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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE DETECTION ET D'AVERTISSEMENT.
Les cellules photoélectriques sont utilisées pour actionner di- vers types de systèmes indicateurs ou avertisseurs, dans lesquels la condi- tion, dont l'indication ou l'avertissement est requis,sert à faire varier la quantité de lumière frappant la ou les cellules en question. Le circuit comportant la ou les cellules, qui fait partie du système de détection, produit une tension, qui subit des fluctuations selon l'illumination des cellules et ainsi selon les conditions à indiquer. Cette tension est employ- ée, si nécessaire après amplification dans la mesure appropriée,pour ac- tionner un dispositif indicateur ou avertisseur.
Un des désavantages de ce type de système réside dans le fait qu'il peut se produire des fluctuations de tension étrangères, dues à des conditions autres que celles que lon dési- re voir indiquées ou dont on désire être averti, ces fluctuations de ten- sion donnant lieu à des signaux impropres. En général, ces fluctuations de tension étrangères se produisent à une allure différente de celle des fluc- tuations donnant lieu à la production d'un signal adéquat.
A titre d'exemple spécifique, on peut considérer un système de détection de fumées, dans lequel l'intensité d'un faisceau lumineux, proje- té à travers une zone où existe -Lui danger d'incendie de façon à illuminer une cellule photoélectrique, est réduite par la présence de fumées. En plus d'un signal adéquat produit par les fumées passant dans le faisceau lumineux, un signal impropre peut être produit par une brume, due à de la poussière ou à du brouillard naturel, ou encore par un encrassement de la lentille ou du verre protecteur de la cellule.
Tous ces effets s'intensifient très graduel- lement et, bien qu'il soit souhaitable d'éliminer les signaux impropres qu' ils prudisent, il n'en reste pas moins désirable de ne pas éliminer, c'est- à-dire de retenir le signal adéquat produit par un feu, qui couve et dont la fumée s'accumule également de manière graduelle. Des considérations simi- laires sont d'application pour d'autres systèmes, dans lequels on désire éli- miner des signaux s'intensifiant très lentement, mais dans lesquels on dési- re cependant ne pas éliminer ces signaux, s'ils atteignent une ampleur prédé-
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terminée.
Suivant la présente invention, des signaux passant du système de détection au dispositif indicateur ou avertisseur et s'intensifiant très -len- tement jusqu'à atteindre uneampleur se trouvant en deça d'une valeur prédéter- minée, sont éliminés en appliquant le signal d'entrée, en provenance du sys- tème de détection, entre les extrémités d'un diviseur de tension comprenant deux sections opposant chacune une résistance élevée au passage de courant continu, et en dérivant le signal de sortie, allant au dispositif indicateur ou avertisseur, entre les extrémités d'une desdites sections, l'autre section consistant en un réseau à faible impédance vis-à-vis de tensions fluctuant rapidement.
La section, entre les extrémités de laquelle le signal de sortie est dérivé, comprend, de préférence, une forte résistance, tandis que l'au- tre section comprend un condensateur à capacité élevée, monté en parallèle avec une forte résistance,dont la valeur équivaut à plusieurs fois celle de la première résistance.
Lorsque le signal en présence est adéquat, c'est-à-dire est pro- duit par une intensification assez rapide de fumées, la. fluctuation de ten- sion résultante sera rapide et la section du diviseur de tension, comprenant le réseau précité, offrira une faible impédance à cette fluctuation, en sor- te que le signal de sortie présentera sensiblement la même intensité que le signal d'entrée. Lorsqu'on se trouve en présence d'un signal impropre, s' intensifiant très lentement, la fluctuation de tension engendrée rencontre- ra une impédance très élevée et ne produira virtuellement aucun signal entre les bornes de sortie du diviseur de tension.
Toutefois, lorsqu'on se trouve en présence d'un feu qui couve, le signal d'entrée s'intensifiera jusqu' à atteindre finalement une ampleur considérable, en sorte qu'on obtiendra un signal de sortie, dont l'intensi- té vis-à-vis du signal d'entrée dépendra du rapport des deux résistances élevées se trouvant dans les deux sections du diviseur de tension. Ainsi, si la résistance montée en parallèle avec le condensateur est de valeur sept fois supérieure à celle de l'autre résistance, ce qui constitue une rela- tion pratique avantageuse entre ces résistances, le signal de sortie aura une ampleur égale à un huitième de celle du signal d'entrée.
