CH640651A5 - Rauchdetektoreinrichtung. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rauchdetektoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Einrichtung arbeitet auf dem Prinzip der Lichtverminderung. Die Rauchdetektoreinrichtung soll auf Lichtänderungen infolge wechselnder Tages- bzw. Jahreszeit oder infolge Temperaturschwankungen unempfindlich sein. Es ist aber erwünscht, dass die Einrichtung in der Lage ist, innerhalb vernünftiger Zeit ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn ein schwelendes Feuer in der Nähe vorhanden ist.

Ein bekannter Rauchdetektor der gattungsgemässen Art ist in der US-PS 3846772 beschrieben. Dieser Detektor umfasst einen Komparator zur Erzeugung eines Ausgangssignals. Dieses Ausgangssignal wird dann erzeugt, wenn die Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten elektrischen Signal einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Das eine dieser elektrischen Signale, das dem einen Eingang des Komparators zugeführt wird, ändert sich in Abhängigkeit der Intensität des vom Detektor empfangenen Lichtes. Das zweite elektrische Signal ist ein Referenzsignal, das dem zweiten Eingang des Komparators zugeführt wird. Damit das zweite Eingangssignal in geeigneter Weise mit dem ersten Eingangssignal verglichen werden kann, ist ein Kondensator zum Speichern des ersten Eingangssignals und ein weiterer Kondensator zum Speichern des zweiten Eingangssignals vorgesehen, welche beiden Kondensatoren an die entsprechenden Anschlüsse des Komparators gelegt sind.

Am Komparator wird das Ausgangssignal nur dann auftreten, wenn die Verringerung der Lichtintensität und damit das Absinken des Differenzsignals unter den Schwellwert in derjenigen Zeitspanne auftritt, die zwischen Empfang des ersten Eingangssignals und Empfang des zweiten Eingangssignals liegt. Im Falle eines schwelenden Feuers, bei dem die Verringerung der empfangenen Lichtintensität allmählich und ziemlich langsam erfolgt, besteht die Möglichkeit einer Änderung der Spannung des ersten Signals, so dass es schwierig wird, das vorgegebene Spannungsdifferential zwischen dem ersten und dem zweiten Eingang des Komparators korrekt zu verwerten.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine höchst zuverlässige Rauchdetektoreinrichtung der gattungsgemässen Art vorzuschlagen, die einen Komparator aufweist, an dessem einen Eingang ein impulsförmiges Signal gegeben wird, dessen Grösse der Menge des von einem Empfänger aufgenommenen Lichtes entspricht, während der andere Eingang des Komparators mit einer Spannung aus einem Speicherelement gespiesen wird, die laufend, in Abhängigkeit von der Amplitude des Signalimpulses vom Empfänger, nachgeführt wird. Auf diese Weise können allmähliche Intensitätsänderungen des empfangenen Lichtes infolge tages- oder jahreszeitlicher Schwankungen oder infolge allmählicher Verschmutzung des optischen Systems des Detektors ausgeglichen werden, so dass das Auslösen eines Fehlalarms vermieden wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine gat-tungsgemässe Detektoreinrichtung so auszubilden, dass die Grösse der Korrekturimpulse frei gewählt werden kann, um die Umweltbedingungen am Installationsort des Detektors, insbesondere in bezug auf Verschmutzung, erwartete Temperaturänderungen, jahreszeitliche Lichtschwankungen und dergleichen optimal zu berücksichtigen, so dass die besten Arbeitsbedingungen für den Detektor geschaffen sind.

Die gesetzten Ziele werden erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Damit auch ein schwelendes Feuer zuverlässig erkannt werden kann, bei dem die Rauchentwicklung und damit die Abnahme des vom Empfänger aufgenommenen Lichtes relativ langsam vor sich geht, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die erwähnten, konstanten Korrekturimpulse eine Grösse besitzen, die geringer ist als die Änderung des empfangenen Lichtes pro Zeiteinheit. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Differenz zwischen

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dem Lichteingangssignal am Anfang und am Ende einer vorgegebenen Messperiode durch die Länge dieser Messperiode dividiert wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfin-dungsgemässen Rauchdetektors in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Blockschema einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2-5 Blockschemata von weiteren Ausführungsmöglichkeiten,

Fig. 6 die elektrische Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform, und

Fig. 7 die Impulsformen von verschiedenen Multivibrato-ren, Verstärkern, UND-Gattern im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6.

Durchgeführte Versuche mit einem schwelenden Feuer haben gezeigt, dass das Ausmass der Abnahme des Lichtes infolge des von einem schwelenden Feuer entwickelten Rauches ungefähr eine Stunde nach Beginn des Feuers ziemlich konstant bleibt und in 30 cm Abstand einen Wert von ungefähr 40%/h annimmt. Andererseits wurde herausgefunden, dass das Ausmass der Abnahme des vom Empfänger aufgenommenen Lichtes infolge tageszeitlicher Schwankungen, Verschmutzung des Senders und/oder Empfängers, Staubentwicklung, Alterung der Gerätebestandteile im Laufe der Betriebszeit des Detektors und dergleichen im allgemeinen weniger als 10%/Tag beträgt. Schliesslich hat man auch herausgefunden, dass die Abnahme der empfangenen Lichtmenge infolge Schwankungen der Umgebungstemperatur, z.B. wechselnde Sonneneinstrahlung, Ein- und Ausschalten einer Klimaanlage usw., unterhalb eines Wertes von 10%/h gehalten werden kann.

