CN1297213A - 火灾报警器 - Google Patents

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Abstract

火灾报警器(1),包括具有光源(7)、测量室(9)及光接收器(8)的光学模块(5),温度传感器(13)和电子运算单元(6)。报警器(1)内另装一个用于至少一种火灾气体如CO的传感器(12)。运算单元(6)有一模糊控制器,用于对各传感器(5,12,13)的信号进行逻辑连接,并诊断出相应的类型。对于每种火灾类型,可根据诊断选出特定的应用算法。模糊控制器在烟雾浓度、火灾气体浓度和由温度梯度及火灾气体梯度构成的参数间形成一种逻辑连接。

Description

火灾报警器
本发明涉及一种带有光学模块、温度传感器和电子运算单元的火灾报警器，所述光学模块具有一个光源、一个测量室以及一个光接收器。
在这种被称为复式火灾报警器或多传感火灾报警器的火灾报警器中，光学模块的作用是检测烟雾，而温度传感器则被用来检测火灾发生时所形成的热。光学模块可以测量烟雾颗粒的散射光，或测量光源被这些颗粒衰减后的光。上述第一种情形涉及到一种散射光报警器的光学模块，而第二种情形则涉及到一种点消光报警器或透射光报警器的光学模块。上述两种情形的光学模块都按如下方式进行构造，即起干扰作用的外来光不能进入测量室，而烟雾却很容易进入。温度传感器既被用来提高散射光报警器的灵敏度，又被用来改善散射光报警器的误报安全性。譬如，EP-A-0 654 770公开过一种带有温度传感器的散射光报警器。
散射光报警器和透射光报警器很灵敏，它们能非常可靠地检测出火灾。但在某种情况下，高的灵敏度可能会导致误报，出于许多原因，这是不希望有的。可以想见，误报警至少有可能降低相关安全人员的注意力，因此在大多数国家，消防队及/或警察局会对其因误报警而导致的各种工作要求赔偿，而这种赔偿是随误报警的数目而递增的。因此，如今火灾报警器的误报安全性享有很高的优先级。
在此，根据本发明，除同时缩短了报警器的动作时间之外，还可以进一步改善其误报安全性，并且能实现报警器的均匀动作特性。所谓均匀动作特性，就是指报警器在不同的火灾情况下可以几乎相同地动作，而与火灾极快和火灾极慢、或甚至没有火灾无关。
本发明的该任务通过如下方式来实现：在报警器内装设一个用于至少一种火灾气体的附加传感器；电子运算单元被构造用来对各个传感器信号进行逻辑连接和诊断相应的火灾类型；根据所述诊断，选择特定的应用算法来处理所述的传感器信号。
根据本发明火灾报警器的第一种优选实施方案，其特征在于，电子运算单元具有一种实现所述逻辑连接的模糊控制器。
根据欧洲标准EN-54，存在下述六种不同的试验火情(简称TF)：
-TF1：木材火灾
-TF2：木材低温碳化火灾
-TF3：火绳低温碳化火灾
-TF4：泡沫塑料火灾
-TF5：庚烷火灾
-TF6：酒精火灾
本发明火灾报警器的光学模块可如此地构造，使得在测量室内测量由烟雾颗粒散射的光，或测量光源被这些颗粒衰减后的光。所述第一种情形涉及到散射光报警器的探测原理，第二种情形则涉及到透射光报警器的探测原理。在此，散射光报警器可以构造成前向或后向散射器，或者构造成前向及后向散射器。后者有个优点，即可借助不同散射角度的散射来确定烟雾属于何种类型；对此可参见WO-A-8401650。
本发明的多传感火灾报警器包含有一个光学烟传感器、一个温度传感器、一个火灾气体传感器和一个模糊控制器，并且，在该报警器中设有用于每种火灾类型的特定应用算法，它提供了下述可能性，即借助传感器信号的逻辑连接，在模糊控制器内可检测出相应的火灾类型，并选择出合适的算法。因此，一方面改善了报警器的误报安全性(鲁棒性)，另一方面，通过合适地选择应用算法，还可以使报警器实现较均衡的动作特性。
此外，本发明还公开了一种问题诊断的可能性，其方法为，由模糊控制器来监视那些仍然处于各个报警阈值之下的干扰是否越来越多。模糊控制器可以把这种干扰告知管理中心，或通过合适的通信接口告知操作人员，并以这种方式指示出可能是由于相关报警器的错误应用而造成了潜在干扰源。
根据本发明火灾报警器的第二种优选实施方案，其特征在于，在模糊控制器中，在烟雾浓度、待测火灾气体的浓度、由温度梯度和火灾气体梯度构成的参数之间建立一种联系。
根据本发明火灾报警器的第三种优选实施方案，其特征在于，所述参数由温度梯度和火灾气体梯度的商构成。
根据本发明火灾报警器的第四种优选实施方案，其特征在于，用于火灾气体的附加传感器为一种CO传感器。
根据本发明火灾报警器的第五种优选实施方案，其特征在于，光学模块的光源发出的辐射位于可见光的波长范围内。
在本发明的第六种实施方案中，由光源发出的辐射的波长位于蓝或红光区，优选地为460nm或660nm。
根据本发明火灾报警器的另一优选实施方案，其特征在于，在光源和光接收器之间的光程中至少装设了一个偏振滤光器。
根据本发明火灾报警器的另一优选实施方案，其特征在于，该至少一个偏振滤光器为一种所谓的带有电可调偏振面的有源起偏振镜。
优选地，所述有源起偏振镜由一种液晶显示器构成，其偏振面可通过调整电压来调节。
下面借助实施例和附图来进一步阐述本发明；图中：
图1示出了本发明火灾报警器的剖面图；以及
图2示出了信号处理的简要方框图。
