Rauchdetektor nach dem Strahlungs-Extinktions-Prinzip

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor mit einer impulsweisen betriebenen Strahlungsquelle zur Aussendung eines gebündelten Strahles in ein der Umgebungsluft frei zugängliches Gebiet, einem im Strahl angeordneten Strahlungsempfänger, dessen nachgeschalteter Eingangsverstärker der empfangenen Strahlungsintensität proportionale Empfangsimpulse erzeugt und einer Auswerteschaltung enthaltend ein Element zur Erzeugung einer mit den Empfangsimpulsen vergleichenden Referenzspannung, eine Alarmstufe, die bei Abschwächung der Empfangsimpulse unter eine vorgegebene Alarmschwelle länger als eine bestimmte Zeitdauer ein Alarmsignal auslöst, und eine Störungsstufe, die bei einer gegenüber der das Alarmsignal auslösenden Abschwächung der Empfangsimpulse schnelleren Abschwächung der Empfangsimpulse unter eine Störungsschwelle kleiner als die Alarmschwelle ein Störsignal auslöst, sowie Mittel, welche eine Nachführgrösse mit einer Zeitkonstante grösser als eine Minute so verändern, dass die Differenz zwischen der Höhe der Empfangsimpulse und der Referenzspannung minimalisiert wird, und eine erste Einrichtung, mit welcher das Verhältnis von Alarmschwelle zur Referenzspannung veränderbar ist.

[0002] Bei der DE-A-28 22 547 ist ein Rauchdetektor bekannt, bei dem -wie bei diesen sogenannten "Linienextinktionsmeldern" üblich - Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger in zwei verschiedenen Gehäusen untergebracht sind, welche je nach Einsatzort mit verschiedenem Abstand an den Wänden des zu überwachenden Raumes befestigt werden. Es ist eine feste Alarmschwelle vorgegeben. Diese entspricht aber bei unterschiedlichem Abstand zwischen Strahlungsquelle und -empfänger ganz unterschiedlichen Rauchdichten. Dieser Nachteil führt zu Fehlalarmen. Ferner werden langsame Storungen im Ansprechverhalten des Rauchdetektors, die durch Alterung, Verschmutzung, Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit bedingt sind, durch eine Nachführung der Referenzspannung der Ausgangsspannung des Strahlungsempfängers beseitigt.

[0003] In der GB-A-2 059128 ist ein optischer Rauchmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bei dem ebenfalls langsame durch Verschmutzung und Alterung bedingte Störungen beseitigt werden, indem die Verstärkung der Ausgangsspannung des Strahlungsempfängers dem jeweiligen Zustand angepasst wird.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rauchdetektor zu schaffen, dessen Empfindlichkeit nicht oder nur unerheblich vom Abstand zwischen Strahlungsquelle und Empfänger abhängt, wobei Veränderungen des Betriebszustandes durch Verschmutzung, Alterung und Temperaturschwankungen unwirksam gemacht werden sollen und wobei der Rauchdetektor insbesondere eine verringerte Störempfindlichkeit aufweisen soll. Dabei soll im Störungsfall verlässlich ein Störungssignal abgegeben werden.

[0005] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0006] Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0007] Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

[0008] Die Figuren 1 und 2 zeigen Schaltungsbeispiele bevorzugter Ausführungsformen.

[0009] In Figur 1 wird die Strahlugsquelle 3, in diesem Falle eine Licht oder infrarote Strahlung emittierende Diode (LED), über eine Treiberstufe 2 vom Pulsgenerator 1 angesteurt. Vorzugsweise wird der Strom mit Hilfe des Referenzstrahlungsempfängers 4 so geregelt, dass die Strahlungsintensität der Impulse einen festen Wert annimmt. T22, R21 und R23 schalten den Strom durch die LED 3, welcher von der Kapazität C21 geliefert wird. C21 wird zwischen den Pulsen über R24 wieder aufgeladen. T21 und R22 regeln in Verbindung mit dem Referenzstrahlungsempfänger 4 die Strahlungsintensität.

[0010] Die auf den Strahlungsempfänger 5 fallenden Strahlungsimpulse werden vom Eingangsverstärker 6 verstärkt und drei Vergleichsschaltungen 7, 8, 9 zugeführt. Als Eingangsverstärker genügt ein zweistufiger Transistorverstärker T61, T62, dessen Arbeitspunkt durch die Widerstände R61, R62, und R64 bestimmt wird. Der differentielle Widerstand der Diode D61 zusammen mit dem Rückkopplungswiderstand R 63 und dem Widerstand R62 bestimmen die Verstärkung. Der Ruhestrom durch die Diode D61 und damit ihr differentieller Widerstand, wird durch die Spannung U_v und den Widerstand R65 bestimmt. Auf diese Art kann die Verstärkung des Eingangsverstärkers 6 gesteuert werden. Der ganze Verstärker ist durch Kopplungskapazitäten C61 und C63 abgetrennt.

