DE3140678A1 - "feuerdetektor" - Google Patents

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich .auf einen zum Auslösen von Feueralarm und dergleichen verwendbaren Feuerdetektor.

Bekanntlich sendet ein .nicht-f;l.ammenbil.den.des Objekt Infrarot-Strahlen mit einer dem Planck'sehen Gesetz entsprechenden Spektralverteilung aus, un<d dafeei wird das Maximum des Spektrums mit steigender Objekttemperatur in Richtung auf -die kürzeren Wellenlängen verschoben. Siehe hierzu die je einer Temperatur von 100°, 400° und 1800⁹C entsprechenden Kurven a, b und c in Fig. 1.

Dagegen sendet ein Flammen erzeugendes Objekt Infrarot-Strahlen (nachstehend kurz IR^Strahlen genannt) mit einer nicht dem Planck'sehen Gesetz entsprechenden, statt dessen unregelmäßig und wellig verlaufenden Spektralvertexlung gemäß Kurve d in Fig. 1 aus, weil die bei der Verbrennung einer organischen Verbindung erzeugten IR-Strahlen mit dem ebenfalls bei dieser Verbrennung entstehenden heißen CO₂-GaS in Resonanz liegen', absorbiert und dann noch einmal in Form von IR-Strahlen mit der Strahlungs-Resonanzfrequenz des CO₂ von etwa 4,3μΐη_ Wellenlänge abgestrahlt werden. Dieser Effekt wird als CO-«-Resonanzstrahlung bezeichnet.

Eine Vorrichtung zum Erkennen eines Brandes aus der Differenz zwischen der Strahlungsmenge bzw. -stärke im Bereich um 4,3nm und der bei 3,5μπι, wo mit oder ohne Maximum bei 4,3um keine CO₂" Resonanzstrahlung auftritt, wurde schon vorgeschlagen, hat aber , den Nachteil, daß sie durch von einem nicht-brennenden Objekt wie einem Ofen ausgehende Strahlen gestört wird und dann nicht einwandfrei funktioniert, weil 2. B. ein nicht-brennendes Objekt mit einer Temperatur von etwa 400⁰C ein ähnliches Strahlungs-Maximum bei 4,3μπι hat wie das Spektrum der C0₂-Resonanzstrahlung;

siehe Kurve b in Fig. 1. Da in einem solchen Fall der Strahlungsmengenvergleich zwischen 4,3μπι und 3,5μπι, wo keine CO-^-Resonanz-

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strahlung stattfindet, verfälscht wird, kann Feuer nicht mehr sicher festgestellt werden.

Auf der Suche nach einem Weg zur Vermeidung dieser Fehlerquelle wurde kürzlich die Aufmerksamkeit auf die Differenz zwischen dem Flankenwinkel· des Spektrums der von der CO_-Resonanzstrahlung ausgehenden IR-Strahlen und dem des Spektrums der von einem nicht-brennenden Objekt ausgehenden IR-Strahlen gerichtet. Eine mit der japanischen Offenlegungsschrift 54-9335 bekannt gewordene Vorrichtung kann Feuer daran feststellen, ob das Verhältnis zwischen der Strahlungsmenge bei 4,3μπι und der bei 3,5um einen Vorgabewert überschreitet. Eine andere mit der jap.^offenlegungsschrift55-33n9 veröffentlichte Vorrichtung erkennt eine Flammenbildung daran, wenn das Ergebnis der Beziehung (e. ₃ - e,- ..) - (e^ j. ~ ^e4 o) größer als ein vorgegebener Wert ist. e, , entspricht jeweils der bei der Wellenlänge von 3,5 bzw. 4,3 bzw. 5,1 um ermittelten Strahlungsmenge.

Zwar kann bei passend ausgesuchten Vorgabewerten eine Fehlfunktion bei den bekannten Vorrichtungen einigermaßen sicher vermieden werden, dafür wird aber eine sehr komplizierte Schaltung benötigt, die den Vorgabewert als Bezugswert stabil einhalten können muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feuerdetektor zu schaffen, der Flammen zuverlässig und unbeeinflußbar durch die vorstehend angegebenen Störeinflüsse erkennen kann.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind im nachfolgenden Beschreibungsteil bzw. in den Unteransprüchen enthalten.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, einen Feuerdetektor so zu gestalten, daß er den Ausbruch eines Feuers durch Ermitt-

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lung der jeweils vorhandenen Stärken von einer für Flammen charakteristische Wellenlänge aufweisenden Strahlung und von einer durch ein Flammen entwickelndes heißes Objekt abgegebenen sowie in einem Minimum bzw. relativen Minimum im Spektrum zwischen beiden Wellenlängenbereichen vorhandenen Infrarot-. Strahlung und durch Vergleichen der festgestellten Strahlungsmengen oder -stärken erkennt.

