DE2747692A1

DE2747692A1 - Fotoelektrischer rauchmelder

Info

Publication number: DE2747692A1
Application number: DE19772747692
Authority: DE
Inventors: Toru Hanahara; Kazushige Morisue; Takeshi Nakano; Kuniharu Tatetsuki
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-25
Publication date: 1978-04-27
Also published as: JPS5354000A; DE2747692C3; FR2369746A1; DE2747692B2; SE432161B; JPS6130320B2; SE7711904L; FR2369746B1

Description

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD., Osaka/Japan

Fotoelektrischer Rauchmelder

Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektrischen Rauchmelder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer impulsgesteuerten Lichtquelle und einem Lichtempfänger zur Aufnahme des an etwaigen Rauchteilchen gestreuten Lichtes, bei dem eine Auswertschaltung dafür sorgt, daß vorübergehende Störsignale nicht angezeigt werden.

In der US-PS3 917 956 ist eine solche Auswertschaltung beschrieben, die ein Flipflop enthält, dem das Ausgangssignal eines Verstärkers als Kippsignal und ein mit den Lichtblitzen synchrones Signal als Rückstellsignal zugeführt werden. Durch das Kippsignal wird ein Zeitglied angestoßen, das beim Auftreten von Rauch seinen Betriebszustand beibehält und so einen Alarm auslöst. Wenn dagegen ein einzelnes kurzzeitiges Störsignal auftritt, wird das durch dieses Störsignal gekippte Flipflop durch das nächste Synchronsignal zurückgestellt, so daß die Alarmvorrichtung nicht auf das Störsignal anspricht. Es kann hierbei aber vorkommen, daß das normalerweise durch ein Signal, das Rauch anzeigt, gekippte Flipflop durch ein Störsignal zurückgekippt wird,wenn dieses Signal dem mit dem Licht-

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blitz synchronisierten Signal Oberlagert ist, so daß der Alarm nicht rechtzeitig ausgelöst wird. Da ferner das mit den Lichtimpulsen synchronisierte Signal verwendet wird, ist es möglich, daB dieses Synchronsignal bei falscher Einstellung des Verstärkungsgrades dem Zeitglied zu früh zugeführt wird und hierdurch eine Fehlbetätigung hervorruft; die Schaltung muß also äußerst sorgfältig eingestellt werden, um diese Gefahr auszuschließen.

Eine andere Auswertschaltung ist in der japanischen Auslegeschrift Nr. 48-9O783 (1973) beschrieben. Hier ist ein monostabiler Impulsgenerator vorgesehen, der beim Auftreten eines Rauchsignals einmal betätigt wird und ein Zeitglied beaufschlagt. Das Seitglled enthält einen Kondensator, der sich anschließend langsam mit einer grösseren Zeitkonstante, als für das Aufladen benötigt wird, entlädt. Wenn das Zeitglied nur durch einen einzelnen Störimpuls betätigt wird und kein weiterer Impuls folgt, erreicht die Ladespannung keinen genügend hohen Pegel, um einen Alarm auszulösen. Nur wenn in regelmäßigen Abständen aufeinanderfolgende Lichtblitze den monostabilen Impulsgenerator mehrmals betätigen, lädt sich der Kondensator in dem Zeitglied so weit auf, daß die Alarmvorrichtung anspricht. Bei dieser Schaltungsanordnung besteht aber noch die Gefahr, daß das Zeitglied bereits nach einer geringeren als der vorgegebenen Anzahl von Impulsen anspricht, wenn zwei Störsignale so nahe aufeinanderfolgen, daß der zeitbegrenzende Kondensator sich noch nicht genügend entladen hat, d. h. bevor das Zeitglied vollständig zurückgestellt ist. Da ferner das Einsetzen des Alarms von der Höhe der Ladespannung des Kondensators abhängt, wird diese Schwelle von TemperaturSchwankungen, Alterungserscheinungen u. dgl. beeinflußt, so daß der Betrieb instabil v/erden kann.

