CN1871623A - 用于火灾检测的多传感器设备与方法 - Google Patents
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Abstract
多参数火灾检测使用来自一个或多个辐射能量传感器(14)的输出，并结合使用来自烟雾传感器(20)或热传感器(16)的输出，以缩短报警的响应时间，同时将干扰报警最小化。辐射能量传感器(14)的输出可用于改变烟雾传感器(20)或热传感器(16)的参数。在报警系统中，各种传感器可彼此远离地放置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请为2002年9月19日提交的题为“Detector With AmbientPhoton Sensor and Other Sensors(具有光子传感器和其它传感器的检测器)”的美国专利申请No.10/247,106的部分继续申请。
技术领域
本发明涉及火灾检测。更具体地，本发明涉及利用来自多个不同类型传感器的信号对火灾进行检测的系统与方法其。
背景技术
已知为了响应昼/夜循环，可周期性地改变烟雾检测器的灵敏度参数。已知的顺序是在夜间增大敏感度，而在白天降低敏感度。可根据入射光自动地实现这种改变。
有时甚至在夜晚也存在持续的光照。因此，希望能够在改变灵敏度时不仅仅考虑环境光的亮度。另外，如果所检测的光来自形成中的火灾状态，则希望能够在进行火灾确定时将此信息纳入考虑。如果从光传感器获得的信息可用于加速火灾检测过程和/或减少干扰报警，则这也将是有利的。
附图说明
图1A是根据本发明的示例系统的框图；
图1B是根据本发明的替换系统的框图；
图2A是根据本发明的另一替换系统的框图；
图2B是本发明的又一替换系统。
图3A-3C共同表示根据本发明的示例处理方法的各个步骤。
具体实施方式
尽管本发明的实施例可采取多种不同形式，但在图中示出了其特定实施例，并将在此处详细说明，要指出的是，应将本公开视为本发明原理的示例，而不应看作是将本发明局限于所描述的特定实施例。
在本发明的一个实施例中，辐射能量传感器，例如光电二极管、热电堆、热电体、无源红外传感器或者其它类型的火焰传感器可用于对某区域进行监控。该传感器生成对应于入射辐射能量或光的电信号。当光由有焰火产生时，该电信号会相应地产生波动。
辐射能量传感器可与其它危险状态传感器结合使用，例如烟雾、温度或气体传感器，以提供改善的对报警状态的多指标确定。该辐射能量传感器可与其它传感器位于共同的壳体中。或者，这些传感器中的一个或多个可物理地远离其它传感器，这并不脱离本发明的精神与范围。
可通过本地或远方处理器监控来自辐射能量传感器的信号。当来自辐射能量传感器的信号从非火灾特征，例如非波动或慢变状态，改变至与火灾特征一致的波动状态时，检测到的变化可用于改变一个或多个诸如烟雾与热传感器的其它传感器的操作特性。在2002年9月19日提交的题为“Detector With Ambient Photon Sensor and Other Sensors(具有光子传感器和其它传感器的检测器)”的父申请No.10/247,106中公开了这种处理的一种形式，该申请作为本发明的参考文献。
根据本发明的另一个方面，在来自(各个)辐射能量传感器的电信号中识别到的火灾特征的存在可用于增强或加速利用热传感器对火灾的检测。出于减少干扰报警的目的，可根据对于预定最小热增量的检测，逐渐增大热传感器的信号。如果热传感器在预定时段内未检测到最小程度的的热增量，则可终止增大该热传感器的信号或终止该热传感器的操作。
通过利用来自辐射能量传感器的信号确定该区域中存在火灾特征，有可能检测到起初不会产生大量的热的小的有焰火，而大量的热将由热传感器来检测。即使这些有焰火处于辐射能量传感器的直接视野之外，由于此区域中表面或墙壁的反射，在直接进入辐射能量传感器的监控区域之前，它们可部分被观察到。