Il existe encore une autre forme de signal impropre qu'il est également souhaitable d'éliminer. C'est le signal résultant d'une fluc- tuation de tension extrêmement rapide. Une telle fluctuation peut être pro- voquée par un obscurcissement pratiquement instantané du faisceau lumineux, dû,par exemple, à la chute d'un objet, tel qu'une feuille de papier. Les signaux de cette espèce sont éliminés en connectant un petit condensateur directement à l'entrée du diviseur de tension. Ce petit condensateur sert effectivement à court-circuiter tout signal produit par une très rapide fluc- tuation de tension, tandis qu'il n'a qu'un effet minime, sinon nul, sur un signal adéquat, produit par une fluctuation de tension considérablement moins rapide.
D'autres formes de signaux impropres apparaissent dans un système de détection de fumées ou un système analogue, qui fonctionne de manière con- tinue pendant de longues périodes, et sont dues à la détérioration graduelle de la lampe d'illumination ou des cellules elles-mêmes. Ces autres formes de signaux sont évitées, ainsi qu'il est de pratique courante, en connectant une paire de cellules équilibrées dans un circuit ou montage en pont et en illuminant ces deux cellules à l'aide d'une seule et même lampe. Des fluctua- tions inadéquates de tension se manifestent également dans les deux bras du pont et servent ainsi à se supprimer l'une l'autre Ce raffinement supplémen- taire est, toutefois, souvent inutile dans des systèmes ne fonctionnant que quelques heures à la fois, ces systèmes pouvant être réajustés après leur emploi.
Une forme d'exécution d'un système de détection de signaux, dans lequel les signaux impropres sont éliminés, selon la présente invention, se- ra décrite à présent en détails, en référence aux dessins ci-annexés, dans
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lesquels : - la Figure 1 est un schéma de circuit, et - la Figure 2 est un schéma montrant l'agencement de l'appareil.
Deux cellules photoélectriques équilibrées 1 et 2 sont connectées en série aux bornes d'une batterie de polarisation 3, par l'intermédiaire de conducteurs 4, 5 et 6 respectivement, de façon à former un circuit ou monta- ge en pont.Les cellules sont illuminées par une lampe 7, équipée d'un ré- flecteur 8 et enfermée dans un projecteur représenté schématiquement en 9, le système optique de ce projecteur étant limité, pour la simplicité, à une seule lentille 10. Le projecteur 9 est monté près du plafond sur une paroi d'un local dans lequel doit s'effectuer la détection de fumées, pour avertir d'un incendie.
Le projecteur produit un faisceau de rayons lumineux parallè- les 11, qui est dirigé vers la paroi opposée à celle mentionnée ci-dessus, à travers l'espace séparant ces parois, de manière à illuminer la cellule 2, montée dans un réceptacle 12, muni d'un système optique représenté en 13.
La cellule 1, qui peut être désignée sous l'appellation de cel- lule de référence, est montée dans le boîtier du projecteur 9 et est illu- minée directement par la lampe 7, à travers une petite ouverture 14 ménagée dans un écran 15.La grandeur de l'ouverture 14 est telle qu'en conditions normales, lorsqu'il n'y a pas de fumées dans le faisceau lumineux 11, les cellules 1 et 2 sont également illuminées, en sorte que leurs impédances sont égales et qu'il n'y a pas de différence de potentiel entre le point mé- dian P entre les deux cellules et la prise médiane Q de la batterie de po- larisation 3.
Toutefois, dès qu'il se produit, de manière quelconque, une in- terruption dans le faisceau lumineux 11, l'équilibre optique du pont est dé- truit,ce qui donne lieu à la production d'une différence de potentiel entre les points P et Q. L'illumination de la cellule 2 diminue, ce qui accroît son impédance et abaisse le potentiel du point P, ce potentiel étant, dès lors, rendu négatif par rapport à celui du point Q.
