticos, los cuales aplican luz procedente de una fuente luminosa a una zona de luz dispersada, en la que podrían encontrarse dado el caso partículas distribuidas en el aire. Partículas de este tipo pueden ser por ejemplo partículas de polvo o partículas de humo de tabaco, pero pueden proceder también de incendios en habitaciones, cuya aparición hay que detectar. Fuera de la trayectoria directa de la luz emitida desde la fuente luminosa, en dispositivos habituales de este tipo están dispuestos sensores ópticos tales como por ejemplo fotodiodos, fotorresistores o similares con un circuito amplificador correspondientemente asociado. Los sensores detectan dado el caso luz dispersada por las partículas y emiten una señal de alarma por ejemplo al superarse un determinado valor umbral.

Además, a partir de la técnica son conocidos sistemas para la clasificación de tipos de partículas diferentes, es decir en particular sistemas para la clasificación de tipos de incendios diferentes con ayuda de las propiedades de las partículas. Por ejemplo, a partir del documento EP 2281 286 A1 es conocido un dispositivo, que hace posible una diferenciación de partículas de polvo y de aquellas partículas que aparecen durante incendios. Sistemas habituales de este tipo para la clasificación del tipo de partículas aplican para ello junto a sensores de luz dispersada (sensores ópticos) por regla general también sensores de otro tipo - por ejemplo sensores de gases o similares -.

Los dispositivos habituales citados tienen la desventaja de que o bien en caso de una estructura relativamente barata sólo es posible una clasificación poco fiable según tipos de partículas diferentes y no se tiene un reconocimiento o respectivamente una supresión efectivas de magnitudes perturbadoras, o bien tienen que aplicarse técnicas de sensor relativamente caras como por ejemplo sensores de gases o similares. A través de ello son impulsados al alza los costes y la complicación de circuitos.

Además, en particular los sensores de gases tienen la desventaja de que necesitan relativamente mucha energía.

La presente invención tiene como base la tarea de perfeccionar un dispositivo habitual para la detección de señales de luz dispersada de tal modo que pueda ser construido y fabricado de forma sencilla y económica y se mejore la precisión de reconocimiento. Además de ello, debe reducirse el consumo de energía.

La tarea es resuelta por un dispositivo según la reivindicación independiente 1 así como por un procedimiento según la reivindicación independiente 19.

Perfeccionamientos ventajosos de la solución conforme a la invención están indicados en las reivindicaciones dependientes.

La invención tiene como base los siguientes conocimientos de principio:

El principio básico de dispositivos que operan ópticamente para la detección de señales de luz dispersada en particular en detectores de humos y similares es el aprovechamiento de propiedades de dispersión diferentes de partículas de distinto tipo distribuidas en el aire del entorno. El aire del entorno representa aquí un fluido portador, en el que están distribuidas las partículas, es decir por regla general partículas microscópicas sólidas, pero posiblemente también líquidas.

Según sea la relación del tamaño de partícula a la longitud de onda de la luz, que se aplica a una zona de luz dispersada, actúan diferentes mecanismos de reflexión y dispersión en las diferentes partículas o respectivamente los diferentes tipos de partículas. Mientras que para ciertas relaciones de tamaño de partícula a longitud de onda de la luz aplicada puede suponerse que puede observarse luz dispersada en todas las direcciones espaciales, visto desde una partícula, para otras relaciones de longitud de onda a tamaño de partícula resultan otras distribuciones de intensidad, por ejemplo en función del ángulo sólido o de la polarización, por cada partícula que refleja o dispersa.

En otras palabras, la distribución de luz dispersada, en función del ángulo sólido, de una partícula, la cual es alcanzada por un haz de luz que ilumina la partícula, no es sólo dependiente de la longitud de onda de la luz incidente, sino dado el caso también del ángulo de observación, del tamaño de la partícula, del índice de refracción del medio de la partícula así como de la polarización de la radiación incidente.

En el intervalo de partículas muy pequeñas, respectivamente con relación a la longitud de onda de la luz excitadora, predomina entonces por regla general un mecanismo de dispersión elástico de la onda electromagnética incidente, que es denominado dispersión de Rayleigh. En un intervalo en el que la longitud de onda de la luz excitadora corresponde aproximadamente al tamaño de partícula, el mecanismo de dispersión de la dispersión elástica de la onda electromagnética incidente puede describirse con la teoría de Mié, la cual describe ciertamente una solución

exacta del proceso de dispersión, pero implica una suposición acerca de la geometría de las partículas (partículas esféricas). Al seguir aumentando el tamaño de las partículas, la dispersión puede ser descrita por refracción geométrica clásica en las partículas.