增大热传感器的信号可利用响应识别的火灾特征或识别的火焰状态而开始增大其计数的计数器来实现。这种识别可基于来自辐射能量传感器的信号。该计数器值可用作对于来自热传感器的信号的电平偏移值或乘数因子，以获得预定灵敏度。
计数器增大其计数值的速率可预先确定，或者可以发生变化，这取决于来自例如辐射能量传感器的信号。通过将增大的程度限制为预定最大值，可限制或抑制干扰报警。
火灾曲线，即来自辐射能量传感器的信号的幅度或信号的其它特性可用于改变增大热传感器信号的速率。因此，来自辐射能量传感器的最小程度的火灾特征能够提供比这种信号的较大值小的增大程度。
根据本发明的又一个方面，这些传感器经由有线或无线媒质可与公共控制元件通信，公共控制元件执行此处理中的一些或者全部。
根据本发明的再一个方面，来自辐射能量传感器的火焰或火苗表示信号可用于改变诸如光电烟雾检测器这样的烟雾检测器的采样速率或灵敏度参数，或可用于既改变采样速率也改变灵敏度参数。可利用离子型烟雾检测器来实现类似的性能改变。
来自辐射能量传感器的信号还可反映该区域中环境光亮度的突变或渐变。例如，如果该区域中的光突然熄灭，则来自辐射能量传感器的信号将反映这种状态改变。作为响应，可调整采样速率或灵敏度，或者均调整。在这种情况下，可降低采样速率。此外，如果需要的话，还可降低灵敏度。
可替换地，对于缓慢变化的环境状态，可利用来自辐射能量传感器的信号来调整对来自热传感器或烟雾传感器的信号的处理。例如，可结合使用将在辐射能量传感器的输出信号中得到反映的从白天向夜间的变化来改变采样速率、灵敏度参数或者对一个或多个其它危险状态传感器的信号处理。
各个辐射能量传感器、烟雾传感器或其它传感器可分布在整个区域中，并通过有线或无线媒质与公共处理器进行双向通信。响应于来自能量辐射传感器以及其它危险状态传感器的信号，该处理器可执行上述处理中的一些或全部。
图1A和图1B表示本发明的实施例。作为本发明的系统10的框图的图1A包括如辐射能量传感器14这样的多个传感器、热传感器16以及烟雾传感器20。其它完全相同的传感器或者其它类型的传感器22用虚线来表示。
可在监控区域R中将传感器14至22按一定间隔来进行放置。它们不必彼此靠近。例如，传感器14至22的每一个可被包含或容纳于各自的壳体中并固定至区域R的表面。传感器14至22的输出可通过电缆或无线地连接至控制器或微处理器24。处理器24利用来自能量辐射传感器14的信号执行如上所述或如下所述的处理，以便调整与温度传感器16或烟雾传感器20相关的信号值或其它参数，对这种调整没有任何限制。
图1B表示另一种结构10’，其包括连接至控制器24的辐射能量传感器14、热传感器16、烟雾传感器20。控制器24又通过通信链路连接至远方的第二控制器26，其可执行一部分上述处理。
图2A和图2B表示根据本发明的其它实施例12、12′。如图2A所示，系统12包括能量辐射传感器14和另一状态传感器，即湿度传感器16-1，它们的输出信号均连接至控制器24-1。控制器24-1又能够响应来自辐射能量传感器14的信号，由此如上所述地调整与湿度传感器16-1相关的信号值或其它参数。
图2B表示包括气体传感器16-2作为另一状态传感器的系统12′。辐射能量传感器14和气体传感器16-2的输出可连接至控制器24-2，以进行上述处理。
本领域普通技术人员都懂得，不脱离本发明的精神与范围，可利用各种电路结构来实现各个控制器24，24-1和24-2。例如，互连的模拟与数字电路的组合可用于实现各种控制器。或者，可使用编程处理器，例如微处理器。
图3A、图3B和图3C表示根据本发明的方法100的示例处理细节。在初始步骤102中，从例如从光或辐射能量传感器14、热传感器16和烟雾传感器20这样的多个传感器获取信号值。在举例的方法100中，烟雾传感器20被设计为本领域普通技术人员公知的那种光电烟雾传感器。
在步骤104，将与热传感器16相关的信号转换为温度或度。在步骤106，根据区域R的平均温度确定温度变化DC。