Eine Rauchdetektoreinrichtung, die nach dem Prinzip der Lichtabnahme arbeitet und die nach Ablauf von ungefähr 3 Stunden nach Beginn eines schwelenden Feuers Alarm auslöst, der aber unempfindlich gegen tageszeitliche Lichtschwankungen und Schwankungen der Umgebungstemperatur ist, kann verwirklicht werden, wenn der Abstand zwischen Lichtsender und Lichtempfänger 30 cm beträgt, wenn das Ausmass der Korrektur der gespeicherten Spannung 12%/h und wenn das Verhältnis zwischen Spannung über dem Speicherelement und Schwellspannung vom Empfänger zur Alarmauslösung 1:2 beträgt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 näher erläutert. In dieser Zeichnung ist mit 1 ein Lichtsender bezeichnet, der ein lichtaussendendes Element, Linsen usw. umfasst. Das Licht, welches vom Lichtsender ausgestrahlt wird, gelangt zu einem Lichtempfänger 3, bestehend aus einem lichtempfindlichen Element und Linsen, und durchläuft dabei einen Rauchmessraum 2. Wenn in diesem Messraum 2 Rauch vorhanden ist, wird das Licht abgeschwächt, und der Lichtempfänger 3 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, welches proportional der empfangenen Lichtintensität ist. Das elektrische Ausgangssignal wird durch einen Verstärker 4 verstärkt und gelangt einerseits zu einem Diskriminator 5 mit einer Differenzverstärkerschaltung 5' und andererseits zu einem Komparator 6.

Der Diskriminator 5 und der Komparator 6 vergleichen das verstärkte elektrische Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal eines weiter unten beschriebenen Speicherkreises 7. An den Diskriminator 5 ist eine Alarmvorrichtung 8 angeschlossen, die beispielsweise eine Alarmglocke betätigt, sobald die Grösse des elektrischen Ausgangssignals vom Verstärker 4 ein vorbestimmtes Verhältnis zum Ausgangssignal aus dem Speicherkreis 7 erreicht hat.

Die Differenzverstärkerschaltung 5' weist einen Verstärker und einstellbare Widerstände Ri und R2 auf, mittels welchen die Ansprechempfindlichkeit der Alarmvorrichtung 8 reguliert wird. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel betätigt das Signal der Differenzverstärkerschaltung 5' die Alarmvorrichtung 8, sobald das Ausgangssignal vom Verstärker 4 unterhalb 90% des Wertes des Ausgangssignals vom Speicherkreis 7 gefallen ist, d.h. sobald die Lichtabschwächung 10% übersteigt. Dies bedingt, dass das Verhältnis der beiden Widerstände Ri :R2 den Wert 1: 9 aufweist.

Der vorerwähnte Speicherkreis 7 umfasst ein sogenanntes Spannungsspeicherelement 9, z.B. eines der bekannten elektrolytischen Spannungsspeicherelemente, in welchen die Spannungsdifferenz zwischen zwei in einem Elektrolyten befindlichen Elektroden in Abhängigkeit des Integrals des Stromes zwischen diesen Elektroden auf Grund der Ionenbewegung durch den Elektrolyten geändert wird.

Ein Spannungskontrollkreis 10 besitzt einen Schalter 11, mittels welchem dem Spannungsspeicherelement 9 eine positive Spannung V + über einen Widerstand R3 zugeführt wird, sowie einen Schalter 12, über welchen dem Spannungsspeicherelement 9 eine negative Spannung V — über einen Widerstand R4 zugeführt wird. Die beiden Schalter 11 und 12 bilden einen Schaltkreis, welcher vom Komparator 6 gesteuert und in Abhängigkeit von dessen Ausgangssignal geöffnet oder geschlossen wird.

Der Schalter 11 ist z.B. geschlossen, wenn das Ausgangssignal des Speicherkreises 7 klein ist, verglichen mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 4, so dass das Speicherelement 9 mit der positiven Spannung V + aufgeladen wird. Dies hat zur Folge, dass das Ausgangssignal des Speicherkreises 7 mit langer Zeitkonstante sich dem Wert des Ausgangssignals vom Verstärker 4 annähert. Wenn im Gegenteil das Ausgangssignal vom Speicherkreis 7 gross ist verglichen mit dem Ausgangssignal vom Verstärker 4, wird der Schalter 12 geschlossen, so dass sich das Speicherelement 9 über Widerstand R4 in die negative Spannungsquelle V - entladen kann. Die Folge davon ist, dass das Ausgangssignal vom Speicherkreis 7 allmählich abnimmt und sich mit langer Zeitkonstante dem Wert des Ausgangssignals vom Verstärker 4 annähert.