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Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen fotoelektrischen Rauchmelder der angegebenen Art bereitzustellen, bei dem das zur Unterscheidung zwischen Rauchsignalen und Störsignalen dienende Zeitintervall keinen wesentlichen Schwankungen unterliegt und Falschbetätigungen zuverlässiger als bisher vermieden werden.

Zu diesem Zweck enthält die Auswertschaltung erfindungsgemäß gesteuerte Lade- und Entladekreise, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß während des Auftretens eines Empfangsimpulses der Ladekreis des Kondensators geschlossen und der Entladekreis geöffnet ist, sowie daß während der Sperrintervalle des monostabilen Impulsgenerators der Ladekreis geöffnet und der Entladekreis geschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist also die Verwendung der Lichtemissionssignale als Rückstellsignal für die Auswertschaltung vermieden; der zeitbegrenzende Kondensator im Zeitglied wird vielmehr rasch vollständig entladen und somit auf alle Fälle zurückgestellt, bevor der nächste Lichtblitz eintrifft. Die Ladespannung des Kondensators wird nur zur Festlegung des Auslösepegels der Alarmvorrichtung benutzt, während zur Speisung derselben die allgemeine Betriebsspannungsquelle herangezogen wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin sind

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der neuen Auswertschaltung,

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Fig. 2 ein Betriebsdiagramm derselben im Wartezustand, Fig. 3 ein Betriebsdiagramm beim Auftreten von Rauch,

Fig. 4 ein Betriebsdiagramm beim Auftreten einer kurzzeitigen Störung,

Fig. 5 ein Betriebsdiagramm beim Auftreten eines ständigen Rauschens,

Fig. 6 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels und

Fig. 7 ein Betriebsdiagramm des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6.

Bei dem in Fig. 1 im Schaltbild dargestellten Rauchmelder bedeutet X den Lichtemissionsteil und Y den Lichtempfangsteil. Im Lichtemissionsteil X wird ein Lichtblitz P (s. Fig. 2) erzeugt, wenn ein Transistor Tr₁ mit einem Impuls von einem impulserzeuger A durchgesteuert wird und infolgedessen eine Leuchtdiode D mit einem elektrischen Stromimpuls beaufschlagt wird.

Der Lichtempfangsteil Y enthält einen Lichtempfänger (Fotodiode) D_R, einen Vorverstärker 1, einen Pegeldetektor 2, einen monostabilen Impulserzeuger 3, einen Kondensatorladekreis 4, einen Entladekreis 5 und eine Ausgangsstufe

Der Vorverstärker 1 enthält einen linearen Verstärker LA, dessen Ausgangssignal über einen Kondensator C. auf den Pegeldetektor 2 gegeben wird. Der Pegeldetektor 2 besteht aus einem zweistufigen Verstärker mit den Transistoren Tr₂

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und Tr,, dessen Ausgangssignale an der Verbindungsstelle zweier Serienwiderstände R. und R.
Transistors Tr₃ abgenommen werden,

zweier Serienwiderstände R. und R_ im Kollektorkreis des

Der monostabile Impulsgenerator 3 enthält die Transistoren Tr₄, Tr₅ und Tr,. Der Kollektor des Transistors Tr₄ ist über die Reihenschaltung der Widerstände R_ und R₄ an die Gleichspannungsquelle V gelegt und der Emitter dieses

CC

Transistors ist geerdet. Ein Kondensator C- liegt zwischen den Kollektoren der Transistoren Tr. und Tr,; der Emitter

4 ο

vom Transistors Tr, ist ebenfalls geerdet. Zwischen Kollektor und Emitter des Transistors Tr₄. ist eine Diode D, in

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Sperrichtung geschaltet. Die Basis des Transistors Tr₅ ist mit der Verbindungsstelle der Widerstände R, und R₄ verbunden, der Emitter desselben ist an die Gleichspannungsquelle V gelegt und der Kollektor ist über die Reihenschaltung der Widerstände R₅ und R_g geerdet. Die Verbindungsstelle der Widerstände R₅ und R_ß ist mit der Basis von Transistor Tr, verbunden.

