專利名稱：煙傳感器與電子裝備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙傳感器，具體地，涉及一種煙傳感器，其通過(guò)發(fā)射光然后 接收由煙反射的光或者穿過(guò)了煙的光，來(lái)檢測(cè)煙的濃度。
另外，本發(fā)明涉及具有煙傳感器的電子裝備，具體地，涉及一種具有煙 傳感器的電子裝備，其通過(guò)發(fā)射光然后接收由煙反射的光或者穿過(guò)了煙的光， 來(lái)才企測(cè)煙的濃度。
本發(fā)明還涉及一種煙傳感器，其優(yōu)選地安裝在空氣清潔器、報(bào)火器、灑 水器等等之上。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，在通過(guò)接收從光源發(fā)射的然后由煙反射的光來(lái)檢測(cè)煙的濃度的 煙傳感器中，由于反射光的量非常小，所以接收反射光的受光元件的輸出非 常小。因此，受光元件的輸出由放大器電路放大，并且當(dāng)放大器電路的輸出 達(dá)到預(yù)定范圍時(shí)，確定檢測(cè)到了煙。
但是，即使所檢測(cè)的煙的濃度在相同范圍內(nèi)，由于溫度變化或者LED退 化等等而引起的LED發(fā)射光量的變化也會(huì)引起輸出變化。為此原因，存在以 下問(wèn)題會(huì)在被設(shè)置的煙濃度檢測(cè)范圍之外檢測(cè)到煙。為了克服這個(gè)問(wèn)題， 人們已經(jīng)提出了各種校正方法。
例如，人們提出了將熱敏電阻添加到發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電路，以進(jìn)行溫度校 正，從而校正以下情況由于其溫度特性，而減少了發(fā)光元件所發(fā)射的光量， 并且由此減少了煙反射的光量。在這一方面，人們還提出了當(dāng)輸出由于IC的 溫度特性而變化時(shí)，將熱敏電阻添加到?jīng)Q定放大因數(shù)的電阻部分，并且由熱 敏電阻改變放大因數(shù)，從而當(dāng)溫度變化時(shí)進(jìn)行溫度校正。
另外，除包括檢測(cè)煙的受光元件的檢測(cè)器之外，人們還提出了另外配備 包括監(jiān)控由其退化等等造成的LED發(fā)射的光量的減少的受光元件的檢測(cè)器； 并且將監(jiān)控發(fā)射光量的受光元件的輸出信號(hào)的變化反饋回到受光元件驅(qū)動(dòng)電 路，以4交正發(fā)射光量。另外，人們還提出了為了進(jìn)行溫度校正，除檢測(cè)煙的受光元件之外，還 配備檢測(cè)無(wú)煙的受光元件，并且放大兩個(gè)受光元件的輸出之間的差，以檢測(cè) 兩個(gè)受光元件的輸出之間的差，并且由此校正由溫度變化引起的輸出變化。
以上常規(guī)技術(shù)具有以下問(wèn)題無(wú)法校正沒(méi)有找到原因的誤差，盡管可以 校正找到了的原因(例如溫度變化、或者由其退化引起的LED的光量的變化) 的誤差。
例如，添加熱敏電阻以進(jìn)行溫度校正的技術(shù)能夠校正溫度變化，但是不 能夠校正由于其退化引起的LED發(fā)射的光量的變化。該技術(shù)要求選擇適合于 溫度校正的熱敏電阻，并且可能沒(méi)有獲得足夠的校正。
另外，在校正LED發(fā)射光量的減少的技術(shù)中，在包含檢測(cè)煙的受光元件 的檢測(cè)器之外、還使用包含監(jiān)控由于其退化引起的LED發(fā)射光量的減少的受 光元件的檢測(cè)器、并且將監(jiān)控LED發(fā)射光量的受光元件的輸出信號(hào)的變化反 饋回受光元件驅(qū)動(dòng)電路以校正發(fā)射光量的技術(shù)當(dāng)然無(wú)法校正溫度變化，并且 更糟糕的是，該技術(shù)需要很復(fù)雜的配置，并且增加了部件的數(shù)目(包括兩個(gè) 檢測(cè)器等等)。
關(guān)于以下方法——除^r測(cè)煙的受光元件之外還配備^r測(cè)無(wú)煙的受光元件 以進(jìn)行溫度校正，放大兩個(gè)受光元件的輸出之間的差以檢測(cè)兩個(gè)受光元件的 輸出之間的差分電流，并且由此校正由溫度變化引起的輸出變化——該方法 是設(shè)想在消光系統(tǒng)中的，其中發(fā)光元件與受光元件凈皮安排相互面對(duì)。
在消光類型中，檢測(cè)無(wú)煙的受光元件還直接接收光，從而在當(dāng)沒(méi)有煙時(shí) 的正常時(shí)間上LED光量相同、并且放大因數(shù)相同的條件下，兩個(gè)受光元件具 有類似的輸出。而當(dāng)煙流入煙傳感器時(shí)，兩個(gè)受光元件的差分電流增加，并 且因此放大器的輸出增加，并且因此可以檢測(cè)煙。但是，消光類型具有以下 問(wèn)題檢測(cè)煙的受光元件當(dāng)沒(méi)有煙時(shí)直接從發(fā)光元件接收光，并且檢測(cè)無(wú)煙 的受光元件總是直接從發(fā)光元件接收光，因此受光元件容易退化。
在另一方面，在反射類型中，當(dāng)沒(méi)有煙時(shí)，沒(méi)有煙反射的光，因此檢測(cè) 煙的受光元件接收小量的光，并且其輸出不大，而^r測(cè)無(wú)煙的受光元件直接 接收光，因此其接收的光量較大，并且其輸出較大。由此，當(dāng)對(duì)于每個(gè)受光 元件應(yīng)用相同的LED發(fā)射的光量、以及相同的放大因數(shù)時(shí)，才會(huì)測(cè)無(wú)煙的受光 元件的輸出變得太大以致飽和，因此無(wú)法獲得真實(shí)的差。
