DE2826888A1 - Rauchdetektor - Google Patents

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Rauchdetektor vorgeschlagen werden, bei dem der Verbrauch der als Energiequelle dienenden Batterie äußerst gering ist.

Diese wird durch einen Rauchdetektor erreicht, der einen Taktgeber zur periodischen Erzeugung von elektrischen Impulsen mit einer variablen, die Taktperiode bestimmenden Zeitgeberanordnung, eine durch den Taktgeber betätigte Lichtquelle zur Erzeugung von impulsförmigen Lichtsignalen, eine photoelektrische Alarmsteueranordnung, die durch Änderung der impulsförmigen Lichtsignale betätigt wird, um ein Alarmsignal zu erzeugen, das bei der Periode des Taktgebers wiederholt ausgesandt wird, und eine auf die Betätigung der Steueranordnung ansprechende Einrichtung aufweist, um die Zeitgeberanordnung und die Taktperiode zu variieren. Die Variation der Taktperiode kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Taktperiode von einer relativ langen Periode auf eine kürzere Periode verringert, so daß sich im Vergleich mit dem normalen Betrieb eine Einsparung an elektrischer Energie ergibt. Mit dem Begriff "wiederholte Aussendung des Alarmsignals" ist gemeint, daß das Alarmsignal wiederholt in aufeinanderfolgenden Taktperioden fortgesetzt wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen also darauf, daß die Lichtquelle eines optischen Rauchdetektors mit relativ langen Intervallen impulsförmige Lichtsignale aussendet, jedoch gleichzeitig die Zeitspanne reduziert, in der ein falscher Alarm, beispielsweise durch ein akustisches Signal, erfolgen kann. Dadurch ergibt sich eine Einsparung der von der Batterie gelieferten. Energie, so daß insgesamt der Stromverbrauch verringert werden kann.

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Die Erfindung schafft also einen batteriebetriebenen Rauchdetektor, bei dem die Streuung von Lichtstrahlen ausgenutzt wird. Dieser Rauchdetektor enthält eine Taktgeberschaltung, die einer LED-Lichtquelle Energieimpulse zuführt. Diese LED-Lichtquelle richtet die Lichtimpulse auf eine Bahn durch einen Raum, in dem das Vorhandensein von Rauch festgestellt werden soll. Dringt Rauch in diesen Strahlengang der impulsform! gen Lichtsignale ein, so streut er impulsförmige Lichtsignale zu einer Photodiode, deren Ausgangsspannung sich mit der Rauchdichte und dem entsprechenden Pegel der impulsförmigen Lichtsignale ändert. Eine Schwellwertstufe spricht auf die Spannung der Photodiode an, wenn diese Spannung über einem Schwellwert liegt, um einen Detektorimpuls zu erzeugen. Die Detektorimpulse und die Taktimpulse werden an eine Steuerschaltung mit einer logischen Schaltung mit Doppel-Daten-Flip-Flops (dual data-type flip-flop logic circuit) und von dort an eine Schwellenschaltung angelegt, die eine Quelle für ein ALarmsignal, beispielsweise ein Alarmhorn, antreibt.

Wenn die Rauchdichte und damit die Amplitude des Detektorimpulses einen vorher bestimmten Wert übersteigt, bewirkt die gleichzeitige Zuführung der Takt- und Detektorimpulse zu der Steuerschaltung, daß die Steuerschaltung anspricht und die Quelle für das Alarmsignal kontinuierlich solange erregt, wie die Detektorimpulse wiederholt bei der Taktfrequenz auftreten. Wenn eine als Störung auftretende Rauschspannung mit einem Taktimpuls zusammenfallen sollte, erregt die Steuerschaltung zwar die Quelle für das Alarmsignal, jedoch nur für die kurze Zeitspanne zwischen den Impulsen. Um den Batterieverbrauch und die Beanspruchung der Batterie zu verringern, wird die Zeitspanne zwischen den Impulsen durch entsprechende Auslegung der normalen Zeitkonstanten der Taktgeberschaltung relativ lang gemacht. Um jedoch die Zeitspanne zu verringern, in der ein falsches Alarmsignal abgegeben werden kann, wird die Zeitkonstante der Taktgeberschaltung wesentlich verkürzt, wenn die Steuerschaltung auf zusammenfallende bzw. gleichzeitig zugeführte

