CN1128882A - 带有对噪声动态调整的高灵敏性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种不受噪声影响的检测系统包括许多产生代表附近环境状态的各个标记的检测器。在各检测器之间由通信线路连接。一个控制元件同该线路相连以接收和处理这些标记并随着系统中的噪声状态来调节报警阈值水平。各个标记被控制元件进行两次滤波。在存在噪声时，如该标记的被进行滤波的值的相对数值所反映的，该阈值被自动升高。

Description

带有对噪声动态调整的高灵 敏性的装置和方法

本发明涉及意外事件检测系统，特别涉及一种呈现高抗噪声度的装置和方法，其能被用于检测预定的周围情况例如燃烧的气体或产品的状态，也能被用于决定何时应指示报警状态。

在火灾事件中，从大型或多层建筑物中逃出是困难的或危险的，因而在加强这种建筑物的住户的安全性上，烟或火检测系统已被认为是有用的。在一些实例中，希望能够尽早地确定火灾或报警状态发生。在转让给本受让人的Teach等人的美国专利US4,916,432中已公开了一种这样的系统，在此作为参考并结合到本发明中。

与及早检测的好处相抵触的是需要防范产生不希望的和不容许的错误报警的暂时状态或噪声。例如，如果把一些或全部检测器调整为具有高灵敏性，就可能由电气噪声、抽烟或烹调油烟等产生错误报警。

这样，一直以来就需要具有高灵敏度但在有正常预料到的噪声状态的时侯呈现最小错误报警的检测或报警系统。如果这种系统能够动态响应增加的和降低的噪声状态，这将是最好的。最好，该结果能够在新的或现有的系统中实现没有附加花费的情况下获得。

本发明提供一种装置，该装置给噪声环境状态检测系统中的检测器提供高灵敏性的水平，该装置形成与各个检测器相关的第一和第二平滑数值。在优选实施例中，这些数值可以被进行比较以调整与检测器相关的参数，而使因噪声引起的错误报警最小。

该系统可以包括许多分隔开的检测器。这些检测器产生代表附近环境状态的各自标记(indicia)。

一个通信线路同每个检测器相连。一个控制元件同线路相连。

控制元件包括一个装置，用于接收上述标记并用于形成每个检测器的标记的两个平滑的代表(two smoothed repre-sentations)。可以使用模拟或数字滤波器来形成该两个平滑的代表。

控制元件决定第二平滑数值是否大于目前报警阈值的预定百分比。如果是这样，并且如果第二平滑数值也大于第一平滑数值，则形成一个差值。

在一个实施例中，控制单元把所形成的差值的幅值加到各个检测器的基准值上。这就依次提高了检测器的报警阈值，由此减小了控制单元因噪声产生报警状态的可能。

控制单元把第二平滑数值同报警阈值相比较以决定系统是否进行报警。

在另一个实施例中，所形成的差值的幅值可以同阈值相加，或者，从一个平滑数值减去上述差值的幅值。

下面通过参照附图和进一步说明来讨论本发明的这些及其他的方案和特征。

图1是根据本发明的一个系统的方框图；

图2是表示代表检测器对烟的响应和相应平滑数值作为时间函数的曲线图；

图3是根据本发明的模拟滤波器的示意图；

图4是根据本发明的一种方法的流程图。

虽然本发明可以有许多不同形式的实施例，但在附图中所表示的以及在此详细描述一些特定的实施例，现有的公开被认为是本发明原理的一个例证，并不能把本发明限定于所述的特定实施例。

图1表示实施本发明的系统10的方框图。系统10包括一个带有可编程处理单元14的控制元件12另一种方案，可以使用现有技术中公知类型的硬接线逻辑电路来实施单元14。

控制元件12包括依次同双向通信线路20相连的输入/输出电路16。线路20可以包括一个或多个具有各种传输特性的细长的电或光导体。应当知道：本发明并不仅限于该通信线路20的特定细节。

同线路20相连接的22是许多环境状态检测器单元22a至22n。检测器单元可以是例如光电或电离型烟雾传感器。当然，他们也可以是气体检测器、热检测器或火光检测器。应当知道：本发明不受该检测器22的具体特征所限制。

同线路20相连的是许多报警装置24例如警报器、警铃、闪光等。许多报警装置24的部件例如报警指示器24a是在元件12的控制下并能被通电以提供报警状态的声音或视觉的指示。