當(dāng)沒(méi)有煙時(shí)獲得的輸出差較大。但是，隨著煙的濃度增加，輸出差變得越來(lái)越小，并且當(dāng)濃度達(dá)到某個(gè)值時(shí)，輸出差變?yōu)榱?。然后如果煙的濃度進(jìn) 一步增加，則輸出差再次增加。由此，依賴于調(diào)整，當(dāng)沒(méi)有煙時(shí)獲得的輸出 差可能與當(dāng)有許多煙時(shí)獲得的輸出差相同，并且因此無(wú)法進(jìn)行正確的檢測(cè)。
另外，當(dāng)根據(jù)檢測(cè)無(wú)煙的受光元件調(diào)整LED發(fā)射的光量、放大因數(shù)等等 時(shí)，會(huì)減少原來(lái)的煙檢測(cè)精確性，并且因此無(wú)法精確地4企測(cè)煙的濃度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明目的在于提供一種能夠校正未找到原因的誤差的煙檢測(cè)器。 本發(fā)明目的還在于提供一種電子裝備，其具有能夠校正未找到原因的誤差的 煙才企測(cè)器。
根據(jù)本發(fā)明 一方面的煙檢測(cè)器包括
發(fā)射光的發(fā)光器件；
第一腔室；
煙通道，用來(lái)提供第一腔室的內(nèi)部與第一腔室的外部之間的互通； 第二腔室，具有預(yù)定值的煙濃度；
第一受光元件，其接收在從發(fā)光器件直接向第一腔室發(fā)射之后、在第一 腔室中穿行過(guò)了的光，或者在從發(fā)光器件發(fā)射并且僅通過(guò)具有零煙濃度的空 間進(jìn)入第一腔室之后、在第一腔室中穿行過(guò)了的光；
第二受光元件，其接收在從發(fā)光器件直接向第二腔室發(fā)射之后、在第二 腔室中穿行過(guò)了的光，或者在從發(fā)光器件發(fā)射并且僅通過(guò)具有零煙濃度的空 間進(jìn)入第二腔室之后、在第二腔室中穿行過(guò)了的光；
第一開關(guān)，其接收并且選擇性地輸出來(lái)自第一受光元件的信號(hào)與來(lái)自第 二受光元件的信號(hào)；
放大器部分，其放大來(lái)自第一開關(guān)的信號(hào)；以及
濃度檢測(cè)部分，其根據(jù)第一放大信號(hào)與第二放大信號(hào)，檢測(cè)第一腔室中 煙的濃度，第一放大信號(hào)為由放大器部分放大的、來(lái)自第一受光元件的信號(hào)， 第二放大信號(hào)為由放大器部分放大的、來(lái)自第二受光元件的信號(hào)。
在本說(shuō)明書中，將"腔室"定義為由不向外界開放的內(nèi)周圍繞的區(qū)域、 或者由在一處、兩處、或者更多處向外界開放的內(nèi)周圍繞的區(qū)域。由于這一 原因，在本說(shuō)明書中，例如由盤或鍋的內(nèi)周圍繞的區(qū)域也構(gòu)成了腔室。該例 子為具有一個(gè)開口的例子。在該例子中，由盤的內(nèi)周圍繞的區(qū)域指當(dāng)放在水平面上的盤被充滿水時(shí)由水占據(jù)的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，檢測(cè)煙的第一受光元件的輸出以及不受煙影響的第二受光 元件的輸出是由從同 一發(fā)光器件發(fā)射的光造成的，因此由其溫度特性造成的 發(fā)光器件(例如，諸如發(fā)光二極管等發(fā)光元件)發(fā)射的光的量的變化將會(huì)導(dǎo) 致第一受光元件與第二受光元件的輸出的類似變化。由此，當(dāng)發(fā)光器件發(fā)射 的光的量由于其溫度特性、退化等等而減少時(shí)，第一受光元件與第二受光元 件的輸出以類似的比例變化，從而由放大器部分放大的、來(lái)自第一受光元件 的輸出與由放大器部分放大的、來(lái)自第二受光元件的輸出之間的差沒(méi)什么變 化。由此，容易地校正由發(fā)光器件的溫度特性與退化引起的輸出變化。
另外，根據(jù)本發(fā)明，來(lái)自第一受光元件的輸出與來(lái)自第二受光元件的輸 出被相同的放大器部分放大，從而放大器部分的溫度特性會(huì)類似地影響來(lái)自 第一受光元件的輸出與來(lái)自第二受光元件的輸出。由此，由放大器部分放大 的、來(lái)自第一受光元件的輸出與由放大器部分放大的、來(lái)自第二受光元件的 輸出之間的差的變化不大，并且因此可以容易地校正由放大器部分的溫度特 性造成的輸出變化。簡(jiǎn)單地說(shuō)，由于檢測(cè)煙的第一受光元件的輸出以及不受 煙影響的第二受光元件的輸出被輸入到同 一放大器部分，所以防止了輸出電 壓由于放大器電路而變化。
在一種實(shí)施例中，第一放大信號(hào)與第二放大信號(hào)中的每一個(gè)都是電壓信 號(hào)。第一受光元件的受光表面置于第一腔室中，并且第二受光元件的受光表
面置于第二腔室中，并且從發(fā)光器件的發(fā)光表面到第一受光元件的受光表'面: 的距離與從發(fā)光器件的發(fā)光表面到第二受光元件的受光表面的距離相同。所 述第二腔室中煙的濃度的預(yù)定值為零，并且在第 一 腔室中煙的濃度為零的狀 態(tài)下，第一放大信號(hào)的幅度與第二放大信號(hào)的幅度相同。
根據(jù)該實(shí)施例，第一受光元件與第二受光元件被安排在相對(duì)于發(fā)光器件 對(duì)稱的位置上，從而可以使在沒(méi)有煙的情況下的第一受光元件的輸出電壓與 第二受光元件的輸出電壓相同。短語(yǔ)"第一放大信號(hào)的幅度與第二放大信號(hào) 的幅度相同"或者類似的短語(yǔ)意在被解釋為不僅覆蓋在第一受光元件與第二 受光元件的輸出電壓之間存在零差(即沒(méi)有差)的情況，而且覆蓋了存在差 的誤差容限的情況。誤差容限依賴于施加到煙傳感器的電源電壓、以及第一
