CN101300611B - 组合的散射光和消光火警探测器 - Google Patents

组合的散射光和消光火警探测器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于探测火焰的一种方法和一种包括至少两个传感器单元并监测结构上有限的房间的火警探测器。根据本发明，通过天花板附近的第一传感器单元根据散射光法监测第一火焰参数。通过所述火警探测器的至少一个朝向结构上有限的房间的地板的方向发出至少两条紧密集束的光线的第二传感器单元根据消光法监测第二火焰参数。

Description

组合的散射光和消光火警探测器
本发明涉及一种用于通过火警探测器探测火焰的方法，该火警探测器包括至少两个传感器单元并监测结构上有限的空间，其中通过该火警探测器的第一传感器单元根据散射光法监测第一火焰参数。
通常的点式报警器(Punktmelder)，例如所谓的散射光报警器，几乎毫无例外地在阴暗的测量室，所谓的迷宫式密封(Labyrinth)中测量。由此大大地减少了由光引起的干扰影响。此外，接收二极管的静电流和与此相关的噪音得到减小。另一方面，迷宫式密封必然具有如下缺点，即烟延迟很久才进入，且迷宫式密封内部的烟浓度至多渐近地达到外部的浓度值。因此可能的火焰被相应迟晚地探测到。
在高的房间中，烟浓度通常朝向天花板大大减小。取决于火焰能量和房间高度，最大浓度可能远离天花板。因此，通常的点式报警器延迟很久才会探测到可能的火焰。
散射光法还可以在阴暗的测量室之外用在待监测的房间中。然而这种应用产生明显多的来自周围的干扰影响。因此例如进入到测量区域中的昆虫，或者例如在清扫时的无意的遮挡，必须能够可靠地与火焰或烟区分开。大多数情况下尝试通过如下方式来克服上述缺点，即测量或监测限于紧邻火警探测器的附近。在此，与火警探测器的表面的4cm至10cm的距离通常被认为是典型的。可惜采用这种方式仅能有限地减小上述缺点。
直线式火警探测器发送光线横向穿过待监测的房间，并在光线被烟削弱(消光)时引发报警。其中发送器和接收器是否设置在房间的相对的墙壁上的分别单独的设备中，或者它们是否组装在一个单元中无关紧要。于是在一个单元的情况下，在相对的墙壁上的反射器是必需的。因为测量距离通常为若干米，所以直线式报警器的灵敏度通常大于散射光报警器的灵敏度。另外，直线式报警器可以位于高的房间中预计仍有烟的高度。当然，在这种设置的情况下光线受到影响或者甚至完全中断的可能性远大于光线仅在报警器周围起作用的情况。
本发明的目的在于，提出一种用于尽早探测到火焰的简单且有效的方案。
根据本发明，所述目的分别通过独立权利要求的主题得以实现。对本发明的改进在从属权利要求中说明。
本发明的要点在于，为了尽早地探测到火焰，使用一种火警探测器，其具有用于采用散射光法监测第一火焰参数的第一传感器单元和用于采用消光法监测第二火焰参数的第二传感器单元。根据本发明，第一传感器单元由至少一个发光的发送单元和至少一个接收所发出的光的接收单元构成。第二传感器单元由至少两个高度集束的发光的发送单元和至少一个接收所发出的光的接收单元构成。火警探测器的两个传感器单元的信号可以单独地或者也可以组合地被诸如模糊控制器的合适的分析单元分析。其中火警探测器通常安装在结构上有限的房间的天花板上。两个传感器单元可以部分地使用相同的部件。这意味着，至少两个发出紧密集束的光线的发送单元可以共同地被两个传感器单元使用。根据本发明，对于这种发送单元来说，可以使用IR激光二极管、IR二极管等。于是接收单元可以将所接收的信号传输至火警探测器的为此设置的分析单元。由至少两个发送单元发出的紧密集束的光线从天花板射向地板，且在这种情况下可以平行或略微(向外)倾斜。倾斜角通常小于10度。紧邻火警探测器的周围的烟采用散射光法和消光法来检测，而远离天花板的烟则仅仅仍采用消光法来检测，因为散射光将被削弱。为了得到信号与所发出的光线的对应关系，发送单元被时差地控制，因此光线被时差地发出。距离测量对在电平改变时是否牵涉到沿着房间高度的方向延展的部分反射的对象给出结论。于是可以认为，在“正常的”的反射位置(根据本发明在房间中对第二火焰参数进行监测的所在位置)和房间中的火警探测器之间存在干扰测量的对象。如果情况如此，则通常可以得出受到生物(人、动物等)或移动的对象的影响的结论。距离测量例如可以借助于EP 1391860 A1中所公开的原理来进行。利用该原理可以足够快地检测若干厘米的相对距离。为了监测第二火焰参数，配属于各个发送单元的接收信号在考虑到发送时间偏差的情况下相互关联。有关时间过程曲线和电平的强相关在同时通常的曲线走向的情况下表示烟或火焰，因为所述烟或火焰在两条光线的距离内没有值得一提的局部的浓度差。由于因移动的对象引起的变化的反射所产生的接收信号，还可以通过信号的时间顺序来辨别。大的或延展的对象将影响多条光线，相反，就小于光线距离的对象(例如昆虫)而言，始终针对所有的接收信号产生时差，由此避免误报警。为了进一步降低误报警的风险，只有在无论根据散射光法还是根据消光法都探测到火焰时才引发报警。