Der Kollektor des Transistors Tr^ ist mit der Basis eines Transistors Tr- in der Ausgangsstufe 6 über eine Diode D- und einen Widerstand R- verbunden. Die Basis des Transistors Tr- ist fiber einen Kondensator C- geerdet und außerdem mit dem Kollektor eines Transistors Tr- verbunden. Die Diode D₂ und der Widerstände R- bilden mit dem Kondensator C- den Ladekreis desselben mit der Zeitkonstante CR. Der Transistor Tr_R ist an seinem Emitter geerdet; seine Basis ist einerseits über einen Widerstand R₉ an Erde gelegt und andererseits über eine Diode D- und einen Widerstand R₀ an die Gleichspannung V angeschlossen. Die Ver-

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bindungsetelle des Widerstandes Rg und der Diode D_ ist über eine Diode D. mit dem Kollektor des Transistors Tr,

4 ο

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verbunden. Der Transistor Tr«, die Widerstände R_R und R und die Dioden D₃ und D₄ bilden den Entladekreis 5 für den Kondensator C-.

Der Emitter des Transistors Tr- ist mit der Basis eines Transistors Tr _g verbunden, dessen Kollektor an der Gleichspannungsquelle V _ liegt, während der Emitter

CC

über einen Widerstand R._Q geerdet ist. Die Transistoren Tr₇ und Tr₉ bilden mit dem Widerstand R-_Q die Ausgangsstufe 6.

Die Arbeitsweise der so ausgebildeten Auswertschaltung wird nachstehend an Hand der Fig. 2 bis 5 für drei verschiedene Betriebszustände beschrieben, nämlich für den Wartezustand, das Auftreten von Rauch und von Störlicht verschiedener Art.

I - Wartezustand

Wie Fig. 2 zeigt, tritt der Lichtblitz P periodisch auf. Falls kein Rauch in dem von der Fotodiode D_ erfaßten Bereich vorhanden ist, verbleibt der Empfangsimpuls A auf einem niedrigen Niveau, so dafi der Impulsgenerator 3 nicht angestoßen wird. Da also das Ausgangssignal des Impulsgenerators 3 Null ist, bleibt der Entladekreis 5 durchgeschaltet, d.h. der Kondensator C₃ wird ständig über einen geringen Widerstand entladen und das Ausgangssignal der Ausgangsstufe 6 kann den Alarmpegel nicht erreichen.

II - Auftreten von Rauch

Wenn Rauch auftritt und in den Rauchmelder eindringt, nimmt das Eingangssignal A des Pegeldetektors 2 einen hohen Wert an (Fig. 3). Mit dem ersten Impuls A wird der Impulsgenerator 3 angestoßen und gibt ein Ausgängssignal ab,

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durch das der Kondensator C-, im Ladekreis 4 aufgeladen wird. Wenn der Eingangsimpuls A verschwindet, beginnt die Aufladung des Kondensators C_ in der Stufe 3. Die Zeitkonstante des monostabilen Impulsgenerators 3 ist jedoch so gewählt,daß seine Rückkippzeit länger als die Periode der Lichtblitze P ist. Wenn der zweite Empfangsimpuls ebenfalls ein hohes Niveau hat, bewirkt er, daß der monostabile Impulsgenerator 3 erneut angestoßen wird und seine Arbeitslage beibehält; wenn also laufend Impulse am Eingang des Impulsgenerators 3 eintreffen, deren Pegel die Kippschwelle überschreitet, bleibt der Ausgang auf hohem Niveau. Infolgedessen ist ständig der Entladekreis 5 des Kondensators C_ gesperrt und stattdessen ist der Ladekreis 4 durchgeschaltet, so daß der Kondensator C- sich allmählich auflädt. Wenn das Potential dieses Kondensators C, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, erzeugt die Ausgangsstufe 6 ein Ausgangssignal, das z. B. einen Feuer- oder Rauchalarm auslöst. Es empfiehlt sich, diese Alarmfunktion bereits auszulösen, wenn mindestens der zweite aufgefangene Lichtblitz eine bestimmte Stärke überschreitet.

