DE4240395C2 - Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit minde­ stens einem unter einer für die Strahlung durchlässigen Abdeckscheibe in einem für elektro­ magnetische Strahlung undurchlässigen Gehäuse angeordneten Sensorelement, das auf elektromagnetische Strahlung anspricht und in Abhängigkeit von der Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

Optische Detektoren der angegebenen Art werden beispielsweise zum schnellen Entdecken von Flammen, Funken oder anderen Feuererscheinungen, zum Bewachen von Räumen oder industriellen Prozessen eingesetzt. Ein Problem bei dem Einsatz derartiger Detektoren bildet vor allem die Verschmutzung der Abdeckscheibe des Sensorelementes, da hierdurch die An­ sprechempfindlichkeit erheblich herabgesetzt wird. Den Grad solcher Verschmutzungen kann man bisher nur mit Hilfe aufwendiger Prüfungen, die auch häufig das an den Detektor ange­ schlossene Gesamtsystem beeinflussen, unter Verwendung optischer Prüfeinrichtungen vor Ort feststellen.

Aus US 4,709,153 geht ein Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit minde­ stens einem unter einer für die Strahlung durchlässigen Abdeckscheibe in einem für elektro­ magnetische Strahlung undurchlässigen Gehäuse angeordneten Sensorelement hervor, dass auf elektromagnetische Strahlung anspricht und in Abhängigkeit von der Strahlung ein elektri­ sches Ausgangssignal erzeugt, wobei auf den Außenseiten des Gehäuses am Rand der Ab­ deckscheibe mindestens eine elektromagnetische Strahlung abstrahlende Strahlungsquelle angeordnet ist. Die Strahlungsquelle befindet sich an einem hervorspringenden Punkt, der Schmutz- oder Staubbrücken bilden kann. Ungleichmäßig über die Oberfläche verteilte Ver­ schmutzungen könne mit dieser Vorrichtung nicht ermittelt werden. Ferner kommt es zu Ab­ schattungen von Einstrahlungsbereichen der zu detektierenden Strahlungen. Die Messstrah­ lung wird bei dieser Vorrichtung nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Messbe­ reiches verteilt. Sehr dünne Schmutzschichten oder Schmutzschichten überhaupt, sind mit die­ ser Vorrichtung nicht messbar. Im Fensterbereich befindliche Verschmutzungen führen zur Verfälschung des Messsignales, so dass eine Verschlechterung der Detektionseigenschaften auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine selbsttätige Prüfung der Verschmutzung seiner Abdeckscheibe ermöglicht, ohne dass seine Überwachungsfunktion und das angeschlossene System gestört wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Außenseite des Gehäuses am Rand der Abdeckscheibe mindestens ein elektromagnetische Strahlung einer Strahlungs­ quelle abstrahlendes Element angeordnet ist. Ein Teil der von dem Element abgestrahlten Strahlung durchdringt die Abdeckscheibe des Detektors und eine eventuell darüberlie­ gende Schmutzschicht und wird von dem Sensorelement erfaßt. Je nach Art und Umfang der Schmutzschicht weicht der zu dem Sensorelement gelangene Anteil dieser Strahlung von dem Anteil ab, der ohne Verschmutzung der Abdeckscheibe dorthin gelangen würde. Aus dieser Abweichung, die an dem Ausgangs­ signal des Sensorelements ablesbar ist, kann somit auf den Grad der vorhandenen Verschmutzung geschlossen werden. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Prüfung der Ver­ schmutzung des Detektors ermöglicht.

