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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Detektoren für widrige
Bedingungen, wie etwa Rauchdetektoren. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere ein verbessertes Testsystem für einen Detektor für widrige
Bedingungen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Detektoren
für widrige
Bedingungen (z. B. Rauchdetektoren), die eine frühzeitige Warnung abgeben, wenn
Rauch in einer Umgebung einen unerwünschten Pegel erreicht, sind
als nützliche
Produkte anerkannt worden. Wenn der vorgegebene Pegel des Rauchs
erfasst worden ist, erzeugen die Detektoren häufig einen akustischen und/oder
einen optischen Alarm.
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Im
Handel sind zwei Typen von Detektoren verfügbar. Ein Typ ist der so genannte
Ionisierungstyp. Ein zweiter Typ ist der so genannte photoelektrische
Typ.
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Rauchwarnungen,
die auch als Ionisierungs-Rauchwarnungen und photoelektrische Rauchwarnungen
bekannt sind, sind äußerst wirkungsvoll,
um tödliche
Verletzungen, die durch Feuer entstehen, zu verringern. Um diese
Effektivität über viele
Jahre aufrechtzuerhalten, enthalten derartige Rauchwarner einen
manuellen Testschalter. Hersteller und Feuerschutzbehörden empfehlen,
dass die Bewohner den Betrieb des Rauchwarners periodisch testen,
z. B. wöchentlich,
indem sie den manuellen Testschalter drücken und beobachten, ob der
Rauchwarner eine wahrnehmbare Meldung erzeugt, dass die Alarmeinrichtung
betriebsfähig
ist, was gewöhnlich
durch Abgeben eines akustischen Alarms erfolgt. Zusätzlich enthalten
batteriebetriebene Modelle von Rauchwarnern außerdem eine Batterieleistung-Überwachungsschaltung,
die automatisch den akustischen Alarm mit einem eindeutigen Klang
erzeugt, wenn ein Zustand mit geringer Batterieleistung auftritt.
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Es
kann leider vorkommen, dass der Anwender durch fehlende Wartung
oder falsche Wartung nicht alarmiert wird, dass der Rauchwarner
nicht betriebsfähig
ist und demzufolge nicht reagieren kann, wenn der Rauchpegel der
Umgebung auf einen unerwünschten
Pegel ansteigt, der eine Anzeige eines Zustandes mit gefährlichem
Feuer ist. Das kann dann erfolgen, wenn der Besitzer des Rauchdetektors
den Detektor nicht in einem funktionsfähigen Zustand gehalten hat,
wobei er es versäumt
hat, die Betriebsfähigkeit
des Rauchdetektors wie vorgeschlagen mit dem manuellen Testschalter
regelmäßig zu prüfen.
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Ein
derartiges automatisches System ist in dem US-Patent Nr. 4.965.556
von Prodecki u. a. offenbart, das auf den Anmelder dieser Erfindung übertragen
wurde.
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Das
Dokument US-A-4.032.909 offenbart das Testen eines Alarmsystems,
wobei der Hauptalarmton zuerst während
ein sehr kurzen Zeit (d. h. ein einzelner Klingelton oder ein einzelner
Impuls) aktiviert wird und anschließend ein untergeordneter Audioalarm
aktiviert wird, der einen geringeren Klangpegel besitzt.
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Das
Dokument US-A-5.886.638 offenbart das Erzeugen einer markanten Tonimpulsfolge,
wenn ein automatischer periodischer Test ermittelt, dass die Intaktheit
der Sensoren eines Alarmsystems gefährdet ist.
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Ein
Grund, warum Besitzer die Betriebsfähigkeit von Rauchdetektoren
nicht in regelmäßigen Intervallen
prüfen,
besteht darin, dass diese Rauchdetektoren einen akustischen Alarm
erzeugen, der physisch schmerzhaft sein kann, wenn sich der Benutzer
sehr nahe an dem Rauchdetektor befindet. Lösungen für dieses Problem enthielten
die Verwendung von speziellen Schaltern, die aus einer Entfernung
z. B. mit einem Besen oder einer Taschenlampe aktiviert werden können. Leider
sind derartige Lösungen
unbequem und die Warngeräte bleiben
weiter ungetestet.
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Demzufolge
wird in der Technik eine bequeme effektive Lösung zum Testen eines Detektors
für widrige
Bedingungen, wie etwa ein Rauchdetektor, benötigt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Erfassen widriger
Bedingungen, die durch Anspruch 1 definiert ist, sowie ein entsprechendes
Verfahren, das im Anspruch 13 definiert ist. Ein Anwender kann die
in der unmittelbaren Umgebung befindliche Vorrichtung prüfen, ohne
dass er die vollen Betriebsalarmsignale ertragen muss, die von Anwendern
häufig
als schmerzhafter Lärm
empfunden werden.
