Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Branddetektion, bei welchem das Auftreten von Kohlenmonoxyd in der Luft als Kriterium für das Auftreten eines Brandes benutzt und dadurch festgestellt wird, dass elektromagnetische Strahlung zumindest zeitweise durch die zu untersuchende Luft und durch ein Vergleichsgas geleitet wird.
Es ist bekannt, dass das Auftreten von Kohlenmonoxyd in der Luft ein sehr spezifisches und unverwechselbares Anzeichen für das Auftreten eines Brandes ist. Kohlenmonoxyd entsteht fast ausschliesslich bei Verbrennungsvorgängen organischer Materialien und tritt in der Regel bereits im frühesten Stadium eines Brandes auf. Das Vorhandensein von Kohlenmonoxyd in der Luft ist also ein sehr sicheres Anzeichen für den Ausbruch eines Feuers.
Es ist bereits verschiedentlich versucht worden, den Nachweis von Kohlenmonoxyd zur Branddetektion zu verwenden. Bekannte Kohlenmonoxyd-Detektoren sind jedoch entweder relativ unempfindlich oder sie reagieren nicht spezifisch allein auf Kohlenmonoxyd, d. h. sie reagieren auch auf die Anwesenheit anderer Gase, welche nicht von einem Brand herrühren und sind daher sehr störanfällig. Auch bekannte mit Infrarotabsorption im Bereich von Spektralbanden oder -linien des nachzuweisenden Gases arbeitende Gasanalysatoren haben sich aus diesen Gründen für die Anwendung zur Branddetektion nicht bewähren können, da sie zu unempfindlich sind, zu langsam ansprechen und zu Fehlalarm bei Auftreten anderer Gase neigen.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Branddetektion, welche die genannten Nachteile vermeiden und insbesondere eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen, schneller auf das Auftreten eines Brandes ansprechen und sehr selektiv in Gegenwart anderer Gase einen beginnenden Brand nachzuweisen gestattet.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichsgas Kohlenmonoxyd-haltiges Gas verwendet wird, welches Strahlung im Bereich von Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmonoxyd absorbiert und dass festgestellt wird, ob die zu untersuchende Luft ebenfalls Strahlung im Bereich dieser Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmonoxyd absorbiert.
Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur periodischen Intensitätsmodulation der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlung bei wenigstens einer Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd vorgesehen ist und dass an den Strahlungsempfänger ein Wechselspannungsdetektor angeschlossen ist, welcher ein Signal auszulösen vermag, wenn der Wechselanteil des elektrischen Signales des Strahlungsempfängers einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Besonders zweckmässig ist es, die Strahlung periodisch abwechselnd durch die zu untersuchende Luft und das COhaltige Vergleichsgas zu leiten und nach Passieren der zu untersuchenden Luft bzw. des Vergleichsgases in ein gemeinsames Signal umzuwandeln und festzustellen, ob der Wechselanteil dieses Signales unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt. Da bei diesem Verfahren lediglich die durch CO absorbierten Frequenzen des Spektrums durch das periodische Abwechseln der Bestrahlung von Luft und Vergleichsgas intensitätsmoduliert werden, kann durch die weitere Auswertung nur des Wechselsignales eine stark verbesserte Empfindlichkeit und zugleich eine ausserordentliche Selektivität für Kohlenmonoxyd erreicht werden. Zweckmässigerweise wird die Lichtquelle so gewählt, dass sie vorzugsweise Strahlung im Bereich einer Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd aussendet, z.
B. im Bereich um 4,7cm, was beispielsweise durch Verwendung eines schwarzen Strahlers entsprechender Temperatur und durch Verwendung eines geeigneten Interferenzfilters, oder durch eine Infrarot-emittierende Halbleiterdiode mit einem Strahlungsmaximum bei 4,7,u erreicht werden kann.
