CN101894443A - 借助于探测器探测火焰的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用后置有分析探测器信号的分析装置的探测器探测火焰的装置和火焰探测方法，至少两个相同探测器并排排列，每一探测器具有相同信号处理(放大器，模数转换器)及对称且相同的布局(印制导线布线)，每一探测器通过前置滤波器检测不同波长范围，同时同步进行信号采集，使得能够独立于干扰因素通过简单算法准确分析接收的辐射。通过使用相同探测器和相同信号预处理及对称相同方式地设计印制导线布线和布局，及通过同时控制信号采集，保证干扰量在所有光学接收信道上以相同形式出现。无需复杂算法就非常迅速、有效地补偿相同形式的干扰，不因影响参数失真，实现简单且节能的信号分析，且火焰探测反应时间保持很短。

Description

借助于探测器探测火焰的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的借助于探测器探测火焰(Flammen)的装置以及一种按照权利要求10所述特征的借助于探测器探测火焰的方法。
背景技术
凡是需要独立于干扰影响参数(例如环境温度、干扰辐射或者采集或探测单元的视角)可靠地识别火焰之处，均可运用本发明。
为了结合报警和灭火装置探测火焰，已知可借助于探测器采集火焰的波长，将其转变为电信号，并且将该电信号传送到下游串联的分析装置以分析探测器信号。
EP 0 926 647 B1阐述了一种火灾探测方法，用于识别被监控区域内的火灾，其中使用对相应频带内的辐射作出反应的传感器。没有考虑角度相关性与温度相关性。没有考虑：在最小/最大温度的情况下以及在最大入射角的情况下不允许三个波长范围重叠。所应用的是互相关性。在本发明中，由于同时对信号进行采样以及由于结构对称，因此不需要这种方法。
AT 381406 B和CH000000628171A阐述了一种类似的装置，其中仅使用两个传感器，并且借助于硬件电路(旁路)滤出支承频率(Lagerfrequenz)。没有考虑角度相关性。也没有描述通过微处理器进行的数字信号处理。
DE102008024496A1描述了一种其中存在两个传感器的用于探测火焰的装置。该装置也不适合考虑角度相关性。也没有通过微处理器进行数字信号处理。
DE 3140678A1描述了一种具有三个红外传感器的红外(IR)火焰报警器。仅仅对于2μm至5μm范围内不作为火焰的源的红外辐射的消隐，解决了误报警最小化。没有描述使用具有相同信号处理的相同探测器来简单地消隐干扰量的方案。这种解决方案的缺点在于：根据传感器也可能被耦入到电子电路中的例如MHz和GHz频率范围中的例如电磁辐射可能引起错误报警。没有描述能够防止这类错误报警的方案。
US 4,233,596 A描述了一种红外测量装置，其包括具有不同波长的两个红外传感器，以便确定有效火焰(明火)中的黑烟。这种解决方案的缺点是，该解决方案不能用于在火灾事件时误报警告最小化地识别偶然出现的火焰。
这些已知的火焰探测装置的问题在于，诸如环境温度、干扰辐射(例如在太阳辐射的情况下)或者识别装置被设置的视角这样的影响参数的干扰会造成所采集的检测波长的失真，从而可能会因为误报警而导致触发报警装置或灭火装置。此外，有问题的还在于，对于这些已知装置，需要复杂的运算方法以及长的测量循环来部分补偿这些干扰量。因此也会带来能耗较高以及火焰识别反应时间较长的问题。
US 2005/195086A1描述了一种红外火焰报警器，其具有三个不同的红外接收器元件。探测器的信号直接串行地进入处理器中。因此不可能实现同时、同步的信号接收。没有描述使用具有相同信号处理的相同探测器来简单地消隐导致误报警的干扰量的解决方案。尤其地，探测器信号直接串行进入处理器中的描述表明了不可能实现同时、同步的信号接收。
发明内容
本发明的任务在于提供一种装置和一种方法，其中探测结果不被或者非常小地被引起干扰的影响参数(例如环境温度，干扰辐射，视角)导致失真，并且实现简单、节能的信号分析，并且保持用于探测火焰的反应时间很短。