Die beiden Schalter 11 und 12 sind geöffnet, wenn der Wert des Ausgangssignals vom Verstärker 4 gleich dem Wert des Ausgangssignals des Speicherkreises 7 ist. Dies hat zur Folge, dass weder ein Laden noch ein Entladen des Speicherelementes 9 erfolgt, so dass der Wert des Ausgangssignals des Speicherkreises 7 konstant bleibt.

Da das Laden und Entladen des Speicherelementes 9 schrittweise durch die Widerstände R3 und R4 erfolgt, kann das Ausgangssignal vom Speicherkreis 7 der Änderung des Ausgangssignals vom Verstärker 4 folgen. Eine solche Veränderung des Ausgangssignals des Verstärkers 4 ist zu beobachten bei einer allmählichen Verschmutzung der Linsen im Lichtsender- und Empfänger, bei einer durch Tageszeit oder Wetter bedingten Änderung der Umgebungshelligkeit, bei allmählichen Temperaturänderungen usw. Dadurch wird erreicht, dass der Diskriminator 5, welcher den Ausgang des Verstärkers 4 mit demjenigen des Speicherkreises 7 vergleicht, durch ein allmähliches Absinken des Pegels des Verstärkers 4 infolge der obigen Ursachen nicht beeinflusst wird.

Wenn andererseits der Pegel des Ausgangssignals vom Verstärker 4 in kurzer Zeit absinkt, z.B. wenn im Messraum 2 Rauch oder dergleichen auftritt, kann das Ausgangssignal aus dem Speicherkreis 7 dieser Änderung nicht folgen, so dass das Absinken des Ausgangspegels vom Verstärker 4 in Bezug auf die Grösse des Ausgangssignals vom Speicherkreis 7 vom Diskriminator 5 in der Weise verarbeitet wird, dass die Alarmvorrichtung 8 betätigt wird.

Wenn ein kurzer Lichtblitz, z.B. von einem Fotoblitzgerät, auf dem Lichtempfänger 3 auftrifft, wird das Speicherelement 9 geladen unter der Voraussetzung, dass die Stärke des Licht5

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blitzes gross genug ist, um das Ausgangssignal vom Verstärker 4 über den Pegel desjenigen vom Speicherkreis 7 ansteigen zu lassen. Da aber der Ladestrom durch den Widerstand R.3 gesteuert wird, kann in der kurzen Zeitdauer des Lichtblitzes keine wesentliche Ladung und damit keine wesentliche Erhöhung des Ausgangssignals vom Speicherkreis 7 bewirkt werden. Aus diesem Grund ist ein Fehlalarm mit Sicherheit ausgeschlossen.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung mit einem Analogfühler dargestellt. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnen gleiche oder äquivalente Baugruppen.

Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Differenzverstärker-schaltung bezeichnet. Wenn man die Ausgänge vom Verstärker 4 und vom Speicherkreis 7 mit I und Io bezeichnet,

erzeugt die Differenz Verstärkerschaltung 13 ein Ausgangssignal, welches proportional zur Differenz I - Io, d.h. zur Abnahme des Lichtes ist. Eine Schaltung 14 erzeugt ein Alarmsignal, welches dem Grad der Lichtabnahme proportional ist. Dieses Signal wird erhalten, indem das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 13 K (I — Io), wobei K eine Konstante ist, durch das Ausgangssignal Io vom Speicherkreis 7 dividiert wird, d.h. das Signal hat den Wert (K(I-Io/Io).

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Detektor durch Impulse betätigt wird, um die Leistungsaufnahme zu reduzieren. Die Verwendung eines Spannungsspeicherelementes ist dabei ohne weiteres möglich, da der Speicherinhalt nicht verändert wird, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen ist.

Die Bezugszeichen von Fig. 1 sind in Fig. 3 für gleiche oder äquivalente Baugruppen verwendet. Eine Stromversorgungsschaltung 15 ist an einen Impulsgenerator 16 angeschlossen, welcher eine Impulsreihe mit konstantem Tastverhältnis erzeugt, z.B. mit einer Periode von 5 Sek. und einer Impulsbreite von 1 ms. Diese Impulsreihe wird über die Netzteilschaltung 17 den verschiedenen Baugruppen des Detektors zugeführt.

Ein Impulsgenerator 18 liefert ausgewählte Impulse mit einer Breite von 0,1 ms an die Komparatorschaltung 6 und den Diskriminator 5, nachdem eine Zeitdauer von z.B. 0,5 ms verstrichen ist, gerechnet vom Zeitpunkt an, in dem die Stromversorgungsimpulse zu den einzelnen Baugruppen des Gerätes geliefert worden sind, so dass sich die Arbeitsbedingungen dieser Baugruppen in der Zwischenzeit stabilisieren können. Andernfalls könnte ein fehlerhaftes Arbeiten der Baugruppen auftreten, bewirkt durch Unstabilitäten in der Schaltung, welche unmittelbar beim Eintreffen des Stromversorgungsimpulses oft zu beobachten sind.