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Impulse anspricht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende, schematische Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Schaltdiagramm der Schaltungsanordnung eines elektronischen Rauchdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die dargestellte Schaltungsanordnung für einen Rauchdetektor weist allgemein eine Energiequelle 1 mit einer Trockenzellenbatterie B auf, die an Anschlüsse b angeklemmt ist, die mit positiven (+) und negativen oder Masse-(-) Stromleitungen verbunden sind. Die Batterie speist einen Taktimpulsgenerator 2, der Impulse elektrischer Energie an einem Taktanschluß C 1 einer als Lichtquelle 3 dienenden, lichtemittierenden Diode D2 (LED) zuführt, deren impulsförmige Lichtsignale auf der durch die Pfeile angedeuteten Bahn ausgestrahlt werden und bei der Streuung an Rauch eine Photodiode D2 einer Rauchfühlerschaltung 4 erregen. Wenn die Rauchdichte und das gestreute, impulsförmige Lichtsignal über einen vorher ausgewählten Wert hinaus ansteigen, überschreitet die durch einen Operationsverstärker U2 verstärkte Spannung der Photozelle den Schwellenwert eines Pegeldetektortransistors Q5 (2N3414). Das impulsförmige Ausgangssignal des Pegeldetektors steigt von einem minimalen, positiven Spitzenüegel.. 12*(durchgezogene Linie) auf einen maximalen negativen Spitzenpegel 12* (gestrichelte Linie). Diese Rauchfeststellungsimpulse 12* werden an den Dateneingang Da einer logischen Schaltung mit Doppel-Daten-Flip-Flops angelegt, wie beispielsweise der von der RCA mit der Bezeichnung CD4013AE hergestellten logischen Schaltung, die in dem RCA' 74 Data Book SSC-2038 COS/MOS Digital Integrated Circuits auf den Seiten 68 und 69 beschrieben ist. Im wesentlichen gleichzeitig damit oder damit zusammenfallend wird ein Taktimpuls 11 von dem Taktausgang CL an den Takteingang Ca des logischen Abschnittes U1a angelegt. Solange maximale, negative Feststellungsimpulse 12*an den Flip-Flop-Abschnitt ü1a gleichzeitig mit den Taktimpulsen 11 angelegt werden, schaltet der Abschnitt den Flip-Flop Uia in einen Zustand und hält ihn wiederholt in diesem Zustand, in

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dem sein inverses bzw. umgekehrtes Ausgangssignal Q*a maximal positiv ist und ausreicht, die Sperrvorspannung von zwei Transistoren Q4 (2N3413) und Q6 (D32H2) zu überwinden, die kontinuierlich eine Quelle für ein Alarmsignal, beispielsweise ein Horn bzw. einen Schalltrichter H, in einer Alarmschaltung 7 antreiben.

Batterreuberwachungs- und Diskriminier-Schaltungen 8A und 8b stellen jeweils die Spannung und den guten bzw. schlechten Energiezustand B fest. Diese Schaltungsanordnungen sind wesentlich für die Funktionsweise des Rauchdetektors nach der vorliegenden Erfindung. Eine "Batteriediskriminatorschaltung für Rauchdetektoren" ist in der schwebenden, deutschen Patentanmeldung, amtl. Aktenzeichen P 28 25 720.7 (Anwaltsakte A 2549) beschrieben.