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Im
Vorhergehenden wurden die Merkmale und technischen Vorteile der
vorliegenden Erfindung recht ausführlich hervorgehoben, damit
die folgende genaue Beschreibung der Erfindung besser verstanden
werden kann. Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beschrieben,
wobei sie den Gegenstand der Patentansprüche bilden. Ein Fachmann sollte
anerkennen, dass die offenbarte Konzeption und die spezielle Ausführungsform
leicht als eine Grundlage zum Modifizieren oder zum Entwerfen weiterer
Strukturen zum Ausführen
der gleichen Aufgaben der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können.
Ein Fachmann sollte außerdem erkennen,
dass derartige gleichwertige Konstruktionen nicht vom Umfang der
Erfindung abweichen, der in den beigefügten Ansprüchen dargestellt ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Für ein vollständiges Verständnis der
vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile erfolgt nun eine Bezugnahme
auf die folgenden Beschreibungen, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung
erfolgen, in der:
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1 ein
Blockschaltplan einer Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Erfassen widriger Bedingungen der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 ein
elektrischer Schaltplan einer Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung
von 1 ist;
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3A ein
Signalschema ist, das verschiedene Signale in der Vorrichtung von 2 zeigt, wenn
die widrige Bedingung erfasst wird; und
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3B ein
Signalschema ist, das verschiedene Signale in der Vorrichtung von 2 zeigt, wenn
die Vorrichtung getestet wird.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
einen Blockschaltplan einer Vorrichtung 100 zum Erfassen
widriger Bedingungen der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten
Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung 100 einen Detektor 110 widriger
Bedingungen, ein Testsystem 130, einen Treiber 150 und
einen Warnsignalwandler 170. Der Detektor 110 widriger
Bedingungen (oder der "Detektor" enthält einen
Umgebungseingang 112, einen Testaktivierungseingang 114 und
einen Ausgang 116 der widrigen Bedingung. Der Treiber 150 besitzt einen
Treibereingang 152, der mit dem Ausgang 116 der
widrigen Bedingung elektrisch verbunden ist, einen Teststeuereingang 154 und
einen Treiberausgang 156. Das Testsystem 130 besitzt
einen Anwenderaktivierungseingang 132, einen Testaktivierungsausgang 134,
der mit dem Testaktivierungseingang 114 des Detektors elektrisch
verbunden ist, und einen Treibersteuerausgang 136, der
mit dem Teststeuereingang 154 des Treibers 150 elektrisch
verbunden ist. Der Wandler 117 besitzt schließlich einen Treibereingang 172,
der mit dem Treiberausgang 156 des Treibers 150 elektrisch
verbunden ist.
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Der
Detektor 110 kann im Allgemeinen jeden Typ einer Vorrichtung
zum Erfassen widriger Bedingungen für eine vorgegebene Umgebung
enthalten. Der Detektor könnte
z. B. ein Rauchdetektor (z. B. Ionisierungsdetektor, photoelektrischer
Detektor) zum Erfassen von Rauch sein, der das Vorhandensein eines
Feuers anzeigt. Weitere Detektoren könnten Kohlenmonoxid-Detektoren,
Aerosol-Detektoren, Gasdetektoren, die Detektoren für Verbrennungsgase,
giftige Gase und Schadstoffgase enthalten, Wärmedetektoren oder dergleichen
enthalten, sie sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
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Ein
Warnsignalwandler ("Wandler") 170 kann eine
geeignete Vorrichtung sein, um einen Anwender zu warnen, dass eine
widrige Bedingung erfasst wurde. Ein derartiger Warnsignalwandler 170 könnte eine
Signalhupe, ein Summer, eine Sirene und eine Blinkleuchte sein,
ist jedoch nicht darauf beschränkt. In
einer Ausführungsform
umfasst ein Warnsignalwandler 170 eine piezoelektrische
Resonanzhupe, die eine sehr wirkungsvolle Vorrichtung ist, die äußerst laute
Alarmsignale (85 dB) erzeugen kann, wenn sie durch ein verhältnismäßig kleines
Ansteuerungssignal angesteuert wird.
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Der
Treiber 150 kann jede geeignete Schaltung oder Schaltungskombination
sein, die (1) den Warnsignalwandler 170 funktional ansteuern
kann, um einen Betriebsalarm zu erzeugen, wenn der Detektor eine
widrige Bedingung erfasst, und (2) den Warnsignalwandler dazu veranlasst
(z. B. ansteuert), in Reaktion auf die Aktivierung des Testsystems 130 durch
einen Anwender einen abgeschwächten
(leiseren) Alarm zu erzeugen. Das Testsystem 130 kann wiederum
jede geeignete Vorrichtung, Schaltung oder Kombination davon sein,
um die Vorrichtung widriger Bedingungen zu testen, wobei der Wandler veranlasst
wird, wenigstens anfangs in Reaktion auf die Aktivierung des Testsystems
einen abgeschwächten
Alarm zu erzeugen.
