DE3706986A1 - Verfahren zur auswertung des uv-anteils im flammenspektrum durch einen elektronischen flammenmelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung des UV-Anteils im Flammenspektrum durch einen elektronischen Flammenmelder, der ein UV-empfindliches Sensorelement mit einer zwischen Elektroden gebildeten Entladungsstrecke aufweist.

Auf den Sensor fallende UV-Strahlung führt zur Ionisierung innerhalb der Entladungsstrecke und damit zum Zünden bzw. Durchschalten des Sensorelementes. Der Spannungsabfall an den Elektroden oder der Entladungsstrom kann dann ausge­ wertet werden zur Bildung eines Signals, um damit einen Alarmgeber anzusteuern.

Die Schwierigkeit bei derartigen UV-empfindlichen Sensor­ elementen besteht in der Praxis darin, daß sie bei normalen Betriebsbedingungen durch sogenannte Hintergrundereignisse zu unerwünschten Entladungen neigen, die das Fehlverhalten eines Flammenmelders verursachen, wenn nicht entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden, durch die diese Hinter­ grundereignisse vom Auftreten der von Flammen herrührenden Ultravioletten Strahlung unterschieden werden können.

Die wesentliche Eigenart solcher Hintergrundereignisse be­ steht in ihrer kurzzeitigen Einwirkung und ihrem stocha­ stischen Auftreten. Daher sind Flammenmelder bekannt, in denen eine kurzzeitig auftretende Entladung des Sensor­ elementes nicht zur Alarmgabe des Melders führt, es sei denn, daß mehrere Entladungen aufeinander folgen. Dies kann beispielsweise durch Anordnung eines Zählers erreicht werden, wobei die gewünschte Zahl der Entladungen einstell­ bar ist. Wird der Abstand zwischen den Entladungen zu groß, wird der Zähler wieder auf Null gesetzt. Nachteilig an die­ ser Anordnung ist, daß eine relativ lange Zeit vergeht, bis man eine genugende Anzahl von Entladungen gezählt hat, um mit Sicherheit einen Alarmfall von dem Auftreten einzelner Hintergrundereignisse unterscheiden zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem bei der Auswertung des UV-Anteils im Flammenspektrum die Gefahr von Fehlalarmen infolge der Registrierung von Hintergrundereignissen auf einfache Weise praktisch ausgeschlossen werden kann und dennoch in kurzer Zeit geprüft werden kann, ob ein Alarmfall vorliegt oder nicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenspannung gepulst wird, wobei die Impulsbreite sehr klein zur Tastperiodendauer ist, daß beim Durchschalten des Sensorelementes die Tastfrequenz erhöht wird und daß die ursprüngliche Elektrodenspannung mit der Anfangstastfrequenz wiederhergestellt wird, wenn für eine vorgegebene Zeit und/ oder Anzahl von Impulsen keine Entladung erfolgt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die gegenüber der Tastperiodendauer geringe Impulsbreite, d.h. durch das geringe Tastverhältnis bereits die Wahrscheinlichkeit sehr gering, daß ein Hintergrundereignis genau in den Abfrage­ impuls hineinfällt. So kann beispielsweise das Tastverhält­ nis im Ruhezustand des Flammenmelder 1 : 10 000 betragen. Bereits dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Fehl­ alarmes vermindert. Erfolgt dennoch ein Zünden des Sensor­ elementes, so wird nun die Tastfrequenz deutlich erhöht. Da die Dauer des einzelnen Hintergrundereignisses in der Regel immer noch kurz gegen die Periodendauer auch der er­ höhten Tastfrequenz ist, kann nun durch eine kurze Folge rasch aufeinanderfolgender Abfrageimpulse festgestellt werden, ob ein Alarmfall vorliegt oder nicht. Es vergeht somit nur geringe Zeit, bis man eine Sicherheit gewonnen hat, ob nur eine Störung vorgelegen hat oder ob die ein­ fallende UV-Strahlung von einer permanenten UV-Quelle wie beispielsweise von Flammen herrührt.