Anhand der Fig. 1-3 werden drei verschiedene Ausführungsbeispiele für Anordnungen zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines kohlenmonoxyd-empfindlichen Infrarot-Detektors mit einer rotierenden Kammer 1, welche aus zwei Kammerhälften besteht, von denen die eine gegen aussen abgeschlossen ist und mit einem stark kohlenmonoxydhaltigen Gas, vorzugsweise mit reinem Kohlenmonoxyd von Atmosphärendruck, gefüllt ist, und die andere gegen die Aussenatmosphäre offen ist, d. h. die zu untersuchende Luft enthält. Die von einer vorzugsweise Infrarotstrahlung aussendenden Strahlungsquelle 2 ausgehende Strahlung passiert ein Interferenzfilter 3 mit einem spektralen Durchlässigkeitsmaximum von 4,7y und durchsetzt daraufhin die rotierende Kammer 1 und wird von einem Infrarot-Detektor, z. B. von einem Infrarot-empfindlichen Halbleiter 4, aufgenommen und dessen Ausgangssignal einer Auswerte- und Signaleinrichtung 5 zugeführt.
Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist die folgende: Sobald die rotierende Kammer 1 durch den Motor 6 in Rotation versetzt wird, so durchsetzt der Infrarotstrahl periodisch abwechselnd die kohlenmonoxydgefüllte Hälfte der Kammer 1 und dann wieder mit den mit der zu untersuchenden Luft gefüllten Teil der Kammer 1. Während der Vergleichsphase, also wenn die Strahlung den CO-gefüllten Kammerteil durchsetzt, wird aus der Strahlung derjenige Teil des Spektrums nahezu vollständig herausgefiltert, in welchem Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmonoxyd liegen, besonders die Absorptionslinie bei 4,7cm. Während der Testphase, also wenn die Strahlung den luftgefüllten Teil der Kammer passiert, erfolgt dagegen im Normalfall, d. h. wenn kein Kohlenmonoxyd in der Luft vorhanden ist, keine Absorption bei dieser Wellenlänge.
Am Ausgang des Infrarot-Detektors 4, durch welchen Prüf- und Vergleichstrahlung wieder zu einem gemeinsamen Signal zusammengesetzt wird, erscheint also infolge der Absorption bei 4,7cm ein Signal mit einem Wechselanteil. Sobald nun jedoch Spuren von Kohlenmonoxyd in der Luft auftreten, erfolgt auch während der Prüfphase, also wenn die Strahlung den luftgefüllten Kammerteil passiert, eine Absorption der Strahlung bei einer Wellenlänge von 4,7. Der Wechselanteil des Ausgangssignales des Infrarot-Detektors 4 wird also kleiner. Die Auswerte- und Signaleinrichtung S ist nun zweckmässigerweise so eingerichtet, dass sie ein Signal gibt, sobald der Wechselanteil kleiner wird als ein vorgegebener Schwellenwert.
Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass nur diejenigen Frequenzen des Spektrums intensitätsmoduliert werden, welche selektiv durch Kohlenmonoxyd absorbiert werden. Da die Auswerteeinrichtung nur den Wechselanteil verstärkt und zur Signalgabe verwertet, kann gleichzeitig eine ausserordentlich hohe Selektivität und eine erheblich verbesserte Empfindlichkeit erreicht werden. Der Umstand, dass im Vergleichspfad das nachzuweisende Gas selbst enthalten ist, lässt die Durchführung einer solchen selektiven Modulation auf einfache Weise zu, indem wechselweise Vergleichs- und Prüfstrecke in den Strahlengang gebracht werden. Um eine genügende Modulation zu erhalten, genügt für die Vergleichsstrecke bei einer Füllung mit Kohlenmonoxyd mit Atmosphärendruck bereits eine Länge von einem Zentimeter, für die luftgefüllte Prüfstrecke empfiehlt sich eine Länge von etwa zehn Zentimeter.
Als praktische Rotationsgeschwindigkeit haben sich beispielsweise sieben bis dreizehn Umdrehungen pro Sekunde erwiesen, jedoch können gegebenenfalls auch höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten benützt werden.