En el Intervalo de la dispersión de Raylelgh y en el Intervalo de la dispersión de Mié, las intensidades de dispersión de la radiación dispersada en las partículas son funciones entre otras cosas del ángulo sólido, del tamaño de partícula (del radio de partícula), del plano de polarización, del ángulo de dispersión y del ángulo de refracción complejo del medio de suspensión, es decir en particular del aire.

La distribución espacial de la luz dispersada por una partícula propiamente tiene aquí evoluciones de intensidad que dependen de la dirección de observación. Durante el proceso de dispersión, en particular en el intervalo de la dispersión de Raylelgh y de Mié, intervienen conjuntamente en esta evolución de intensidad las partes que se solapan de difracción, refracción y reflexión en la respectiva partícula dispersante. Mediante este proceso de dispersión solapado no sólo son dependientes de la dirección entonces las evoluciones de intensidad; las intensidades de dispersión varían también en sus respectivas direcciones de polarización.

Para la detección de la luz dispersada juega además un papel que por ejemplo en caso de detección de luz dispersada basada en la potencia la apertura del sensor óptico aplicado sea finita. Con ello es necesario entonces que también haya que tener en cuenta el ángulo sólido de detección.

El solapamiento anteriormente representado de las diferentes partes durante el proceso de dispersión contiene con ello el solapamiento de difracción, refracción y reflexión en la partícula. Con ello, y debido a las limitaciones relativas al ángulo sólido de detección de un sensor óptico, y debido a la dependencia entre otras cosas del radio de la partícula, de la longitud de onda de la luz aplicada, del índice de refracción del medio circundante, del ángulo de dispersión y del ángulo de polarización, las evoluciones de Intensidad de la luz dispersada por tipos de partículas diferentes dependen en particular de la posición del sensor relativa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (100) para la detección de señales de luz dispersada, en que el dispositivo incluye lo siguiente: una fuente luminosa (10);

una pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) para la detección de luz dispersada; y

un dispositivo de evaluación para evaluar las señales detectadas por los sensores ópticos,

en que la fuente luminosa (10) emite luz hacia una zona de luz dispersada (15), en que la luz incidente define un eje de incidencia (11), en que cada uno de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) está dispuesto en un ángulo (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10) respecto al eje de incidencia (11), para detectar luz dispersada procedente de la zona de luz dispersada (15),

caracterizado porque

uno de la pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) es un sensor de referencia, en que la unidad de evaluación está diseñada para referir evoluciones de señal de los restantes sensores ópticos (21, 22, 23,

24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) a la evolución de señal del sensor de referencia, en que las evoluciones de señal de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) sirven para la clasificación del tipo de partículas que se encuentran dado el caso en la zona de luz dispersada (15).

2. Dispositivo (100) según la reivindicación 1,

en que un sensor óptico (23), dispuesto esencialmente en un ángulo recto de sensor (W3), de la pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) es el sensor de referencia.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, en que el dispositivo de evaluación está diseñado además para comparar las evoluciones de señal de las señales detectadas de la pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24,

25, 26, 27, 28, 29, 30) con patrones de evolución de señal y, en caso de un grado de coincidencia suficientemente alto con uno de los patrones de evolución de señal, emitir una señal de caracterización, que caracteriza el patrón de evolución de señal reconocido.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en que la fuente luminosa (10) emite esencialmente luz monocromática en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 560 hasta aproximadamente 420 nm.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que al menos uno de los sensores ópticos (21,

22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) tiene un filtro de polarización (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50) para polarizar la luz dispersada a detectar.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, en que varios de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) tienen respectivamente un filtro de polarización (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50), en que los planos de polarización de al menos dos filtros de polarización (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50) están dispuestos esencialmente de forma perpendicular entre sí.

7. Dispositivo según la reivindicación 5, en que cada uno de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) tiene respectivamente un filtro de polarización (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50), en que los planos de polarización de al menos dos filtros de polarización (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50) están dispuestos esencialmente de forma perpendicular entre sí.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que cada uno de los sensores ópticos (21, 22,

23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) está orientado esencialmente en dirección a una zona de detección (16) común de la zona de luz dispersada (15).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que cada algunos o todos los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) están conformados como fotodiodos y/o en que la fuente luminosa (10) es un diodo emisor de luz.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que el dispositivo incluye un sensor óptico (21) en un primer ángulo de sensor (W1), un sensor óptico (30) en un segundo ángulo de sensor (W10) y un sensor óptico (24) en un tercer ángulo de sensor (W4), y en que el primer ángulo de sensor (W1) es un ángulo agudo y completa 360° con el segundo ángulo de sensor (W10), y en que el tercer ángulo de sensor (W4) es un ángulo obtuso.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en que el primer ángulo de sensor (W1) vale aproximadamente 45° y el segundo ángulo de sensor (W10) aproximadamente 315°, y en que el tercer ángulo de sensor (W4) vale aproximadamente 112,5°.

12. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11, en que el sensor de referencia (23), el sensor óptico (21) en el primer ángulo de sensor (W1), el sensor óptico (30) en el segundo ángulo de sensor (W10) y el sensor óptico (24) en el tercer ángulo de sensor (W4) tienen respectivamente un filtro de polarización (43, 41, 50, 44), y en que los filtros de polarización (43, 41,44) del sensor de referencia (23), del sensor óptico (21) en el primer ángulo de sensor (W1) y del sensor óptico (24) en el tercer ángulo de sensor (W4) están orientados entre sí en un primer plano de polarización, y en que el filtro de polarización (50) del sensor óptico (30) en el segundo ángulo de sensor (W10) está orientado en un segundo plano de polarización, que es perpendicular al primer plano de polarización.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que el dispositivo de evaluación está diseñado para determinar el grado de coincidencia mediante correlación de las evoluciones de señal de las señales con los patrones de evolución de señal.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, en que el dispositivo de evaluación está diseñado para determinar el grado de coincidencia por determinación de distancia de la distribución, obtenida según un análisis de componentes principales, de las evoluciones de señal de las señales detectadas respecto a agrupaciones (BUC, BAU, PUR, HEP, ABS, PAP, PAE, PVC, ZIG, ZRE, MEH, ZEM, TEP) de los patrones de evolución de señal.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1-12, en que el dispositivo de evaluación está diseñado para determinar el grado de coincidencia mediante evaluación de las evoluciones de señal de las señales detectadas y de los patrones de evolución de señal en una red neuronal.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que los patrones de evolución de señal corresponden a evoluciones de señal de distribuciones de partículas de uno o varios del grupo de sucesos

siguientes:

emisión de polvo; emisión de vapor; emisión de humo de tabaco; incendio sin llamas de papel; incendio sin llamas de cartón; incendio abierto de papel; incendio abierto de cartón; incendio de ABS; incendio de n-heptano; incendio de PVC; incendio de algodón; incendio de madera; otras emisiones de partículas.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que el dispositivo se emplea en un sistema de detección de incendios aspirativo, en que el sistema de detección de incendios aspirativo incluye una alimentación de aire activa para alimentara las zonas de luz dispersada (15) aire a clasificar.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, en que además están previstos un dispositivo para la detección de un nivel mínimo de partículas así como un dispositivo para hacer posible opcionalmente la alimentación a la zona de luz dispersada (15) de aire a clasificar, en que la alimentación del aire a clasificar se hace posible cuando se detecta una superación del nivel mínimo de partículas.

19. Procedimiento para la detección de señales de luz dispersada, en que el procedimiento incluye los siguientes pasos de procedimiento:

alimentación de luz a una zona de luz dispersada (15), en que la luz incidente define un eje de incidencia (11);

y

detección de luz dispersada, que se refleja en partículas existentes dado el caso en la zona de luz dispersada (15), con una pluralidad de sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30), con una pluralidad de fotodiodos, que están dispuestos en un ángulo de sensor (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10) respectivamente con respecto al eje de incidencia (11),

caracterizado por los siguientes pasos de procedimiento:

referimiento de evoluciones de señal de los sensores ópticos (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) a una evolución de señal de un sensor de referencia para la clasificación del tipo de las partículas que se encuentran dado 5 el caso en la zona de luz dispersada (15).

20. Procedimiento según la reivindicación 19, en que el procedimiento incluye además los siguientes pasos de procedimiento:

comparación de evoluciones de señal de las señales detectadas con patrones de evolución de señal empleando la evolución de señal del sensor de referencia; y

- en caso de un grado de coincidencia suficientemente grande con uno de los patrones de evolución de señal:

emisión de una señal de caracterización hacia un sistema de inertización para la reducción, controlada opcionalmente de forma automática, del contenido de oxígeno en un espacio cerrado, en que la señal de caracterización caracteriza el patrón de evolución de señal reconocido.

21. Sistema de inertización para la reducción, controlada opcionalmente de forma automática, del contenido de

oxígeno en un espacio cerrado y para el mantenimiento del contenido reducido de oxígeno durante un periodo de

tiempo fijado o fijable, en que el sistema de inertización incluye un dispositivo para la detección de señales de luz dispersada según una de las reivindicaciones 1 a 18, en que el sistema de inertización está diseñado para ajustar el contenido reducido de oxígeno en función de una señal de control.

22. Sistema de inertización según la reivindicación 21, en que la señal de control es la señal de caracterización que

caracteriza el patrón de evolución de señal reconocido y el sistema de inertización está diseñado para ajustar

automáticamente el contenido reducido de oxígeno y mantenerlo durante el periodo de tiempo fijado o fijable.