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Im
Betrieb werden zwei unterschiedliche Bedingungen den Warnsignalwandler 170 dazu
veranlassen, einen Alarm zu erzeugen. Die erste Bedingung ist die
Erfassung einer widrigen Bedingung, die die Erzeugung eines Betriebsalarms
bewirkt. Die zweite Bedingung ist eine Aktivierung des Testsystems 130 durch
einen Anwender, die die Erzeugung des abgeschwächten Alarms bewirkt.
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Wenn
im Betrieb eine widrige Bedingung, wie etwa ein Rauch verursachendes
Feuer, auftritt (wobei der Detektor 110 ein Rauchdetektor
ist), tritt Rauch durch den Umgebungseingang 112 in die
Vorrichtung 100 ein und sammelt sich in dem Detektor 110.
Wenn sich eine ausreichende Menge des Rauchs in dem Detektor 110 angesammelt
hat, erzeugt der Detektor ein Signal einer widrigen Bedingung, das
an dem Ausgang 116 der widrigen Bedingung ausgegeben wird.
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In
Reaktion auf den Empfang dieses Signals über den Detektoreingang 152 erzeugt
der Treiber ein Ansteuerungssignal, das den Warnsignalwandler funktional
ansteuern kann, um den Betriebsalarm zu erzeugen. Dieses Ansteuerungssignal
wird über
den Treiberausgang 156 ausgegeben. Der Alarmsignalwandler 170 empfängt schließlich das
Ansteuerungssignal über
den Treibereingang 172, das den Wandler dazu veranlasst,
den Betriebsalarm zu erzeugen. Wenn der Wandler 170 z.
B. ein piezoelektrisches Horn ist, erzeugt der Treiber (mit einer
Resonanzrückführung von
dem piezoelektrischen Horn) eine Modulationshüllkurve des betriebsfähigen Horns
(z. B. 3200 Hz), die mit einem statischen oder schwankenden Impulsfolgesignal
moduliert ist (z. B. 9 V, 1 Hz, Tastverhältnis 50 %).
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Zum
Testen der Alarmvorrichtung 100 aktiviert ein Anwender
das Testsystem 130 über
den Anwender-Testaktivierungseingang 132 (wie etwa durch
Niederdrücken
und Halten eines Schalters). In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bewirkt das Testsystem 130 in Reaktion auf seine
Aktivierung, (1) dass der Detektor 110 ein Signal einer widrigen
Bedingung erzeugt, was oben erläutert
wurde und schließlich
den Treiber dazu veranlasst, ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern
des Warnsignalwandlers 170 zu erzeugen, und (2) steuert
den Treiber derart, dass das Ansteuerungssignal (wenigstens anfangs)
abgeschwächt
wird (oder bewirkt das). Das heißt, es veranlasst den Treiber,
ein "reduziertes" oder abgeschwächtes Ansteuerungssignal
zu erzeugen, das zur Folge hat, dass der Warnsignalwandler einen
reduzierten oder abgeschwächten
Alarm erzeugt. Bei dem oben erwähnten
Beispiel des Ansteuerungssignals könnte z. B. die gleiche Raummodulationshüllkurve,
jedoch mit einer reduzierten Amplitude erzeugt werden. Auf diese
Weise kann ein Anwender die Vorrichtung bequem testen und sich überzeugen,
dass wenigstens der Wandler betriebsfähig ist, ohne Unannehmlichkeiten,
z. B. von einem schmerzhaft lauten Betriebsalarm zu erleiden.
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Es
erfolgt nun eine Bezugnahme auf die 2, 3A und 3B. 2 zeigt
einen elektrischen Schaltplan einer Ausführungsform einer Rauchdetektorvorrichtung 200 der
vorliegenden Erfindung. 3A zeigt
relevante Betriebssignale, wenn Rauch erfasst wird, und 3B zeigt
die gleichen relevanten Signale, wenn das Testsystem aktiviert wird.
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Es
sollte klar sein, dass die Erfindung auf keinen Fall auf die spezifischen
Komponenten, Werte und Konfigurationen, die in 2 gezeigt
sind, beschränkt
ist. Nach dem Lesen der folgenden Beschreibung wird ein Fachmann
erkennen, dass die vorliegende Erfindung auf zahlreiche Arten implementiert
werden könnte.
Zum leichteren Verständnis wird
jedoch im Folgenden eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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In 2 umfasst
die Rauchdetektorvorrichtung 200 im Allgemeinen eine Raucherfassungsschaltung 210,
eine Testsystemschaltung 230, eine Treiberschaltung 250 und
einen piezoelektrischen Hornwandler 270.
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Die
Raucherfassungsschaltung 210 umfasst einen Rauchdetektor 217 des
Ionisierungstyps und einen Widerstand R1. Der Detektor 217 des
Ionisierungstyps umfasst eine Kammer 218, eine Kollektorplatte 219,
eine Isotopquelle 221 und einen Quellenträger 222.