Der vorstehend beschriebene Impulsbetrieb des Gerätes bewirkt nicht nur eine verringerte Leitungsaufnahme, sondern erlaubt es auch, die Zeitkonstante beim Laden und Entladen des Speicherelementes auf einfache Weise zu beeinflussen. Die Zeitkonstante der Speicherschaltung wird nämlich im Impulsbetrieb durch das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse bestimmt, die dem Spannungskontrollkreis 10 des Komparators 6 zugeführt werden und durch den Spitzenwert des Lade-und Entladestromes des Spannungspeicherelementes 9. Wenn z.B. die Zeitkonstante des Speicherkreises 7 auf einen Wert von 100%/10 h eingestellt ist (das Spannungsspeicherelement wird in 10 Stunden von 0 auf 100% geladen) dauert es 10 Stunden bis das Gerät ordnungsgemäss betriebsbereit ist, nachdem es zusammengebaut, installiert und zum ersten Mal an die Stromversorgung angeschlossen worden ist.

Diese Zeit kann dadurch verkürzt werden, dass das Tastverhältnis der Impulsreihe vom Impulsgenerator 16 einstellbar ist. Wenn angenommen wird, dass das Tastverhältnis der

Impulsreihe 1 ms/5 s und die Zeitkonstante des Speicherkreises 7 100%/10 h beträgt, kann diese Zeitkonstante auf Hoo, d.h. auf 100%/6 min. reduziert werden, indem das Tastverhältnis der Impulsreihe um den Faktor 100, d.h. auf 1 ms/50 ms vergrössert wird.

Ausserdem ist es im Sinne einer guten Anpassungsfähigkeit des Systems wünschenswert, die Zeitkonstante des Speicherkreises 7 einstellbar zu gestalten, z.B. von einem zentralen Kontrollpunkt aus.

In Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsmöglichkeit dargestellt, bei der ein Kondensator C das Speicherelement ist. Die Bezugszeichen von Fig. 1 sind in Fig. 4 für gleiche oder äquivalente Baugruppen verwendet. Eine Spannungssteuerschaltung 19 bewirkt ein Aufladen des Kondensators C bei der Inbetriebnahme des Gerätes, wenn der Kondensator C noch entladen ist, so dass der Ausgangspegel vom Speicherkreis 7 auf denjenigen vom Verstärker 4 gebracht wird. Das Laden des Kondensators C durch die Steuerschaltung 19 erfolgt schrittweise mit einer langen Zeitkonstante. Andererseits ist es aber vorteilhaft, eine zusätzliche Schaltung vorzusehen, um ein rasches Aufladen des Kondensators C bei der Inbetriebnahme des Gerätes durchführen zu können.

Der Kondensator C besitzt einen Leckstrom mit einer langen Zeitkonstante. Ein Kontakt 20 dient zum Überprüfen des Leckstromes, der zur Steuerschaltung 19 oder zum Komparator 6 fliesst. Dieser Kontakt 20 wird durch ein nicht näher dargestelltes Relais von Zeit zu Zeit geöffnet und geschlossen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 verringert sich die Spannung über dem Kondensator C nach und nach auf Grund des unweigerlich vorhandenen Leckstromes. Auch der Pegel des Ausgangssignals vom Verstärker 4 verringert sich allmählich, z.B. auf Grund einer Verschmutzung der Linse im Sender und/oder Empfänger, so dass die Ausgangssignale vom Verstärker 4 und vom Speicherkreis 7 gleich bleiben. Durch einen kurzen Lichtblitz wird die Spannung über dem Kondensator C nicht wesentlich beeinflusst. Wenn sich der Pegel des Ausgangssignals vom Verstärker 4 allmählich verändert, z.B. infolge einer Temperaturänderung während eines Tages oder während Wechseln der Jahreszeiten, wird die Spannung über dem Kondensator C auch allmählich geändert, so dass der Gleichgewichtszustand beibehalten wird.

Im Falle einer Verringerung der auf dem Lichtempfänger 3 auftretenden Lichtmenge, bedingt durch das Auftreten von Rauch, wird der Ausgangspegel vom Empfänger 3 plötzlich absinken, währenddem der Ausgangspegel vom Speicher 7 unverändert bleibt, so dass unter Wirkung des Diskriminators 5 die Alarmvorrichtung 8 betätigt wird.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Gerätes dargestellt, bei welcher vorgesehen ist, dass ein Signal «Wartung erforderlich» erzeugt wird, wenn z.B. die Linsen aussergewöhnlich stark verschmutzt sind oder wenn Sender und/oder Empfänger bis zu einem gewissen Grad abgenutzt sind, um so das Auftreten eines Fehlalarms zu verhindern. Die Bezugszeichen von Fig. 1 bezeichnen in Fig. 5 gleiche oder äquivalente Baugruppen.