與第二放大信號(hào)的參考電壓，并且例如當(dāng)施加到煙傳感器的電源電壓為3.0 V、并且第一與第二放大信號(hào)的參考電壓為0.3 V時(shí)，誤差容限為0.4V-2.0V。另外，短語(yǔ)"從發(fā)光器件的發(fā)光表面到第一受光元件的受光表面的距離與從 發(fā)光器件的發(fā)光表面到第二受光元件的受光表面的距離相同"以及類似的短 語(yǔ)意在被解釋為覆蓋當(dāng)?shù)诙皇业臒煗舛葹榱銜r(shí)允許第一量與第二量之間的 差落入以上誤差容限范圍的相同性范圍。
在一種實(shí)施例中，放大器部分具有一或多個(gè)放大器。
在一種實(shí)施例中，放大器部分具有電流-電壓轉(zhuǎn)換部分。該電流-電壓轉(zhuǎn) 換部分具有與第一開關(guān)的輸出端子連接的輸入端子、輸出端子、以及連接在 所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分的輸入端子與輸出端子之間的電阻器器件。并且所述 電阻器器件提供為來(lái)自第一受光元件的光由所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理的. 情況與來(lái)自第二受光元件的光由所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理的情況之間的 差的電阻。
在一種實(shí)施例中，所述電阻器器件包括第一電阻器，其一端連接于所 述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分的輸入端子；以及第二電阻器，其一端連接于所述電流 -電壓轉(zhuǎn)換部分的輸入端子。所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分還具有第二開關(guān)，其 輸出端子連接于所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分的輸出端子。另外，所述煙傳感器還 包括控制電路，當(dāng)來(lái)自第一受光元件的信號(hào)由所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理 時(shí)，所述控制電路輸出用來(lái)將第二開關(guān)的輸入端子連接到第一電阻器的另一 端的控制信號(hào)，而當(dāng)來(lái)自第二受光元件的信號(hào)由所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理 時(shí)，所述控制電路輸出用來(lái)將第二開關(guān)的輸入端子連接到第二電阻器的另一 端的控制信號(hào)。
根據(jù)該實(shí)施例，可以改變電流-電壓轉(zhuǎn)換部分(例如I-V轉(zhuǎn)換放大器)的 增益，并且可以通過(guò)微調(diào)來(lái)調(diào)整電流-電壓轉(zhuǎn)換部分(例如I-V轉(zhuǎn)換放大器) 的增益電阻器。
由此，當(dāng)在沒(méi)有煙的情況下基于第一受光元件的輸出的輸出電壓與基于 第二受光元件的輸出的輸出電壓由于發(fā)光器件或者受光元件的驗(yàn)定變化 (assay variations )、外殼的成型變化等等而不相同時(shí)，可以在安裝之前的狀 態(tài)下通過(guò)微調(diào)增益電阻器來(lái)調(diào)整煙傳感器，從而在沒(méi)有煙的情況下基于第一 受光元件的輸出的輸出電壓與基于第二受光元件的輸出的輸出電壓變得基本 相同。
另外，根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)即使進(jìn)行了輸出的初始化以消除受光元件的驗(yàn) 定變化、外殼的成型變化等等也生成了兩個(gè)受光元件的個(gè)別變化時(shí)，可以通過(guò)利用第一受光元件的初始輸出值與第二受光元件的初始輸出值之間的比例 作為校正值、并且將在操作時(shí)所獲得的輸出差乘以初始值之間的比例的校it 值，來(lái)校正光學(xué)系統(tǒng)變化，并且由此可以精確地獲得煙檢測(cè)的電壓差。 在一種實(shí)施例中，所述電阻器器件具有正溫度系數(shù)。
由發(fā)光器件(例如發(fā)光元件)發(fā)射的光的量的溫度特性一般為負(fù)。由此， 可以通過(guò)利用具有正溫度特性的電阻器作為以上電阻器(例如放大器電路的 i-v轉(zhuǎn)換放大器的增益電阻器)來(lái)減少由溫度變化引起的輸出變化。
在一種實(shí)施例中，所述煙傳感器還包括平板形壁。所述第一受光元件、 第二受光元件、第一開關(guān)、以及放大器部分包含在一個(gè)集成電路中。從發(fā)光 器件的發(fā)光表面到第一受光元件的受光表面的距離與從發(fā)光器件的發(fā)光表面 到第二受光元件的受光表面的距離相同。第一腔室存在于所述平板形壁的一 側(cè)之上，而第二腔室存在于所述平板形壁的相對(duì)一側(cè)之上。另外，所述煙傳
感器還包括第一攔截器，其防止來(lái)自發(fā)光器件的光直接進(jìn)入第一受光元伴 的受光表面；以及第二攔截器，其防止來(lái)自發(fā)光器件的光直接進(jìn)入第二受光 元件的受光表面。
根據(jù)該實(shí)施例，例如發(fā)光元件可以被置于用于煙檢測(cè)的區(qū)域與不受煙影 響的區(qū)域之間的中點(diǎn)之上，并且可以安排第一受光元件與第二受光元件以面 對(duì)分離這些區(qū)域的壁。另外，可以安排第一受光元件與第二受光元件在其中 連接在受光元件和為放大器電路的集成電路UC)之間的布線不長(zhǎng)并且具有 相同長(zhǎng)度的位置上。