III - Störlicht

Es sind kurzzeitige (diskontinuierliche) Störimpulse und kontinuierliche Untergrundbeleuchtung zu unterscheiden. Die beschriebene Anordnung reagiert auf keine dieser beiden Störlichtquellen.

a) Diskontinuierliche Störungen (Fig. 4). Wenn eine kurzzeitige Störung N auftritt, wird der monostabile Impulsgenerator 3 angestoßen und bleibt während eines Intervalls in Arbeitslage, das so gewählt ist, daß an seinem Ende die Aufladung des Kondensators C. noch nicht

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die Ansprechschwelle zur Betätigung des Alarmsignals erreicht hat. Nach der Beendigung dieses Intervalls kehrt das Ausgangssignal des Impulserzeugers 3 auf den Wert Null zurück, wenn in der Zwischenzeit nicht ein erneuter Lichtimpuls empfangen wurde. Durch die Rückstellung des Impulsgenerators 3 wird der Entladekreis 5 durchgeschaltet und entlädt den Kondensator C-, so daß der Ausgangskreis 6 den zur Auslösung des Alarmsignals erforderlichen Pegel nicht erreicht.

b) Kontinuierliche Störungen (Fig. 5).

Wenn ein Dauergeräusch N auf die Transistoren Tr₅ und Tr_g des monostabilen Impulserzeugers 3 gelangt, wird der Impulserzeuger 3 während des oben beschriebenen Intervalls gekippt und danach zurückgestellt. Wenn anschließend durch weitere kurze Störimpulse der Impulserzeuger 3 gekippt wird, behält er diesen Zustand nur für eine kurze Zeit bei, während welcher der Kondensator C. nur um einen Bruchteil seiner Ableitung aufgeladen und unmittelbar danach wieder unterbrochen wird und dieses Hin- und Herschalten wiederholt sich, solange das Geräusch andauert. Durch dieses ständige Kippen und Rückkippen des Impulsgenerators 3 arbeitet auch der Entladekreis 5 für den Kondensator C₃ nur intermittierend, so daß das Potential des Kondensators C- nicht auf den Pegel ansteigen kann, der zur Betätigung des Alarmsignals durch den Ausgangskreis 6 ausreicht.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der lichtemittierende Teil einen Impulsgenerator 11 zur periodischen Erzeugung von Sendeimpulsen und ein lichtemittierendes Element 12, das von diesen Impulsen beaufschlagt wird. Der Lichtempfangeteil enthält einen Lichtempfänger 13, einen Detektorteil 14, bestehend aus einem

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Verstärker 20 und einem Pegeldetektor 21, eine Pulsladestufe 15, zwei Differentialkomparatoren 16 und 19, einen Lade- und Entladekreis 17 und eine Betätigungsstufe 18.

Wenn der Lichtempfangsteil einen Lichtimpuls aufnimmt, gelangt ein Signal vom Verstärker 20 auf die Reihenschaltung zweier Widerstände R₁₁ und R,₂» deren Verbindungsstelle mit der Basis eines Transistors Tr₁₁ verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors ist geerdet und der Kollektor über die Widerstände R₁ _ und R . an eine Cleichpasnungsquelle V gelegt. Andererseits ist der Emitter eines Transistors Tr,- mit der Gleichspannungsquelle V verbunden, die Basis dieses Transistors liegt an der Verbindungsstelle der Widerstände R₁, und P₁₄ und der Kollektor ist über einen Widerstand R₁₅ und die Parallelschaltung eines Kondensators C₁₁ und eines Widerstandes R,,

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an Erde gelegt. In der Pulsladestufe 15 macht ein Ausgangssignal des Pegeldetektors 21 den Transistors Tr₁₂ leitend, so daß der Kondensator C₁₁ rasch aufgeladen v/ird. Bis der nächste Impuls eintrifft, wird die Ladung des

Kondensators C-- über den Widerstand R₁, entladen, wobei 11 Ib

die Zeitkonstante durch den Kondensator C₁₁ und den Widerstand R-- bestimmt ist (s. Diagramm (c) in Fig. 7). Das Intervall, in welchem die Ausgangsspannung der Pulsladestufe 15 oberhalb eines Vergleichspegels L_ im ersten Differentialkomparator 16 im nächsten Schritt bleibt, ist gleich groß oder langer als die Pulsperiode des Impulserzeugers 11 im Sendeteil.