Es wurde vor allem festgestellt, daß das Spektrum der von einem Flammen erzeugenden heißen Objekt ausgehenden IR-Strahlen zwei Maxima - nämlich eines in der Nähe der CO^-Resonanzstrahlungs-Wellenlänge von 4,3μΐη und ein zweites durch vom brennenden heißen Objekt ausgehende IR-Strahlen verursachtes im Bereich von etwa 2 bis 3um (Kurve d in Fig. 1) bei relativ grober Verteilung hat. Aufgrund dieser Erkenntnis wurde der erfindungsgemäße Feuerdetektor entwickelt, a_er unbeeinflußbar und bezugswertfrei erkennt, ob zwischen beiden Wellenlängenbereichen ein Minimum in der Spektralverteilung vorhanden ist oder nicht.

Die auf der oben erläuterten C0₂-Resonanzstrahlung beruhende Strahlung mit der für Flammen typischen Wellenlänge hat ihr Maximum bei 4,3μπι. Ein durch Verbrennen organischer Verbindungen aufgeheiztes Objekt erreicht etwa 800° bis 1000⁰C und erzeugt IR-Strahlen, deren Maximum etwa in dem hier gewählten Wellenlängenbereich von 2,5μπ» liegt. Zwischen diesen beiden Wellenlängen hat das Spektrum ein Minimum, zu dessen Erkennung die Wellenlänge von 3,5|im gewählt worden ist. Ein Vergleich der bei diesen drei Wellenlängen gemessenen Strahlungsmengen bzw. -stärken erlaubt die sichere Feststellung, ob das Strahlungsspektrum zwischen den beiden Maxima ein Minimum hat oder nicht. Wenn das Minimum vorhanden ist, dann handelt es sich mit Sicherheit um ein brennendes Objekt bzw. um ein Feuer, weil ein keine Flammen entwickelndes heißes Objekt nach dem Planck¹sehen Gesetz kein Minimum im Spektrum haben kann. Folglich kann die Existenz eines

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Minimum bzw. relativen Minimum im IR-Strahlenspektrum als sicheres Kriterium für das Vorhandensein von Flammen ausgenutzt werden.

Ein bevorzugtes: Ausführungsbeispiel und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung mit IR-Strahlenspektren

eines nicht-brennenden und eines Flammen erzeugenden Objekts, und

Fig. 2 das Blockschaltbild zu einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feuerdetektors.

Der Feuerdetektor in Fig. 2 besitzt drei Sensoren 1, 2 und 3 für Infrarot- (nachstehend kurz als IR-bezeichnet) Strahlen, von denen jeder durch Ausstattung mit einem Bandpaßfilter so präpariert ist, daß er selektiv nur IR-Strahlen einer bestimmten Wellenlänge aufnehmen kann. So mißt der Sensor 1 die Stärke der IR-Strahlung bei 2,5um, Sensor 2 bei 3,5um und der Sensor 3 bei etwa 4,3μΐη Wellenlänge. Die hier verwendeten IR-Sensoren 1, 2 und 3 sind Halbleiterausführungen; es könnten aber auch pyroelektrische Typen o. dgl. benutzt werden. Der durch einen Verstärker 4 verstärkte Ausgang e_ j- des Sensors 1 und der durch einen Verstärker 5 verstärkte Ausgang e^ ₅ des Sensors 2 werden durch einen nachgeschalteten Komparator 7 miteinander verglichen. Parallel dazu vergleicht ein zweiter Komparator 8 den vom Sensor 2 stammenden Ausaang e_. ^ mit dem durch einen Verstärker 6 verstärkten Ausgang e. -. des Sensors 3. Jeder dieser Kompa-• ratoren 7 und 8 gibt nur dann ein Ausgangssignal an ein nachgeschaltetes UND-Glied ab, wenn e₂ 5^e_{3 5} und wenn e₃ 5<^e ₄ 3 ist. Bei gleichzeitigem Zugang der Ausgangssignale beider Komparatoren 7 und 8 gibt das UND-Glied 9 ein Alarmsignal ab.

Folglich wird nur dann Alarm ausgelöst, wenn die Sensoren 1...3 IR-Strahlen von einem Flammen entwickelnden Objekt mit einem

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der Kurve "d" in Pig. 1 entsprechenden Strahlungsspektrum aufnehmen und die Schaltung des Detektors in Fig. 2 die Bedingung

^(e2,5 >^e3,5> ^ünd <^e3,5 <· ^e4,3> erkannt hat.