图2是由电离型烟雾检测器所构成的检测器例如检测器22a的有代表性的一个模拟输出30的曲线图。来自该有代表性的检测器的输出30即环境状态指示信号被描绘成时间的函数。输出30表示：随着被加在环境状态指示信号30上的噪声，环境状态例如烟、气体浓缩、温度等的暂时状态。

有代表性的检测器的输出通过通信线路22被传输给控制元件12。应当知道：即可以模拟也可以数字格式来传输信号30。本发明并不仅限于该特性格式。

也应当知道：控制元件14可以在较多或较少的规则基础上使用轮询技术或通过直接寻址来对所选择的检测器的输出进行取样。因此，尽管波形30被绘为连续信号，但控制元件14对于每个检测器例如检测器22a都有可以使用的与连续时间间隔相关的许多分离取样值。

控制元件12包括用于处理代表输出30的分离值和用于形成长期工作平均值32的电路。可以用硬接线模拟或数字电路来计算该工作平均值32。当然，如果单元14是可编程处理器，也可以由编程序方法来数字地决定长期平均值32。

在相对低噪声系统的情况下，长期平均值一般被要求是一个相对的常数。对于各个检测器，长期平均值可被用作为一个清澈的空气基准值。相对于取决于系统特性的单个检测器或一组检测器可以形成一个平均值。

控制元件12包括用于形成输出30的第一被平滑或被滤波的代表34的电路。即可以在指数模拟滤波器中也可以在指数数字滤波器中处理输出30，以便于形成第一平滑代表34。

也可以利用模拟或数字指数滤波来从第一被平滑的代表34形成第二平滑代表36。当检测器输出30上升时，第二被平滑的代表36将滞后第一被平滑的代表。

为说明方便，在图2中把代表34和36表示为连续的变化波形，但他们并不是必须这样。例如，代表34或36可以被数字地形成，如其后所讨论的。因而，只是对每个的单一值在给定取样时间是有效的。

当存在噪声时，在信号30上，被平滑的代表34和36增加或降低，并能够如图2所示那样相交。元件12对检测器22a建立一个报警阈值40。该阈值从平均或基准值32移动一个数量44，即单独报警增量(IAI)。

在优选的实施例中，第二被平滑的代表36同报警阈值的预定百分比42相比较，例如图2所示的报警阈值42的50％。当第二被平滑的代表36超过报警阈值42的预定百分比时，则进行第二比较。

在第二比较中，在时刻t。，第二被平滑的数值36的幅值同第一被平滑的数值34的幅值相比较。如果第二被平滑的数值36的幅值大于第一被平滑的数值的幅值，则在其之间形成一个差值。当两个幅值相等时，在连续取样周期内在时刻t₁元件12重复该比较过程。

在本发明的另一个构型中，该差值的幅值然后被加到基准值32上，以产生一个如图2所示的增加基准值32a。

由于预定差值44被维持在报警阈值40与基准值32、32a之间，则尽管传感器22a的长期平均值可以呈现一个比较小的变化，形成一个增加的基准32a就导致一个增加的报警阈值42a。结果，检测器22a的灵敏性相对于噪声被有效地降低了，但在检测器输出30上所检测并呈现的环境状态却没有降低其检测灵敏性

在本发明的另一种构型中，可以直接把差值的幅值加到报警阈值40上。当然也可以从第二被平滑的代表36减去该幅值。

为了确定报警状态是否出现了，处理器14可以把第二被平滑的数值36同报警阈值40的电流值进行比较。本发明的方法和装置通过调整参数来降低噪声出现时的灵敏度，以便于噪声的峰值不会使信号30的被平滑的代表超过报警阈值的预定百分比，例如50％，由此使错误报警减到最小。

应当注意到：该建立报警阈值的方法是自动调节的。那些比较安静的并且在中等清澈空气数值附近不呈现很大变化的系统将趋向于有一个较低的报警阈值。而容易出现较大噪声的系统将有一个较高的报警阈值。这样，上述处理和方法倾向于建立一个以电流状态为基础的报警阈值，以使错误报警降到最小。

图3以示意图的形式表示出系统10的一个实施例，该系统10加入了硬接线的指数滤波器以形成代表34，36。通过参照图3，输入/输出电路16包括在通信线路20和电子设备16的其余部分之间具有线路驱动器以及隔离电路的线路接口电路50。