Eine Vergleichschaltung 21 vergleicht das Ausgangssignal vom Verstärker 4 mit einem Bezugssignal an einem Eingang 22, so dass die Schaltung 23 ein Signal «Wartung erforderlich» erzeugt, wenn der Ausgangspegel des Verstärkers 4 allmählich unter einen vorbestimmten Wert fällt.

Eine praktische Schaltungsanordnung einer erfindungsge-mässen Einrichtung ist in Fig. 6 dargestellt und wird nachfolgend im Detail beschrieben. Der positive Anschluss einer bipolaren Stromversorgung (± 10 V Gleichspannung) ist an eine Diode 24 angeschlossen. Die Kathode dieser Diode 24 ist einerseits an die positiven Anschlüsse eines Multivibrators, eines monostabilen Multivibrators 26, eines monostabilen Multivibrators 27, an den Emitter eines Transistors 30 und an

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einen Widerstand 31, andererseits an eine Leuchtdiode 32 und an einen Widerstand 33 angeschlossen. Die andere Seite der Leuchtdiode 32 ist zusammen mit dem anderen Anschluss des Widerstandes 33 über einen Widerstand 34 an den Kollektor eines Transistors 35 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 30 ist mit den positiven Anschlüssen der Verstärker 36 und 37, der Referenzspannungsquelle 38, der Kompa-ratoren 39,40 und 41 sowie denjenigen der UND-Gatter 42, 43 und 44 verbunden.

Der negative Anschluss der Stromversorgung ist mit den negativen Anschlüssen der Multivibratoren 26 und 27, der Inverter 28 und 29, der Verstärker 36 und 37, mit denjenigen der Referenzspannungsquelle 38, der Komparatoren 39,40 und 41 und schliesslich mit denjenigen der UND-Gatter 42, 43 und 44 verbunden und an geeigneter Stelle geerdet. Ausserdem führt dieser negative Anschluss auch zum Emitter des Transistors 35 und an einen Widerstand 45. Die Basis des Transistors 30 und der andere Anschluss des Widerstandes 31 sind über einen Widerstand 46 an den Ausgang des Multivibrators 25 angeschlossen. Die Basis des Transistors 35 sowie die andere Seite des Widerstandes 45 führen über einen Widerstand 47 ebenfalls zum Ausgangsanschluss des Multivibrators 25.

Die Speisespannung (10 V Gleichspannung) wird also dem Multivibrator 25, den beiden monostabilen Multivibratoren 26 und 27 sowie den beiden Invertern 28 und 29 als Stromversorgung zugeführt. Die Transistoren 30 und 35 arbeiten indessen als Schalter und werden vom Ausgangssignal des Multivibrators 25 gesteuert, so dass die Leuchtdiode 32, die Verstärker 36 und 37, die Referenzspannungsquelle 38, die Komparatoren 39,40 und 41 sowie die UND-Gatter 42, 43 und 44 mit Impulsen mit einer Amplitude von 10 V gespie-sen werden. Die Frequenz und die Spannung am Ausgang des Multivibrators 25 und damit die Frequenz und Impulsbreite der den eben genannten Bauteilen zugeführten Impulse werden durch die Grösse der Widerstände 48 und 49 und durch die Grösse des Kondensators 50 bestimmt.

Die Widerstände 33 und 34 sind dazu vorgesehen, eine Temperaturkompensation der Charakteristik der Leuchtdiode 32 zu bewirken. Die Widerstände 31 und 46 dienen zur Spannungsstabilisierung und beeinflussen das Öffnungs- und Schliessverhalten des durch den Transistor 30 gebildeten Schalters; eine entsprechende Funktion üben die Widerstände 45 und 47 in bezug auf den durch den Transistor 35 gebildeten Schalter aus. Die Diode 24 schliesslich dient dazu, den Einfluss von falschgepolten Spannungen auf die Schaltung zu verhindern.

Eine Fotodiode 51 ist mit ihren beiden Anschlüssen an die beiden Eingänge des Verstärkers 36 geschaltet, wodurch der Ausgangsstrom der Fotodiode verstärkt wird, d.h. das elektrische Signal, welches an den Ausgangsanschlüssen der Fotodiode auftritt, welches dem von der Leuchtdiode 32 ausgesandten Licht entspricht, wird durch den Verstärker 36 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 36 ist mit den Widerständen 52, 53 und 54 verbunden. Die anderen Anschlüsse dieser drei Widerstände sind je an den einen Eingang der drei Komparatoren 39,40 und 41 angeschlossen.

Der Ausgang der Referenzspannungsquelle 38 ist mit dem Speicherelement 55 verbunden, so dass die eine Elektrode von diesem auf einem konstanten Pegel von — 8 V gehalten wird; dieser Wert dient als Bezugspunkt für die Ladung bzw. Entladung des Speicherelementes 55. Ausserdem sind die Widerstände 56 und 57 an den Ausgang der Referenzspannungsquelle angeschlossen. Der Widerstand 57 führt mit seinem anderen Ende zum invertierenden Eingang des Verstärkers 37.

