DE3611816C2

DE3611816C2 -

Info

Publication number: DE3611816C2
Application number: DE3611816A
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Chiba Jp Ishii
Original assignee: Hochiki Kk Tokio/tokyo Jp
Current assignee: Hochiki Kk Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1993-02-25
Also published as: DE3611816A1; NO861354L; GB2173622B; FI87023C; FR2580100B1; JPS61233896A; NO169512C; FI87023B; GB8608605D0; US4749987A; GB2173622A; FI861398A; FI861398A0; CH666134A5; NO169512B; AU587813B2; FR2580100A1; AU5575486A; JPH0719315B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Analog-Feuerdetektor sowie eine Feueralarmanlage, die mit derartigen Feuerdetektoren ausgestattet ist.

Im Stand der Technik gibt es Feueralarmanlagen mit sogenannten Ein-/Aus-Feuerdetektoren. Diese liefern ein Signal "Feuer", wenn eine überwachte, physikalische Größe, z. B. Wärme, Rauchentwicklung oder dergleichen, einen Schwellenwert übersteigt. Derartige Ein-/Aus-Feuerdetektoren sind jedoch insbesondere bei Verwendung in sensiblen Bereichen problematisch, da häufig Fehlalarme ausgelöst werden. Ist ein solcher Detektor z. B. in einer Küche installiert, wo kurzfristige, aber völlig harmlose Rauch- und Wärmeentwicklungen stattfinden, so liefern die Detektoren häufig falsche Feuersignale.

Empfindliche und "intelligentere" Feuerdetektoren sind analog arbeitende Systeme. Anstelle eines Ein-/Aus- Signals wird einer Zentrale ein analoges Zustandssignal übermittelt (DE 23 41 087 B2). Bei dem bekannten System erfolgt die Übertragung der einzelnen Analogsignale im Frequenz-Multiplexbetrieb, wobei die Zentrale innerhalb einzelner Zeitfenster die Feuerdetektoren abfragt. Durch Auswerten der zur Zentrale übermittelten Analogsignale, beispielsweise durch Berechnen eines Differentialquotienten aus dem übermittelten Signal, läßt sich ein Vorhersagewert ermitteln. Dadurch läßt sich eine genaue und rasche Erkennung eines Feuerausbruchs erzielen. Allerdings ist die Anzahl der in einer derartigen Alarmanlage installierbaren Feuerdetektoren beschränkt, da bei der zyklischen Abfrage der einzelnen Detektoren eine bestimmte Mindestzeit nicht unterschritten werden kann, so daß beim Frequenz-Multiplexbetrieb und gegebener Bandbreite die Anzahl an eine Zentrale angeschlossener Feuerdetektoren beschränkt ist.

Zur Verfeinerung der für einen Feuerausbruch repräsentativen Signale gibt es auch noch andere Vorschläge:
In der US-PS 43 16 184 ist zum Beispiel die Verwendung verschiedener Sensoren vorgeschlagen, die unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen. Die Ausgangssignale der Sensoren werden logisch verknüpft. Ein Alarmsignal wird erzeugt, wenn ein relativ hoher Schwellenwert von einem der Sensoren überschritten wird, oder wenn ein relativ niedriger Schwellenwert von beiden Sensoren überschritten wird. Allerdings läßt sich mit dieser Maßnahme kaum eine Vorhersageberechnung durchführen, wie sie bei dem oben erläuterten bekannten System möglich ist.

Die US-PS 42 54 414 beschreibt eine Feueralarmanlage mit zwei Sensoren, die über verschiedene Kanäle Signale an eine zentrale Verarbeitungseinheit liefert, in der ein Trend-Entscheidungslogik vorgesehen ist. Demnach haftet auch dieser bekannten Anlage der oben aufgezeigte Nachteil an, daß die Auswertung der Analogsignale in einer Zentrale erfolgt, so daß aufgrund der benötigten Abfragezeit die Anzahl an eine Zentrale anzuschließender Einzeldetektoren beschränkt ist.

Ein wesentlicher Punkt bei den bekannten Systemen ist der Umstand, daß in solchen Systemen, in denen die oben erläuterten Ein-/Aus-Detektoren verwendet werden, eine Umstellung auf Analogsignal-Geber praktisch nur möglich ist, wenn das gesamte System erneuert wird.

Typisch für die Anlagen mit Analogsignal-Feuermelder ist der Umstand, daß die einzelnen Detektoren von der Zentrale her abgefragt, also aufgerufen werden, die Meßsignale an die Zentrale zu übermitteln. Bei einer Alarmanlage mit Ein-/Aus-Feuerdetektoren hingegen kann auf eine solche typische Abfrage verzichtet werden. Die Detektoren geben "aktiv" ein Signal an die Zentrale, indem sie zum Beispiel zwei Signalleitungen auf niedrige Impedanz kurzschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analog- Feuerdetektor und eine Feueralarmanlage zu schaffen, wodurch eine genaue und rasche Feuererkennung möglich ist und dennoch die Möglichkeit besteht, auf herkömmlichen Anlagen mit Ein-/Aus-Feuerdetektorenen aufzubauen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 11 angegebene Erfindung.

Anders als bei den herkömmlichen Systemen liefert erfindungsgemäß jeder einzelne Analog-Feuerdetektor durch den Kurzschluß der Signalleitungen ein Ein-/Aus-Feuersignal an eine Zentrale, wobei dieses Ein-/Aus-Signal jedoch basiert auf Vorhersagedaten, die in dem betreffenden Detektor lokal ermittelt werden.