图1中以轴剖面形式示出的火灾报警器1基本为一种光学烟报警器，它扩展有用于火灾参数的附加传感器，图示的光学烟报警器为一种散射光报警器。由于这种光学报警器是已知的，所以在此不再赘述。就此可以参阅EP-A-0 616 305和EP-A-0 821 330。所述光学烟报警器也可以构成为点消光报警器或透射光报警器的形式，这可譬如参考EP-A-1 017 034。
图示火灾报警器1以公知的方式由报警部件2和盖在报警部件2上的报警器罩3组成，所述报警部件2可固定在优选安装于被监视房间顶部的底座(没有示出)上，而在报警器处于工作状态时，所述报警器罩3在其对着被监视房间的端部设有进烟口4。报警部件2主要包括一个盒形的基体，在其朝向报警器端部的一侧装有光学模块5，且在其朝向报警器底座的一侧装有电子运算单元6。
在散射光报警器中，光学模块5基本上由一个包含光源7和光接收器8的测量室9组成，所述测量室9通过图中未示出的装置来屏蔽来自外部的外来光。对于由红外发光二极管或由红或蓝色发光二极管(IRED或LED)形成的光源7，其光轴与光接收器8的光轴相互扭接，为此，通过该变化和光阑的作用，可以阻止光辐射直接从光源7到达光接收器8。光源7在测量室9的中央部分发出短而强的光脉冲，此时，光接收器8“看得到”该测量室9的中央部分，但“看不到”光源7。
光源7的光线由进入散射室的烟雾进行散射，该散射光的一部分落到接收器8上。如此产生的接收器信号由电子运算单元6进行处理。在处理过程中，接收器信号以一种已知的方式与报警阈值和至少一个预报警阈值进行比较，一旦接收器信号超出上述报警阈值，电子运算单元6便在输出端10发出一个报警信号。由此，利用智能信号处理可以确保报警信号在烟雾值尽量低的时候被触发，而且没有令人不满意的误报警。
在光源7与光接收器8之间的光程中，可装设一种所谓的有源起偏振镜11，它是一种带有可旋转偏振面的起偏振镜，这样便能够在两个偏振面上测量散射光。该有源起偏振镜优选地由一种带有液晶的电子偏振板构成，通过调整电压，所述偏振板的偏振面可以旋转90度。通过测量偏振度，亦即测量两个偏振面上的偏振散射光，可以根据某一确定的试验火情来缩短报警器1的动作时间，并由此产生均匀的动作特性。
从图1中还可得知，火灾报警器1除了光学模块5之外还包含另外两个用于火灾参数的传感器，即CO传感器(统称火灾气体报警器)12和温度传感器13。在EP-B-0 612 408中讲述过一种合适的CO传感器(也可参考EP-A-0 803 850)，而作为温度传感器，NTC热控管被证明是适用的(对此可参见AlgoRex火灾报警系统的PolyRex烟报警器-AlgoRex和PolyRex是西门子建筑技术股份公司的Cerberus部门，亦即早期的Cerberus股份公司的注册商标)。
经过理论考虑和实际火灾试验，下面的表格给出了用各种光学模块5、CO传感器12和温度传感器13测出的火灾参数之间的相互关系。显然，作为另外的火灾参数，还可测出烟雾量和烟雾浓度；这是光学烟报警器的公知功能，由此也是光学模块5的公知功能。
    火灾参数  TF1   TF2  TF3  TF4  TF5  TF6
    CO浓度  大   小  极小   小   小   小
CO梯度/温度梯度 中等   小  中等   大   大
    温度梯度 极大   小   小   大  极大  极大
    偏振度 极大   小   小   大  极大   小
从表格中可以看出如下结果：
·CO浓度比所有其它参数更加适合于较早地探测出TF3，且在此与烟雾的浓度相关。
·CO梯度与温度梯度的商比较适合于较早地探测出TF5和TF6，并在此与温度上升相关。
·温度上升比较适合于较早地探测出TF1、TF5和TF6，并在此与偏振度相关，但TF6的情况除外(没有烟雾)。可以如此来解释该结果，即产生大量热的火灾最终会导致小气溶胶粒子。温度上升和偏振度之间的相关性可以用来确定报警，并由此提高报警器的鲁棒性。
此外，该表格还表明了，借助CO浓度、CO梯度与温度梯度之商、以及烟雾浓度等参数，可以单个地诊断出所有六种火灾类型。这意味着，利用该参数能够明确地识别出火灾的特征。另一方面，由CO浓度、偏振度以及烟雾浓度等参数也可以确定出火灾类型，但TF6除外，它是用这些参数识别不出来的。测量偏振度另外还有个优点，即在温度上升不是太迅速的地方可识别出火灾类型。譬如，这种情形可能出现在高的房间之内。
如图2所示，用于烟雾浓度和偏振度的光学模块5、CO传感器12以及温度传感器13等三种传感器的信号被输入到构成电子运算单元6中一个部件的诊断级14上，该诊断级主要包含有一个模糊控制器。在诊断级14中对传感器的信号进行了逻辑连接和分析，并根据该分析确定出火灾类型。最后，为相应的火灾类型选择出合适的算法，将其用到传感器信号的运算当中。如前文所述，模糊控制器也可用于诊断的目的，以便指示出问题的所在。
本发明火灾报警器的光学模块5在功能上相当于一个带有前向或后向散射器的普通散射光报警器，或相当于一个带有前向及后向散射器的散射光报警器，或一个点消光或透射光报警器。本发明火灾报警器的主要部件是用于至少一种火灾气体的传感器12，它优选地为CO传感器。
对此，需要指出的是，其它种类的火灾报警器也可优选地另外再装配一个火灾气体传感器，尤其是CO传感器。譬如，这种火灾报警器为所谓的线性烟报警器或束射报警器，如西门子建筑技术股份公司的Cerberus部门的DLO1191型，或为一种火焰报警器，如西门子建筑技术股份公司的Cerberus部门的DF1190型。