由此，達(dá)到連接在受光元件和放大器電路之間的布線之上的噪聲的量可 以大約相同，并且由此可以減少輸出差的變化。另外，通過(guò)集成第一受光元 件、第二受光元件、開關(guān)、以及放大器電路，可以減少連接在受光元件和放 大器電路之間的布線的長(zhǎng)度，并且可以減少第一受光元件與第二受光元件的 特性之間的差，從而可以進(jìn)一步減少輸出差的變化。
根據(jù)本發(fā)明 一 方面的電子裝備包含根據(jù)本發(fā)明的煙傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，在煙傳感器中，可以容易地校正輸出，并且可以精確地校 正各種變化因素。另外，可以減少制造成本。


從僅作為說(shuō)明因此不是要限制本發(fā)明的附圖與以下給出的詳細(xì)描述，將全面理解本發(fā)明，其中
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的煙傳感器的示意圖2為顯示在第一實(shí)施例的煙傳感器中包括的放大器電路的配置的示意
圖3為顯示在第一實(shí)施例的煙傳感器中煙濃度與第一和第二受光元件的 輸出電壓之間的關(guān)系的示意圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的煙傳感器的示意圖；以及
圖5為顯示在第二實(shí)施例的煙傳感器中包括的放大器電路的配置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖所示的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的煙傳感器的示意圖。在圖1中，在煙4全測(cè)區(qū) 域中，顯示沿一平面所做的煙傳感器的橫剖面，該平面包含第一受光元件2 的受光表面的法線、壁43的表面的法線、以及第一受光元件2的受光表面的 中心。
該煙傳感器具有作為發(fā)光器件的發(fā)光元件(在本實(shí)施例中為L(zhǎng)ED)、第 一受光元件2、第二受光元件3、作為放大器部分的放大器電路UC) 4、以 及驅(qū)動(dòng)電路ll。在本實(shí)施例中，第一受光元件2與第一受光元件2每個(gè)都是 光電二極管。
當(dāng)從驅(qū)動(dòng)電路11供電時(shí)，發(fā)光元件1發(fā)光。第一受光元件2接收從發(fā)光 元件1發(fā)射、并且由煙反射或者穿過(guò)煙的光，而第二受光元件3接收從發(fā)光 元件1發(fā)射、并且僅穿過(guò)沒(méi)有煙的區(qū)域的光。煙傳感器具有內(nèi)部分隔壁(此 后簡(jiǎn)稱為壁)13，其形狀基本類似于平板；第一腔室40，其位于壁的一側(cè)之 上，并且煙可以流入其中；以及第二腔室41,其位于壁的另一側(cè)之上，并直 煙無(wú)法流入其中。從發(fā)光元件1發(fā)射、并且在第一腔室40中穿行的光由第一 受光元件2接收，而從發(fā)光元件1發(fā)射、并且在第二腔室41中穿行的光由第 二受光元件3接收。
在壁的縱向方向上相對(duì)的端面中的一個(gè)端面與發(fā)光元件1的發(fā)光表面30 接觸。發(fā)光元件1的發(fā)光表面30被壁43分隔為兩個(gè)部分。這兩個(gè)發(fā)光表面 部分31與32 (以下稱為第一發(fā)光表面部分31與第二發(fā)光表面部分32 )相對(duì)于壁43平面對(duì)稱地放置。
第一腔室40與第二腔室41形狀基本對(duì)稱，在其中有壁43 (以后描述形 狀不同之處)。在壁43的厚度方向上相對(duì)的端面中的一個(gè)端面構(gòu)成了第一腔 室40的內(nèi)周的一部分，而在壁43的厚度方向上的端面中的另一個(gè)端面構(gòu)成 了第二腔室41的內(nèi)周的一部分。第一發(fā)光表面部分31構(gòu)成了第一腔室40的 內(nèi)周的另一部分，而第二發(fā)光表面部分32構(gòu)成了第二腔室41的內(nèi)周的另一 部分。從第一發(fā)光表面部分31發(fā)射的光以及從第二發(fā)光表面部分32發(fā)射的 光相對(duì)于壁43平面對(duì)稱。第一受光元件2的受光表面44構(gòu)成了第一腔室40 的內(nèi)周的一部分，而第二受光元件3的受光表面45構(gòu)成了第二腔室41的內(nèi) 周的一部分。第一受光元件2的受光表面44與第二受光元件3的受光表面 45相對(duì)于壁43平面對(duì)稱地;故置。
該煙傳感器具有作為第一攔截器的第一分隔50、以及作為第二攔截器的 第二分隔51。第一分隔50從第一腔室40的內(nèi)周突出到第一腔室40的內(nèi)部， 而第二分隔51從第二腔室41的內(nèi)周突出到第二腔室41的內(nèi)部。第一分隔 50與第二分隔51相對(duì)于壁43平面對(duì)稱地放置。
第一分隔50攔截來(lái)自第一發(fā)光表面部分31的部分光(僅造成噪聲的光)， 以增加第一受光元件2的輸出信號(hào)的S/N (信號(hào)對(duì)噪聲)比，而第二分隔51 攔截來(lái)自第二發(fā)光表面部分32的部分光(僅造成噪聲的光)，以增加第二受 光元件3的輸出信號(hào)的S/N (信號(hào)對(duì)噪聲)比。壁43與第一分隔50之間的 距離(最短距離)短于壁43與第一受光元件2的受光表面44之間的距離(最 短距離)。第一分隔50不允許來(lái)自第一發(fā)光表面部分31的光直接進(jìn)入第一受 光元件2，而第二分隔51不允許來(lái)自第二發(fā)光表面部分32的光直接進(jìn)入第 二受光元件3。