电路16也包括由电阻器/电容器组合54a、54b所组成的第一指数滤波器52。第二指数滤波器56由电阻器/电容器组合58a、58b所组成。

当滤波器52通过开关60和通信线路20同检测器22a相连时，滤波器52在线路54c上产生第一被平滑的输出34。来自第一指数滤波器52的输出馈入依次在线路58c上产生第二被平滑的输出波形36的第二指数滤波器56。在线路54c、58c上的第一和第二被平滑的波形可以通过模拟的多路调制器62耦合到模数转换器64上。

多路调制器62和模数转换器64在控制元件接口66的控制下工作。接口66在I/O电路16和控制元件14之间具有通信联系。如所标出的那样，控制元件14可以包括一个可编程序处理器，例如同相关的存储器14b在一起的处理器14a。

在处理器14a的控制下，第一和第二被平滑的数值34、36的数字化的代表可以被存储到存储器单元14中。另外，长期工作平均值32、32a的幅值可以在处理器14a中形成，则其代表存储在存储器单元14b中。基准值32和报警阈值40之间的偏移44也可以存储在存储器单元14b中。

作为硬接线滤波器52的一个替代，也可以由数字式处理来形成第一和第二被平滑的代表。图4表示出一种实施本发明的数字滤波的方法。可以使用可编程处理器14a和所涉及的存储器14b来补充图4的方法。

在初始值设置程序100中控制元件14首先对每个可寻址的检测器预置常数a、b并设定单独的报警增量，IAI(增加)。在运行程序102中，控制元件14在步骤104寻找所选定的传感器例如22a的地址。

然后在步骤104a中把对应于信号30的所寻址的传感器30_n(增加)的输出的电流值同一个“低”电平进行比较，以确定事故状态是否出现了。

在步骤106中，把作为所寻址的检测器的目前输出值30_n同一个阈值例如平均值32进行比较，以确定其是否超出了在传感器的检验期间所能出现的变化量。如果该传感器正被检验，其将立即绕过目前的方法的高灵敏度部分，并立即报警。

如果目前的和以前的输出值30_n和30_n+之前的差值超过了一个特定的量，为了减小因空气携带的尘土所引起的输出值波动的影响，在步骤108中使用第二较低的阈值以绕过高灵敏性的方法。这将导致放慢因三次取样或更少而检测到烟雾迅速上升所引起的报警。

在优选实施中使用已经被顺序排列的等式来平滑输出值30_n，以使不需要所存储的数据组。在步骤110中形成对应于代表32的电流，其是被平滑的平均模拟值，该电流将给报警的确定提供一个基准。

在步骤112中，输出代表30和基准32之间的差值被进行平滑以形成代表34。在步骤114中，代表34被进行平滑以形成代表36。

对代表34进行平滑的作用是产生一个同“信号”34相比较的滞后“信号”36。由于代表34具有两个在其上所执行的平滑处理功能，在输出代表30的数值中，其很少对波动有反应。

如果处于冒烟状态中，传感器的输出代表30将持续地上升。代表34将滞后于由30所代表的模拟值。代表36将滞后于代表34以使信号34总是高于信号36。当代表36超过由在控制元件12中所设定的单独报警增量[IAI(增加)]所表示的报警阈值40时，产生报警。

如上所述，如果处于非冒烟状态，传感器的模拟值将会发生波动但不会持续上升。代表34将滞后于检测器数值代表30，并且代表36将滞后于代表34。但是，在非失火状态期间，代表34既会上升也会下降。

当代表34降低时，代表36将滞后于该降低。在某点上，代表34将等于代表36，对于代表36的零斜率点。如果代表34持续下降，则代表36将变成大于代表34，则被确认为是非失火状态。

然后确定一个增量以降低传感器的灵敏度，防止错误报警。如果代表36超过报警阈值40的预定百分比，则代表36和代表34之间的差值(偏移)就能被加到基准32上，代表36设定为等于代表34。

如果代表34继续降低，则代表36和代表34之间再次出现差值，则该差值(偏移)被再次加到基准上，而使代表36设定为等于代表34。连续进行该处理直到代表36不再高于检测器的报警增量[IAI(增加)]的预定百分比为止。