Claims (11)

1．一种带有光学模块(5)、温度传感器(13)和电子运算单元(6)的火灾报警器，所述光学模块具有一个光源(7)、一个测量室(9)以及一个光接收器(8)，其特征在于：在报警器(1)内另外还装设一个用于至少一种火灾气体的传感器(12)；电子运算单元(6)被构造用来对各个传感器(5,12,13)的信号进行逻辑连接和诊断相应的火灾类型；根据该诊断，选择特定的应用算法来处理传感器信号。
2．根据权利要求1的火灾报警器，其特征在于，电子运算单元(6)具有一个用于实现所述逻辑连接的模糊控制器。
3．根据权利要求2的火灾报警器，其特征在于，在模糊控制器内，在烟雾浓度和火灾气体浓度之间、以及和由温度梯度及火灾气体梯度构成的参数之间形成一种逻辑连接。
4．根据权利要求3的火灾报警器，其特征在于，所述参数由温度梯度和火灾气体梯度的商构成。
5．根据权利要求1至4中任一项的火灾报警器，其特征在于，所述另一个用于火灾气体的传感器(12)为CO传感器。
6．根据权利要求1至5中任一项的火灾报警器，其特征在于，光学模块(5)的光源(7)被构造用来发送可见光波长内的辐射。
7．根据权利要求6的火灾报警器，其特征在于，光源(7)发出的辐射的波长位于蓝或红光区，优选地为460nm或660nm。
8．根据权利要求6的火灾报警器，其特征在于，在光源(7)和光接收器(8)之间的光程中至少装设了一个偏振滤光器(11)。
9．根据权利要求8的火灾报警器，其特征在于，该至少一个偏振滤光器(11)为一种所谓的带有电可调偏振面的有源起偏振镜。
10．根据权利要求9的火灾报警器，其特征在于，所述有源起偏振镜由一种液晶显示器构成，其偏振面可通过调整电压来调节。
11．根据权利要求3和10的火灾报警器，其特征在于，在测量光学模块(5)内的烟雾浓度时，确定出光源(7)在测量室(9)内的散射光的偏振度。
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