Die Kollektorplatte 219 dient als ein Ausgang einer widrigen
Bedingung. Die Isotopquelle 221 ist über die Quellenplatte 222 mit
Masse verbunden. Der Widerstand R1 ist zwischen eine 9 V-Quelle
und die Kammer 218 geschaltet. Die Isotopquelle 221 emittiert
normalerweise Alphateilchen in den Raum, der zwischen der Quelle 221 und
der Kammer 218 gebildet ist. Die Kammer wird belüftet, um
Rauch aufzunehmen, wenn dieser vorhanden ist. Die Alphateilchen
ionisieren die Luft in der Kammer, wodurch ein leitender Pfad zwischen
einerseits der Kammer 218 und andererseits der Quelle 221 und
dem Quellenträger 222,
die physikalisch verbunden sind, geschaffen wird, wobei der leitende
Pfad die Kollektorplatte 219 kreuzt. Somit besitzt die
Kollektorplatte 219 dann, wenn kein Rauch vorhanden ist,
einen ersten vorgegebenen Spannungswert. Wenn in einer Ausführungsform
die 9 V-Spannungsquelle mit der Kammer 218 verbunden ist,
beträgt
dieser erste vorgegebene Wert etwa 6 V. Die Einleitung von Rauch
in die Ionisationskammer erhöht
den Widerstand zwischen der Kollektorplatte 219 und der
Ionisationskammer 218 im Vergleich zu einem verhältnismäßig kleineren
Widerstandsanstieg zwischen einerseits der Kollektorplatte 219 und
andererseits der Quelle 221 und dem Quellenträger 222,
die physikalisch verbunden sind, wodurch schließlich bewirkt wird, dass die
Spannung an der Kollektorplatte 219 proportional zu der
in der Kammer vorhandenen Rauchmenge absinkt. In der dargestellten
Ausführungsform
verringert sich diese Spannung auf etwa 4 V, wenn eine ausreichende Menge
von Rauch in die Kammer eingetreten ist. Somit ändert sich das Signal der widrigen
Bedingung am Ausgang für
die widrige Bedingung (Kollektorplatte 219) von etwa 6
V auf etwa 4 V, wenn die Detektorschaltung 210 eine ausreichende
Menge von Rauch erfasst, die das Vorhandensein eines Feuers anzeigt.
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Die
Testsystemschaltung 230 umfasst einen Schiebeschalter für den Test
("PTT") SW1, die Widerstände R2 bis
R7, den Kondensator C1 und die bipolaren Transistoren T1 und T2.
Der Widerstand R2 ist zwischen Masse und eine Seite des Schalters
SW1 geschaltet. Die andere Seite von SW1 ist mit der Ionisationskammer 218 der
Detektorschaltung 210 verbunden. Der Kondensator 1 ist
mit einer seiner Seiten mit dem Knoten zwischen R2 und SW1 verbunden. C1
ist an seiner anderen Seite mit einem Verbindungspunkt verbunden,
der zwischen R3 und R4 gebildet ist, die miteinander verbunden sind.
Die andere Seite von R3 ist mit Masse verbunden und die andere Seite
von R4 ist mit der Basis von T1 verbunden. Der Emitter von T1 ist
mit Masse verbunden. Der Widerstand R5 ist zwischen eine 9 V-Quelle
und den Kollektor von T1 geschaltet. R6 ist an einem Ende ebenfalls
mit dem Kollektor von T1 verbunden und ist am anderen Ende mit der
Basis von T2 verbunden. Der Widerstand R7 ist zwischen eine 9 V-Quelle
und den Kollektor von T2 geschaltet. Der Emitter von T2 ist schließlich mit
Masse verbunden. Der PTT-Schalter SW1 dient als ein Anwenderaktivierungseingang.
Die R2-Seite von SW1 dient als ein Testaktivierungsausgang und der
Kollektorausgang von T2 dient als ein Treibersteuerausgang.
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Wenn
der normalerweise offene Schalter SW1 offen ist, wird der Betrieb
der Detektorvorrichtung 200 durch das Testsystem nicht
beeinflusst. Wenn jedoch SW1 geschlossen ist, fällt die Spannung an der Kammer 218 von
einem Nennwert 9 (neun) Volt auf etwa 6 (sechs) Volt und
diese Spannungsänderung
bewirkt ferner, dass die Spannung an der Kollektorplatte 219 von
etwa 6 (sechs) Volt auf etwa 4 (vier) Volt fällt. R1 und R2 sind so gewählt, dass
diese resultierende Spannung an der Kollektorplatte 219 kleiner
als die Spannung an der Kollektorplatte 219 ist oder funktional
gleich der Spannung ist, wenn in der Kammer 218 ein beträchtlicher
Pegel von Rauch erfasst wird. Auf diese. Weise veranlasst die Testsystemschaltung 230 den
Detektor dazu, ein Signal einer widrigen Bedingung zu erzeugen,
wenn SW1 niedergedrückt
wird.