在上述状态下，把代表36和代表34之间增大的差值加到基准值32上，以使基准值32增大。则同基准值32相比，代表32看来是较低的。

代表34和36将过长时间地降到小于0的实际平均值。这降低了传感器的灵敏度，因为除了单独报警增量44之外，代表36中的将来的变代必须形成该偏移。因而该偏移的量是灵敏度所降低的量。

结果，对一个检测器可以建立一个高灵敏度。如果检测器是非常安静的，灵敏度中偏移即降低的量是非常小的。因而，检测器的灵敏度将接近于所建立的值。另一方面，如果系统中的噪声很高，则偏移将变大，灵敏度也将实际上降低，以防止发生错误报警。

在失火的非常早的阶段，在其成为火灾之前，使用该方法就能确定失火状态。在失火状态期间，检测器输出值不是均匀上升的。

由进行平滑处理的步骤来确定滞后的量，就能被设计成不会因冒烟状态期间检测器的波动而导致任何灵敏度的重大下降。该平滑处理将在响应中产生一个滞后作用，在冒烟中迅速地增加将有效地绕过高灵敏度方法，这样，在该情况下在响应上将是非常小的延迟作用。

根据上述内容，在不违背本发明的精神和范围情况下，显然是可以进行各种变化和改型的。应当知道，在此所进行的对特定装置的描述并不是对本发明的限制。落入权利要求范围内的所有构型都被所提交的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种用于检测所选定的状态的装置，包括：

一控制元件；

一同所述元件相连的通信线路；

一同所述线路相连的环境状态检测器，其中，所述检测器能够把所检测的环境状态所代表的标记同所述元件进行通信联系，其中所述元件包括用于形成所述标记的第一被平滑的代表和用于形成其第二被平滑的代表的装置，并包括用于确定何时所述第二被平滑的代表呈现零斜率的装置。

2.根据权利要求1的装置，其中所述控制元件包括容纳与所述检测器相关的阈值的存储元件，并且其中所述控制元件包括用于变化所述阈值以响应于所述零斜率的电路。

3.根据权利要求1的装置，其中所述控制元件包括容纳与所述检测器相关的基准值的存储元件，并且其中所述控制元件包括用于修改所述基准值以响应于所述零斜率的电路。

4.根据权利要求3的装置，其中所述控制元件包括用于把所述所检测的环境状态的所选定的代表同一个电流阈值进行比较的电路，随其能够产生一个表示一个所选定状态的标记。

5.根据权利要求4的装置，其中包括一个报警指示输出装置，同所述控制元件相连，用于响应所述所选定的状态标记而产生一个报警状态的指示。

6.根据权利要求1的装置，其中所述元件包括用于把第一被平滑的代表的幅值同第二被平滑的代表的幅值进行比较以检测所述的零斜率的电路。

7.根据权利要求6的装置，其中所述控制元件包括容纳与所述检测器相关的报警阈值或基准值之一的存储元件，其中所述控制元件随着所述零斜率而修改所述之一值。

8.一种多路检测器，调节一个或多个权利要求1所述的检测器的灵敏度参数的环境状态检测系统，该系统包括：

至少一个用于产生一个所检测状态的一个标记的环境状态检测器；

一同所述检测器相连的通信线路；

一同所述通信线路相连的控制元件，其中，所述元件通过所述线路同所述检测器进行通信联系，所述检测器能够返回到代表环境状态的所述元件标记，所述元件包括用于对所述标记进行滤波以产生输出信号的电路和用于对所述输出信号进行滤波以产生第二输出信号的电路，所述控制元件包括用于存储基准值和阈值中至少一个的电路和用于把所述阈值的代表同至少所述第二输出信号进行比较并用于随着所述控制元件而产生比较输出信号的电路，所述控制元件进一步包括用于检测所述第二输出信号何时呈现预定参数值并随之用于修改所述阈值、所述基准值、所述第二输出信号之一的电路。

9.根据权利要求8的系统，包括一声音报警指示器，其中所述指示器响应于所述比较输出信号而被通电以指示报警状态。

10.一种使用权利要求1所述装置来检测环境状态的方法，包括下列步骤：

存储一阈值；

检测环境状态并产生代表其的标记；

形成第一被平滑的代表；

形成第二被平滑的代表；

确定第二被平滑的代表何时呈现零斜率，并随之修改阈值；

把第二被平滑的代表同阈值进行比较以决定报警状态的产生。

Images