Die andere Elektrode des Speicherelementes 55 ist einerseits mit einem Widerstand 60 und andererseits mit je einem bilateralen Schalter 58 und 59 verbunden, d.h. mit je einem Schalter, der geöffnet bzw. geschlossen ist, wenn sein Steuer-anschluss auf logisch 1 bzw. logisch 0 steht.

Das andere Ende des Widerstandes 60 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 37 verbunden, währenddem die andere Seite des Widerstandes 56 geerdet ist. Auf diese Weise wird die über dem Speicherelement 55 stehende Spannung mit Hilfe des Verstärkers 37 verstärkt. Zum Einstellen der Amplitude des Verstärkers 37 sind Widerstände 57 und 57' vorgesehen, währenddem der Widerstand

60 den Eingangspegel zum Verstärker 37 begrenzt.

Der Ausgang des Verstärkers 37 ist mit den Widerständen 61, 62 und 63 verbunden. Die andere Seite dieser Widerstände 61,62 und 63 sind mit den anderen Eingängen der Komparatoren 39,40 und 41 verbunden. Am positiven Eingang des Komparators 41 ist schliesslich ein nach Masse führender Widerstand 64 vorgesehen.

Auf diese Weise sind die Komparatoren 39,40 und 41 so geschaltet, dass sie ein Ausgangssignal erzeugen, welches abhängig ist vom Verhältnis der Spannung, die über der Fotodiode 51 liegt und vom Verstärker 36 verstärkt wird, zur Spannung die über dem Speicherelement 55 liegt und durch den Verstärker 37 verstärkt wird. Die Widerstände 52, 53, 54,

61 und 63 dienen als Eingangsschutz-Widerstände, während die Widerstände 62 und 64 den an die Komparatoren gelieferten Eingangspegel zu regulieren gestatten, d.h. den Schwellwert einzustellen gestatten, bei welchem die Komparatoren ein Ausgangssignal erzeugen.

Die Ausgänge der Komparatoren 39 und 40 sind mit den einen Eingängen der UND-Gatter 42 und 43 verbunden, während die anderen Eingänge der UND-Gatter 42 und 43 zusammengeschaltet und mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators verbunden sind. Die Ausgänge der UND-Gatter 42 und 43 führen zu den Steueranschlüssen der bilateralen Schalter 58 und 59. Währenddem ein Kontakt des bilateralen Schalters 58 mit dem Speicherelement 55 verbunden ist, ist der andere Kontakt über einen Widerstand 65 mit dem Kollektor des Transistors 30 verbunden. In entsprechender Weise ist der nicht mit dem Speicherelement 55 verbundene Kontakt des Schalters 59 über einen Widerstand 66 an Masse gelegt. Das UND-Gatter 42 steuert demzufolge das Öffnen und Schliessen des Schalters 58 für das Laden des Speicherelementes 55, und zwar in Abhängigkeit einerseits vom Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 26 und andererseits vom Ausgangssignal des Komparators 39. Dieses Ausgangssignal vom Komparator 39 ist proportional zum Verhältnis zwischen verstärkter Spannung über der Fotodiode 51 und verstärkter Spannung über dem Speicherelement 55.

Das UND-Gatter 32 steuert das Öffnen und Schliessen des Schalters 59 für das Entladen des Speicherelementes 55, und zwar in Abhängigkeit einerseits vom Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 26 und andererseits vom Ausgangssignal des Komparators 40, welcher genau entgegengesetzt zum Komparator 39 arbeitet. Um die Lade- und Entladegeschwindigkeit zu steuern, sind Widerstände 65 und 66 vorgesehen.

Der Ausgang des Komparators 41 ist mit dem einen Ein-gangsanschluss des UND-Gatters 44 verbunden, während der andere Eingang des UND-Gatters 44 mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 27 verbunden ist. Dieses UND-Gatter hat demzufolge die Funktion, die Alarmschaltung zu betätigen und zwar in Abhängigkeit einerseits vom Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 27 und andererseits vom Ausgangssignal des Komparators 41. Dessen Ausgangssignal hängt wiederum vom Verhältnis der verstärkten Spannung über der Fotodiode 51 zur verstärkten Spannung über dem Speicherelement 55 ab.

Das Ausgangssignal vom Multivibrator 25 wird dem Ein-

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gang des Inverters 28 zugeführt, dessen Ausgang über einen Widerstand 67 einerseits mit dem Eingang des Inverters 29 und andererseits mit einem an Masse führenden Kondensator 68 verbunden ist.