Ein einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Detektors läßt sich nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreichen, daß auf der Außenseite des Sensorgehäuses eine die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zum Rand der Abdeckscheibe leitende Schicht angebracht ist, die bis auf eine Strahlungseintrittsfläche und eine Strah­ lungsaustrittsfläche mit einer strahlungsundurchlässigen Abdeckung abgedeckt ist. Die Anbringung einer strahlungs­ leitenden Schicht auf dem Sensorgehäuse ist mit einfachen kostengünstigen Maßnahmen zu erreichen und macht das heran­ führen elektrischer Anschlüsse an den Rand der Abdeck­ scheibe entbehrlich. Ergänzend kann erfindungsgemäß vorge­ sehen sein, daß das Gehäuse, die strahlungsleitende Schicht und die Abdeckung aus teleskopartig ineinandergreifenden Teilen gebildet sind, die zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Teile der Baueinheit rotationssymmetrisch ausgebildet. Erfindungsgemäß kann wei­ terhin vorgesehen sein, daß die Baueinheit als Schraubfas­ sung ausgebildet ist, die an ein die Strahlungsquelle, elektronische Schaltungselemente des Detektors und elektri­ sche Anschlußeinrichtungen aufnehmendes Detektorgehäuse anschraubbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung sind empfindliche, elektronische Bauelemente innerhalb des Detektorgehäuses geschützt angeordnet. Die Schraubfassung bildet ein mit dem Detektorgehäuse lösbar verbundenes Ele­ ment, das je nach Anwendungsfall durch ein anderes, für einen anderen Anwendungsfall, beispielsweise einen anderen Spektralbereich vorgesehenes Element ausgetauscht werden kann.

Eine Überprüfung der Betriebsbereitschaft der Strahlungs­ quellen kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht werden, daß an der Strahlungseintrittsflä­ che der strahlungsleitenden Schicht an einer der Strah­ lungsquelle diametral gegenüberliegenden Stelle ein Strah­ lungsempfänger angeordnet ist. Da ein Teil der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung nach Durchlaufen der strahlungsleitenden Schicht und des Zwischenraums im Bereich der Abdeckscheibe an der der Strahlungsquelle dia­ metral gegenüberliegenden Stelle der Schicht wieder aus­ tritt, kann mit Hilfe des dort angeordneten Strahlungsem­ pfängers die Betriebsbereitschaft der Strahlungsquelle geprüft werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Detektors zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit gelöster Schraubfassung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schraubfassung des Detektors gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Funktionsprin­ zips der Erfindung anhand eines Teilschnitts durch die Schraubfassung und das Detektorgehäuse des Detektors gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Detektor weist ein Detektorge­ häuse 1 mit einer Frontplatte 2 auf, in der eine mittige, mit einem Innengewinde versehende Öffnung 3 zum Einschrau­ ben einer Schraubfassung 4 vorgesehen ist. Aus der Öffnung 3 ragt ein zylindrischer Sockel 5 raus, der auf seiner Stirnfläche opto-elektronische Sensorelemente 6 zur Erfas­ sung elektromagnetischer Strahlung trägt. Die Sensorele­ mente 6 sind an eine elektronische Schaltung im Innern des Detektorgehäuses 1 angeschlossen. Um die Öffnung 3 herum sind in gleichmäßigem radialen Abstand zu dieser mehrere Löcher 7 von im Vergleich zur Öffnung 3 geringem Durchmes­ ser vorgesehen, denen im Innern des Detektorgehäuses 1 Strahlungsquellen gegenüberliegen.

Die Schraubfassung 4 ist in Fig. 2 näher dargestellt. Sie besteht aus einem ringförmigen, metallischen Gehäuse 8 mit einer zylindrischen Bohrung 9, die zur Aufnahme des Sockels 5 dient. Die Mantelfläche des Gehäuses 8 weist einen abge­ setzten, mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt 10 auf, der in die Öffnung 3 einschraubbar ist. Das dem Abschnitt 10 abgekehrte Ende der Bohrung 9 ist durch eine Abdeckscheibe 11 verschlossen, die in einem bestimmten Spektralbereich für elektromagnetische Strahlung durchläs­ sig ist. Bei einer Verwendung des Detektors als Flammenmel­ der kann die Abdeckscheibe 11 beispielsweise im nahen Infrarotbereich strahlungsdurchlässig sein.