在步骤108，根据传感器14的信号确定区域R中的平均光亮度。在步骤110，利用区域R中的平均光亮度确定环境光的变化DL。
在步骤112，分析辐射能量变化DL，以确定该信号是否表示火焰。由此产生火焰指示输出F。本领域普通技术人员将理解，作为产生火焰指示指数F的一种方法，可将辐射能量变化DL与多个火焰指示曲线作比较。其它类型的火焰分析，例如模式识别、神经网络处理等都落入本发明的精神与范围。
在步骤114，将光的变化DL与夜间阈值比较。如果该变化表示夜间，则在步骤114a设置夜晚模式。另外，如果在步骤116中，光的变化DL超过光增加阈值，则在步骤116a复位夜晚模式。
在步骤118，根据这些信号的均值确定烟雾传感器20的输出变化DP。这些变化在区域R中进入传感器20的烟雾增大的情况下很可能发生。
在步骤120，递减或者钳位干扰旁路计数器ST。在步骤122，从烟雾变化DP中去除噪声。该噪声去除处理可引入可选择的延迟，例如25秒，这种延迟是由抑制噪声的平均处理导致的。
在步骤124，将火焰相关信号F与阈值比较，确定在区域R中是否存在火焰。如果是的话，则在步骤126将温度变化DC与低热度升高阈值比较。如果该温度变化超过该低热度升高阈值，则修正步骤122中的处理，将噪声消除延迟从25秒的较大延迟缩短至10秒的较小延迟。
应当懂得，可以改变25秒和10秒的示例延迟值，而不脱离本发明的精神与范围。例如，将可初始噪声相关延迟和低烟雾环境设置为20秒或30秒或其它值，对此并无限制。类似地，步骤128中缩短的噪声延迟不一定为10秒。可以在一定的环境下，将其缩短为最合适的5秒或15秒。
如果在步骤124中火焰指示指数F没有超过阈值，则在步骤130将温度信号变化DC与高热度阈值作比较。在热度变化DC没有超过高温阈值时，在步骤132将辐射能量指示信号L与黑暗或夜间阈值作比较。如果辐射能量指示信号L小于黑暗或夜间阈值，则在图3B的步骤134中将干扰旁路计数器ST初始化为预定值。如果不小于，则在图3B的步骤136中检查夜晚模式指示符的状态。
然后可在图3B的步骤138a和138b增加灵敏度。在步骤138a，通过例如增加与来自诸如传感器20的光电烟雾传感器的信号关联的灵敏度，可增加对于阴燃火的敏感度。另外，通过降低火焰阈值可增加对于有焰火F的敏感度，参见步骤124。
在步骤140将烟雾信号变化DP与最小烟雾量作比较。如果其超过最小烟雾量，则在步骤142，增加干扰计数器ST的值。
在步骤144，将干扰计数器ST的值，即数值N与最大允许值作比较，并将其钳位在该最大值。在步骤146，比较烟雾信号变化DT与最大烟雾量。如果该信号DP处于最小值与最大值之间，则在步骤148a生成对应于DP值的输出。可替换地，在步骤148b，将状态指示输出设置为最大烟雾量加干扰计数器ST的值N。
当在步骤140烟雾变化值DP小于最小烟雾量时，在步骤142a将干扰计数器值N设置为零。在步骤150生成表示没有烟雾的状态指示输出。
在图3C的步骤152，将干扰计数器ST的内容与零作比较。如果大于零，则在步骤154将输出值设置为最大烟雾量加N的最大值。在步骤156，将上述步骤的输出与报警阈值作比较。如果该输出值超过该报警阈值，则在步骤158a指示报警状态。或者在步骤158b不进行报警。在步骤160，递减干扰值计数器ST，并将其钳位至零。
可在下一个采样间隔中重复上述方法100。应当懂得示例方法100的各种变化都在本发明的精神与范围之内。在各种处理方法中利用辐射能量传感器14来改变诸如热传感器16或烟雾传感器20这样的传感器的信号值或调整敏感度、参数，都没有脱离本发明的精神与范围。
根据前述可看出，可以实现大量的变形与修改，而不脱离本发明的精神与范围。应当懂得对于此处说明的特定装置不打算有或者不应当推断出限制。当然，目的是通过所附权利要求将所有这些修改涵盖在权利要求的范围之内。
Claims (52)
1.一种环境状态检测器，包括：
至少一种烟雾传感器或热传感器；