Cette différence de potentiel est appliquée entre les bornes d' entrée! et Y d'un diviseur de tension, comprenant deux sections, compre- nant respectivement une résistance R1 de 100 megohms, et une résistance 42 de 650 megohms montée en parallèle avec un condensateur C1 d'une capacité de 1 microfarad. Un petit condensateur C2 d'une capacitéde 0,003 microfarad est connecté directement aux bornes d'entrée X et Y. La sortie du diviseur de tension est dérivée entre les bornes µ et 7 et appliquée entre la cathode et l'électrode de commande d'un tube à décharge 16 du type à cathode froide, dans un sens tel que l'électrode de commande soit rendue négative par rap- port à la cathode.
Un condensateur C3 d'une capacité de 2 microfarads est connecté en série avec le bobinage ou enroulement 17 d'un petit relais mon- té entre la cathode et l'anode du tube 16, par l'intermédiaire de conducteurs 18 et 19 respectivement. Ce condensateur C3 est chargé par l'intermédiaire d'une résistance de chargement 20 de 1 megohm, à partir d'une batterie 21 à tension élevée de 150 volts.
Lorsque le condensateur C3 est chargé, l'anode du tube 16 est maintenue à sa tension opératoire et, des que la différence de potentiel entre l'électrode de commande et la cathode du tube 16 atteint une valeur suffisante, une décharge est amorcée dans le tube 160
L'amorçage d'une décharge dans le tube 16, par l'application d'une polarisation négative à l'électrode de commandé, n'est pas courante, mais donne lieu;, ainsi qu'on l'a constaté, à un fonctionnement extrêmement sensible du tube et est décrit, de manière détaillée, dans la demande de brevet anglais n 9333/47. Dès qu'une décharge est amorcée dans le tube 16, le condensateur C3 se décharge à travers le bobinage 17, le courant étant li- mité par une résistance anodique 22 de 100000 ohms.
Lorsque le condensateur C3 se décharge, sa tension diminue rapidement jusqu'à être inférieure à cel- le nécessaire pour maintenir la décharge dans le tube 16, cette décharge s' arrêtant, dès lors, puisque la présence de la résistance 20 empêche qu'elle ne soit entretenue par la batterie 21. La décharge est, toutefois, suffi- sante pour actionner le relais, qui est alors maintenu en position actionnée,
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par un faible courant de maintien circulant dans le bobinage 17 et fourni par une source 22 à tension faible. Ce courant de maintien est limité par une résistance 24. Un condensateur C4 d'une capacité de 1 microfarad est connecté en parallèle au bobinage 174.
La borne positive de la source à fai- ble tension est connectée à la borne négative de la batterie 21, de sorte que le courant de maintien circule dans le même sens que le courant de dé- chargement du condensateur C3.
Lorsque le relais est actionné, il ferme ses contacts 25, de manière à fermer un circuit vers un dispositif avertisseur 26, alimenté par la source 23 à faible tension. Le relais peut être ramené en position de repos en coupant temporairement le circuit de maintien, à l'aide d'un commutateur 27 à bouton-poussoir. En cas d'incendie dans le bâtiment, les fu- mées'passent ordinairement dans le faisceau lumineux 11 en tourbillons, de manière à produire une diminution relativement brusque de l'illumination de la cellule 2. Ceci donnera lieu dans le circuit en pont à une fluctuation relativement rapide de tension qui est appliquée au diviseur de tension, comme décrit ci-dessus.
Le condensateur C1 n'opposera qu'une faible impédance à ce signal, qui ne sera, dès lors, appliqué qu'avec une faible réduc- tion,entre la cathode et l'électrode de commande du tube 16. Une décharge sera, dès lors, amorcée dans le tube, de façon à mettre le dispositif aver- tisseur 26 en action. Toutefois, si l'illumination de la cellule 2 est rédui- te très graduellement par la présence de brume ou de vapeurs dans le bâtiment ou par encrassement des lentilles 10 ou 13 ou par toute autre cause similai- re, la fluctuation de tension produite sera lente à tel point qu'elle s'oppo- sera à une impédance très considérable de la part du condensateur C1 et ne sera pas suffisante pour amorcer une décharge dans le tube 16.