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Die
Kombination von T1, R4 und R5 bildet einen einfachen invertierenden
Verstärker.
Das gilt ebenso für
die Kombination aus T2, R6 und R7. Somit bildet die Gesamtkombination
aus T1, T2 und R4 bis R7 einen nicht invertierenden Verstärker zum
Puffern eines Impulses (der über
C1 gebildet wird, wenn SW1 anfangs geschlossen wird) von der C1/R3-Verbindung
zu dem Treibersteuerausgang am Kollektor von T2. Wie später beschrieben
wird, bewirkt dieser gepufferte Impuls, dass die Treiberschaltung 250 wenigstens
anfangs das piezoelektrische Horn 270 auf einen abgeschwächten (besser
tolerierbaren) Pegel ansteuert.
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Die
Treiberschaltung 250 umfasst die integrierten Schaltungschips
U1, U4 für
Ionisationsrauchalarm (implementiert mit ASICs A5368, die von Allegro,
Inc., Worcester, Mass. verfügbar
sind), 4022 Teiler-8-Zähler
U2, den Operationsverstärker
U3, den BJT-Transistor T3, die Kondensatoren C2 bis C4, die Widerstände R8 bis
R20, die LED D1 und die Dioden D3 bis D7. (Zur Einfachheit werden
lediglich die für
den Betrieb wichtigen Komponenten erläutert. Das heißt, normale
Pinverbindungen und Filterkondensatoren, wie etwa C4, werden nicht
beschrieben.) Die Kollektorplatte 219 (die als Ausgang
des Signals der widrigen Bedingung dient) der Detektorschaltung 210 ist
mit dem Eingang 15 von U1 verbunden. Die Widerstände R8 und
R9 sind in Reihe zwischen eine 9 V-Quelle und Masse geschaltet und
dienen in Verbindung mit Innenwiderständen von U1, die in ähnlicher
Weise geschaltet sind, als ein Spannungsteiler, damit eine Spannung
von etwa 4,8 V über
dem Referenzpin 13 von U1 abfällt. R11 und die LED D1 sind in
Reihe zwischen eine 9 V-Quelle und den Pin 5 von U1 geschaltet,
um anzuzeigen, dass die 9 V-Quelle betriebsfähig ist. R10 dient zum Vorspannen
von U1; während
C2 die Zeitbasis für
den periodischen Betrieb von U1 einstellt. Der Ausgangspin 11 von
U1 ist über
R12 mit dem Taktfreigabeeingang von U2 verbunden, der Ausgangspin 10 ist
nicht angeschlossen und der Pin 8, der normalerweise der
Rückführungseingang
für ein
piezoelektrisches Horn ist, ist mit 9 Volt verbunden. Der Kondensator
C3 ist als ein Filter zwischen das Taktfreigabesignal von U2 und
Masse geschaltet. Der Kollektor von T2 (der als Teststeuerausgang
funktioniert) ist mit dem Zählerrücksetzpin
R des Zählers
U2 verbunden. D6 ist zwischen den Zählerausgang Q2 und den Eingangtaktfreigabe
Clk En geschaltet. D3 und R13 sind in Reihe zwischen den Ausgang
Q2 und den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U3
geschaltet. D4 und R15 sind gleichfalls in Reihe zwischen den Ausgang Q1
und den nicht invertierenden Eingang von U3 geschaltet und D5 und
R16 sind in Reihe zwischen den Ausgang Q0 und den gleichen nicht
invertierenden Eingang von U3 geschaltet. R14 ist zwischen den nicht
invertierenden Eingang und Masse geschaltet. Außerdem ist D7 zwischen den
nicht invertierenden Eingang und den Ausgangspin 11 von
U1 geschaltet. Um eine negative Rückführung für den Operationsverstärker U3
bereitzustellen, ist R18 zwischen den Ausgang von U3 und seinen
invertierenden Eingang geschaltet. Außerdem ist R19 zwischen den
invertierenden Eingang und Masse geschaltet. R17 ist zwischen den
Ausgang von U3 und die Basis des BJT T3 geschaltet, wobei der Kollektor
mit einer 9 V-Quelle
verbunden ist und der Emitter (über
R20) mit den Spannungsversorgungseingängen 6 und 7 von
U4 verbunden ist.