Bei einem herkömmlichen Feueralarmsystem mit den früher üblichen Ein-/Aus-Detektoren läßt sich der erfindungsgemäße Feuerdetektor an besonders sensiblen Stellen installieren, also dort, wo es früher erfahrungsgemäß häufig zu Fehlalarmen kam, zum Beispiel Rechenzentren, Werkstätten, Küchen und dergleichen.

Durch die Erfindung wird eine spezielle Art von Feuerdetektoren geschaffen, die eine Kombination mit den früher üblichen und sehr einfach aufgebauten Ein-/Aus- Detektoren in bereits existierenden Feueralarmanlagen gestattet. Durch die Installierung in ausgewählten sensiblen Bereichen sind die zusätzlich anfallenden Kosten zur "Verbesserung" des gesamten Systems relativ gering, und dennoch wird gewährleistet, daß Fehlalarme weitestgehend ausgeschaltet werden, während eine genaue und rasche Erkennung eines Feuerausbruchs möglich ist. In weniger sensiblen Bereichen können nach wie vor einfache Ein-/Aus-Detektoren verwendet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Analog-Feuerdetektors für eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Analog-Feueralarmanlage, die den in Fig. 1 gezeigten Detektor verwendet,

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Mittelwertberechnung von Daten veranschaulicht,

Fig. 4 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Rechenbeginn-Pegel des Sensors und dem für die Feuer-Erkennung durch die Zentrale verwendeten Gefahr-Pegel veranschaulicht,

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Verarbeitungsschritte für die Feuer-Erkennung,

Fig. 6 und 7 Diagramme, die die Betriebsweise zum Schutz vor Fehlalarmen veranschaulicht,

Fig. 8 eine grafische Darstellung einer quadratischen Funktionsberechnung für eine Vorhersage,

Fig. 9 eine grafische Darstellung, die die Zeit bis zum Erreichen des Gefahr-Pegels veranschaulicht,

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer zweiten Form einer Analog-Feueralarmanlage gemäß der Erfindung,

Fig. 12 eine dritte Form eines Analog-Feuerdetektors, der im Rahmen der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 13 ein Flußdiagramm der Verarbeitungsschritte zum Erkennen eines Feuers mit dem Feuerdetektor nach Fig. 12 und

Fig. 14 eine grafische Darstellung, die das Feuer- Erkennen mit dem Detektor nach Fig. 12 veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Analog-Feuerdetektors.

Der Analog-Feuerdetektor 1 ist ein sogenannter "intelligenter Detektor". Ein Analog-Sensorteil 1a erfaßt in analoger Form eine durch ein Feuer verursachte Änderung einer Zustandsgröße, zum Beispiel einer Temperatur, einer Rauchdichte, einer CO-Gas-Konzentration und dergleichen. Eine Abtastschaltung 2 tastet mit einer vorbestimmten Periodendauer die von dem Analog-Sensorteil 1a abgegebenen Analog-Detektorsignale ab. Die abgetasteten Daten werden von einem Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 3 in digitale Daten umgesetzt. Die von dem ADU 3 in digitale Daten umgesetzten "Feuer-Daten" werden einem Mittelwert-Berechnungsteil 5 zugeleitet.

Der Mittelwert-Berechnungsteil 5 führt eine dynamische (moving) Mittelwertberechnung und eine einfache Mittelwertberechnung der Abtastdaten durch. Wie Fig. 2 zeigt, werden nacheinander die Mittelwerte (MITTEL) dreier aufeinanderfolgend erhaltener Datenwerte berechnet, und dann werden einfache Mittelwerte berechnet aus sechs Daten, die durch die dynamische Mittelwertberechnung erhalten wurden, so daß Daten erhalten werden, die schließlich zu der Zentrale übertragen werden.

Die Mittelwertberechnung umfaßt die dynamische Mittelwertberechnung und die einfache Mittelwertberechnung und fungiert als digitales Tiefpaßfilter zur Eliminierung von durch Grundfrequenz-Komponenten erzeugten Oberwellen, die durch Temperatur oder Rauch eines Feuers in den Analog-Detektorsignalen vorhanden sind. Durch dieses digitale Tiefpaßfilter läßt sich das ursprüngliche Signal getreu reproduzieren. Außerdem reicht es für den Mittelwert-Berechnungsteil 5 aus, die Mittelwertberechnung nur durch den dynamischen Mittelwert durchzuführen, weil das Digitalfilter aus lediglich der dynamischen Mittelwertberechnung bestehen kann.

Wenn die Analog-Detektorsignale abgetastet werden, verringert sich die Wahrscheinlichkeit, daß Rauschimpulse als Abtastdaten übernommen werden. Selbst dann, wenn Rauschimpulse als Abtastdaten verarbeitet werden, läßt sich durch die Mittelwertberechnung eine ausreichende Rauschunterdrückung erreichen.