由按照权利要求1所述特征的借助于下游串联有分析装置用于分析探测器信号的探测器来探测火焰的装置以及按照权利要求10所述的用于探测火焰的方法来解决这一任务。
从属权利要求给出了本发明的有益实施方式。
根据本发明的用于借助于下游串联有用于分析探测器信号的分析装置的探测器来探测火焰的装置具有至少两个并排排列的相同探测器。重要的是，这些探测器是相同的。每一个探测器均具有相同的信号处理器以及对称且相同的布置结构。信号处理器指的是放大器和模数转换器。每一个探测器均位于前置滤波器后面，所述滤波器滤出不同的波长范围。放大器被集成到传感器中。，信号因此直接在源处被放大。因此，电磁辐射的影响被最小化，并且不必通过复杂的算法将其消隐。鉴于这一原因，也可以想到将模数转换器集成到传感器中。
必须同时并且同步进行信号采集，从而能够与进行干扰的影响参数无关地通过简单的算法准确分析所接收的辐射。由于各个探测器的各个信号均受到相同干扰量的作用，所以能够用一种简单的算法消隐这些干扰量。信号的值范围因此不受到限制。因此可以根据大量的值计算报警标准。
有利的是，使用三个红外探测器，其中第一探测器采集高于火焰波长的波长范围，第二探测器采集火焰典型的波长，第三探测器采集低于火焰波长的波长范围。
此外重要的是：前置滤波器在波长范围方面在可见范围(Sichtbereich)和环境温度范围上没有重叠。
此外有利的是，在探测器和滤波器前面设置窗口，
此外有利的是，利用单独的辐射源来监测每一个探测器的功能和可见性(Sichtfaehigkeit)。技术人员均了解相应措施。为此可以使用滤波器波长范围内的辐射源和反射元件。
此外有利的是，微控制器单元对信号预处理器(Signalaufbereitung)进行同步控制，并且从而使得能够实现节能运行。
通过使用相同的探测器和相同的信号预处理器，以及对称地以相同方式设计印制导线布线和布局，以及通过同时控制信号接收，保证了干扰量(例如电磁辐射)在所有光学接收信道上以相同形式出现。这些相同形式的干扰能够在无需使用复杂的算法(例如互相关)的情况下非常迅速、有效地被补偿。
此外还可省去既耗时又耗能的计算方法，因为所有信号被同步、也就是同时接收。
迅速探测火焰经常是控制消防设备的关键因素，并使火灾损失最小化。
对于通常由蓄电池作为备用电源的火灾报警系统而言，节能电路甚为重要。
附图说明
以下将根据四个附图和一种实施例，对本发明进行详细解释。相关附图如下：
附图1示出了根据本发明的火焰探测装置的示意图，
附图2示出了根据本发明的具有集成在探测器内的模数转换器的火焰探测装置的示意图，
附图3示出了没有波偏移的滤波器通带曲线，
附图4示出了具有最大负的波偏移的滤波器通带曲线，
附图5示出了具有最大正的波偏移的滤波器通带曲线。
具体实施方式
附图1示出了辐射12，其入射到根据本发明的装置，即火焰探测器20上，在该火焰探测器中，相同的探测器1、2和3并排排列或重叠设置。在这三个探测器1、2、3前面设置滤波器7、8、9。在火焰探测器20处在滤波器7、8、9前面设置窗口11。每一个滤波器7、8、9在相应的探测器1、2、3前面滤出特定的波长范围。集成到探测器中的放大器4放大探测器的信号。该信号同时被模数转换器5采样，并且通过相应的串行接口13被转发到微处理器6。在消除干扰量的情况下根据各个探测器1、2、3的信号计算报警信号，并且在必要时触发报警。借助于火焰探测器20内部的辐射源19以及外部的反射器22检测光学窗口20的可能出现的脏污或者探测器1、2、3的损坏。辐射源19发射位于相应滤波器7波长范围内的辐射21，该辐射在反射器22处被反射并且通过光学窗口11到达探测器1、2、3上。
附图2示出了类似的示意图，但模数转换器5被集成到探测器1、2、3中。