Im ersten Differentialkomparator 16 sind die Emitter der Transistoren Tr₁₃ und Tr,. über einen gemeinsamen Vorwiderstand R_ mit der Gleichspannungsauelle V verbunden,

JL * C C

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während die Kollektoren dieser Transistoren über getrennte Widerstände R._ft und R.« geerdet sind. Dieser erste Differentialkomparator 16 vergleicht die Ausgangsspannung des Pulsladekreises 15 mit dem Vergleichspegel L₂, der durch Widerstände R_2Q und P,. bestimmt ist. Wenn nämlich die Ausgangsspannung des Pulsladekreises 15 den Pegel L₂ übersteigt, wird die Kollektorspannung des Transistors Tr.- kleiner als diejenige des Transistors Tr..; wenn dagegen die Ausgangsspannung des Pulsladekreises 15 unterhalb des Pegels L. liegt, wird die Kollektorspannung des Transistors Tr₁₃ größer als die Kollektorspannung des Transistors Tr₁₄ (s. Diagramme (d) in Fig. 7).

Im Lade- und Entladekreis 17, der die Transistoren Tr₁₇, Tr.g und Tr.q enthält, ist der Transistor Tr₁₈ mit seinem Kollektor über die Serienwiderstände R₃, und R₂₂ mit der Gleichspannungsquelle V verbunden und an seinem Emitter

CC

unmittelbar geerdet, während die Basis mit dem Kollektor des Transistors Tr.₄ im ersten Differentialkomparator 16 verbunden ist. Der Transistor Tr.. ist mit seinem Emitter an die Gleichspannungsquelle V unmittelbar angeschlossen,

CC

liegt mit der Basis an der Verbindungsstelle der Widerstände R₂₁ und R₂₂ und ist mit dem Kollektor über einen Widerstand R₃₃ mit einer Seite eines Kondensators C₁₂ verbunden. Die andere Seite des Kondensators C.- 1st geerdet. Der Transistor Tr,- ist mit seinem Kollektor an die nicht geerdete Seite des Kondensators C₁- angeschlossen, liegt mit dem Emitter an Erde und ist an seiner Basis mit dem Kollektor des Transistors Tr₁₃ im ersten Differentialkomparator 16 verbünden. Dieser Lade- und Entladekreis ist so eingerichtet, daB die Kollektorspannungen der Transistoren Tr₁₃ und Tr₁₄ des ersten Differentialkomparators

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ausgewertet werden, und zwar wird der Kondensator C₁₂verhältnismässig langsam aufgeladen, wenn die Kollektorspannung des Transistors Tr. ₃ unter derjenigen des Transistors Tr₁₄ liegt; wenn dagegen die Kollektorspannung des Transistors Tr,₃ diejenige des Transistors Tr.₄ übersteigt, wird die Ladung des Kondensators C._ rasch abgeführt.

Im zweiten Differentialkomparator 19, der im wesentlichen die Transistoren Tr₁₅ und Tr,_g enthält, sind die Emitter dieser Transistoren über einen gemeinsamen Vorwiderstand R_₄ mit Erde verbunden. Der Transistor Tr_1ß ist an seiner Basis mit der nicht geerdeten Seite des Kondensators C₁₂ und an seinem Kollektor mit der Basis eines Transistors Tr_₀ verbunden, der den Betätigungskreis 18 bildet. Der Transistor Tr₁₅ ist an seiner Basis mit der Verbindungsstelle der Serienwiderstände R₃₀ und R₃₁ verbunden und liegt mittels seines Kollektors an der Gleichspannung V . Um die Anzahl der Bauteile zu verringern, wird im zweiten Differentialkomparator 19 die Klemmenspannung des Kondensators C₁₂ mit dem gleichen Spannungspegel L₂ verglichen, der im ersten Differentialkomparator 16 als Bezugspegel verwendet wurde, obwohl dies nicht unbedingt nötig wäre. Wenn z. B. gemäß Diagramm (f) in Fig. 6 drei Lichtimpulse empfangen werden und dadurch die Klemmenspannung des Kondensators C₁₂ den Vergleichspegel L₂ erreicht, liefert der Betätigungskreis 18 ein Ausgangssignal gemäß Diagramm (g) in Fig. 7.