[0011] Der Ausgang des Eingangsverstärkers 6 wird an den positiven Eingang der Vergleichsschaltung 9 gelegt. Am negativen Eingang liegt die Spannung U_s (Störungsschwelle), weiche mit dem Spannungsteiler R1, R2, 14 aus der Referenzspannung Uref gewonnen wird. Am Ausgang der Vergleichsschaltung 9 erscheint bei Anwesenheit eines Strahlungsimpulses ein Korrelationsimpuls, welcher an die Clock-Eingänge C der Zähler 10 und 15 weitergegeben wird. Ebenfalls mit dem Korrelationsimpuls wird in der Störunqsschaltung 16 mit Hilfe von Widerstand R161 und Transistor T161 die Kapazität C161 entladen. Bei Ausbleiben von Korrelationsimpulsen, d.h. falls die Ausgangsimpulse des Eingangsverstärkers die Störungsschwelle U_s nicht mehr erreichen, wird die Kapazität C161 über den Widerstand R162 aufgeladen und durch die Logikschaltung 17 ein Störungssignal 19 abgegeben.

[0012] Die Vergleichsschaltung 7 vergleicht das Signal am Ausgang des Eingangsverstärkers 6 (Empfangsimpulse) mit der Referenzspannung U_ret. Ihr Ausgang steuert die Zählrichtung U/D des VVorwärts-Rückwärts-Zählers 11. Der Digitalwert Q_o... Q_I des Zählers wird im Digital-Analog-Wandler 12 in eine analoge Spannung umgewandelt, aus welcher mit einem nicht-linearen Verstärker 13 die Steuerspannung U_v für die Verstärkung des Eingangsverstärkers 6 erzeugt wird. Bei jedem Clock-Impuls des Zählers 11 wird entsprechend dem Wert des Ausganges der Vergleichsschaltung 7 der Zählerstand um Eins erhöht oder erniedrigt. Dadurch wird die Verstärkung des Eingangsverstärkers 6 so verändert, dass die Differenz zwischen der Höhe der Empfangsimpulse und der Referenzspannung minimalisiert, also praktisch null wird. Der Binärzähler 10 dividiert die Frequenz der Korrelationsimpulse durch einen bestimmten Faktor und erzeugt daraus die Clock-Impulse des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 11. So wird die Nachführung genügend langsam, um Aenderungen der Empfangsimpulse zufolge Rauchdichteanstiegs nicht oder nur unwesentlich auszugleichen, wohl aber Aenderungen zufolge langsamer Verstaubung, Alterung und Temperaturschwankungen. Stösst der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 11 an seine untere oder obere Grenze (Null oder 21+1 -1) ist eine weitere Nachführung nicht mehr möglich. Ein Störungssignal kann vom negierten Carry-Out-Ausgang C_out abgeleitet werden, welcher an den Zählergrenzen den Wert Null annimmt. Durch die Logikschaltung 17 wird dieser Wert verarbeitet und ein Störungssignal 19 erzeugt.

[0013] Eine weitere Vergleichsschaltung 8 vergleicht die Empfangsimpulse E (Ausgang des Eingangsverstärkers) mit der Alarmschwelle U_A. Der Ausgang dieser Vergleichsschaltung steuert den Reset-Eingang des Alarmverzögerungszählers 15. Falls die Empfangsimpulse die Alarmschwelle U_A unterschreiten, wird der Alarmverzögerungszähler 15 nicht mehr zurückgestellt und die Korrelationsimpulse erhöhen den Zählerstand. Nach einer bestimmten Anzahl Pulse wird ein Alarmsignal 18 abgegeben, aufgrund der Logikschaltung 17 hingegen, nur falls nicht gleichzeitig auch ein Störungssignal 19 vorhanden ist.