Im folgenden sollen einige Zahlenwerte für die Bauteile dieser Schaltungen angegeben werden:

Batterie-Überwachung

Transistor Q 3 - 2N2907 Zener Diode D3 - 7VoIt Widerstand R8 - 470 Ohm Widerstand R 9- 470 Ohm

Batterie-Diskriminator

Transistor Q7 - 2N2907 Diode D7 - 1N4001

Widerstand R 13 - 1K0hm

Widerstand R 14 - iKOhm

Widerstand R 21 - 18K0hm

Kapazität C1 - 450 MF

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Wenn eine neue, zwischen die Batterieanschlüsse b geschalte-

B
te Batterie eine nicht ausreichende Energiemenge gespeichert hat, führt der Diskriminatortransistor Q3 dem Dateneingang Db eines zweiten Abschnittes ü1b des Doppel-Daten-Flip-Flops Störimpulse mit der Taktgeschwindigkeit bzw. Taktfrequenz zu. Der Flip-Flop legt dann Treiberirrpulse 14 von seinem Ausgang Qb an den Transistor Q4 für die Speisung der Schallquelle der Alarmeinrichtung 7 an, so daß diese Schallquelle intermittierend ertönt. In ähnlicher Weise führt die Batterieüberwachungsschaltung Störungsimpulse zu dem zweiten Flip-Flop-Eingang Qb, so daß sich ein intermittierender Alarm ergibt, wenn die Batterispannung unter einen nutzbaren Wert fällt.

Der Taktimpulsgenerator 2 weist einen asymmetrischen Multivibrator sowie zwei Transistoren Q1 (2N2907) und Q2(D32H2) auf, die durch einen Widerstand R5 (100 Ohm) gekoppelt sind. Die normale Periode zwischen den Impulsen des Multivibrators wird in erster Linie durch die Entladungszeit einer Widerstands-Kapazitäts-Zeitgeberschaltung bestimmt, die aus einem 1 MF-Kondensator C3 und einem 33 MOhm-Widerstand R2 besteht, obwohl andere Impedanzen in der Taktgeberschaltung ihre Zeitkonstante auf ungefähr 15 see. verringert. Der Zeitgeberkondensator C3 wird von einem 100 MF-Kondensator C2 durch den Emitter und die Basis des ersten Transistors Q1 , eine Diode D1 (1N4454), einen Widerstand R4 (22 Ohm) und den Kollektor-zu-Emitter-Stromkreis des zweiten Transistors Q2 aufgeladen. Wenn beide Takttransistoren während der Aufladung des Kondensators C3 leiten, tritt ein Taktimpuls 11 von ungefähr 140 Microsekunden Dauer an dem Taktausgang CL auf, und der Betriebsstrom wird durch die LED-Lichtquelle D2 gezogen. Der Zeitgeberkondensator beginnt dann seine Entladungsperiode .

Die normale Taktperiode wird durch die entsprechende Auslegung der Zeitgeberschaltung R2-C3 so ausgewählt, daß sie relativ lang ist, beispielsweise ungefähr 15 see. beträgt, um Batterieenergie zu sparen. Andererseits spricht jedoch

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der erste Abschnitt U1A der Alarmsteuerung manchmal auf eine Störspannung an seinem Dateneingang Da an, die durch momentane, hohe Rauchkonzentratxonen, Blitze von Umgebungslicht und Spannungsspitzen im Gebäudenetz bzw. in den Leitungen des Gebäudes oder in der Atmosphäre erzeugt werden, wenn diese Störspannung mit einem Taktimpuls zusammenfällt. Eine solche seltene, versehentliche Übereinstimmung würde den ersten Abschnitt U1A der AIrmasteuerung betätigen und das Alarmhorn H für die normale Periode von 15 see. in den Alarmzustand bringen,so daß es ein Alarmsignal abgibt. Diese Zeitspanne ist lang genug, um die Personen in dem Gebäude, in dem sich der Rauchdetektor befindet, aufmerksam zu machen, so daß sie an eine Gefahr glauben.