Es kann sowohl die Impulsbreite als auch die Impulsamplitude während der erhöhten Tastfrequenz vermindert werden. Da das Ionisierungsverhalten innerhalb der Entladungsstrecke des Sensorelementes eine Funktion der Höhe der Elektroden­ spannung und des Ionisierungsvermögens der einfallenden Strahlung ist, lassen sich auf diese Weise Aussagen über das Ionisierungsvermögen der einfallenden Strahlung und damit die Intensität der Strahlenquelle gewinnen. Detail­ liertere Aussagen lassen sich insbesondere dann gewinnen, wenn die Impulsamplitude während der erhöhten Tastfrequenz in mehreren jeweils mindestens einen Impuls umfassenden Schritten vermindert wird. Bleibt eine Entladung während dieser Schrittfolge aus, wird die ursprüngliche Impulsampli­ tude in mehreren jeweils mindestens einen Impuls umfassenden Schritten wieder hergestellt, wobei bei mehreren aufeinan­ derfolgenden Entladungen die Impulsamplitude auch wieder in Richtung auf einen festbleibenden Endwert abgesenkt werden kann. Die Steuerung kann so getroffen sein, daß ein Alarmsignal dann erzeugt wird, wenn eine vorgegebene Anzahl von Entladungen unterhalb einer vorgegebenen Impulsampli­ tude nacheinander aufgetreten ist. Durch den Vergleich der bekannten Impulsamplituden beim Absenken derselben in mehreren Schritten, läßt sich der Einfluß der angelegten Spannung von dem Ionisierungsverhalten der einfallenden Strahlung auf die Entladungsstärke trennen, so daß Aus­ sagen über die Intensität, die Intensitätsabnahme oder Zunahme der Strahlenquelle treffen lassen.

Eine andere Möglichkeit, Aussagen über das Ionisierungs­ verhalten der einfallenden Strahlung zu treffen und damit ein zufälliges Hintergrundereignis von Flammen zu unter­ scheiden, besteht ferner darin, einen elektronischen Flammenmelder der eingangs genannten Art so zu betreiben, daß man an die Elektroden eine Gleichspannung anlegt, daß bei Auftreten einer Entladung der Betrag der Spannung ge­ ändert wird und daß die Änderung der Zündfrequenz des Sensorelementes in Abhängigkeit der Spannungsänderung aus­ gewertet wird. Dabei kann ebenfalls wieder die Spannungs­ änderung in diskreten Schritten erfolgen. Auch hier lassen sich wiederum durch den Vergleich der bekannten Spannungs­ niveaus miteinander die Einflüsse der angelegten Spannung und der Ionisierungsfähigkeit der einfallenden Strahlung auf das Zündverhalten des Sensorelementes trennen. Damit lassen sich wiederum Erkenntnisse über die Strahlungsquelle gewinnen, die dann zum Zwecke der Alarmauslösung verwendet werden kann.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung das erfindungsgemäße Verfahren. Die einzige Figur zeigt ein Diagramm, in dem die erste Kurve eine Impulsfolge der an die Elektroden des Sensorelementes angelegten Betriebsspannung, die zweite Kurve eine schematische Darstellung der Flammenintensität und die dritte Kurve eine schematische Darstellung der Quanti­ sierung und Klassierung des Flammensignals über der Zeit wiedergibt.

Die in der Zeichnung mit A bezeichnete erste Kurve stellt die an die Elektroden des Sensorelementes angelegte Spannung dar. Die Spannung wird nur in Form von Impulsen der Breite t ₁ und der Amplitude a ₁ mit einer Ruhetast­ frequenz f _R angelegt. Dabei ist das Tastverhältnis, d.h. das Verhältnis von t ₁ zu T _R sehr klein, beispielsweise 1 : 10 000.