煙傳感器具有煙通道55,其提供第一腔室40的內(nèi)部與煙傳感器之外的 空間之間的互通，并且第一腔室40與外界互通。在另一方面，第二腔室" 從外界完全密封。第二腔室41的煙濃度被設(shè)置為零，作為預(yù)定值的例子。奇 以采用其他值作為第二腔室41的煙濃度的預(yù)定值。
第一腔室40區(qū)別于第二腔室41之處僅在于具有與煙通道55互通的開 口 。連接在第一受光元件2與放大器電路4之間的連接線與連接在第二受光 元件3與放大器電路4之間的連接線相同，并且連接在第一受光元件2與放 大器電路4之間的連接線的長(zhǎng)度與連接在第二受光元件3與放大器電路4之間的連接線的長(zhǎng)度相同。通過(guò)這種方法，抑制了諸如增加來(lái)自第一受光元件
2的信號(hào)與來(lái)自第二受光元件3的信號(hào)之間的噪聲差等現(xiàn)象。 圖2為顯示放大器電路4的配置的示意圖。
放大器電路4具有作為第一開關(guān)的第一切換開關(guān)6。放大器電路4中第 一切換開關(guān)6之后的各部分(放大器電路4中不同于第一切換開關(guān)6的部分) 構(gòu)成放大器部分。
通過(guò)第一切換開關(guān)6,將第一受光元件2與第二受光元件3的輸出選擇 性地輸入到放大器電路4,并且由放大器電路4放大和控制。
放大器電路4具有第一放大器5,其為I-V放大器(電流-電壓轉(zhuǎn)換放大 器)，作為電流-電壓轉(zhuǎn)換部分，用來(lái)將輸入放大器電路4的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電壓信號(hào)。第一放大器5具有反饋電路，并且反饋電阻的電阻值可以由作為 第二開關(guān)的第二切換開關(guān)7改變，以改變放大因數(shù)。
具體地，第一切換開關(guān)6的輸出端子14與I-V放大器5的輸入端子12 電連接。另外，第一反饋電阻21與第二反饋電阻22中每一個(gè)的一個(gè)端子連 接于第一切換開關(guān)6的輸出端子14以及I-V放大器5的輸入端子12,并且 通過(guò)第二切換開關(guān)7，將第一反饋電阻21與第二反饋電阻22中任何一個(gè)^J 另一個(gè)端子選擇性地連接于I-V放大器5的輸出端子16。反饋可以為正反饋 或者負(fù)反饋。在正反饋的情況下，可以增加第一放大器5的放大因數(shù)，而在 負(fù)反饋的情況下，可以使第一放大器5的放大因數(shù)精確。
像這樣，允許通過(guò)第二切換開關(guān)7改變I-V放大器5的增益。第二放大 器24、第三放大器25、以及第四放大器串聯(lián)于I-V放大器5的輸出端子16。
第四放大器26的輸出端子對(duì)應(yīng)于放大器電路4的輸出端子10。放大器 電路4的輸出端子10連接于作為信號(hào)處理電路的微型計(jì)算機(jī)20。將每個(gè)受 光元件2與3的放大之后的電壓供給微型計(jì)算機(jī)20并且由其處理。
另外，微型計(jì)算機(jī)20控制驅(qū)動(dòng)電路11。微型計(jì)算機(jī)20輸出命令信號(hào)到 控制電路8?？刂齐娐?根據(jù)來(lái)自微型計(jì)算機(jī)20的命令信號(hào)，控制第一切換 開關(guān)6與第二切換開關(guān)7。 ， /
放大器電路4由外部微型計(jì)算機(jī)2 0間斷地驅(qū)動(dòng)，以減少電流消耗。當(dāng)在 放大器電路4的搡作期間放大器電路4進(jìn)入操作穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，從由微型計(jì)算 機(jī)20控制的驅(qū)動(dòng)電路11供應(yīng)電功率到發(fā)光元件1，其發(fā)射脈沖光。
發(fā)光元件1發(fā)射的脈沖光進(jìn)入第一受光元件2與第二受光元件3。然后，首先第二受光元件3的輸出側(cè)由第一切換開關(guān)6連接到第一放大器5的輸入 端子12，并且用于第二受光元件的第一反^f電阻器(增益電阻器)21的另一 端由第二切換開關(guān)7連接到第一放大器5的輸出端子16。通過(guò)這種方法，第 二受光元件3的輸出電流被轉(zhuǎn)換為電壓、并且被放大，并且通過(guò)隨后放大器 24、 25、以及26的處理而獲得的輸出電壓通過(guò)輸出端子IO輸出到微型計(jì)算 機(jī)20。
此后，第一受光元件2的輸出側(cè)由第一切換開關(guān)6連接到第一放大器5 的輸入端子12,并且用于第一受光元件的第二反饋電阻器(增益電阻器)22 的另一端由第二切換開關(guān)7連接到第一放大器5的輸出端子16。通過(guò)這種方 法，第一受光元件2的輸出電流被轉(zhuǎn)換為電壓、并且被放大，并且通過(guò)第一 放大器5之后的第二、第三、以及第四放大器24、 25、以及26的處理而獲 得的輸出電壓通過(guò)輸出端子10輸出到微型計(jì)算機(jī)2 0 。
圖3為顯示在第一實(shí)施例的煙傳感器中煙濃度與受光元件2和3的輸出 電壓之間的關(guān)系的示意圖。
如上所述，在第一實(shí)施例的煙傳感器中，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)利用放大器部分放 大第二受光元件3的輸出而獲得輸出13的操作時(shí)、以及在通過(guò)利用放大器部 分放大第一受光元件2的輸出而獲得輸出15的操作時(shí)、在反饋電阻器21—與 反饋電阻器22之間改變反饋電阻值，所以放大因數(shù)在第一受光元件2與第二 受光元件3之間改變。