En raison de la présence de la résistance R2, une proportion de cette tension sera, toutefois, appliquée dans le rapport de 1 à 7,5 entre les bornes X et Y de sortie et, si cette tension atteint une valeur suffisante, comme ce serait le cas en présence d'un feu couvant, la tension appliquée en- tre les points X et Y actionnera, après un certain intervalle de temps, le dispositif avertisseur 26. Le condensateur C2 agit de manière à court-circui- ter les bornes X et Y pour toutes fluctuations très rapides de tension, pro- duites par l'obscurcissement momentané du faisceau lumineux 11.
Ainsi, il est clair que, tandis que les signaux impropres sont éliminés ou mis dans l'impossibilité de donner inàdéquatement l'alarme, les signaux adéquats, dus à un feu ordinaire ou à un feu couvant, sont efficaces pour actionner le dispositif avertisseur, en sorte que le système est d'un fonctionnement assuré, même s'il n'est pas examiné pendant des périodes très considérables.
Le tube 16 à cathode froide, ainsi que les parties constituan- tes du diviseur de tension,sont logés à l'arrière du projecteur 9, comme montré schématiquement à la figure 2. Cet agencement est avantageux en ce sens qu'on ne doit disposer que d'une courte longueur de conducteur entre le point médian P, le diviseur de tension et le tube 16 à cathode froide.
Il va de soi que, lorsque le circuit comporte des résistances de valeur simi- laire à celles des résistances R1 et IL, il importe que la résistance d'isolement des conducteurs y associés soit élevée. En maintenant ces conducteurs courts et en les enfermant de la manière représentée, le maintien d'une ré- sistance d'isolement élevée est grandement favorisé. Le restant de l'équi- pement électrique peut être monté en un endroit convenable quelconque du bâtiment,une connexion étant établie avec le restant dudit équipement par les conducteurs 4, 5, 18 et 19, comme montré à la figure 2.
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IMPROVEMENTS TO DETECTION AND WARNING SYSTEMS.
Photoelectric cells are used to actuate various types of indicating or warning systems, in which the condition, the indication or warning of which is required, serves to vary the amount of light hitting the cell (s) in question. . The circuit comprising the cell (s), which forms part of the detection system, produces a voltage which undergoes fluctuations according to the illumination of the cells and thus according to the conditions to be indicated. This voltage is used, if necessary after amplification to the appropriate extent, to actuate an indicating or warning device.
One of the disadvantages of this type of system lies in the fact that foreign voltage fluctuations may occur, due to conditions other than those desired to be indicated or of which one wishes to be warned, these voltage fluctuations. sion giving rise to improper signals. In general, these extraneous voltage fluctuations occur at a different rate than the fluctuations resulting in the production of an adequate signal.
As a specific example, we can consider a smoke detection system, in which the intensity of a light beam, projected through an area where there is a danger of fire so as to illuminate a photoelectric cell , is reduced by the presence of fumes. In addition to an adequate signal produced by the fumes passing through the light beam, an improper signal can be produced by haze, due to dust or natural fog, or by fouling of the lens or protective glass of the cell.
All these effects intensify very gradually, and although it is desirable to eliminate the improper signals which they prudent, it remains nonetheless desirable not to eliminate, that is to say to retain the appropriate signal produced by a smoldering fire, the smoke of which also accumulates gradually. Similar considerations apply to other systems, in which it is desired to eliminate very slowly intensifying signals, but in which it is however desired not to eliminate these signals, if they reach a magnitude. prede-
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finished.
According to the present invention, signals passing from the detection system to the indicating or warning device and intensifying very slowly until reaching an amplitude lying below a predetermined value, are eliminated by applying the signal d. 'input, coming from the detection system, between the ends of a voltage divider comprising two sections each opposing a high resistance to the passage of direct current, and by deriving the output signal, going to the indicating or warning device, between the ends of one of said sections, the other section consisting of a network with low impedance vis-à-vis rapidly fluctuating voltages.
The section, between the ends of which the output signal is derived, preferably comprises a high resistance, while the other section comprises a high capacitance capacitor, connected in parallel with a high resistance, whose value is several times that of the first resistance.