Ein Feuer-Vorhersageabschnitt 6 setzt die Vorhersage- Berechnung auf der Grundlage eines von einem Vergleicher 7 ausgegebenen H-Pegel-Signals in Gang, wenn ein vorbestimmter Rechenbeginn-Pegel, der durch eine Bezugsspannungsquelle 8 des Vergleichers 7 eingestellt wird und zusammen mit dem Ausgangssignal des Mittelwert- Rechnungsteils 5 in den Vergleicher eingegeben wird, überschritten wird. Außerdem enthält der Feuervorhersageteil 6 Speicherfunktionen, um von der Mittelwert- Berechnungseinheit 5 kommende Sensordaten zu erneuern und zu speichern, um die Berechnung durchzuführen. Die von dem Feuer-Vorhersageteil 6 kommenden Vorhersagedaten werden auf einen Vergleicher 9 gegeben, an welchem mittels einer Spannungsquelle 10 ein Schwellenwert eingestellt wird, welcher festlegt, wann die Vorhersagedaten den Ausbruch eines Feuers bedeuten oder nicht. Wenn die Vorhersagedaten den durch die Bezugs-Spannungsquelle 10 festgelegten Schwellenwert übersteigen, wird von dem Vergleicher 9 in Form eines Signals mit H-Pegel ein Feuer-Erkennungssignal ausgegeben. Das Ausgangssignal des Feuer-Vorhersageteils 6 wird auf ein Feuersignal-Ausgabeteil 11 gegeben, welcher auf der Grundlage des Feuer-Ausgangssignals ein Schaltelement einschaltet, um ein Feuer-Signal zu senden, in dem ein Alarmstrom durch die von der Zentrale kommende Signalleitung fließt. Der Feuersignal-Ausgabeteil 11 kann auch so aufgebaut sein, daß er ansprechend auf eine von der Zentrale kommende Abfrage als Antwortsignal ein Feuersignal sendet. Ein Spannungsstabilisator 12 empfängt von der Zentrale die Versorgungsspannung und legt an die jeweiligen Schaltungen eine konstante Spannung.

Fig. 2 ist eine Schaltungsskizze, die den Gesamtaufbau einer Analog-Feuerinformationsanlage gemäß der Erfindung veranschaulicht.

Von einer Zentrale 21 aus geht ein Paar Versorgungs-/ Signal-Leitungen ab. Diese Leitungen bestehen aus einer Signalleitung 22a, 22b und einer gemeinsamen Leitung 23. Diese Leitungen gehen für jeden Überwachungsbereich, zum Beispiel jedem Stockwerk, von der Zentrale 21 ab.

Zwischen die Signalleitung 22a und die gemeinsame Leitung 23 sind mehrere Ein-/Aus-Typ-Feuerdetektoren 25 parallel geschaltet, und zwar einer für jeden Überwachungsbereich. Am Ende der Signalleitung befindet sich ein Abschlußwiderstand 26. An wichtigen Stellen, zum Beispiel in einem Rechenzentrum oder in einer Küche, also an Stellen, an denen mit einiger Wahrscheinlichkeit häufig Fehlalarme ausgelöst werden, befindet sich an der Signalleitung 22a ein intelligenter Detektor 25, der zwischen die Signalleitung 22a und die gemeinsame Leitung 23 parallel zu den Ein-/Aus-Feuerdetektoren 24 geschaltet ist. Entsprechende Verbindungen von Ein-/Aus-Feuerdetektoren 24 und einem intelligenten Feuerdetektor 25 finden sich auch an der Signalleitung 22b.

Der Ein-/Aus-Feuerdetektor 24 schließt seine Schaltkontakte zum Kurzschließen der Signalleitung 22a oder 22b mit der gemeinsamen Leitung 23 auf eine niedrige Impedaz, wenn ein Detektorsignal bezüglich einer durch ein Feuer bedingten Änderung einer physikalischen Größe, zum Beispiel einer Temperatur oder einer Rauchdichte, den festgelegten Schwellenwert überschreitet. Die Zentrale 21 stellt beim Einschalten des Ein-/Aus-Feuerdetektors 24 eine Zunahme des Stroms zwischen den Signalleitungen 22a, 22b und der gemeinsamen Leitung 23 fest und gibt einen Feueralarm aus.

Der intelligente Feuerdetektor 25 kann im wesentlichen den gleichen Aufbau haben wie der in Fig. 1 gezeigte Feuerdetektor 1, er besitzt jedoch in sich eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), mit deren Hilfe festgestellt wird, ob ein Feuer ausgebrochen ist oder nicht, und mit der ein Kurzschluß zwischen den Signalleitungen 22a, 22b und der gemeinsamen Leitung 27 ausgelöst wird, wenn ein Feuer erkannt wird. Dies geschieht mit Hilfe einer Schaltvorrichtung, ähnlich wie bei den Ein-/Aus-Feuerdetektoren, so daß zu der Zentrale 21 ein Feuersignal übertragen wird. Insbesondere besitzt die Schaltvorrichtung 11 als Feuersignal- Ausgabeteil die Funktion einer Schnittstelle zum Verbinden des intelligenten Feuerdetektors 25 mit der Signalleitung des herkömmlichen Feueralarmsystems. Die Schaltvorrichtung 11 schaltet einen in ihr befindlichen Thyristor oder ein ähnliches Bauelement, wenn von dem Feuer-Vorhersageteil 6 ein Feuersignal erhalten wird, um einen Kurzschluß zwischen dem Paar von Versorgungs-/Signalleitungen, die von der Zentrale 21 kommen, zu bewirken.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen den bei der Feuer-Erkennung verwendeten Schwellenwerten und dem Analog-Pegel. Zum Erkennen eines Feuerausbruchs werden ein Rechenbeginn-Startpegel, bei welchem die Vorhersage- Berechnung durch Funktionsapproximierung, und ein Gefahr-Pegel eingestellt. Dadurch erhöht man auf der Grundlage des Ergebnisses der Vorhersage-Berechnung eine Zeitspanne, die übrigbleibt, bis der Ausbruch eines Feuers gegeben ist. Der Gefahr-Pegel bestimmt sich auf der Grundlage einer Temperatur oder einer Rauchdichte von Umgebungsbedingungen, unter denen ein Mensch leben kann.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm eines Beispiels für die Feuer-Erkennungs-Verarbeitung, die von dem Feuer- Vorhersageteil 6 in dem intelligenten Feuerdetektor 25 durchgeführt wird. In diesem Flußdiagramm ist die Verarbeitung bei der Vorhersage-Berechnung durch Funktionsapproximierung beispielhaft dargestellt.