由此，可以預(yù)先設(shè)置煙傳感器，從而在沒(méi)有煙的狀態(tài)(稱為正常狀態(tài)) 下，通過(guò)利用放大器部分放大第一受光元件2的輸出而獲得輸出與通過(guò)利用 放大器部分放大第二受光元件3的輸出而獲得輸出之間的差取得一給定值或 者更小。該在沒(méi)有煙的狀態(tài)下的給定值或者更小的輸出差被采取作為正常輸 出差電壓。該給定值可以根據(jù)所施加的電源電壓任意設(shè)置。例如，當(dāng)施加到 煙傳感器的電源電壓為3.0V時(shí)，該給定值可以被設(shè)置為1.6V或者更小。
當(dāng)煙流入到煙傳感器中時(shí)，第一受光元件2的輸出電流增加，并且通過(guò) 對(duì)輸出電流的放大而獲得的輸出15的值增加，而位于其他沒(méi)有煙影響的位置 中的第二受光元件3的輸出13不變化，從而輸出15與輸出13之間的電壓豐ir 出差19大于正常輸出差。然后，微型計(jì)算機(jī)"根據(jù)正常輸出差電壓進(jìn)行預(yù) 定的計(jì)算，以從輸出差19檢測(cè)煙濃度。微型計(jì)算機(jī)!20構(gòu)成濃度檢測(cè)部分。
在第一實(shí)施例中，第一受光元件2與第二受光元件3接收來(lái)自同一發(fā)光元件1的光。由此，當(dāng)發(fā)光元件發(fā)射的光量由于其溫度特性、退化等等而改
變時(shí)，第一受光元件2與第二受光元件3的接收光輸出電流類似地改變，并 且因此輸出電壓13 (其為由放大器電路4放大的、來(lái)自第一受光元件2的信 號(hào))與輸出電壓15 (其為由放大器電路4放大的、來(lái)自第二受光元件3的信 號(hào))類似地分別改變?yōu)檩敵鲭妷?3，與15，。
由此，在發(fā)光元件1發(fā)射的光量變化之后、在零煙濃度上的輸出差18， 與在發(fā)光元件1發(fā)射的光量變化之前、在零煙濃度上的輸出差18之間沒(méi)有多 少差異，從而在發(fā)光元件1發(fā)射的光量變化之后、在被判斷為檢測(cè)到煙的煙 檢測(cè)濃度上的輸出差19，與在發(fā)光元件1發(fā)射的光量變化之前、在被判斷為檢 測(cè)到煙的煙檢測(cè)濃度上的輸出差19之間沒(méi)有多少差異。因此，在發(fā)光元件1 發(fā)射的光量變化之前與之后，幾乎不需要校正。
即使為由放大器電路4放大的、來(lái)自第一受光元件2的信號(hào)的輸出電壓 與為由放大器電路4放大的、來(lái)自第二受光元件3的信號(hào)的輸出電壓由于放 大器電路4的溫度依賴性而變化，第一受光元件2與第二受光元件3的接收 光輸出電流被同一放大器電路4放大，由此沒(méi)有造成多少放大因數(shù)變化差異， 從而在零煙濃度上的輸出差與被判斷為檢測(cè)到煙的煙檢測(cè)濃度上的輸出差之 間沒(méi)有多少差異。
第一受光元件2與第二受光元件3的接收光輸出電流兩者都在集成電路 (IC)中以相同過(guò)程處理，從而在兩個(gè)信號(hào)之間沒(méi)有多少差異。
在這方面，即使進(jìn)行初始化以消除兩個(gè)受光元件2與3的驗(yàn)定變化、外 殼的成型變化等等，也可能生成基于個(gè)體差異的變化。更具體地，如果當(dāng)才艮 據(jù)第一受光元件2的輸出電壓15調(diào)整放大器電路的放大因數(shù)時(shí)、第二受先元 件3的輸出電壓13的變化大于預(yù)定值，當(dāng)存在較大的溫度變化時(shí)，在溫度變 化之后的輸出差19，與在溫度變化之前的輸出差19之間的差較大。另外，輸 出差19與輸出差19，根據(jù)傳感器的個(gè)體差變化。
在這種情況下，在微型計(jì)算機(jī)20中，存儲(chǔ)了在沒(méi)有煙的情況下第一受光 元件2的輸出值15與第二受光元件3的輸出值13之間的比例，作為用于沒(méi) 有煙的情況的初始值的校正值A(chǔ)。然后，獲得乘以校正值A(chǔ)的第二受光元件 的輸出13與第一受光元件的輸出15之間的差，作為檢測(cè)信號(hào)。具體地，該 檢測(cè)信號(hào)由以下等式給出
檢測(cè)信號(hào)=(第一受光元件2的輸出信號(hào)15 ) -A x (第二受光元件3的輸出信號(hào)13),
其中A=(第一受光元件2的輸出值15的初始值)/ (第二受光元件3的 輸出值13的初始值)
類似地，在微型計(jì)算機(jī)20中，存儲(chǔ)了光學(xué)系統(tǒng)的變化所產(chǎn)生的在沒(méi)有煙 的情況下第一受光元件2的輸出值15，與第二受光元件3的輸出值13，之間的 比例，作為校正值B。然后，獲得乘以校正值B的第二受光元件的輸出13， 與第一受光元件的輸出15，之間的差，作為檢測(cè)信號(hào)。換言之，在光學(xué)系統(tǒng)的 變化之后的檢測(cè)信號(hào)由以下等式給出
檢測(cè)信號(hào)=(第一受光元件2的輸出信號(hào)15， ) -B x (第二受光元件3的 輸出信號(hào)13')，
其中B=(第一受光元件2的輸出值15，的初始值)/ (第二受光元件3 的輸出值13，的初始值)。
如上所述，設(shè)置校正值A(chǔ)與B,并且通過(guò)以上等式預(yù)先校正在沒(méi)有煙的 情況下由于光學(xué)系統(tǒng)的變化引起的輸出變化。
在這方面，不用說(shuō)電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器之后的放大器的數(shù)目不限于像第 一實(shí)施例的三，而是可以為一或四、或者更多。
另外，其中可以流入煙的第 一腔室可以具有煙進(jìn)入通道與煙排出通道， 并且可以利用風(fēng)扇等等使煙流通。在這種情況下，不用說(shuō)當(dāng)使煙流經(jīng)過(guò)在第 一受光元件的受光表面的法線方向上面向第一受光元件的受光表面的位置 時(shí)，可以精確地檢測(cè)煙的濃度。
圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的煙傳感器的示意圖。在圖4中，在煙才全測(cè)區(qū) 域中，顯示沿一平面所做的煙傳感器的橫剖面，該平面包含第一受光元件102 的受光表面的法線、壁113的表面的法線、以及第一受光元件102的受光表 面的中心。
第二實(shí)施例與第一實(shí)施例在以下方面相同第一腔室HO與第二腔室1" 相對(duì)于壁在形狀上平面對(duì)稱，除了第一腔室140的煙通道155的開口之外； 發(fā)光元件101的發(fā)光表面、第一受光元件102的受光表面144、以及第二受 光元件103的受光表面145構(gòu)成了各腔室的內(nèi)周的一部分，并且第一受光元 件102的受光表面144與第二受光元件103的受光表面145相對(duì)于壁平面對(duì) 稱。
在第二實(shí)施例中，省略了關(guān)于與第一實(shí)施例的配置、操作、以及效果相同的配置、操作、以及效果的描述。
在第二實(shí)施例中，第一受光元件102與第二受光元件103包含在放大器 電路104中，并且與放大器電路104集成。
在第二實(shí)施例的煙傳感器中，作為第一攔截器的第一分隔150從壁113 突出到第一腔室140的內(nèi)部，而作為第二攔截器的第二分隔151從壁113突 出到第二腔室141的內(nèi)部。另外，在壁113的一側(cè)上、在壁113的縱向方向 上與發(fā)光元件101相對(duì)的一端上，放置第一受光元件102以在壁113的縱向 方向上面對(duì)發(fā)光元件101，并且在壁113的另一側(cè)上、在壁113的縱向方向 上與發(fā)光元件101相對(duì)的一端上，放置第二受光元件103以在壁113的縱向 方向上面對(duì)發(fā)光元件101。 ...
確切地說(shuō)，發(fā)光元件101的發(fā)光表面130的法線方向基本平行于第一受 光元件102的受光表面144與第二受光元件103的受光表面145的法線方向。 換言之，在壁的縱向方向上，發(fā)光表面130面對(duì)第一受光元件102的受光表 面144與第二受光元件103的受光表面145，其間有一空間。
第一分隔150防止從發(fā)光元件101發(fā)射的光直接進(jìn)入第一受光元件102 的受光表面144，而第二分隔151防止從發(fā)光元件101發(fā)射的光直接進(jìn)入第 二受光元件103的受光表面145。
在壁113的縱向方向上，第一分隔150攔截從發(fā)光元件101的發(fā)光表面 130發(fā)射的光，以防止該光直接到達(dá)第一受光元件102的受光表面144。另外， 在壁113的縱向方向上，第二分隔151攔截從發(fā)光元件101的發(fā)光表面130 發(fā)射的光，以防止該光直接到達(dá)第二受光元件103的受光表面145。
圖5示意顯示第二實(shí)施例的煙傳感器的放大器電路104的配置。
在圖5中，標(biāo)號(hào)105表示電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器，106表示第一切換開關(guān)， 107表示第二切換開關(guān)，108表示控制電路，110表示放大器電路104的輸出 端子，lll表示驅(qū)動(dòng)電路，120表示作為濃度檢測(cè)部分的微型計(jì)算機(jī)，1M、 125、以及126表示放大器。
如圖5所示，在第二實(shí)施例中，第一受光元件102與第二受光元件103 被集成到放大器電路104 (集成電路)，成為放大器電路104的一部分。
根據(jù)第二實(shí)施例，第一受光元件102與第二受光元件1(B被內(nèi)置于放大 器電路104，從而可以防止第一受光元件102與第二受光元件103之間的輸 出變化。另外，在放大器電路104中，第一受光元件102與第二受光元件103連接于放大器部分，從而可以顯著地減少信號(hào)噪聲。
當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的煙傳感器安裝到電子裝備(例如空氣清潔器或者報(bào)火 器)上時(shí)，即使隨著時(shí)間流逝發(fā)光元件退化、或者電子裝備中溫度顯著變化， 也可以精確地檢測(cè)到煙的濃度。由此，例如，可以精確地判斷空氣清潔器中 清潔空氣的程度，或者可以在報(bào)火器中精確地判定失火。
在所有方面，都應(yīng)該考慮所述實(shí)施例作為說(shuō)明性的，而非限定的。因此， 本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書而非上述說(shuō)明書限定。