Wenn dagegen IR-Strahlung von einem heißen aber keine Flammen entwickelnden Objekt empfangen wird, löst der Feuerdetektor keinen Alarm aus, weil die von beliebig heißen Objekten ausgehenden IR-Strahlen k e i η Minimum im, Spektrum haben, wenn keine Flammenbildung vorhanden ist.

Ein falsches Reagieren des Feuerdetektors auf Heizgeräte wie Gasöfen o. dgl., bei denen auch häufig die CO„-Resonanzstrahlung auftritt, kann entweder durch Verwendung pyroelektrischer IR-Sensoren, welche Strahlungsmengen an ihren Differenzwerten feststellen, oder durch Nachschaltung eines nur IR-Strahlen mit zwischen einigen Hz und einigen -zig Hz liegenden Frequenzen durchlassenden Bandnaßfilters- hinter den (nicht-pyroelektrischen) Sensoren verhindert werden. Von einem normalen Feuer ausgehende IR-Strahlen schwanken in ihrer Stärke bzw. flackern mit zwischen einigen Hz bis einigen -zig Hz liegenden Frequenzen. Dieses Flackern fehlt in der von Objekten wie Gasöfen ausgehenden Strahlung, da sie nicht brennen.

Der erfindungsgemäße Feuerdetektor kann durch Vergleichen der in drei definierten Wellenlängenbereichen des Strahlenspektrums ermittelten Strahlungsgrößen das Entstehen eines Brandes sicher, unbeeinflußt durch Störfaktoren und ohne die Notwendigkeit der ' Vorgabe eines Normal- oder Bezugswertes feststellen.

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Claims (6)

.'■':-■ ... -..: :■ 31A0678 PATE NTAN WALTE TER MEE R-M Ü L. L E R - S T E I N M El S T E R Beim Europäischen Palentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives bolore tho European Patent Oftico Marid;>tai[tis agraos pres l'Olflct) ouropüon (Jes brevets Dipl.-Chern. Dr. N. ter Meer Dipl -Ing. H. Sloinmoister f' Artur-Le.debecU-Slraeae 51 D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1 ; Case: HO - 53 13, Oktober 1981 x- Mü/Gdt Horiba, Ltd. 2 Miyanohigashi-machi, KjTäsyoin, Minami-ku, Kyoto, Japan. Feuerdetektor Priorität: 18. Oktober 1980, Japan., No. 5^-145933 PATENTANSPRÜCHE

1. Feuerdetektor, gekennzeichnet durch

- Sensoren (1, 2, 3) zur separaten Ermittlung von in bestimmten Strahlungs-Wellenlängenbereichen vorhandenen Strahlungsmengen oder -stärken, welche typisch sind für

eine Flamme, . . ■

von einem Flammen entwickelnden Objekt ausgehende Infrarot-Strahlen und .

ein zwischen den beiden anderen Wellenlängen liegendes Minimum im Spektrum,
und .

- eine Schaltung (7, 8, 9) zum Vergleichen der Sensor-Ausgangssignale zwecks Erkennung, ob in dem Verlauf der Spektralverteilung der Strahlen ein Minimum oder relatives Minimum vorhanden ist.

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2. Feuerdetektor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß drei Sensoren (1, 2, 3) vorhanden und durch Bandpaßfilter so einstellbar sind, daß sie selektiv IR-Strahlen in einem bestimmten Wellenlängenbereich aufnehmen.

3. Feuerdetektor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet/ daß jeweils einem der Sensoren (1,2,3) der Wellenlängenbereich bei 2,5μΐη, 3,5μΐη bzw. 4,3μπι zugeordnet ist.

4. Feuerdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3/

dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (1...3) Infrarot-Strahlungsdetektoren sind.

5. Feuerdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (1...3) Infrarot-Strahlungsdetektoren eines pyroelektrischen Typs sind.

6. Feuerdetektor nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge von je zwei Sensoren (1,2 und 2,3) durch Komparatoren (7, 8) verglichen werden, welche bei Erfüllung der Bedingung

^(e2,5>^e3,5^{) Und {e}3,5<^e4,3⁾
die Abgabe eines Alarmsignals veranlassen , wobei mit ^e _Tnj_p:x.

die Sensor-Signalausgangssparnung bei Wellenlängenwerten von 2,5 bzw. 3,5 bzw. 4,3 pm bezeichnet ist.