Besonders zweckmässig ist bei dem beschriebenen Verfahren, dass bei Auftreten von CO in der Luft sich das Vergleichs signal und das Prüfsignal annähern, der Wechselanteil also kleiner wird. Beim Verschwinden des Wechselanteils aus anderen Gründen, z. B. infolge eines Fehlers oder einer Störung, wird daher ebenfalls ein Signal gegeben. Die Anordnung ist daher weitgehend selbstüberwacht. Der Gleichanteil des Signals kann ebenfalls zu Überwachungszwecken dienen, z. B. zur Kontrolle der Intensität der Strahlungsquelle, der Detektorempfindlichkeit und von Lichtverlusten entlang des Strahlungspfades, welche durch Rauch, Staub, Ozon usw.
hervorgerufen sein können.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine feststehende, luftzugängliche Prüfkammer 10 und eine gleichfalls feststehende CO-haltige Vergleichskammer 11 mit transparenten Wänden vorgesehen. Die abwechselnde Führung der vom Detektor 15 ausgehenden Strahlung erfolgt mittels rotierender Prismen 13, die von einem Motor 14 bewegt werden, über Umlenkspiegel 12 abwechselnd durch die beiden Kammern 10 und 11 auf den Detektor 16. Als Strahlungsquelle
15 wird hier eine lichtimitierende Diode mit einem Strahlungsmaximum im Spektralbereich um 4,7y verwendet.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich wie in Fig. 3 dargestellt auch ohne rotierende Teile anwenden. Die von der Strahlungsquelle 21 ausgehende Infrarotstrahlung durchsetzt nur eine einzige feststehende Kammer 20, bevor sie auf den Infrarot-Detektor 22 trifft. Die notwendige Modulation bei 4,7y wird in diesem Fall dadurch erreicht, dass durch geeignete Pumpvorrichtungen der Druck in der CO-gefüllten Kammer rasch periodisch geändert wird. Auch hier erscheint am Ausgang des Detektors 22 ein Wechselsignal, solange die zu untersuchende Luft kein Kohlenmonoxyd enthält. Dieses Wechselsignal wird sich vermindern, sobald auch in der Luft
Kohlenmonoxyd-Spuren vorhanden sind.
The invention relates to a method and an arrangement for fire detection in which the occurrence of carbon monoxide in the air is used as a criterion for the occurrence of a fire and is determined by the fact that electromagnetic radiation is at least temporarily passed through the air to be examined and through a reference gas.
It is known that the presence of carbon monoxide in the air is a very specific and distinctive sign of the occurrence of a fire. Carbon monoxide is formed almost exclusively during combustion processes of organic materials and usually occurs at the earliest stage of a fire. So the presence of carbon monoxide in the air is a very sure sign of a fire breaking out.
Various attempts have already been made to use the detection of carbon monoxide for fire detection. However, known carbon monoxide detectors are either relatively insensitive or they do not respond specifically to carbon monoxide alone; H. they also react to the presence of other gases that do not come from a fire and are therefore very prone to failure. Known gas analyzers working with infrared absorption in the range of spectral bands or lines of the gas to be detected have also not proven themselves for use in fire detection for these reasons, since they are too insensitive, respond too slowly and tend to generate false alarms when other gases occur.
The aim of the invention is to create a method and a device for fire detection which avoid the disadvantages mentioned and in particular have improved reliability, respond more quickly to the occurrence of a fire and allow an incipient fire to be detected very selectively in the presence of other gases.
The method according to the invention is characterized in that carbon monoxide-containing gas is used as the reference gas, which absorbs radiation in the range of absorption bands or lines of carbon monoxide and that it is determined whether the air to be examined also has radiation in the range of these absorption bands or lines of carbon monoxide absorbed.
The arrangement according to the invention is characterized in that a device for periodic intensity modulation of the radiation incident on the radiation receiver is provided for at least one absorption line of carbon monoxide and that an AC voltage detector is connected to the radiation receiver, which is able to trigger a signal when the alternating component of the electrical signal of the Radiation receiver falls below a predetermined threshold.
It is particularly useful to periodically pass the radiation alternately through the air to be examined and the reference gas containing CO and, after passing through the air to be examined or the reference gas, to convert it into a common signal and to determine whether the alternating component of this signal falls below a predetermined threshold value. Since with this method only the frequencies of the spectrum absorbed by CO are intensity-modulated by the periodic alternation of the irradiation of air and reference gas, further evaluation of only the alternating signal can achieve a greatly improved sensitivity and at the same time an extraordinary selectivity for carbon monoxide. The light source is expediently chosen so that it preferably emits radiation in the region of an absorption line of carbon monoxide, e.g.
B. in the range of 4.7 cm, which can be achieved, for example, by using a black body of the appropriate temperature and by using a suitable interference filter, or by an infrared-emitting semiconductor diode with a radiation maximum at 4.7 u.