本发明的方法的一个很大的优点在于，可以明显及早地探测到或发现火焰。于是由此也可以及早地引发火警，因此可以将财产损失和人身伤害的风险减到最小。
本发明的火警探测器的另一较大的优点在于，该火警探测器可以内置到房间的天花板覆层中，由此与天花板齐平。
本发明将借助图1中所示的实施例来详细说明。
图1示出具有两个本发明的传感器单元1、2和盖板AP的火警探测器。在所示的盖板AP(其可以由塑料、金属、木头、玻璃等构成)处，示出了用于接收单元SLE和EE以及用于发送单元SE的窗口或开口。该火警探测器可以内置到房间的天花板中。于是火警探测器的盖AP可以与天花板齐平，或者略微突出于天花板。黑色粗线表示相应的测量区域。为明了起见，两个传感器单元1、2彼此分开示出，但根据本发明，这两个传感器单元1、2应该内置在一个火警探测器中，且至少一个发送单元SE共同地由两个传感器单元1、2使用。第一传感器单元1由两个发出光的发送单元SE和一个散射光接收单元SLE构成。散射光接收单元SLE通过两个镜组来定向，从而它只检测光线的靠近天花板的部分或测量区域。
由于光线集束，这些部分仅沿着光轴的方向扩展，这对于在干扰的对象和烟或火焰之间的区分来说是重要的。如果烟在一个或多个所示的光线区段扩展，则散射光随着表示一定的火焰类型的烟浓度的增加而增加。烟浓度的增加由于在空间上靠近火警探测器而在中间的曲线中相关。如果对象，例如昆虫、清扫工具等处于光线区段之一中，则由于本发明的非常小的光线横截面，将始终测得信号跳变，该信号跳变明显不同于由于烟而产生的信号。第二传感器单元2由同样的两个发送单元SE和一个消光接收单元EE构成。消光接收单元EE根据消光法检测烟。为此消光接收单元EE通过其镜组将与天花板相距较远的区域成像，该区域包括了所有发出的光线并处于采用散射光法监测的区域之外。传感器单元SE的入射点成像在距离天花板约2米至5米的地板或对象上。由此在直至例如5米的空间高度上对所发出的光线在地板上或者也许在诸如桌子、台架等的家具上的反射进行检测。
在未受干扰的环境中，也就是说，当所发出的光线无妨碍地到达地板时，对反射光进行测量。所发出的光线穿过处于任意高度的每个烟层。这不仅导致对烟的可靠的检测，而且通常导致对烟的及早检测。因为反射系数和距离事先并非已知，所以本发明的火警探测器在开始工作时适应当前状况，然后再工作。不言而喻，针对本发明的方法也可以只使用一条发出的光线，但必须考虑明显多的干扰影响。
为了可以将误报警减到最少，针对本发明的方法采用如下措施和算法：
-由于高度的光线集束，光线很快中断，且彻底发生中断，即使例如移动的对象非常缓慢地移动。因此，电平下降的速度明显不同于烟产生的速度。
-距离测量对在电平变化时是否牵涉到沿着从结构上有限的房间的地板至天花板的方向至少局部反射的对象做出结论。如果情况如此，则通常可以得出受到生物(人、动物等)或移动的物体的影响的结论。如果根据本发明的方法使用至少两个发送单元SE，则配属于各个发送单元SE的接收信号在考虑到发送时间偏差的情况下相互关联。有关时间过程曲线和电平的强相关在同时通常的曲线走向的情况下表示烟，因为所述烟没有非常大的局部的浓度差。在对象(生物、移动的物体)移动的情况下由于变化的反射所产生的接收信号，在多条光线的情况下还可以通过接收信号的时间顺序来辨别。在延展的和大的对象的情况下会同时影响两条光线。对小于光线距离的诸如昆虫等的对象来说，始终针对所有的接收信号产生时差。
在未受干扰的状态下，即当没有生物或没有移动的物体处于结构上有限的房间中时，将根据散射光法的接收信号和根据消光法的接收信号组合(神经模糊控制器)，从而一个传感器系统的针对火焰存在状况的非常可靠的断定，结合另一个传感器系统的早先不可靠的断定，足以引起火警。对火警探测器的如此触发通常明显早于在采用散射光法工作的点式报警器的情况下的触发。
通常，由接收单元SLE和EE接收的信号被传输至用于分析的分析单元，例如传输至模糊控制器。如果分析表明可能有火焰，则引发报警。例如，模糊控制器的输入变量的如下状态表示有火焰：
-消光已呈火焰分布式地明显增加，但从火警探测器至探测点的距离不变。
-散射光的略微增加表明，首先烟上升至天花板。
-引发报警。
显然，在受移动的对象的影响的情况下难以通过消光来测量烟的产生。信号变化主要由移动的对象所引起。在这种状态下，根据散射光法的监测有助于火焰探测。在这种情况下灵敏度略微降低是可以接受的。公知的散射光法，即对靠近火警探测器的周围的散射光的测量，在响应速度方面优于通常的点式报警器，因为烟不必首先在阴暗的房间中进入到火警探测器中。