In der beschriebenen Schaltung wird das Eingangsimpulssignal auf eine feste Länge verbreitert und es wird kein Impuls, sondern eine feste Gleichspannung derart auf den Kondensator C₁_ gegeben, daß mit nur einem Impulssignal die Aufladung des Kondensators nicht genügt, um einen

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festen Pegel zu erreichen; erst mit zwei oder mehr Ausgangsimpulsen erreicht das Potential des Kondensators C₁₂ den Vergleichspegel L_; dadurch lassen sich Fehlbetätigungen durch kurze Störsignale weitgehend ausschalten.

Der erste Differentialkomparator dient nach Feststellung der Spannung, mit welcher der Kondensator C₁₁ impulsmäßig aufgeladen wurde, zur Festlegung einer Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators, um so mindestens während eines Intervalls, das die Pulsperiode der Sendeimpulse übersteigt, den gleichen Zustand aufrechtzuerhalten.

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Leerseite

Claims

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• Mund Λ» <W. Apollowc* V». Tel. SIt 45 79

2*%. Okt. 1977

München, den 27/045

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD., Osaka/Japan

Patentansprüche

Fotoelektrischer Rauchmelder mit periodisch aufblitzender Lichtquelle und einem Lichtempfänger zur Feststellung des an Rauchteilchen gestreuten Lichtes, sowie einer Auswertschaltung mit einem monostabilen Impulsgenerator, der bei Erregung des Lichtempfängers angestoßen wird und einen impuls abgibt, der die Aufladung eines Kondensators bewirkt, von dessen Ladezustand die Alarmauslösung abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (C-) schaltbare Lade- und Entladekreise (4, 5) derart zugeordnet sind, daß in der Arbeitslage des monostabilen Impulsgenerators (3) der Ladekreis (4) des Kondensators eingeschaltet und der Entladekreis (5) gesperrt sind, sowie daß in der Ruhelage des Impulsgenerators der Ladekreis gesperrt und der Entladekreis eingeschaltet sind.

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2. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zeitkonstante des Ladekreises (R₇, C-) so gewählt ist, daß nach mindestens zweimaligem Anstoßen des monostabilen Impulsgenerators (3) die Klemmenspannung des Kondensators einen zur Betätigung der Alarmvorrichtung ausreichenden Wert erreicht hat.
3. Rauchmelder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Pegeldetektor (2), der das Ausgangssignal des Lichtempfängers (1) verstärkt und den monostabilen Impulsgenerator (3) mit einem Kippimpuls beaufschlagt, wenn das Ausgangssignal des Lichtempfängers einen vorbestimmten Pegel überschreitet.
4. Rauchmelder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an den Pegeldetektor (20) angeschlossenen Impulsladekreis (15), einen ersten Differentialkomparator (16), der durch eine vorgegebene Ausgangsspannung des Impulsladekreises umgesteuert wird, einen Lade- und Entladekreis (17), der den Kondensator (C.₂)auflädt, wenn das Ausgangssignal des ersten Differentialkomparators umgesteuert wird, und den Kondensator rasch entlädt, wenn der erste Differentialkomparator in die Ruhelage zurückkehrt, einen zweiten Differentialkomparator (19), der die AusgangsSignale des Lade- und Entladekreises (17) mit

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einem vorbestimmten Bezugssignal vergleicht, und einen Ausgangskreis (18), der mit dem Ausgangssignal des zweiten Differentialkomparators beaufschlagt wird, falls der vorbestimmte Signalpegel zur Betätigung der Alarmvorrichtung erreicht oder überschritten ist.

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