An dem folgenden mit 10 bezeichneten Spannungsimpuls erfolgt eine Zündung des Sensorelementes, d.h. eine Ent­ ladung über die Entladungsstrecke desselben. Dies ist durch den deutlichen Spannungsabfall nach der anfänglichen Spannungsspitze der Amplitude a ₁ dargestellt. Aufgrund dieses Durchschaltens oder Zündens des Sensorelementes während des Impulses 10 wird die Tastfrequenz auf eine Abfragefrequenz f _A deutlich erhöht. Gleichzeitig wird die Impulsbreite vermindert. Wie dies bei dem mit 12 bezeich­ neten folgenden Impuls zu erkennen ist. Da auch bei dem Impuls 12 ein Durchschalten des Sensorelementes erfolgt, wird die Spannungsamplitude bei dem folgenden Impuls 14 auf einen Wert a ₂ verringert. Wie die Kurve B zeigt, er­ folgte bisher ein Anstieg der Flammenintensität nach Überschreiten eines gewissen Grenzwertes. Während des Impulses 14 sinkt die Flammenintensität und damit auch die Intensität der auf das Sensorelement einfallenden UV-Strahlung kurzzeitig wieder ab. Daher wird während der Dauer des Impulses 14 das Sensorelement nicht ge­ zündet. Daraufhin wird bei dem folgenden Impuls 16 die Spannungsamplitude wieder auf den Wert a ₁ erhöht. Der Impuls 16 fällt jedoch mit einem Anstieg der Flammeninten­ sität zusammen, so daß das Sensorelement wieder zündet und bei dem nun folgenden Impuls 18 die Amplitude wieder auf den Wert a ₂ abgesenkt wird. Dieser Wechsel wiederholt sich bei den folgenden Impulsen 20 und 22, wobei durch den Anstieg der Flammenintensität nunmehr auch bei dem niedri­ geren Spannungsniveau a ₂ eine Entladung über die Entlade­ strecke des Sensorelementes erfolgt. Daraufhin wird beim Impuls 24 die Amplitude auf den Wert a ₃ abgesenkt. Dies stellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel den niedrigsten Spannungswert dar, der auch dann beibehalten wird, wenn die Flammenintensität weiter ansteigt, wie man aus dem Verlauf der Kurve B ersehen kann. Nimmt die Flammeninten­ sität ab, wird die Spannungsamplitude schrittweise von Impuls zu Impuls wieder angehoben, bis sie den ursprüng­ lichen Wert a ₁ erreicht, sofern dazwischen das Sensorele­ ment nicht wieder zündet. Wird während zweier Impulse mit der ursprünglichen Spannungsamplitude keine Entladung des Sensorelementes festgestellt, wird die Tastfrequenz f _A wieder auf die Ruhetastfrequenz f _R umgestellt.

Da das Entladesignal abhängig von der an die Elektroden des Sensorelementes angelegten Spannung und abhängig von dem Ionisationsvermögen der einfallenden UV-Strahlung ist und deren Intensität wiederum von der Flammenintensität abhängt, läßt sich bei Kenntnis der Impulsamplituden der angelegten Spannung aus dem Entladesignal eine grobe Klassifizierung und Quantisierung des Flammensignals auf­ stellen, wie dies in der Kurve C dargestellt ist. Der Vergleich dieser jeweils über der Zeitachse aufgetragenen Kurven macht die Zusammenhänge unmittelbar deutlich.

Durch die deutlich höhere Tastfrequenz bei der Abfrage, die Änderung der Impulsamplituden der Spannungsimpulse und die dadurch ermöglichte Quantisierung des Flammensignals kann nicht nur sehr rasch ein tatsächlich vorliegender Brand von Hintergrundereignissen unterschieden werden, sondern es können auch gleichzeitig Aussagen über die Intensität des Brandes getroffen werden, die für die Brandbekämpfung wesentlich sein können.

Claims (9)

1. Verfahren zur Auswertung des UV-Anteils im Flammen­ spektrum durch einen elektronischen Flammenmelder, der ein UV-empfindliches Sensorelement mit einer zwischen Elektroden gebildeten Entladungsstrecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspannung gepulst wird, wobei die Impulsbreite (t ₁) sehr klein zur Tastperiodendauer (T _R ) ist, daß beim Durchschalten des Sensorelementes die Tastfrequenz erhöht wird und daß die ursprüngliche Elektrodenspannung mit der Anfangstast­ frequenz (f _R ) wieder hergestellt wird, wenn für eine vor­ gegebene Zeit und/oder Anzahl von Impulsen keine Entla­ dung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Tastverhältnis im Ruhezustand des Flammenmelders ca. 1 : 10 000 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Impulsbreite bei der erhöhten Tastfrequenz (f _A ) vermindert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsamplitude (a) bei der erhöhten Tastfrequenz (f _A ) vermindert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Impulsamplitude (a) während der erhöhten Tastfrequenz (f _A ) in mehreren jeweils min­ destens einen Impuls umfassenden Schritten vermindert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach Ausbleiben einer Entladung die ursprüngliche Impulsamplitude (a ₁) in jeweils min­ destens einen Impuls umfassenden Schritten wiederherge­ stellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarmsignal er­ zeugt wird, wenn eine vorgegebene Zahl von unterhalb einer vorgegebenen Impulsamplitude nacheinander erfol­ genden Entladungen erreicht ist.

8. Verfahren zur Auswertung des UV-Anteils im Flammen­ spektrum durch einen elektronischen Flammenmelder, der ein UV-empfindliches Sensorelement mit einer zwischen Elektroden gebildeten Entladungsstrecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird, daß bei Auftreten einer Entladung im Sensorelement des Flammenmelders der Betrag der Spannung geändert wird und daß die Änderung der Zündfrequenz des Sensorelementes in Abhängigkeit der Spannungsänderung ausgewertet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannungsänderung in mehreren diskreten Schritten erfolgt.