Claims (22)

1.用于通过火警探测器探测火焰的方法，该火警探测器包括至少两个传感器单元(1、2)并监测结构上有限的空间且固定在天花板上，其特征在于，通过天花板附近的第一传感器单元(1)根据散射光法监测第一火焰参数，和通过所述火警探测器的至少一个朝向结构上有限的空间的地板的方向发出至少两条紧密集束的光线的第二传感器单元(2)根据消光法监测第二火焰参数，和所述至少两条发出的光线或者平行或者以小于10度的角倾斜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在借助第一传感器单元(1)根据散射光法被监测的区域之外，通过第二传感器单元(2)根据消光法对第二火焰参数进行监测。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对第一传感器单元(1)和第二传感器单元(2)，共同地使用至少两个分别发出紧密集束的光线的发送单元(SE)，和分别使用至少一个接收所发出的紧密集束的光线的接收单元(SLE、EE)。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述结构上有限的房间的天花板和地板之间的空闲的空间中对第二火焰参数进行监测。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由第二传感器单元(2)的至少两个发送单元(SE)发出的至少两条光线存在时差。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了监测第二火焰参数，测量在发出至少两条光线的第二传感器单元(2)和至少部分地反射所发出的光线的对象之间的距离。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对象是生物或移动的物体。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据消光法由所述火警探测器分析所发出的光线的被反射的光。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，为了检查第二火焰参数，对由第二传感器单元(2)接收的被反射的光线与至少两条所发出的光线，对应地针对它们的时间过程曲线和/或电平进行分析。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在考虑到所发出的光线的时差的情况下，对所接收的被反射的光线进行对应调配。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，只有在时间过程曲线和/或电平一致时才由所述火警探测器引发火警。
12.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，只有当至对至少两条所发出的光线进行发射的对象的距离保持恒定时才引发火警。
13.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，只有当对第一火焰参数进行监测的第一传感器单元(1)附加地探测到火焰时才引发火警。
14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对紧密集束的光线使用激光。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两条发出的光线向外倾斜。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，倾斜角小于10度。
17.一种火警探测器，用于天花板安装、用于监测结构上有限的房间和用于探测火焰，具有：
-用于将内置在所述结构上有限的房间的天花板中的火警探测器盖住的盖板(AP)；
-所述火警探测器的用于根据散射光法监测第一火焰参数的第一传感器单元(1)；
-至少一个朝向所述结构上有限的房间的地板的方向发出至少两条紧密集束的光线的用于根据消光法监测第二火焰参数的第二传感器单元(2)，其中所述至少两条发出的光线或者平行或者以小于10度的角倾斜。
18.如权利要求17所述的火警探测器，其特征在于，为第一传感器单元(1)和第二传感器单元(2)共同地设有至少两个用于发出至少两条紧密集束的光线的发送单元(SE)。
19.如权利要求18所述的火警探测器，其特征在于，作为发送单元(SE)设有IR激光二极管和/或IR二极管。
20.如权利要求17至19中任一项所述的火警探测器，其特征在于，为第一传感器单元(1)和第二传感器单元(2)分别设有一个用于接收由所述至少两个发送单元(SE)发出的紧密集束的光线的接收单元(SLE、EE)。
21.如权利要求17至19中任一项所述的火警探测器，其特征在于，设有分析单元，用于分析由所述至少一个接收单元(SLE、EE)接收的光线且用于引发报警。
22.如权利要求21所述的火警探测器，其特征在于，作为分析单元设有模糊控制器。
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