Der Ausgang des Inverters 29 führt zum positiven Trigger-anschluss des monostabilen Multivibrators 26, dessen Ausgang mit dem negativen Triggeranschluss des monostabilen Multivibrators 27 verbunden ist. Auf diese Weise ist der monostabile Multivibrator 27 in der Lage, einen Impuls zu erzeugen, mit einem durch Widerstand 67 und Kondensator

68 bestimmten Zeitverzug, nach dem Beginn des durch den Multivibrator 25 erzeugten Impulses, währenddem der monostabile Multivibrator 27 einen Impuls erzeugt, dessen Beginn mit dem Ende des vom monostabilen Multivibrator 26 erzeugten Impulses zusammenfällt.

Ein Widerstand 69 ist einerends an einen Widerstand 48 angeschlossen, mit Hilfe dessen die Impulsfolge der durch den Multivibrator 25 erzeugten Impulse eingestellt werden kann, und andererseits an den einen Kontakt eines bilateralen Schalters 70. Der andere Kontakt des Schalters 70 ist mit dem anderen Ende des Widerstandes 48 verbunden, währenddem der Steuereingang des Schalters 70 einerseits an einen nach Masse führenden Widerstand 71 und andererseits an einen Widerstand 72 angeschlossen ist. Der Wert des Widerstandes

69 ist kleiner als derjenige des Widerstandes 48. Der Schalter

70 ist geschlossen, wenn am anderen Ende des Widerstandes 72 eine gegen Masse liegende Steuergleichspannung anliegt, so dass durch den Multivibrator 25 Impulse erzeugt werden, mit einer Breite, die wesentlich kleiner ist als diejenige, die unter Einfluss des Widerstandes 48 und des Kondensators 50 entstehen. Dies bedeutet, dass das Speicherelement 55 in wesentlich kürzerer Zeit aufgeladen werden kann.

Die Widerstände 71 und 72 dienen zur Einstellung der Spannung, mit der das Öffnen und Schliessen des bilateralen Schalters 70 gesteuert wird, während der Widerstand 69 zur Einstellung der Impulsfolge dient. Der Schalter 70 wird betätigt in dem Falle, wo es erforderlich ist, die lange Wartezeit zu verkürzen, bis das Gerät betriebsbereit ist, die infolge der Aufladungszeit des Speicherelementes 55 entsteht.

Beim normalen Betrieb wird die Verstärkung der Verstärker 36 und 37 sowie andere Randbedingungen so gewählt, dass die Spannung über dem Speicherelement 40 mV beträgt. In diesem Fall fliesst ein Strom von etwa 0,33 jxA in das Speicherelement. Damit erfolgt eine Entladung des Speicherelementes 55 durch Impulse von 2 mA bei einer Impulsfolge von 5 s und einer Impulsbreite von 100 us innerhalb 500 min.

Auf diese Weise beträgt die Entladespannungsrate, d.h. das Ausmass der Änderung der gespeicherten Spannung 500 min/100%, was gleichbedeutend ist mit 1 h/12%. Damit das Speicherelement 55 mit einem Impulsstrom von 2 mA geladen bzw. entladen wird, besitzen die Widerstände 65 und 66, die das Ausmass der Ladung bzw. Entladung bestimmen, einen Wert von 9 kfi bzw. 1 kfl Da die eine Elektrode des Speicherelementes 55 konstant auf einem Potential von — 8V

gehalten wird, stellt sich so die vorerwähnte Korrekturrate der gespeicherten Spannung von lh/12% ein.

In Fig. 7 sind die verschiedenen Impulsformen der verschiedenen Multivibratoren, Verstärker sowie UND-Gatter des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 6 dargestellt. Die einzelnen Wellenformen in Fig. 7 bedeuten, von oben nach unten, diejenigen des astabilen Multivibrators 26, des monostabilen Multivibrators 27, des Verstärkers 36, des UND-Gatters 42, des UND-Gatters 43, des Verstärkers 37 und des UND-Gatters 44.

Es ist daraus zu ersehen, dass der Wert der Widerstände 48 und 49 und der Wert des Kondensators 50 so gewählt sind, dass der astabile Multivibrator 25 Impulse mit einer Breite von 500 (is bei einer Impulsfolge von 5 s erzeugt. Gleichzeitig sind der Wert des Widerstandes 67 und derjenige des Kondensators 68 so ausgewählt, dass der monostabile Multivibrator 26 die Impulse mit einem Zeitverzug von 100 jis hinter dem Beginn der Impulse des astabilen Multivibrators 25 erzeugt. Die Impulsbreite derjenigen Impulse, die durch die monostabilen Multivibratoren 26 und 27 erzeugt werden, beträgt 10 ms.

Es wird vorausgesetzt, dass das Speicherelement 55 bei Beginn der Inbetriebnahme des Gerätes auf einen solchen Pegel 10 aufgeladen worden ist, der dem Ausgangspegel I vom Verstärker 36 entspricht. Wenn nun der Pegel des Verstärkerausganges I während der Zeitdauer des Auftretens des Impulses PI aus irgendeinem Grund etwas absinkt, z.B. infolge Temperturänderung oder Verschmutzung, wird das UND-Gatter 43 ein mit dem Ausgangssignal vom monostabilen Multivibrator 26 synchrones Ausgangssignal erzeugen, so dass der bilaterale Schalter 59 während dieser Zeitdauer geschlossen ist. Die Folge davon ist, dass ein Entladen des Speicherelementes 55 stattfindet, so dass ein Pegel 10 entsprechend korrigiert wird.