除所述烟雾传感器或热传感器外的、对辐射能量源作出响应的入射辐射能量传感器；以及
控制电路，与所述传感器连接，响应入射辐射能量中的所选瞬时变化，以缩短响应预定环境状态的时间。
2.权利要求1所述的检测器，包括响应入射辐射能量的变化，通过调整与所述烟雾传感器关联的采样速率或灵敏度参数中的至少一个来缩短响应时间的附加电路。
3.权利要求2所述的检测器，其中所述缩短响应时间的附加电路响应增大的辐射能量以降低灵敏度参数，并且响应逐步降低的辐射能量以增加灵敏度参数。
4.权利要求1所述的检测器，包括响应入射辐射能量以确定火焰存在的附加电路。
5.权利要求4所述的检测器，包括可执行指令，对来自所述入射辐射能量传感器的信号进行处理以确定火焰的存在。
6.权利要求4所述的检测器，其中所述烟雾传感器远离所述入射辐射能量传感器。
7.权利要求6所述的检测器，其中所述控制电路通过双向通信媒质至少部分地连接至至少一个所述传感器。
8.权利要求6所述的检测器，其中所述控制电路至少部分地远离所述传感器，并通过双向通信媒质与其通信。
9.权利要求1所述的检测器，其中所述烟雾传感器包括光电型烟雾传感器，响应表示火焰的辐射能量，所述控制电路通过增加所述烟雾传感器的采样速率或增加所述烟雾传感器的灵敏度参数中的至少一个，缩短所述烟雾传感器的响应时间。
10.权利要求1所述的检测器，包括响应表示火焰的入射能量辐射以增加所述热传感器的灵敏度参数的附加电路。
11.权利要求10所述的检测器，包括可执行指令，处理来自辐射能量传感器的信号，以确定有焰火为所述辐射能量的可能来源。
12.权利要求1所述的检测器，其中所述热传感器和所述辐射能量传感器彼此远离，而所述控制电路的至少一部分通过无线或有线媒质之一与它们进行双向通信。
13.权利要求10所述的检测器，其中所述烟雾传感器、所述热传感器和所述能量辐射传感器，以及所述控制电路的一部分均彼此远离，所述控制电路的所述部分通过无线或有线媒质之一与所述传感器进行通信。
14.权利要求11所述的检测器，其中所述可执行指令将来自所述辐射能量传感器的信号与预存储的火警曲线作比较。
15.权利要求11所述的检测器，其中所述可执行指令将来自所述辐射能量传感器的信号与多个预存储的火警曲线作比较。
16.权利要求11所述的检测器，包括附加指令，所述附加指令在确定存在火警状态时将来自所述光传感器的信号与来自所述热传感器的信号相关。
17.权利要求11所述的检测器，包括附加可执行指令，响应确定的有焰火，改变所述热传感器的响应参数。
18.权利要求17所述的检测器，其中所述附加可执行指令在对来自所述热传感器的信号进行处理之前逐渐将其增强，以确定存在用热指示的火灾状态。
19.权利要求1所述的检测器，包括可执行指令所述可执行指令响应入射能量辐射的逐步变化来调整其它传感器的参数。
20.权利要求19所述的检测器，其中所述可执行指令响应入射能量辐射的逐步降低。
21.一种用于感应环境状态的检测器，包括：
光传感器，生成表示入射环境光强度的第一信号；
至少另一个传感器，生成表示不同的环境状态的第二信号；
处理器，接收所述第一与所述第二信号，所述处理器利用所述第一信号改变与所述第二传感器关联的延迟时间，并且所述处理器提供存在所述环境状态的指示。
22.权利要求21所述的检测器，其中所述处理器响应表示火灾状态存在的所述第一信号来改变所述延迟时间。
23.权利要求21所述的检测器，其中所述环境状态为火灾或烟雾状态中的至少一个。
24.权利要求21所述的检测器，其中所述处理器响应表示存在预定环境光强度的所述第一信号来改变所述延迟时间。
25.权利要求21所述的检测器，其中所述第一信号表示变化的入射光的模式。
26.权利要求21所述的检测器，其包括滤光镜，其中所述第一信号表示已经通过所述滤光镜的入射环境光。
27.权利要求21所述的检测器，其中所述第二传感器为火、烟雾、气体、热或运动传感器中的至少一个。