When the signal present is adequate, that is to say is produced by a fairly rapid intensification of smoke, the. The resulting voltage fluctuation will be rapid and the section of the voltage divider, comprising the aforementioned network, will offer a low impedance to this fluctuation, so that the output signal will have substantially the same intensity as the input signal. When an improper, very slowly building up signal is encountered, the voltage fluctuation generated will encounter a very high impedance and produce virtually no signal across the output terminals of the voltage divider.
However, when there is a smoldering fire, the input signal will intensify until it finally reaches a considerable magnitude, so that an output signal will be obtained, the intensity of which is vis-à-vis the input signal will depend on the ratio of the two high resistances located in the two sections of the voltage divider. Thus, if the resistor mounted in parallel with the capacitor is of a value seven times greater than that of the other resistor, which constitutes an advantageous practical relation between these resistors, the output signal will have a magnitude equal to one eighth of a. that of the input signal.
There is yet another form of improper signal which it is also desirable to eliminate. This is the signal resulting from an extremely rapid voltage fluctuation. Such fluctuation can be caused by an almost instantaneous darkening of the light beam, due, for example, to a falling object, such as a sheet of paper. Signals of this kind are removed by connecting a small capacitor directly to the input of the voltage divider. This small capacitor effectively serves to short-circuit any signal produced by a very rapid voltage fluctuation, while it has little or no effect on an adequate signal produced by a considerably voltage fluctuation. Slower.
Other forms of improper signals appear in a smoke detection system or the like, which operates continuously for long periods of time, and are due to the gradual deterioration of the illumination lamp or of the cells themselves. same. These other forms of signals are avoided, as is common practice, by connecting a pair of balanced cells in a circuit or bridge arrangement and illuminating these two cells with a single lamp. Inadequate voltage fluctuations also manifest themselves in both arms of the bridge and thus serve to suppress each other. This additional refinement is, however, often unnecessary in systems operating only a few hours at a time , these systems can be readjusted after their use.
An embodiment of a signal detection system, in which the improper signals are eliminated, according to the present invention will now be described in detail, with reference to the accompanying drawings, in.
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which: - Figure 1 is a circuit diagram, and - Figure 2 is a diagram showing the arrangement of the apparatus.
Two balanced photoelectric cells 1 and 2 are connected in series to the terminals of a bias battery 3, through conductors 4, 5 and 6 respectively, so as to form a circuit or bridge arrangement. illuminated by a lamp 7, equipped with a reflector 8 and enclosed in a projector shown schematically at 9, the optical system of this projector being limited, for simplicity, to a single lens 10. The projector 9 is mounted near the ceiling on a wall of a room in which smoke detection is to be carried out, to warn of a fire.
The projector produces a beam of parallel light rays 11, which is directed towards the wall opposite to that mentioned above, through the space separating these walls, so as to illuminate the cell 2, mounted in a receptacle 12, provided with an optical system shown at 13.
Cell 1, which may be referred to as the reference cell, is mounted in the housing of the projector 9 and is illuminated directly by the lamp 7, through a small opening 14 made in a screen 15. The size of the opening 14 is such that under normal conditions, when there is no smoke in the light beam 11, cells 1 and 2 are also illuminated, so that their impedances are equal and that there is no potential difference between the midpoint P between the two cells and the midpoint Q of the polarization battery 3.
However, as soon as any interruption occurs in the light beam 11, the optical equilibrium of the bridge is destroyed, which gives rise to the production of a potential difference between the points. P and Q. The illumination of cell 2 decreases, which increases its impedance and lowers the potential of point P, this potential being, therefore, made negative with respect to that of point Q.
This potential difference is applied between the input terminals! and Y of a voltage divider, comprising two sections, comprising respectively a resistor R1 of 100 megohms, and a resistor 42 of 650 megohms connected in parallel with a capacitor C1 with a capacity of 1 microfarad. A small capacitor C2 with a capacitance of 0.003 microfarad is connected directly to the input terminals X and Y. The output of the voltage divider is branched between terminals µ and 7 and applied between the cathode and the control electrode of a A cold cathode type discharge tube 16, in a direction such that the control electrode is made negative with respect to the cathode.