Das Gehäuse 8 ist von einer Schicht 12 aus einem elektroma­ gnetische Strahlung leitenden Material umgeben, die die zylindrische Mantelfläche und die an die Abdeckscheibe 11 angrenzende Kreisringfläche des Gehäuses 8 sowie den in das Gehäuse 8 eingelassenen Rand der Abdeckscheibe 10 bedeckt. Die Schicht 12 weist eine kreisringförmige Eintrittsfläche 13 und eine zylindrische Austrittsfläche 14 auf. Nach außen ist die Schicht 12 durch eine kappenförmige Abdeckung 15 aus einem für elektromagnetische Strahlung undurchlässigen Material abgedeckt.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Detektors wird anhand der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 3 im folgenden erläu­ tert. Wie die Darstellung zeigt, befindet sich im zusammen­ gebauten Zustand die Schicht 12 der Schraubfassung 4 unmit­ telbar über den Löchern 7 in der Frontplatte 2 des Detek­ torgehäuses 1. Die von Strahlungsquellen 16 ausgehende Strahlung gelangt durch die Löcher 7 zur Eintrittsfläche 13 der Schicht 12 und wird von der Schicht 12 aufgenommen, weitergeleitet und am Rand der Abdeckscheibe 11 über die Austrittsfläche 14 diffus abgestrahlt. Ein Teil dieser abgestrahlten Strahlung durchdringt die Abdeckscheibe 11 und wird von den unter der Abdeckscheibe 11 befindlichen Sensorelementen 6 erfaßt. Die Intensität der erfaßten Strahlung bei sauberer Abdeckscheibe 11 wird als Normalzu­ stand gemessen und gespeichert. Ist die Abdeckscheibe 11 verschmutzt, so erreicht die Sensorelemente 6 je nach Art und Grad der Verschmutzung nur ein Teil der Strahlung, die sonst ohne Verschmutzung dort hingelangen würden. Durch Vergleich dieser Abweichung mit dem Normalzustand kann auf den Grad der Verschmutzung der Abdeckscheibe geschlossen werden. Dieser Verschmutzungsgrad kann entweder angezeigt werden oder bei Erreichen eines Grenzwerts ein Wartungssi­ gnal auslösen.

Claims (6)

1. Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einem unter einer für die Strahlung durchlässigen Abdeckscheibe in einem für elektromagnetische Strahlung un­ durchlässigen Gehäuse angeordneten Sensorelement, das auf elektromagnetische Strahlung anspricht und in Abhängigkeit von der Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, da­ durch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite des Gehäuses (8) am Rand der Abdeckschei­ be (11) mindestens ein elektromagnetische Strahlung einer Strahlungsquelle (16) abstrahlen­ des Element (12, 14) angeordnet ist, das die elektromagnetische Strahlung diffus abstrahlt, wobei ein Teil der Strahlung die Abdeckscheibe (11) durchdringt und von unter der Abdeck­ scheibe (11) angeordneten Sensorelementen (6) als Maß der Verschmutzung der Scheibe (11) erfasst wird.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Gehäuses (8) eine die elektroma­ gnetische Strahlung von der Strahlungsquelle (16) zum Rand der Abdeckscheibe (11) leitende Schicht (12) ange­ bracht ist, die bis auf eine Strahlungseintrittsfläche (13) und eine Strahlungsaustrittsfläche (14) mit einer strahlungsundurchlässigen Abdeckung (15) abgedeckt ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8), die strahlungsleitende Schicht (12) und die Abdeckung (15) aus teleskopartig ineinander­ greifenden Teilen gebildet sind, die zu einer Bauein­ heit miteinander verbunden sind.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Baueinheit rotationssymmetrisch aus­ gebildet sind.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit als Schraubfassung (4) ausgebildet ist, die an ein die Strahlungsquelle (16), elektronische Schaltungselemente des Detektors und elektrische Anschlußeinrichtungen aufnehmendes Detektorgehäuse (1) anschraubbar ist.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Strahlungseintrittsfläche (13) der strahlungsleitenden Schicht (12) an einer der Strahlungsquelle (16) diametral gegenüberliegenden Stelle ein Strahlungsempfänger angeordnet ist.