[0014] Der Stand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 11 entspricht einer bestimmten Verstärkung des Eingangsverstärkers 6 und damit einer bestimmten Strahlungsintensität am Strahlungsempfänger 5. Diese Strahlungsintensität ist wiederum ein gutes Mass für den Abstand zwischen Strahlungsquelle 3 und -empfänger 5, da sie sich umgekehrt proportional zum Quadrat dieses Abstandes verhält. Der Zählerstand Qo... Q_i ist daher charakteristisch für eine bestimmte Distanz zwischen Strahlungsquelle und -empfänger. Der digital steuerbare Widerstand 14 wird vom Zählerstand gesteuert und somit wird das Verhältnis von Alarmschwelle zu Referenzspannung den verschiedenen Distanzen angepasst. Die funktionelle Abhängigkeit dieses Verhältnisses von der Distanz wird nun vorzugsweise so gewählt, dass die Alarmschwelle immer der gleichen Rauchdichte entspricht. Dies ist durch eine geeignete Festlegung der Uebertragungsfunktion des nicht-linearen Verstärkers 13 möglich.

[0015] Figur 2 zeigt eine weitere Schaltung eines Rauchmelders gemäss der Erfindung. Der Pulsgenerator 1 steuert über die Treiberstufe 2 die Strahlungsquelle 3. Der Transistor T22 und der Widerstand R21 schalten den Strom durch die Strahlungsquelle 3, welcher von der Kapazität C21 geliefert wird, welche ihrerseits über den Widerstand R24 zwischen den Pulsen aufgeladen wird. Bei dieser Ausführungsform der Treiberstufe 2 wird, im Gegensatz zur in Figur 1 dargestellten, der Strom durch die Strahlungsquelle mit Hilfe der Zenerdiode D21 und dem Widerstand R23 auf einen bestimmten Wert geregelt.

[0016] Die auf den Strahlungsempfänger 5 fallenden Strahlungsimpulse werden vom Eingangsverstärker 6 verstärkt und den drei Vergleichsschaltungen 7, 8, 9 zugeführt. Dieser Verstärker 6 besteht aus einem Operationsverstärker A61 und dem veränderbaren Rückkopplungswiderstand R63, mit welchem die Verstärkung bei Inbetriebnahme des Rauchmelders auf einen geeigneten Wert eingestellt werden kann. Die Kopplungskapazität C61 trennt Gleichstromkomponenten ab.

[0017] Die Verarbeitung der Ausgänge der Vergleichsschaltungen 7, 8, 9 erfolgt auf dieselbe Weise wie in Figur 1. Es sei auf ihre Beschreibung verwiesen. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 12 hingegen wird nicht zur Steuerung des Eingangsverstärkers benutzt, sondern stellt direkt die Referenzspannung U_ret dar. Durch die (langsame) Veränderung des Zählerstandes des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 11 wird die Referenzspannung U_ref so nachgeführt, dass die Differenz zwischen der Höhe der Empfangsimpulse und Referenzspannung minimalisiert, also praktisch null wird. Das Verhältnis von Alarmschwelle zu Referenzspannung kann durch den veränderbaren Widerstand 14 eingestellt werden. In diesem Falle ist ein Schalter 141 vorgesehen, welcher durch Parallelschaltung der Widerstände R141 oder R142 zu R143 den Widerstandswert des Widerstandes 14 verändert. Es ist aber auch möglich, diese Einrichtung durch einen kontinuierlich veränderbaren Widerstand (z.B. Potentiometer) zu ersetzen.

[0018] Die beschriebenen Rauchmelder weisen eine wesentlich verbesserte Stabilität auch über längere Zeiträume auf. Langsame Aenderungen durch Verstaubung, Alterung der Komponenten und Temperaturschwankungen werden durch einen Nachführmechanismus automatisch kompensiert, ohne die Gefahr einer fehlerhaften Alarmauslösung und ohne Empfindlichkeitsverlust. Weiter zeichnen sie sich durch eine besser definierte Empfindlichkeit aus, indem das Verhältnis von Alarmschwelle zu Referenzspannung der Distanz zwischen Strahlungsquelle und -empfänger angepasst wird.