Die Feuer-Vorhersageberechnung wird folgendermaßen durchgeführt:

a) Eliminierung von Störsignal durch Mittelwertberechnung,
b) Schutzverarbeitung zur Vermeidung von Fehlalarmen,
c) Vorhersageberechnung für ein Feuer entsprechend der Funktionsapproximierung.

Zuerst werden im Block 26 die Detektordaten von dem Analog-Sensor 1a durch die Abtastschaltung 2 abgetastet und dann im Block 27 der Mittelwertberechnung unterzogen. Im Block 28 wird geprüft, ob die letzten Mittelwertdaten den Rechenbeginn-Pegel übersteigen, d. h., ob von dem Vergleicher 7 ein Signal mit H-Pegel eingegeben wurde.

Der Feuer-Vorhersageteil 6 speichert sequentiell Sensordaten, zum Beispiel 20 Sensor-Datenwerte LD1- LD20 für die Berechnung mittels Funktionsapproximierung. Wenn der empfangene letzte Sensor-Datenwert LD20 den Rechenbeginn-Pegel übersteigt, folgt im Schritt 29 der Fehlalarm-Schutz.

Fig. 6 zeigt Steigungswerte y1-y3 als Beispiele für Detektor-Daten. In diesem Fall ist die Steigung y1 negativ während die Steigungen y2 und y3 positiv sind. Bei den positiven Steigungswerten y2 und y3 wird geprüft, ob sie einen vorherbestimmten Steigungswert yk übersteigen oder nicht, und ob die Anzahl der Steigungswerte, die größer sind als yk, die Zahl n übersteigt. Wenn die Anzahl n von Steigungswerten größer als yk den Wert 2 übersteigt (siehe Fig. 6), so wird dies dahingehend interpretiert, daß die Möglichkeit eines Feuerausbruchs gegeben ist, und im nachfolgenden Verarbeitungsschritt 30 wird die Vorhersageberechnung durch Funktionsapproximierung begonnen.

Wenn andererseits gemäß Fig. 7 die Anzahl n von Steigungen mit einem Wert größer als yk kleiner als 2 ist, wird dies dahingehend interpretiert, daß die Datenänderungen auf beispielsweise den Rauch einer Zigarette zurückzuführen sind, und es erfolgt keine Vorhersage- Berechnung. Die durch den Fehlalarm-Schutz-Verarbeitungsblock 39 gelangenden Daten werden im Block 30 der Vorhersageberechnung zugrundegelegt.

Bei dieser Vorhersageberechnung wird eine zeitliche Änderung einer Temperatur oder einer Rauchdichte, hervorgerufen durch ein Feuer, folgendermaßen approximiert:

y = ax² + bx + c .

Man erhält die Werte der Koeffizienten a, b und c der quadratischen Funktion nach Fig. 8 durch die 20 Datenwerte LD1-LD20 aus der Mittelwertberechnung. Die Koeffizienten a, b und c erhält man durch Berechnung von aus Determinanten bestehenden Simultangleichungen nach der Methode der kleinsten Quadrate nach Gauss-Jordan.

Wenn die Koeffizienten a, b und c erhalten sind, läßt sich gemäß Fig. 9 die Stelle bestimmen, zu der hin eine zukünftige Datenänderung führt.

Deshalb wird im nachfolgenden Block 31 eine Zeitspanne tr berechnet, die benötigt wird, bis durch die quadratische Funktion nach Fig. 8 der Gefahr-Pegel erreicht ist, und es wird eine Vorhersagezeit Tpu berechnet, die von dem augenblicklichen Zeitpunkt tn an verbleibt, bis der Gefahr-Pegel erreicht ist.

Da die Möglichkeit eines Feuerausbruchs um so größer ist je kürzer die bis zum Erreichen des Gefahr- Pegels verbleibende Zeitspanne ist, wird im Entscheidungsblock 32 die errechnete Zeit mit einer Schwellenwert- Zeit mit einer Schwellenwert-Zeit von beispielsweise 800 Sekunden verglichen. Ist die verbleibende Zeit kürzer als 800 Sekunden, so wird dies als Feuerausbruch interpretiert, und im Block 33 wird ein Feueralarm gegeben.

Die Vorhersage-Berechnung wird in ähnlicher Weise durchgeführt wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel. Bei dieser Ausführungsform wird zwar die quadratische Funktionsapproximierung verwendet, jedoch kann man auch linear Approximieren.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines intelligenten Feuerdetektors, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gibt der intelligente Feuerdetektor 21 lediglich ein Feuer-Erkennungssignal in Form eines Ein-/Aus-Signals an die Zentrale, wohingegen bei dieser Ausführungsform ein spezielles Kennungssignal von dem intelligenten Feuerdetektor 35 abgegeben wird, wobei das Kennungs-Signal eine Adresse dieses Detektors 35 darstellt.

Der Analog-Sensorabschnitt 19, der Feuer-Vorhersageteil 6, der Feuersignal-Ausgabeabschnitt 1 und der Spannungsstabilisator 12 entsprechen im wesentlichen den entsprechenden Teilen gemäß Fig. 2, hier ist jedoch in Reihe zu dem Feuer-Signal-Ausgabeteil 11 zusätzlich ein Kennungssignal-Sender 36 vorgesehen. Das Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal des Feuer-Vorhersageteils 6 gelangt nicht nur zu der Schaltvorrichtung 11, sondern außerdem gleichzeitig zu dem Kennungssignal- Sender 36. Der Kennungssignal-Sender 36 sendet ein Kennungssignal an die Zentrale, welches eine zuvor zugewiesene Frequenz oder ein Adreßsignal als Codesignal aufweist. Die Zentrale empfängt das über den Feuer- Signal-Ausgabeabschnitt 11 gesendete Feuer-Erkennungssignal und empfängt gleichzeitig das Kennungs-Signal, um eine Zone anzuzeigen, in der Feuer ausgebrochen ist.