Three different exemplary embodiments of arrangements for carrying out the method according to the invention are described with reference to FIGS. 1-3.
Fig. 1 shows an example of a carbon monoxide-sensitive infrared detector with a rotating chamber 1, which consists of two chamber halves, one of which is closed from the outside and is filled with a strong carbon monoxide gas, preferably with pure carbon monoxide at atmospheric pressure, and the other is open to the outside atmosphere, d. H. contains the air to be examined. The radiation emanating from a radiation source 2, which preferably emits infrared radiation, passes through an interference filter 3 with a maximum spectral permeability of 4.7y and then penetrates the rotating chamber 1 and is detected by an infrared detector, e.g. B. from an infrared-sensitive semiconductor 4, and its output signal is fed to an evaluation and signaling device 5.
The mode of operation of the arrangement according to FIG. 1 is as follows: As soon as the rotating chamber 1 is set in rotation by the motor 6, the infrared beam alternately penetrates the carbon monoxide-filled half of the chamber 1 and then again with the part filled with the air to be examined the chamber 1. During the comparison phase, i.e. when the radiation passes through the CO-filled part of the chamber, that part of the spectrum in which absorption bands or lines of carbon monoxide lie, especially the absorption line at 4.7 cm, is almost completely filtered out of the radiation. During the test phase, i.e. when the radiation passes through the air-filled part of the chamber, in the normal case, however, H. if there is no carbon monoxide in the air, no absorption at this wavelength.
At the output of the infrared detector 4, through which the test and comparison radiation is reassembled into a common signal, a signal with an alternating component appears due to the absorption at 4.7 cm. However, as soon as traces of carbon monoxide appear in the air, the radiation is also absorbed at a wavelength of 4.7 during the test phase, i.e. when the radiation passes through the air-filled chamber part. The alternating component of the output signal of the infrared detector 4 is therefore smaller. The evaluation and signaling device S is now expediently set up in such a way that it emits a signal as soon as the alternating component becomes smaller than a predetermined threshold value.
The particular advantage of this arrangement is that only those frequencies in the spectrum are intensity-modulated which are selectively absorbed by carbon monoxide. Since the evaluation device only amplifies the alternating component and uses it for signaling, an extremely high selectivity and a considerably improved sensitivity can be achieved at the same time. The fact that the gas to be detected is contained in the comparison path allows such a selective modulation to be carried out in a simple manner by alternately bringing the comparison and test sections into the beam path. In order to obtain sufficient modulation, a length of one centimeter is sufficient for the comparison section when filled with carbon monoxide at atmospheric pressure, and a length of around ten centimeters is recommended for the air-filled test section.
For example, seven to thirteen revolutions per second have proven to be a practical rotational speed, but higher rotational speeds can also be used if necessary.
In the method described, it is particularly expedient that, when CO occurs in the air, the comparison signal and the test signal approach each other, so the alternating component becomes smaller. When the change portion disappears for other reasons, e.g. B. as a result of an error or a malfunction, a signal is therefore also given. The arrangement is therefore largely self-monitored. The DC component of the signal can also be used for monitoring purposes, e.g. B. to control the intensity of the radiation source, the detector sensitivity and light losses along the radiation path caused by smoke, dust, ozone, etc.
can be caused.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a fixed, air-accessible test chamber 10 and a likewise fixed CO-containing comparison chamber 11 with transparent walls are provided. The radiation emanating from the detector 15 is alternately guided by means of rotating prisms 13, which are moved by a motor 14, via deflecting mirrors 12 alternately through the two chambers 10 and 11 onto the detector 16. As a radiation source
15 a light-emitting diode with a radiation maximum in the spectral range around 4.7y is used here.
As shown in FIG. 3, the method according to the invention can also be used without rotating parts. The infrared radiation emanating from the radiation source 21 passes through only a single stationary chamber 20 before it strikes the infrared detector 22. The necessary modulation at 4.7y is achieved in this case by changing the pressure in the CO-filled chamber rapidly and periodically using suitable pumping devices. Here, too, an alternating signal appears at the output of the detector 22 as long as the air to be examined does not contain any carbon monoxide. This alternating signal will diminish as soon as it is in the air
Traces of carbon monoxide are present.