Ansprüche

1. Rauchdetektor mit einer impulsweise betriebenen Strahlungsquelle (3) zur Aussendung eines gebündelten Strahles in ein der Umgebungsluft frei zugängliches Gebiet, einem im Strahl angeordneten Strahlungsempfänger (5), dessen nachgeschalteter Eingangsverstärker (6) der empfangenen Strahlungsintensität proportionale Empfangsimpulse (E) erzeugt und einer Auswerteschaltung enthaltend ein Element zur Erzeugung einer mit den Empfangsimpulsen (E) vergleichenden Referenzspannung (U_ref), eine Alarmstufe,-die bei Abschwächung der Empfangsimpulse unter eine vorgegebene Alarmschwelle (U_A) länger als eine bestimmte Zeitdauer ein Alarmsignal (18) auslöst, eine Stö_fungsstufe (16), die bei einer gegenüber der das Alarmsignal (18) auslösenden Abschwächung der Empfangsimpulse schnelleren Abschwächung der Empfangsimpulse unter eine Störungsschwelle (U_s) kleiner als die Alarmschwelle ein Störungssignal (19) auslöst, sowie Mittel (7, 10,11,12, 13), welche eine Nachführgrösse mit einer Zeitkonstante grösser als eine Minute so verändern, dass die Differenz zwischen der Höhe der Empfangsimpulse und der Referenzspannung minimalisiert wird, und eine erste Einrichtung (14), mit welcher das Verhältnis von Alarmschwelle (U_A) zur Referenzspannung (U_ref) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrelation der Auswerteschaltung zu den Strahlungsimpulsen der Strahlungsquelle (3) die Empfangsimpulse (E) des Eingangsverstärkers (6) und die Störungsschwelle (U_s) an die beiden Eingänge einer Vergleichsschaltung (9) gelegt werden, deren Ausgang die Korrelationsimpulse liefert, die die Auswerteschaltung steuern und wobei bei deren Ausbleiben das Störungssignal (19) abgegeben wird.

2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Nachführgrosse speichernder Zähler (11) bei jedem n-ten Impuls (n 2; 1) höchstens um eine Einheit verändert wird, wobei sich das Vorzeichen der Veränderung danach richtet, ob der Empfangsimpuls grösser oder kleiner als die Referenzspannung (U_ref) ist.

3. Rauchdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Eingangsverstärkers (6) durch den Wert des Zählers (11) gesteuert wird.

4. Rauchdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung so ausgelegt ist, dass die Referenzspannung (Ured eine Funktion des Wertes des Zählers (11) ist.

5 Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung so ausgelegt ist, dass ein Störungssignal (19) abgegeben wird, falls die Nachführgrösse eine obere oder eine untere Grenze überschreitet.

6. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, welche die Distanz zwischen Strahlungsquelle (3) und -empfänger (5) bestimmt und in Abhängigkeit vom ermittelten Wert das entsprechende Verhältnis von Alarmschwelle (U_A) zur Referenzspannung (U_ref) automatisch einstellt.

7. Rauchdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen Strahlungsquelle (3) und -empfänger (5) aus der Intensität der empfangenen Strahlungsimpulse bestimmt wird.

8. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement vorgesehen ist, mit welchem das Verhältnis von Alarmschwelle zur Referenzspannung (U_ref) von Hand einstellbar ist.

9. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im gleichen Gehäuse, in welchem sich die Strahlungsquelle (3) oder der Strahlungsempfänger (5) befindet, zusätzlich ein Flammendetektor angeordnet ist.

Claims

1. Smoke detector comprising a pulse-like operated radiation source (3) emitting a focussed radiation beam into a region freely accessible to environmental air, a radiation receiver (5) arranged in the path of said radiation beam, said radiation receiver (5) being serially connected to an input amplifier (6) which generates received pulses (E) proportional to the intensity of the received radiation, and an evaluation circuit comprising a reference voltage generator for generating a reference voltage (U_ref) for comparison with said received pulses (E); an alarm stage for triggering an alarm signal (18) when said received pulses (E) have been attenuated below a predetermined alarm threshold value (U_A) for more than a predetermined period of time; a disturbance circuit (16) for triggering a disturbance signal (19) when said received pulses (E) have been more rapidly attenuated than during triggering said alarm signal (18) below a disturbance threshold (U_s) being lower than said alarm threshold (U_A); as well as means (7, 10, 11, 12, 13) for changing a follow-up quantity at a time constant larger than one minute such that the difference between the amplitude of said received pulses (E) and the reference voltage (U_ref) is minimized, and a first device (14) for varying the ratio of said alarm threshold (U_A) to said reference value (U_ref), characterized in that the received pulses (E) of the input amplifier (6) and the disturbance threshold (U_s) are applied to the two inputs of a comparison circuit (9) for correlating the evaluation circuit with the radiation pulses of the radiation source (3), the output of said comparison circuit (9) supplying the correlation pulses, which control the evaluation circuit and the absence of which causes delivery of the disturbance signal (19).

2. Smoke detector according to claim 1, characterized in that a counter (11) storing the follow-up quantity is changed by at most one unit for each nth pulse (n 1 1), the direction of said change being dependent on whether said received pulse(E) is greater or smaller than said reference voltage (U_ref).

3. Smoke detector according to claim 2, characterized in that the gain of the input amplifier (6) is controlled by the value stored in the counter (11).