Dies wird jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung auf folgende Weise vermieden: Wenn der erste Abschitt ü1a der Io gischen Schaltung 6 für die Alarmsteuerung betätigt wird, werden die Taktperiode und damit die Dauer des von dem Horn abgegebenen Alarmsignals wesentlich verringert. Zu diesem Zweck ist ein Widerstand R27, dessen Widerstandswert wesentlich geringer, beispielsweise 18 MOhm, als der Widerstandswert des Widerstandes R2(33 MOhm) der Taktgeberschaltung ist, zwischen den Ausgang Qa des Alarmsteuerabschnittes U1a und den Zeitgeberkondensator C3 geschaltet, so daß er parallel zu dem Zeitgeberwiderstand R2 liegt, wenn der Steuerabschnitt U1a in den Alarmzustand gebracht wird, und zwar sowohl bei Störsignalen als auch bei einem Signal, welches das Vorhandensein von Rauch feststellt. Wenn sich das Alarm-(inverse) Ausgangssignal Q* a des Abschnittes ü1a der hohen positiven Spannung der positiven Leitung (+) beim Zusammenfallen eines maximalen, negativen Taktimpulses 11 und eines Rauchfeststellungssignals 12* oder seines Störäquivalentes nähert, nähert sich das Ausgangssignal Qa der negativen Spannung (-) der MasseMtung, mit welcher der Zeitgeberwiderstand R2 ebenfalls verbunden ist. Schaltet man die beiden Widerstände R2 und R27 parallel, so verringert sich ihr gemeinsamer Widerstand, und auch die Entladungszeit und die Taktperiode werden verringert. In dem angegebenen Beispiel erfolgt eine

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Verringerung um einen Faktor von näherungsweise 3, wie durch die Spannung 11* an dem Taktausgang CL dargestellt ist.

Ein durch Störungen verursachtes Alarmsignal wird dann nur 5 see. statt der oben erwähnten 15 sek . dauern. Eine weitere Verringerung auf eine Taktperiode und eine Alarmdauer von näherungsweise 1/2 see. können zweckmäßig sein. Obwohl echte Rauchfeststellungssignale auch bewirken, daß die Taktperiode verkürzt ist, gibt in diesem Zustand das Horn H ein kontinuierliches Alarmsignal ab, da das wiederkehrende Feststellungssignal 14 * , das durch Rauch verursacht wird, den Alarmsteuerabschnitt U1a widerholt im Alarmzustand hält.

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Claims (6)

MÜLLER-BORE · DVJTJl11PL · SCHÖN · HERTBL DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALTVON 1927-1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. D[PL-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS. Hl/Ma - A 2559 American District Telegraph Company, Inc. 15 !Exchange Place Jersey City, New Jersey 07303 USA Rauchdetektor Patentansprüche

1.J Rauchdetektor mit einem Taktgeber zur periodischen Er-Zeugung von elektrischen Impulsen mit einer variablen Zeitgeberanordnung, welche die Taktperiode bestimmt, weiterhin mit einer durch den Taktgeber betätigten Lichtquelle zur
Erzeugung von impulsformigen Lichtsignalen, und mit einer
durch Änderung der impulsförmigen Lichtsignale betätigten, photoelektrischen Alarmsteueranordnung zur Erzeugung eines Alarmsignals, das bei der Periode des Taktgebers wiederholt ausgesandt wird, gekennzeichnet durch eine auf die Betätigung der Steueranordnung (U1a, 6) ansprechende Einrichtung zur Änderung der Zeitgeberanordnung

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(R2, C3) und der Taktperiode.

2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberanordnung eine variable Impedanz enthält.

3. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberanordnung eine Schaltungsanordnung mit Widerstands- sowie kapazitiven Impedanzen enthält, und daß die Alarmsteuerung eine der Impedanzen ändert.

4. Rauchdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmsteuerung eine Anordnung enthält, die eine zusätzliche Impedanz in der Zeitgeberanordnung schaltet.

5. Rauchdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltanordnung eine Daten-Flip-Flop-Stufe mit einem Ausgang für das Alarmsignal und einem mit der Zeitgebe ranordnung gekoppelten inversen Ausgang aufweist.

6. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung durch die gleichzeitige Anlegung von Lichtimpulsen und Taktimpulsen betätigt wird.

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