Der zweite Impuls P2 zeigt einen leichten Anstieg des Ausgangssignals I an. In diesem Fall erzeugt das UND-Gatter 42 einen mit dem Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 26 synchronen Impuls, so dass der bilaterale Schalter 58 während dieser Zeitdauer geschlossen ist. Daraus folgt, dass das Speicherelement 55 aufgeladen wird, um sein Ausgangssignal 10 entsprechend nach oben zu korrigieren.

Die Impulse P3 bis P5 in Fig. 7 verdeutlichen die Arbeitsweise des Gerätes in jenem Fall, wo eine plötzliche oder aus-sergewöhnliche Änderung im Pegel des Ausgangssignales I auftritt, bewirkt durch das Vorhandensein von Rauch im Messraum zwischen Lichtsender und Lichtempfänger. Auch in diesem Fall wird der Pegel des Speicherelementes Io allmählich korrigiert, aber die Geschwindigkeit der Korrektur ist viel zu klein, so dass der Pegel von 10 der plötzlichen Änderung des Ausgangspegels I nicht folgen kann. Dadurch fällt das Verhältnis I zu 10 unterhalb den Schwellwert, bei welchem der Komparator 41 ein Ausgangssignal erzeugt (P 4), und das UND-Gatter 44 wird einen Impuls erzeugen, der mit dem Ausgangsimpuls vom monostabilen Multivibrator 27 synchron ist und der die Alarmschaltung auslöst.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

640 651 PATENTANSPRÜCHE

1. Rauchdetektoreinrichtung mit einem Lichtsender (1), einem Lichtempfänger (3), einem dazwischen angeordneten Rauchmessraum (2) sowie mit einem an den Ausgang des Lichtempfängers (3) angeschlossenen Verstärker (4) zur Verstärkung der Ausgangsleistung des Lichtempfängers (3),

wobei mit diesem Verstärker (4) eine Differenzverstärkerschaltung (5', 13) und ein Komparator (6) in Verbindung steht, welcher Komparator (6) mit einem Speicherkreis (7) mit Speicherelement (9) in Verbindung steht, welcher Speicherkreis (7) seinerseits auch an die Differenzverstärkerschaltung (5', 13) angeschlossen ist, wobei die vom Speicherkreis (7) abgegebene Leistung die Leistung der Differenzverstärkerschaltung (5', 13) steuert, die proportional mit der jeweiligen Abnahme der Intensität des vom Lichtsender (1) ausgestrahlten durch den Rauchmessraum (2) in den Empfänger (3) gelangenden Lichtes ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Alarmvorrichtung (8,14) vorgesehen ist, welche sowohl an den Ausgang der Differenzverstärkerschaltung (5', 13) als auch an den Ausgang des Speicherkreises (7) angeschlossen ist und ein Signal erzeugt, welches durch die verhältnismässige Abnahme der Lichtintensität bestimmt ist, gegeben durch die Ausgangsleistung der Differenzverstärkerschaltung (5', 13) geteilt durch die Ausgangsleistung des Speicherkreises (7).

2. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungskontrollkreis (10) vorgesehen ist, welcher eine positive und eine negative Spannungsquelle (V + ; V - ) aufweist, die über je einen Widerstand (Ri, R4) und je einen Schalter (11,12) an den Speicherkreis (7) angeschlossen ist.

3. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Eingang des Komparators (6) an den Verstärker (4) und der andere Eingang des Komparators (6) an das Speicherelement (9) angeschlossen ist.

4. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement ein elektrolytisches Spannungsspeicherelement (9) ist.

5. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstellbarer Impulsgenerator (16) zur Speisung vorgesehen ist.

6. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Impulsgenerator (18) vorgesehen ist, der vom ersten Impulsgenerator (16) gesteuert ist und der an Triggereingänge des Komparators (6) und einen die Differenzverstärkerschaltung (5') enthaltenden Diskrimi-nator (5) angeschlossen ist.

7. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis der vom ersten Impulsgenerator (16) erzeugten Impulse um den Faktor 100 vergrösserbar ist.

8. Rauchdetektoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement ein Kondensator (C) ist.

9. Rauchdetektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergleichsschaltung (21) vorgesehen ist, deren erster Eingang (22) an ein festes Bezugssignal und deren zweiter Eingang an den Ausgang des Verstärkers (4) angeschlossen ist und deren Ausgang mit einer Signalschaltung (23) verbunden ist, welche betätigt wird,

wenn das Signal vom Verstärker (4) ein vorbestimmtes Mass unter das Bezugssignal abgesunken ist.