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Die
Ionisations-Rauchalarmchips U1, U4 besitzen jeweils Ausgangspins 10, 11 und
einen Eingangspin 8 für
eine herkömmliche
Ansteuerung eines piezoelektrischen Resonanzhorns. Der Pin 8 ist
eine Resonanz-Rückführungsleitung
und die Pins 10 und 11 liefern die Signale der
Hornmodulationshüllkurve, die
Impulsfolgen sind (z. B. 1 Hz, Tastverhältnis 50 %). Die Hüllkurvensignale
sind gleichphasig, während
die Modulationssignale an das piezoelekirische Horn zueinander um
180° phasenverschoben
sind. Wenn eine Schaltung des piezoelektrischen Horns daran angeschlossen
ist (wie etwa die Hornschaltung 270, die mit U4 verbunden
ist), wird ein Signal mit einer höheren Hornfrequenz (etwa 3200
Hz) auf die Impulsfolge zum Erzeugen des akustischen Alarms moduliert.
Deswegen ist der Ausgang an den Pins 10 und 11 von
U1 einfach eine Impulsfolge mit einer geringen Frequenz (z. B. 1
Hz), da er kein Piezo-Horn ansteuert und da Pin 8 mit 9
Volt verbunden ist. Der Ausgang an den Pins 10, 11 von
U4 liefert dagegen ein Alarmerzeugungssignal von etwa 3200 Hz, das auf
die Impulsfolge moduliert wird, da diese Ausgänge mit der Schaltung 270 des
piezoelektrischen Horn verbunden sind und da die Eingangsleistung
von U4 durch die von U1 erzeugte Hüllkurve moduliert wird, wenn
eine Alarmbedingung vorliegt.
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Jeder
ASIC-Chip U1 und U4 enthält
einen internen Komparator zum Ein-/Aus schalten der Impulsfolge an
den Pins 10 und 11. Die Pins 13 und 15 dienen
als die Eingänge
für diesen
Komparator. Wenn die Spannung am Pin 15 unter die Spannung
am Pin 13 fällt,
wird das Impulsfolgesignal aktiviert. Wenn sie dagegen höher ist
als die Spannung am Pin 13, ist die Impulsfolge ausgeschaltet.
Wenn die Ausgangsspannung von der Kollektorplatte 219 unter
4,8 V fällt (was
etwa der Spannungseingang am Pin 13 ist), wie etwa dann,
wenn Rauch erfasst wird oder der PTT-Schalter SW1 niedergedrückt wird,
wird somit das Impulsfolgesignal am Pin 11 von U1 erzeugt. Wenn
diese Spannung größer als
4,8 V ist, wie etwa dann, wenn kein Rauch vorhanden ist und der
Schalter nicht niedergedrückt
wird, wird kein Signal vom Pin 11 von U1 ausgegeben. Die
Vergleichseingänge an
Pin 13 und Pin 15 werden in U4 nicht verwendet, da
die einzige Funktion von U4 darin besteht, in geeigneter Weise zu
bewirken, dass das piezoelektrische Horn 270 ertönt.
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Der
Teiler-8-Zähler
U2 gibt im Unterschied zu einem herkömmlichen Zähler einen Hochpegel (oder "1") lediglich an einem seiner Ausgänge Q0 bis
Q7 zu einem gegebenen Zeitpunkt aus. (Q3 bis Q7 sind nicht gezeigt.)
Ein aktives Signal (z. B. einen Übergang
vom Tiefpegel zum Hochpegel) an dem Rücksetzpin bewirkt, dass ein
Hochpegel (der etwa der Versorgungsspannung von 9 V entspricht)
an Q0 ausgegeben wird, wobei an den anderen Ausgängen Tiefpegel (0 V) vorhanden
sind. Da der Takt-Pin CL mit Hochpegel verbunden ist, zählt der
Zähler
bei jeder abfallenden Flanke des Taktsignals am Eingang Clk En aufwärts. Das
bewirkt, dass ein Hochpegelsignal nacheinander von den Ausgängen Q0
bis Q1 und dann von Q1 bis Q2 ausgegeben wird. Das würde sich
normalerweise bis zu Q7 fortsetzen und zu Q0 zurückkehren. Da jedoch D6 zwischen
Q2 und Clk En geschaltet ist, wird dann, wenn auf Q2 ein Hochpegel
ausgegeben wird, unabhängig
von dem Signal am Pin 11 von U2 am Eingang Clk En ein Hochpegel
aufrechterhalten, wodurch bewirkt wird, dass der Hochpegel an Q2
bleibt, bis U2 nochmals zurückgesetzt
wird.
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Die
Kombination aus U3, R13 bis R16, R18, R19 und D3 bis D5 bildet einen
nicht invertierenden Verstärker
mit drei unterschiedlichen Verstärkungen für die drei
signifikanten Ausgänge
Q0 bis Q2. Von Q0 bis zum Verstärkerausgang
besitzt der Verstärker eine
Verstärkung
von etwa 0,6. In Bezug auf Q1 besitzt er eine Verstärkung von
etwa 0,8 und von Q2 zum Ausgang besitzt er eine Verstärkung von
etwa 1,0. Somit tritt das kleinste Ausgangsignal am Ausgang von
U3 (etwa 5,2 V) auf, wenn Q0 aktiv ist; ein größeres Ausgangssignal (etwa
7,2 V) tritt auf, wenn Q1 aktiv ist, und das größte Ausgangssignal (9V) tritt auf,
wenn Q2 aktiv ist. Dieses größte Ausgangssignal entspricht
einem vollen Betriebsalarm.