A capacitor C3 with a capacity of 2 microfarads is connected in series with the winding or winding 17 of a small relay mounted between the cathode and the anode of the tube 16, by means of conductors 18 and 19 respectively. This capacitor C3 is charged via a loading resistor 20 of 1 megohm, from a high voltage battery 21 of 150 volts.
When the capacitor C3 is charged, the anode of the tube 16 is maintained at its operating voltage and, as soon as the potential difference between the control electrode and the cathode of the tube 16 reaches a sufficient value, a discharge is initiated in the tube 160
The initiation of a discharge in the tube 16, by the application of a negative bias to the control electrode, is not common, but gives rise ;, as has been observed, to a extremely sensitive operation of the tube and is described in detail in UK Patent Application No. 9333/47. As soon as a discharge is initiated in the tube 16, the capacitor C3 discharges through the coil 17, the current being limited by an anode resistor 22 of 100,000 ohms.
When the capacitor C3 discharges, its voltage decreases rapidly until it is lower than that necessary to maintain the discharge in the tube 16, this discharge therefore stopping, since the presence of the resistor 20 prevents it from being discharged. is not maintained by the battery 21. The discharge is, however, sufficient to actuate the relay, which is then maintained in the actuated position,
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by a low holding current flowing in the coil 17 and supplied by a low voltage source 22. This holding current is limited by a resistor 24. A capacitor C4 with a capacity of 1 microfarad is connected in parallel to the coil 174.
The positive terminal of the low voltage source is connected to the negative terminal of the battery 21, so that the holding current flows in the same direction as the discharge current of the capacitor C3.
When the relay is actuated, it closes its contacts 25, so as to close a circuit to a warning device 26, supplied by the source 23 at low voltage. The relay can be returned to the rest position by temporarily cutting off the holding circuit, using a push-button switch 27. In the event of a fire in the building, the smoke usually passes through the light beam 11 in vortices, so as to produce a relatively abrupt decrease in the illumination of cell 2. This will give rise in the bridge circuit to a relatively rapid fluctuation in voltage which is applied to the voltage divider, as described above.
The capacitor C1 will oppose only a weak impedance to this signal, which will therefore be applied only with a small reduction, between the cathode and the control electrode of the tube 16. A discharge will be, from then on. then, primed in the tube, so as to put the warning device 26 into action. However, if the illumination of cell 2 is very gradually reduced by the presence of mist or vapors in the building or by fouling of lenses 10 or 13 or by any other similar cause, the voltage fluctuation produced will be slow to such an extent that it will oppose a very considerable impedance from the capacitor C1 and will not be sufficient to initiate a discharge in the tube 16.
Due to the presence of resistor R2, a proportion of this voltage will, however, be applied in the ratio of 1 to 7.5 between the output terminals X and Y and, if this voltage reaches a sufficient value, as it would be In the case of a smoldering fire, the voltage applied between points X and Y will activate, after a certain time interval, the warning device 26. The capacitor C2 acts in such a way as to short-circuit the terminals X and Y for all very rapid fluctuations in voltage produced by the momentary obscuration of the light beam 11.
Thus, it is clear that, while the improper signals are eliminated or made impossible to give an inadequate alarm, the adequate signals, due to an ordinary fire or a smoldering fire, are effective in activating the warning device, so that the system is reliable, even if it is not examined for very considerable periods.
The cold cathode tube 16, as well as the constituent parts of the voltage divider, are housed at the rear of the projector 9, as shown schematically in FIG. 2. This arrangement is advantageous in that it does not have to be arranged. only a short length of conductor between the midpoint P, the voltage divider and the cold cathode tube 16.
It goes without saying that, when the circuit comprises resistors of a value similar to those of resistors R1 and IL, it is important that the insulation resistance of the conductors associated therewith be high. By keeping these conductors short and enclosing them as shown, the maintenance of a high insulation resistance is greatly aided. The remainder of the electrical equipment can be mounted at any convenient location in the building, with a connection made to the remainder of said equipment through conductors 4, 5, 18 and 19, as shown in figure 2.
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