4. Smoke detector according to claim 2, characterized in that the evaluation circuit is structured such that said reference voltage (U_ref) is a function of the value stored in the counter (11).

5. Smoke detector according to any of the claims 1 through 4, characterized in that the evaluation circuit is structured such that a disturbance signal (19) is transmitted whenever said follow-up quantity exceeds an upper threshold or a lower threshold.

6. Smoke detector according to any of the claims 1 through 5, characterized in that a second device is provided, which determines the distance between the radiation source (3) and the radiation receiver (5) and which automatically adjusts the ratio of the alarm threshold (U_A) and the reference voltage (Ured as a function of said determined value.

7. Smoke detector according to claim 6, characterized in that the distance between said radiation source (3) and said radiation receiver (5) is determined by the intensity of said radiation pulses.

8. Smoke detector according to any of the claims 1 through 5, characterized in that a switching element is provided for manual adjustment of the ratio of said alarm threshold to said reference voltage.

9. Smoke detector according to any of the claims 1 through 8, characterized in that a flame detector is additionally arranged in the same housing, wherein the radiation source (3) or the radiation receiver (5) is arranged.

Revendications

1. Détecteur de fumée avec une source de rayonnement actionné de façon impulsionnelle pour l'émission, d'un faisceau dans un domaine librement accessible à l'air environnant, à un récepteur de rayonnement disposé dans le faisceau, dont l'amplificateur d'entrée (6) branché en aval produit l'impulsion de réception (E) proportionnelle à l'intensité de rayonnement reçue et à un circuit d'évaluation comprenant un élément pour produire une tension de référence (U_ref) à comparer avec les impulsions de réception (E), un étage d'alarme qui délivre un signal d'alarme, lors d'affaiblissement des impulsions de reception au-dessous d'un seuil d'alarme (U_A) prédéfini plus long qu'une durée déterminée, un étace de perturbation (16) qui délivre un signal de perturbation, lors d'une diminution plus rapide de l'impulsion de réception par rapport à la diminution de l'impulsion de réception produisant le signal d'alarme (18) au-dessous d'un seuil de perturbation (U_s) plus petit que le seuil d'alarme, ainsi que des moyens (7, 10, 11, 12, 13) de modifier une grandeur d'évaluation avec une constante de temps plus grande qu'une minute, de façon à minimiser la différence entre la hauteur de l'impulsion de réception et la tension de référence, et un premier dispositif (14) pour modifier le rapport du seuil d'alarme (U_A) à la tension de référence (U_ref), caractérisé en ce que l'impulsion de réception (E) de l'amplificateur d'entrée (6) et le seuil de perturbation (U_s) sont appliqués aux deux entrées d'un circuit de comparaison (9) pour corrélation du montage d'exploitation aux impulsions de rayonnement de la source de rayonnement (3), dont la sortie délivre l'impulsion de corrélation qui commande le montage d'évaluation (19) et/ou en son absence le signal de perturbation (19) est délivré.

2. Détecteur de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un compteur (11) mémorisant les grandeurs d'exploitation estmodifié de plus une unité à chaque n-ième impulsion (n i 1) le signe de la modification étant lié au fait que l'impulsion de réception est plus grande ou plus petite que la tension de référence (U_ref).

3. Détecteur de fumée selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplification de l'amplificateur d'entrée (6) est commandée par la valeur du compteur (11).

4. Détecteur de fumée selon la revendication 2, caractérisé en ce que le montage d'exploitation est conçu pour que la tension de référence (U_ref) soit une fonction de la valeur du compteur (11).

5. Détecteur de fumée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le montage d'exploitation est conçu pour qu'un signal de perturbation soit délivré au cas où les grandeurs d'exploitation dépassent une limite supérieure ou inférieure.

6. Détecteur de fumée selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un deuxième dispositif est prévu pour déterminer la distance entre la source de radiation (3) et le récepteur et pour régler automatiquement le rapport correspondant du seuil d'alarme (U_A) à la tension de référence (U_ref) en fonction de la valeur détectée.

7. Détecteur de fumée selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance entre la source de rayonnement (3) et le récepteur (5) est déterminée à partir de l'intensité de l'impulsion de rayonnement reçue.

8. Détecteur de fumée selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un élément de commutation est prévu pour régler à la main le rapport du seuil d'alarme à la tension de référence (U_ref).

9. Détecteur de fumée selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en supplément, un détecteur de flammes est disposé dans le même boîtier dans lequel se trouve la source de rayonnement (3) ou le récepteur de rayonnement (5).

Zeichnung