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Die
Kombination aus dem Transistor T3 und dem Widerstand R17 funktioniert
als ein Emitterfolger-Treiber zum Ansteuern (Versorgen) des Horn-Modulationshüllkurvengenerators
U4 mit dem Ausgang von U3. Obwohl U4 in der dargestellten Ausführungsform
ein herkömmlicher
Ionisations-Rauchalarmchip
ist, ist er lediglich als ein Treiber eines piezoelektrischen Horns
konfiguriert.
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Die
Schaltung 270 des piezoelektrischen Horns umfasst R21,
R22, C5 und das piezoelektrische Horn 272 mit den Ansteuerungseingängen 273, 275 und
dem Resonanzrückführungsausgang 277. Die
Hornmodulationsausgänge 10, 11 von
U4 sind mit den Ansteuerungseingängen 273 bzw. 275 verbunden.
Der Rückführungsresonanzeingangspin 8 von
U4 ist gleichfalls über
R22 mit dem Rückführungsresonanzausgang 277 des
Horns 272 verbunden. Schließlich ist C5 zwischen den Ansteuerungsausgang
am Pin 11 und den Rückführungseingang am
Pin 8 von U4 geschaltet und R21 ist zwischen den Ansteuerungsausgang
am Pin 10 und den Rückführungseingang
am Pin 8 von U4 geschaltet. Nun wird die vollständige Funktionsweise
der Vorrichtung 200 erläutert.
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3A zeigt
Signale und Signalbeziehungen in der Vorrichtung 200, wenn
Rauch erfasst wird. Wenn Rauch in die Ionisationskammer 218 des
Detektors 217 eintritt, wird die Spannung 310 an
der Kollektorplatte 219 von einem ersten vorgegebenen Pegel
von etwa 6 (sechs) Volt auf eine zweite vorgegebene Spannung von
etwa 4 (vier) Volt verringert, die unter der Referenzspannung am Pin 13 von
U1 liegt. Weitere Spannungen sind für den zweiten vorgegebenen
Pegel möglich
und der tatsächliche
Pegel ist im Allgemeinen zu der Dichte und den Charakteristiken
der Verbrennungspartikel, die in die Kammer eingetreten sind, proportional.
Vier Volt ist ein Beispiel einer bestimmten Stärke des Rauchs. Das bewirkt,
dass am Pin 11 von U1 die Horn-Hülikurve der Impulsfolge ausgegeben
wird (wie am Bezugszeichen 320 gezeigt ist). U2 gibt an
Q2 normalerweise einen Hochpegel aus. (Es wird angenommen, dass die
Raucherfassungsvorrichtung 200 beim ersten Einschalten
oder während
der periodischen Wartung getestet wurde und deswegen würde der
Zähler
gewöhnlich
in dem Zustand bleiben, der durch die Bedingung definiert ist, bei
der Q2 auf Hochpegel ist.) Wenn D6 diesen Zustand hält (indem
der Taktfreigabeeingang auf Hochpegel gehalten wird), wird am Operationsverstärkerausgang
von U3 (am Bezugszeichen 330) eine Impulsfolge von etwa
9 V bereitgestellt. Dieses Signal spiegelt im Wesentlichen den Signalausgang
vom Pin 11 von U1. Das ist der Fall, da die Diode D7 die
Spannung am nicht invertierenden Eingang von U3 "kurzschließt", wenn die Impulsfolge am Pin 11 von
U1 auf Tiefpegel ist. Der Ausgang von Q2 ist näherungsweise gleich der Versorgungsspannung,
die in der dargestellten Ausführungsform
9 V beträgt.
Deswegen wird ein Impulsfolgesignal mit einer Größe von etwa 9 V von Operationsverstärkern U3
ausgegeben.
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Die
9 V-Impulsfolge, die von U3 ausgegeben wird und durch BJT T3 gepuffert
wird, speist den Hornmodulationschip U4. Das bewirkt, dass die Hornmodulationshüllkurve 340 an
den Pins 8, 10 und 11 von U4 dem Gegenstücksignal,
das von U1 ausgegeben wird, nachläuft. Die erzeugte Hornmodulationshüllkurve 340 steuert
das piezoelektrische Horn 270 bei einem vollen Betriebspegel
(z. B. 85 dB) an.