在權(quán)利要求書的精神與范 圍內(nèi)所有變化都包含在其范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種煙傳感器，包括發(fā)射光的發(fā)光器件；第一腔室；煙通道，用來(lái)提供第一腔室的內(nèi)部與第一腔室的外部之間的互通；第二腔室，具有預(yù)定值的煙濃度；第一受光元件，其接收在從發(fā)光器件直接向第一腔室發(fā)射之后、在第一腔室中穿行過(guò)了的光，或者在從發(fā)光器件發(fā)射并且僅通過(guò)具有零煙濃度的空間進(jìn)入第一腔室之后、在第一腔室中穿行過(guò)了的光；第二受光元件，其接收在從發(fā)光器件直接向第二腔室發(fā)射之后、在第二腔室中穿行過(guò)了的光，或者在從發(fā)光器件發(fā)射并且僅通過(guò)具有零煙濃度的空間進(jìn)入第二腔室之后、在第二腔室中穿行過(guò)了的光；第一開關(guān)，其接收并且選擇性地輸出來(lái)自第一受光元件的信號(hào)與來(lái)自第二受光元件的信號(hào)；放大器部分，其放大來(lái)自第一開關(guān)的信號(hào)；以及濃度檢測(cè)部分，其根據(jù)第一放大信號(hào)與第二放大信號(hào)，檢測(cè)第一腔室中煙的濃度，第一放大信號(hào)為由放大器部分放大的、來(lái)自第一受光元件的信號(hào)，第二放大信號(hào)為由放大器部分放大的、來(lái)自第二受光元件的信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的煙傳感器，其中 第一放大信號(hào)與第二放大信號(hào)中的每一個(gè)都是電壓信號(hào)； 第一受光元件的受光表面置于第一腔室中，并且第二受光元件的受光表面置于第二腔室中；從發(fā)光器件的發(fā)光表面到第 一 受光元件的受光表面的距離與從發(fā)光器件的發(fā)光表面到第二受光元件的受光表面的距離相同； 所述第二腔室中煙的濃度的預(yù)定值為零；并且在第一腔室中煙的濃度為零的狀態(tài)下，第一放大信號(hào)具有與第二放大信 號(hào)的幅度相同的幅度。
3. 如權(quán)利要求1所述的煙傳感器，其中放大器部分具有一或多個(gè)放大器。
4. 如權(quán)利要求1所述的煙傳感器，其中 放大器部分具有電流-電壓轉(zhuǎn)換部分；所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分具有與第一開關(guān)的輸出端子連接的輸入端子、輸出端子、以及連接在所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分的輸入端子與輸出端子之間的i 阻器器件；并且所述電阻器器件提供為來(lái)自第一受光元件的光由所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部 分處理的情況與來(lái)自第二受光元件的光由所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理的情 況之間的差的電阻。
5. 如權(quán)利要求4所述的煙傳感器，其中所述電阻器器件包括第一電阻器，其一端連接于所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部 分的輸入端子；以及第二電阻器，其一端連接于所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分的輸 入端子；所述電流-電壓轉(zhuǎn)換部分還具有第二開關(guān)，其輸出端子連接于所述電流 -電壓轉(zhuǎn)換部分的輸出端子；并且所述煙傳感器還包括控制電路，當(dāng)來(lái)自第一受光元件的信號(hào)由所述電 流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理時(shí)，所述控制電路輸出用來(lái)將第二開關(guān)的輸入端子連接 到第一電阻器的另一端的控制信號(hào)，而當(dāng)來(lái)自第二受光元件的信號(hào)由所述電 流-電壓轉(zhuǎn)換部分處理時(shí)，所述控制電路輸出用來(lái)將第二開關(guān)的輸入端子連接 到第二電阻器的另 一端的控制信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求4所述的煙傳感器，其中所述電阻器器件具有正溫度系數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的煙傳感器，還包括平板形壁，其中 所述第一受光元件、第二受光元件、第一開關(guān)、以及放大器部分包含在一個(gè)集成電路中；從發(fā)光器件的發(fā)光表面到第一受光元件的受光表面的距離與從發(fā)光器件 的發(fā)光表面到第二受光元件的受光表面的距離相同；第一腔室存在于所述平板形壁的一側(cè)之上，而第二腔室存在于所述平板 形壁的相對(duì)一側(cè)之上；并且所述煙傳感器還包括第一攔截器，其防止來(lái)自發(fā)光器件的光直接進(jìn)入 第一受光元件的受光表面；以及第二攔截器，其防止來(lái)自發(fā)光器件的光直接 進(jìn)入第二受光元件的受光表面。
8. —種電子裝備，包含如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的煙傳感器。
全文摘要
在煙傳感器中，相對(duì)于發(fā)光元件，對(duì)稱地安排第一受光元件與第二受光元件，第一受光元件接收來(lái)自發(fā)光元件的光，并且被置于接收光量根據(jù)煙濃度變化的位置上，第二受光元件監(jiān)控發(fā)光元件的光量。另外，來(lái)自第一受光元件的信號(hào)與來(lái)自第二受光元件的信號(hào)被同一放大器電路的放大。在微型計(jì)算機(jī)中，根據(jù)通過(guò)由放大器電路放大第一受光元件的輸出而獲得的輸出與通過(guò)由放大器電路放大第二受光元件的輸出而獲得的輸出之間的差，計(jì)算煙的濃度。
文檔編號(hào)G01N21/17GK101435766SQ200810178229
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
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