28.权利要求21所述的检测器，其中所述延迟时间仅存在于对于预定电平的所述第二信号的响应中。
29.一种用于感应火灾状态的检测器，包括：
光传感器，生成表示环境光强度的第一信号；
至少一个火灾传感器，生成表示火灾状态的第二信号；
处理器，接收所述第一与所述第二信号，所述处理器响应所述第一信号，以增大与所述第二信号关联的灵敏度参数，使得在所述第一信号表示由火灾状态产生的光线时，所述检测器对于所述火灾状态更加敏感。
30.权利要求29所述的检测器，其中所述处理器响应由光线强度变化模式表示的火灾状态，所述火灾状态由所述处理器随时间感应得到。
31.权利要求29所述的检测器，其中所述处理器在确定存在火警状态时，执行判断所述第一信号是否偏离其基于时间的平均值的指令。
32.权利要求29所述的检测器，包括滤光镜，其中所述第一信号包括所述入射光的过滤表示。
33.一种处理，包括：
感应来自监控区域的入射辐射能量；
感应不同的、潜在的危险状态；
首先确定所感应的辐射能量是否表示火灾存在，并且对其作出响应，然后加速地确定所述感应的不同状态是否表示火灾。
34.权利要求33所述的处理，其中所述首先确定包括相对于至少一个火灾曲线评估所述感应的辐射能量。
35.权利要求33所述的处理，其中所述首先确定包括相对于多个火灾曲线评估所述感应的能量辐射。
36.权利要求33所述的处理，其中所述首先确定包括评估所述感应的辐射能量是否突然降低，并对其做出响应，所述然后确定包括增大与感应所述不同状态关联的灵敏度参数、采样率或与所述不同状态关联的信号幅度中的至少一个。
37.权利要求33所述的处理，其中感应所述不同状态包括感应热度或烟雾中的至少一个。
38.权利要求37所述的处理，包括响应表示火灾状态的辐射能量来处理热度或烟雾指数中的至少一个，，以便在随后确定所述热度或烟雾是否表示火灾时缩短响应时间。
39.权利要求33所述的处理，包括在所述区域中的分离位置感应辐射能量和感应所述不同状态。
40.权利要求39所述的处理，包括处理指数，所述指数至少部分与在所述区域中远离至少一个所述感应的位置处感应辐射能量和所述不同状态相关联。
41.权利要求33所述的处理，包括响应感应的表示火灾的辐射能量来增大表示所感应的不同状态的信号的幅值。
42.一种监控区域的方法，包括：
感应区域中的辐射能量参数；
感应表示所述区域中燃烧的副产品的危险参数；
感应所述区域中的热参数；
计算表示存在火灾的辐射能量参数，并根据该参数计算表示所述区域中升高的热热参数；
根据计算参数的结果，改变与所述危险参数或所述热参数中至少一个关联的灵敏度参数；以及
确定所述燃烧的副产品是否表示在所述区域中存在危险状态。
43.权利要求42所述的方法，包括评估所述能量辐射参数是否表示所述区域中较低亮度的环境光，对此作出响应，增大表示阴燃火状态的灵敏度参数。
44.权利要求42所述的方法，包括评估所述能量辐射参数是否表示所述区域中较低亮度的环境光，对此作出响应，以及还响应表示存在火焰的所述辐射能量参数，增大表示存在火焰的灵敏度参数。
45.权利要求42所述的方法，包括根据对所述危险参数或所述热参数中的至少一个的感应来产生所选的危险状态的指数。
46.权利要求45所述的方法，包括根据感应的辐射能量来改变所述指数。
47.权利要求46所述的方法，包括根据感应的辐射能量来增大所述指数的幅度。
48.权利要求46所述的方法，包括至少部分根据所述感应的危险参数来产生所述指数。
49.权利要求46所述的方法，包括至少部分根据所述感应的热参数来产生所述指数。
50.权利要求48所述的方法，包括根据对有焰状态的感应来增大所述指数的幅度。
51.权利要求49所述的方法，包括将至少某些所述参数连接至远方位置，以供处理。
52.权利要求51所述的方法，包括在所述区域的分离位置至少感应所述能量辐射与所述危险参数。
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