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3B zeigt
relevante Signale in der Vorrichtung 200, wenn das Testsystem
zum Testen der Vorrichtung aktiviert wird. Wenn der Schalter SW1 niedergedrückt wird,
wird bewirkt, dass die Spannung 350 an der Kollektorplatte 290 unter
den Schwellenpegel am Pin 13 von U1 fällt. Das Niederdrücken des SW1
bewirkt außerdem,
dass die Spannung 355 an SW1 exponentiell ansteigt, da
der Kondensator C1 geladen wird. Das bewirkt, dass an R3 ein Spannungsimpuls
auftritt. Das hat zur Folge, dass ein Spiegelimpuls 360 vom
Kollektor am T2 ausgegeben wird, der der Teststeuerausgang ist.
Dieser Impuls bewirkt, dass der Teiler-8-Zähler U2 zurückgesetzt wird und an Q0 einen
Hochpegel ausgibt. Gleichzeitig wird bei der verringerten Kollektorplattenspannung
(da SW1 niedergedrückt
ist) das Hornimpulsfolgensignal von U1, Pin 11 ausgegeben. Wenn
Impulse an Clk En angelegt werden, zählt der Zähler U2 aufwärts, bis
Q2 an seinem Ausgang einen Hochpegel aufweist. Dann schaltet D6
ein und verriegelt den Zähler
in diesem Zustand bis zum erneuten Rücksetzen von einem nachfolgenden
Niederdrücken
des SW1. Das Signal, das am Ausgang des Operationsverstärkers U3
erzeugt wird, ist am Bezugszeichen 370 gezeigt. Wie ersichtlich
ist, beginnt die Spannung am niedrigsten Pegel (Q0) und steigt rampenförmig auf
den maximalen Pegel (Q2) an. Dieses Signal speist den Horngenerator
U4, was bedeutet, dass das Signal 375 der Hornmodulationshüllkurve
eine entsprechende Größe besitzt.
Das bewirkt, dass das Horn einen Alarm mit einem geringeren Lautstärkepegel
während
der ersten beiden Impulse erzeugt, wodurch möglich ist, dass ein Anwender
die Vorrichtung 200 mit dem ersten Impuls oder mit zwei
Impulsen testet, und dann den Schalter freigibt, bevor eine maximale
Alarmlautstärke
erzeugt wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
R15 gleich R16, so dass die ersten zwei Alarmimpulse in gleicher
Weise auf niedrigeren Lautstärkepegeln
sind. Somit kann ein Anwender mit der vorliegenden Erfindung die
Alarmvorrichtung leicht testen, indem er einen Schalter niederdrückt und
sich überzeugt,
dass der Alarm funktioniert, ohne dass er den nahen Bereich des
schmerzhaften Betriebsalarmlärms
aushalten muss.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile genau beschrieben wurden
sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Veränderungen
daran ausgeführt
werden können, ohne
vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist. Darüber
hinaus soll der Umfang der vorliegenden Anwendung nicht auf die speziellen
Ausführungsformen
des Prozesses, der Einrichtung, der Herstellung, der Zusammensetzung
von Elementen, Mitteln, Verfahren und Schritten, die in der Spezifikation
beschrieben wurden, beschränkt
sein. Wie ein Fachmann aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung
leicht erkennen wird, können
Prozesse, Einrichtungen, die Herstellung, die Zusammensetzung von
Elementen, Mitteln, Verfahren oder Schritten, die gegenwärtig existieren
oder zukünftig
entwickelt werden sollten, die im Wesentlichen die gleiche Funktion
ausführen
oder im Wesentlichen das gleiche Resultat erreichen wie die hier
beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen, gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
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Eine
Vorrichtung zum Erfassen widriger Bedingungen mit einem Testsystem
der vorliegenden Erfindung könnte
z. B. mit einer beliebigen geeigneten Schaltungsanordnung implementiert
sein. Das Testsystem kann den Treiber veranlassen, ein Signal einer
widrigen Bedingung zu erzeugen, um die Vorrichtung zu testen, oder
es kann den Treiber direkt auslösen,
um den Alarm bei einem reduzierten Pegel anzusteuern. Das Testsystem
könnte
außerdem
konfiguriert sein, um den Treiber zu veranlassen, einen konstanten
verringerten Alarm anstelle eines rampenförmig ansteigenden Alarms zu
erzeugen. Zu diesem Zweck kann die vorliegende Erfindung mit einem beliebigen
Typ des Alarmsignals verwendet werden, wie etwa ein ununterbrochenes
Signal oder ein dynamisch gepulstes Signal. Ein ununterbrochenes
Rampensignal sowie ein impulsförmiges
Rampensignal könnten
für einen
Testalarm verwendet werden. Darüber
hinaus könnte
eine beliebige geeignete Schaltungsanordnung oder Komponentenkonfiguration
bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das gesamte Testsystem
und der Treiber könnten
z. B. in einem einzigen ASIC implementiert sein. Die beigefügten Ansprüche sollen
demzufolge in ihrem Umfang derartige Prozesse, Einrichtungen, Herstellungsarten,
Zusammensetzungen von Elementen, Mitteln, Verfahren oder Schritten
enthalten.