附图3至5示出了滤波器通带曲线(Filterdurchlasskurven)，其中相对于波长15绘制透射(Transmission)14。由每一个探测器1、2、3利用其前面设置的滤波器采集波长，其中附图4和5示出了由于不同的辐射入射角所引起的最大负的波长偏移和最大正的波长偏移。第一波长范围(曲线16)对应于低于火焰波长范围的滤波器7的透射范围。中间的波长范围(曲线17)对应于预期火焰的波长范围内的滤波器8的透射范围。右侧波长范围(曲线18)对应于高于预期火焰的波长范围的滤波器9的透射范围。在波长范围16、17、18之间是区域10，在该区域中只出现范围之间非常少的重叠。
用于探测火焰的波长在此是中间波长17，而选择低于范围16或者高于范围18的第二波长。理想地，用火焰探测的波长17对于包含碳的火灾位于对应于CO和CO2谱带并且将太阳辐射的影响最小化的范围内。对于火焰，高于和低于中间波长范围17的波长范围16、18的信号的强度远比中间波长范围内的信号的强度小得多。对这些信号之间的比例进行分析。对于不同的入射角，滤波器7、8、9的透射范围变化。为了能够分析信号之比，在温度不同且入射角不同的情况下，滤波器7、8、9的透射范围不允许重叠，或者实际上仅允许少许重叠。

Claims (10)

1.一种借助于探测器探测火焰的设备，所述探测器通过前置的滤波器采集各自不同的波长范围，所述探测器下游串联有用于分析探测器信号的分析装置，其特征在于，
-至少两个相同的探测器(1，2，3)并排排列，并且
-每一个探测器(1，2，3)均具有相同的信号处理装置以及对称且相同的布局(印制导线布线)，其中借助于放大器(4)和/或模数转换器(5)实现所述相同的信号处理装置，并且
-所述设备适于同时、同步执行信号采集，从而使得能够与产生干扰的影响参数无关地通过简单的算法准确地分析所接收的辐射(12，21)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，使用三个红外探测器，第一探测器(1)采集高于火焰波长的波长范围(16)，第二探测器(2)采集火焰典型的波长(17)，第三探测器(3)采集低于火焰波长的波长范围(18)。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于，所述前置的滤波器(7，8，9)在波长范围(16，17，18)方面在可见范围以及环境温度范围上没有重叠。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，在探测器(1，2，3)与滤波器(7，9)前面设置窗口(11)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，利用单独的辐射源(19)监测每一个探测器(1，2，3)的功能和可见性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，微控制器单元(6)进行同步的控制和信号预处理，并且使得能够实现节能运行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，信号放大器(4)被集成到探测器(1，2，3)中。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，模数转换器(5)被集成到探测器(1，2，3)中。
9.一种用于在利用权利要求1至8中任一项所述的设备探测火焰的过程中消隐干扰量的方法，其特征在于，
-由至少两个并排排列的相同探测器(1，2，3)时间上同步地采集可能的火灾事件的辐射(12)的不同波长范围(16，17，18)的至少两个信号，并且
-在具有对称且相同的布局(印制导线布线)的相同信号处理电路(放大器，模数转换器)中进行信号处理，其中
-在时间上同步地执行所有探测器的信号采集，
-使得能够利用简单的算法消隐与各个探测器的各个火焰辐射信号叠加的相同干扰量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过微控制器(6)同步地实现对探测器(1，2，3)的信号的采样。
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