Fig. 11 zeigt eine Analog-Feueralarmanlage, in der sämtliche Feuerdetektoren, die zwischen den Versorgungs-/ Signal-Leitungen 22a, 22b liegen, erfindungsgemäße Analog-Feuerdetektoren 1, 25 und 35 sind. In der Figur ist noch ein Abschlußwiderstand dargestellt, mit dessen Hilfe eine mögliche Trennung der Leitungen festgestellt wird.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Analog-Feuerdetektors. Bei dieser Ausführungsfrom wird die Feuer-Vorhersage durchgeführt auf der Grundlage von durch ein Feuer verursachten Änderungen verschiedener physikalischer Phänomene.

Gemäß Fig. 12 sind Analogsensoren 1a-1n vorgesehen, die unterschiedliche Änderungen von Zustandsänderungen erfassen, die durch ein Feuer verursacht werden, zum Beispiel von Temperatur-Rauchdichte-CO-Gas-Konzentrations- Änderungen. Die Ausgangssignale der Analog- Sensoren 1a-1n werden auf eine Abtastschaltung 2 gegeben, von einem Analog-/Digital-Umsetzer 3 in digitale Daten umgesetzt und dann zu einem Feuer-Vorhersageteil 16 gegeben. Der Feuer-Vorhersageteil 6 enthält einen Vektor-Vorhersage-Rechenteil 38, welcher zukünftige Datenänderungen aus denjenigen Vektor ermittelt, der aus n unterschiedlichen Arten von Feuerdaten gebildet wird. Außerdem enthält der Teil 6 einen Vektor-Bestimmungsteil 39, der den Ausbruch eines Feuers erkennt, wenn die Vorhersage-Vektordaten einen Schwellenwert übersteigen, der in einem n-dimensionalen Raum eingestellt ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Feuer-Erkennungseinrichtung erläutert werden.

Wenn n Arten von Zustandsgrößen bezüglich eines Feuers von den Analog-Sensoren 1a-1n festgestellt werden und die jeweiligen Werte x1, x2 . . . nx aufweisen, und wenn ein n-dimensionaler Raum mit den jeweiligen Zustandsgrößen x1-xn als Koordinatenachsen vorhanden ist, läßt sich der zusammengesetzte Vektor X in dem n-dimensionalen Raum wie folgt ausdrücken:

X = x1i1 + x2i2 + · · · + xnin ,

wobei ii (i+1, 2, . . . n) einen Einheitsvektor in der jeweiligen Koordinatenrichtung darstellt. Wenn in den zusammengesetzten Vektor X ein Zeitelement t enthalten ist, ändert sich der zusammengesetzten Vektor X in dem n-dimensionalen Raum entsprechend der Entwicklung des Feuers, und der vom Endpunkt des synthetischen Vektors X ausgehende Vektorort zeigt eine Änderung der Umgebungsbedingungen an. Somit lassen sich die Umgebungsbedingungen bezügliche eines Feuers durch den Vektor X (t) in den n-dimensionalen Raum ausdrücken.

In dem durch die n physikalischen Zustandsänderungen bestimmten n-dimensionalen Raum läßt sich der Gefahr- Pegel, d. h. ein Pegel, bei dem es für einen Menschen schwierig wird, zu überleben, als zu erfassende Größe einstellen als eine n-dimensionale geschlossene Fläche. Die n-dimensionale geschlossene Fläche, welche den Gefahr- Pegel definiert, wird durch folgende Formel ausgedrückt:

f (x1, x2, . . . ny) = 0 .

Wenn in diesem Fall der Endpunkt des Vektors X, bestimmt durch die Zustandsgröße x1-xn, durch die geschlossene Fläche dringt, kann man annehmen, daß das Feuer den Gefahr-Pegel erreicht hat.

Wenn die geschlossene Fläche f (x1 . . . xn) = 0 eine dreidimensionale elliptische Fläche ist, läßt sich die Formel (2) folgendermaßen ausdrücken:

(a1x1² - a2x2² + a3x3²) - 1 = 0 .

Die Konstanten a1-an in x1-xn enthalten und auf x1-xn normiert sind, läßt sich die den Gefahr-Pegel darstellende geschlossene Fläche betrachten als eine dreidimensionale Kugelfläche mit einem Radius r:

(x1² + x2² + x3²) - r² = 0 .

In anderen Worten: die Konstanten a1-an lassen sich ändern, um Analog-Daten 1a-1n zu erhalten und die optimale Feuererkennung zu ermöglichen.

Nachdem die n-dimensionale geschlossene Fläche zum Bestimmen des Gefahr-Pegels eingestellt ist, werden die Zustandsgrößen x1 (t) bis xn (t), die im Zeitpunkt t ermittelt wurden, in die obigen Werte x1-xn eingesetzt. Wenn die Bedingung

f (xi (t)) < 0

erfüllt ist, durchsetzt der Endpunkt des Vektors X die durch obige Formel gegebene, geschlossene Fläche und liegt außerhalb der geschlossenen Fläche. Deshalb läßt sich sagen, daß die Bedingungen des Feuers den Gefahr-Pegel übersteigen.

Um die zukünftige Lage des n-dimensionalen Vektors X linear vorauszusagen, wird die Steigung (∂X/∂t)_t des Vektors (X (t) im derzeitigen Zeitpunkt tO bezüglich der Zeit t erhalten, und der Vektor X (t) wird entlang der Steigung derart verlängert, daß der Endpunkt des Vektors X nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne vorausgesagt werden kann.

Insbesondere wird der Vektor X (tO+ta) nach Verstreichen von ta Sekunden seit dem momentanen Zeitpunkt tO folgendermaßen angenähert:

X (tO + ta) = X (tO) + ta (∂X/∂T)_tO .

Die Steigung (∂X/∂t)_t läßt sich ermitteln durch eine Differenz zwischen der Vektorposition X (tO-Δt) zu einem Zeitpunkt, der um eine vorbestimmte Zeit t bezüglich des momentanen Zeitpunkts tO zurückversetzt ist, und der Vektorposition X (t):

(∂X/∂t)_tO = X (tO) - X (tO - Δt)/Δt .

Wenn diese Formel durch die jeweiligen physikalischen Zustandsänderungen x1-xn ausgedrückt wird, erhält man folgende Beziehungen:

x1 (tO + ta) = x1 (tO) + ta (∂X1/∂t)_tO
  ·
  ·
  ·
sn (tO + ta) = nx (tO) + ta (∂Xn/∂t)_tO .

Die Steigungen der von den jeweiligen Analog-Sensoren 1a-1n kommenden Daten lassen sich wie folgt ausdrücken:

(∂x1/∂t)_tO = x1 (tO) - x1 (tO - Δt)/Δt ,

(∂x2/∂t)_tO = x2 (tO) - x2 (tO - Δt)/Δt ,

(∂xn/∂t)_tO = xn (tO) - xn (tO - Δt)/Δt .

Wenn i = 1, 2 . . . n, gilt

xi (tO + ta) = xi + ta (∂xi/∂t)_tO ,

(∂xi/∂t)_tO = xi (tO) - xi (tO - Δt)/Δt .

Wenn die laufenden Durchschnittsdaten LD1^m, LD2^m . . . LDn^m im momentanen Zeitpunkt tO berechnet werden, läßt sich die Zustandsgröße jedes Sensors 1a-1n nach der vorbestimmten Zeitspanne ta wie folgt ausdrücken:

x1^m+M = LD1^m + MΔt (∂x1/∂t)_tO
x2^m+M = LD2^m + MΔt (∂x2/∂t)_tO
  ·
  ·
  ·
xn^m+M = LDn^m + MΔt (∂xn/∂t)_tO
(ta = MΔt) .

Die Steigungen betragen:

(∂x1/∂t)_tO = LD1^m - LD1^m-1/Δt
(∂x2/∂t)_tO = LD2^m - LD2^m-1/Δt
  ·
  ·
  ·
(∂xn/∂t)_tO = LDn^m - LDn^m-1/Δt .

Der Vektor-Vorhersage-Rechenteil 38 sagt die Lage des Endpunkts des zusammengesetzten Vektos X unter Verwendung der Daten xn^m+M, x2^m+M . . . xn^m+M nach der vorbestimmten Zeitspanne ta gemäß obiger Berechnung voraus. Insbesondere werden diese Daten für die vorbestimmte Gleichung der geschlossenen Fläche f(x)_D zum Berechnen der Werte ersetzt. Wenn die Gleichung gegeben ist als

f(x)_D = (a1(x1)² + a2(x2)² + · · · + an(xn)²) - 1

wird die geschlossene Fläche f(x_m+M)_D davon nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne t_a seit dem momentanen Zeitpunkt t₀ folgendermaßen berechnet:

f(x_m+M)_D = (a1(x1^m+M)² + · · · + an(xn^m+M)²) - 1 .

Da xi^m+M in der obigen Formel ein Element der Zeit enthält, sind die Positionen der Endpunkte der synthetischen Vektoren X, die durch Zusammensetzen der zukünftigen Werte der jeweiligen Daten erhalten werden, bezüglich der vorbestimmten geschlossenen Fläche f(x)_D =0 dargestellt.

Der Vektor-Bestimmungsabschnitt 39 ermittelt, ob der Endpunkt des zusammengesetzten Vektors X innerhalb oder außerhalb der geschlossenen Fläche f(x)_D = 0 liegt, wenn die Beziehung gilt:

a1(x1^m+M)² + a2(x2^m+M)² + · · · + an(xn^m+M)² - 1 0

und er erzeugt ein Ausgangssignal, das an den Feuersignal- Ausgabeabschnitt 11 gegeben wird.

Um die Position des Endpunkts des zusammengesetzten Vektors X auf einen quadratischen Punkt anzunähern, kann man die folgende quadratische Approximierung mit Differentialkoeffizienten benutzen:

X (tO + ta) = X (tO) + ta (∂X/∂t)_tO + ta² (∂²X/∂t²)_tO/2 ,

(∂²X/∂t²)_tO = X (tO) - 2X (tO - Δt) + X (tO - 2Δt)/Δt² .

Die Vorhersage des Vektors läßt sich in ähnlicher Weise bezüglich einer n-ten Approximierung, zum Beispiel einer dritten oder höheren Approximierung, durchführen.

Fig. 13 zeigt anhand eines Flußdiagramms den Ablauf bei der Feuer-Erkennung mit Hilfe des Vektor-Vorhersage- Berechnungsteils 38 und des Vektor-Bestimmungsteils 39 gemäß Fig. 12.

Gemäß Fig. 13 werden n-Arten unterschiedlicher Analog- Daten abgetastet und dann einer Mittelwertberechnung unterzogen, um Rauschen zu beseitigen (Block 40). Dadurch werden unterschiedliche Arten von Zustandsgrößen x1, x2 . . . nx erhalten, die eine charakteristische Feuer-Zustandsgröße für jeden Sensor 1a-1n darstellen.

Anschließend wird im Block 41 die Vorhersage-Berechnung für ein Vektorelement xi(tO+tr) nach Ablauf einer Zeit tr durchgeführt.

Nachdem die Vorhersage-Berechnung des Vektorelements xi(tO+tr) nach Verstreichen der Zeit tr seit dem momentanen Zeitpunkt tO beendet ist, erfolgt im Block 42 die Vektor-Vorhersage-Berechnung, um zu erfahren, ob der Vorhersage-Vektor X (tO-tr) die geschlossene, gekrümmte Fläche f (x1, x2, . . . xn) = 0, die zuvor in dem n-dimensionalen Raum zur Festlegung des Gefahr- Pegels eingestellt wurde, überschreitet.

Insbesondere werden die im Block 41 nach der Zeit tr erhaltenen Vektorelemente x1 (tO+tr) bis xn(tO+tr) für f (x1, x2 . . . xn) eingesetzt, um deren Werte zu erhalten.

Dann wird im Block 43 ermittelt, ob die Werte von f (x1, x2 . . . xn), die durch den Vorhersage-Vektor nach der Zeit tr gegeben sind und im Block 42 ermittelt wurde, größer als 0 sind oder nicht. Wenn der Vorhersagevektor die den Gefahr-Pegel definierende geschlossene, gekrümmte Fläche übersteigt, ist der berechnete Wert im Block 42 positiv und größer als 0, während dann, wenn der Vorhersagevektor die geschlossene, gekrümmte Fläche des Gefahr-Pegels nicht erreicht, der berechnete Werte negativ und kleiner als 0 ist. Wenn daher die Beurteilung im Block 43 ergibt, daß der Wert größer als 0 ist, so bedeutet dies, daß der Vorhersagevektor nach der Zeit tr die geschlossene, gekrümmte Fläche des Gefahr-Pegels erreicht, und demzufolge wird im Block 44 ein Feuersignal ausgegeben.

Fig. 14 ist eine grafische Darstellung von Koordinaten und veranschaulicht die Feuer-Erkennung auf der Grundlage der vorausschauenden Berechnung des Vektors gemäß dem in Fig. 13 gezeigten Flußdiagramm. Angezeigt sind in der grafischen Darstellung zwei Analog-Werte, nämlich Temperatur und Rauchdichte.

Wenn beispielsweise der Gefahr-Pegel der Temperatur zu 100° Celsius angenommen wird, während der Gefahr- Pegel der Rauchdichte 20% m Auslöschung betragen soll, ergibt sich beispielsweise ein Vektor-Gefahr- Pegel D, der in der Zeichnung durch eine ausgezogene Linie angegeben ist. Dieser wird vorab innerhalb eines absoluten Gefahr-Pegels eingestellt, welcher durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist.

Wenn ein solcher zweidimensionaler Temperatur-/Rauchdichte- Raum existiert und der Vektor im momentanen Zeitpunkt (Ursprung) tO den Wert X (tO) hat, wird der Vektor X (tO+tr) nach Verstreichen der Zeitspanne tr seit der Ursprungszeit tO vorausschauend berechnet. Wenn der berechnete Vorhersage-Vektor X (tO+tr) den dargestellten Gefahr-Pegel D überschreitet, so wird dies als Feuer-Ausbruch interpretiert, und es wird ein Feuersignal ausgegeben. Wenn der Vektor X (tO+tr) den Gefahr-Pegel D nicht erreicht, wird kein Feuersignal ausgegeben, und die Vorhersageberechnung des Vektors auf der Grundlage der nachfolgenden Abtastdaten wird anschließend durchgeführt.

Claims

1. Analog-Feuerdetektor, der zwischen ein paar Versorgungs-/ Signalleitungen geschaltet wird, die von einer Zentrale (21) kommen, um in analoger Form eine oder mehrere Arten einer physikalischen Größe zu erfassen, die sich durch einen Feuerausbruch ändert, und um ein Feuererkennungssignal auszugeben, indem die Versorgungs-/ Signalleitungen kurzgeschlossen werden, wenn Vorhersagedaten bezüglich der physikalischen Größe eine vorbestimmte Bedingung für einen Feuerausbruch erfüllen, umfassend:
eine Sensor-Einrichtung (1a . . . 25, 35), die in analoger Form die physikalische Größe erfaßt,
eine Abtasteinrichtung (2), die die Ausgangssignale der Sensoreinrichtung mit einer vorbestimmten Periodendauer abtastet,
eine Feuer-Erkennungseinrichtung (6), die zukünftige Feuerdatenänderungen anhand der Abtastdaten voraussagt und ein Feuererkennungssignal ausgibt, wenn die Vorhersagedaten vorbestimmte Bedingungen für einen Feuerausbruch erfüllen, und
eine Schaltvorrichtung (11), die dazu ausgebildet ist, einen Kurzschluß zwischen den Versorgungs-/Signalleitungen in Abhängigkeit des von der Feuererkennungseinrichtung (6) gelieferten Feuererkennungssignale zu bewirken.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung (6) eine Änderung der Feuer-Daten mit Hilfe der Funktionsapproximierung voraussagt.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenübertragungs-Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Übertragung der Abtastdaten zu der Feuer-Erkennungseinrichtung verhindert, wenn die Datenwerte unterhalb eines vorbestimmten Werts liegen, und die Datenübertragung zu der Feuer-Erkennungseinrichtung ermöglicht, wenn die Datenwerte den vorbestimmten Wert überschreiten.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Feuer-Erkennung in der Feuer-Erkennungseinrichtung (6) ein Rechenbeginn-Pegel eingestellt ist.

5. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert für die Abtastdaten ein Sensor- Schwellenwert ist, der zum Zwecke der Reduzierung von Störungen definiert ist.

6. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Feuer-Bestimmung in der Feuer-Erkennungseinrichtung ein Rechenbeginn-Pegel eingestellt ist, und daß der vorbestimmte Wert der Abtastdaten ein Sensor-Schwellenwert für die Reduzierung von Störungen ist.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung (5) vorgesehen ist, die eine Mittelwertberechnung durchführt, und daß die Feuer-Erkennungseinrichtung eine Änderung der Feuerdaten auf der Grundlage der Mittelwertberechnungs- Daten voraussagt.

8. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kennungssignal-Übertragungsabschnitt (36) vorgesehen ist, der über die Signalleitungen ein Kennungssignal mit einer zuvor zugewiesenen Frequenz oder ein Adreßsignal sendet, wenn der Feuersignal-Ausgabeabschnitt (11) ein Signal ausgibt.

9. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung (6) einen Vektor-Vorhersageteil (38) zum Vorhersagen zukünftiger Feuerdaten aus den durch mehrere Arten von Abtastdaten gebildeten Vektor enthält, und daß ein Vektor-Bestimmungsabschnitt vorgesehen ist, der ein Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersage-Vektor-Daten einen zuvor in einem Vektorraum gegebener Dimension eingestellten Pegel überschreiten.

10. Feueralarmanlage, umfassend:

- eine Zentrale (21),
- mehrere Ein-/Aus-Typ-Feuerdetektoren (24), die an ein Paar von der Zentrale (12) kommende Versorgungs-/ Signal-Leitungen derart geschaltet sind, daß die Signalleitungen auf eine niedrige Impedanz kurzgeschlossen werden, wenn der aufgrund eines Feuers geänderte Wert einer physikalischen Zustandsgröße einen Schwellenwert übersteigt, und
- einen intelligenten Feuerdetektor (25), der in mindestens einem speziellen Bereich, zu dem die Signalleitungen hinführen, angeordnet ist, zum Beispiel in einem wichtigen Überwachungsbereich oder in einem Bereich, in dem die besondere Gefahr von Fehlalarmen gegeben ist, und der so ausgebildet ist, daß er die Leitungen auf niedrige Impedanz kurzschließt, wenn ein Vorhersagewert einer aufgrund eines Feuer-Ausbruchs erfolgenden Änderung der Zustandsgröße vorbestimmte Bedingungen für einen Feuerausbruch erfüllt,

wobei der intelligente Feuerdetektor (25) aufweist:
eine oder mehrere Sensoreinrichtungen, die in analoger Form eine oder mehrere physikalische Zustandsgrößen, die sich aufgrund eines Feuerausbruchs ändern, erfassen; eine Abtasteinrichtung (2) zum Abtasten der Ausgangssignale der Sensor-Einrichtungen mit einer vorbestimmten Periodendauer, einer Feuer-Bestimmungseinrichtung (6), die anhand der Abtastdaten zukünftige Feuerdaten-Änderungen vorhersagt und ein Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersagedaten vorbestimmte Feuer-Bedingungen erfüllen, und einen Feuersignal-Ausgabeabschnitt (11) zum Kurzschließen der Versorgungs-/Signalleitungen (22, 22b, 23) auf niedrige Impedanz, wenn die Ausgabe eines Feuer-Erkennungs-Signals erfolgt.

11. Feueralarmanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung des intelligenten Feuerdetektors (25) eine Änderung der Feuerdaten durch Funktionsapproximierung voraussagt.

12. Feueralarmanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Feuerdetektor (25) außerdem einen Datenübertragungs-Steuerabschnitt (7) aufweist, der die Übertragung von Abtastdaten zu der Feuer- Erkennungseinrichtung (6) verhindert, wenn die Datenwerte kleiner sind als ein vorbestimmter Wert, und der die Übertragung der Daten zu der Feuer-Erkennungseinrichtung (6) ermöglicht, wenn die Datenwerte den vorbestimmten Wert übersteigen.

13. Analog-Feuerdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechenbeginn-Pegel für die Feuer-Erkennung der Feuer-Erkennungseinrichtung vorgesehen ist.

14. Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung von Störungen der vorbestimmte Wert für die Abtastdaten ein Sensor-Schwellenwert ist.

15. Detektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Feuererkennung durch die Feuer-Erkennungseinrichtung ein Rechenbeginn-Pegel vorgesehen ist, und daß zur Verminderung von Störungen der vorbestimmte Wert der Abtastdaten ein Sensor-Schwellenpegel ist.

16. Feueralarmanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Detektor (25) außerdem eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung aufweist, die eine Mittelwertberechnung durchführt, und daß die Feuer-Erkennungseinrichtung (6) eine Änderung der Feuer- Daten auf der Grundlage der Mittelwert-Daten voraussagt.

17. Feueralarmanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung des intelligenten Feuer-Detektors einen Vektor- Vorhersage-Berechnungsteil aufweist zum Vorhersagen zukünftiger Feuerdaten aus dem Vektor, der gebildet wird durch mehrere Arten von Abtastdaten, und daß ein Vektor- Bestimmungsabschnitt vorgesehen ist, der ein Feuer-Erkennungs- Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersage- Vektordaten einen vorbestimmten Pegel übersteigen, welcher vorab in einem Vektorraum gegebener Dimension eingestellt wurde.