DE69418607T2

DE69418607T2 - System zur rauchmeldung

Info

Publication number: DE69418607T2
Application number: DE69418607T
Authority: DE
Inventors: Peter David Fox; Christopher Bounds Cro Girling
Original assignee: Airsense Technology Ltd
Current assignee: Airsense Technology Ltd
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2014-08-02
Also published as: WO1995004338A3; EP0712522B1; US5917417A; ES2240874T3; EP0825575B1; ATE293820T1; DE69432958T2; EP1326221A3; EP0825575A1; DE69418607D1; EP1326221A2; DE69434352D1; WO1995004338A2; GB9315779D0; EP1326221B1; AU689484C; AU7269494A; ATE245297T1; AU689484B2; EP0712522A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenverarbeitungsvorrichtungen und -verfahren sowie auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion des Gehalts an Verunreinigungen in einem gasförmigen Medium.
Das Problem bei der Detektion eines Feuers durch Rauchdetektion ist durch den Einsatz eines hochempfindlichen Ansaugdetektors nicht gänzlich gelöst.
Wenn hochwertiges Vermögen gegen Feuer geschützt wird, ist ein frühzeitiges Erkennen des Feuers wichtig, wobei die Zeit zur Bekämpfung desselben bei Verursachung des geringstmöglichen Schadens berücksichtigt wird. Ein Feuer kann sich ganz allmählich oder sehr schnell entwickeln. Überlastete Elektrostromkabel oder elektronische Komponenten verursachen ein Verschmoren oder Schwelen des umgebenden Materials lange bevor ein hellbrennendes Feuer entsteht. Die Ursache vieler Feuer ist ein Überhitzen, woraus sich langsam eine volle Feuersbrunst entwickelt. In diesen Fällen ist das Überhitzungsprodukt klein, und nur ein hochempfindlicher Wandler kann darauf reagieren. Die Feuerentwicklung kann auch scheinbar augenblicklich erfolgen, wie z. B. bei einer Explosion. Ganz gleich, wie das Feuer beginnt, frühzeitiges Erkennen ist wichtig und eine schnelle Alarmgebung ist eine normale Anforderung. Es gibt zwei Hauptkomponenten für frühzeitige Erkennung. Die erste ist ein hochempfindlicher Wandler, der sehr kleine Mengen des Überhitzungsprodukts detektieren kann. Die zweite besteht darin, daß schnell erkannt wird, daß das Ausgangssignal des Wandlers tatsächlich durch ein Überhitzungsprodukt ausgelöst worden ist und kein Signal ist, das durch etwas anderes ausgelöst worden sein könnte. Grundsätzlich umfaßt ein Detektor einen Wandler, der ein Signal proportional, zu dem Überhitzungsprodukt abgibt, und eine Einrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals, wenn das Wandlerausgangssignal einen vorgegebenen Alarmpegel erreicht hat. Die Umgebung für einen Detektor ist generell eine solche, in der beträchtliche Schwankungen des Signals eines hochempfindlichen Wandlers normal sind. Hochempfindlichkeit allein führt entweder zu einem Feueralarmsignal ausgelöst durch normale Hintergrundaktivität oder zum Anheben des vorgegebenen Alarmpegels auf einen Punkt, an dem die normale Hintergrundaktivität ignoriert wird, wodurch der Detektor desensibilisiert wird. Dies beschränkt in der Praxis die Empfindlichkeit des Detektors.
Zur Vermeidung der Verschmutzung innenliegender Teile eines Wandlers wird ein Luftfilter zum Abscheiden größerer Partikel als die bei Produkten überhitzten Materials erwarteten eingesetzt. Die Wirkung und der Austausch dieses Filters verursachen im Zusammenhang mit bekannten Ansaugdetektoren Probleme bei der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Empfindlichkeit des Detektors. Das Problem entsteht dadurch, daß bei steigender Verschmutzung des Luftfilters während des Gebrauchs die nutzbare Porengröße des Filtermediums immer kleiner wird. Dieser Effekt ist in manchen Fällen wegen der Ähnlichkeit mit dem Effekt, den Teeblätter haben, wenn sie das Durchlaufen von Tee durch ein Teesieb behindern, als "Teeblattbildung" bekannt. Die Auswirkung auf herkömmliche Ansaug-Rauchdetektoren ist, daß die Empfindlichkeit des Detektors mit der Zeit abnimmt, wenn der Filter zunehmend verstopft, wodurch das System in manchen Fällen nach nur wenigen Monaten des Gebrauchs wesentlich unempfindlicher wird.
Ferner ist es bei bestehenden Ansaug-Rauchdetektorsystemen wünschenswert, daß die Luftdurchströmrate durch die Entnahmerohre bei ihrem Maximum liegt, da dies die Ansprechzeit bei Feuer minimiert. Wegen der hohen Durchströmrate durch die Entnahmerohre ist es auch wahrscheinlich, daß beträchtliche Mengen an anderen Verunreinigungen als Rauch, die wie oben beschrieben dazu neigen, die Filter zu verstopfen, in den Detektor eingesaugt werden.
"Referenzing" heißt das Verfahren, bei dem ein Wandler für Luftverschmutzung einer Luftverschmutzungs-Detektionseinheit die in ein geschütztes Volumen eintretende Luft entnimmt und ein Offset-Signal an andere Luftverschmutzungs-Detektionseinheiten in dem Volumen sendet. Der Zweck des Referenzing ist es, das Problem des Eintritts von Verschmutzungen von außen in das Volumen und eine daraus resultierende Alarmgebung zu verhindern. Die Luftverschmutzungs-Detektionseinheit kann zwei mögliche Rollen beim Referenzing spielen. Die erste ist das Senden eines Referenzsignals, wobei die Einheit als Referenzeinheit bezeichnet wird; die zweite ist die Übernahme eines Referenzsignals, wobei die Einheit als Detektionseinheit bezeichnet wird. "Referenzing" wird generell in solchen Fällen angewandt, in denen ungereinigte Außenluft in das geschützte Volumen gelangen kann, z. B. durch ein Kanalsystem oder ein Fenster. Sie ist nicht erforderlich in Fällen, in denen keine Außenluft in das Volumen gelangen kann oder dieselbe gereinigt wird, bevor sie in das Volumen strömt.
Auf den Seiten 77 und 78 des Buches "Messen, Steuern und Regeln in der Chemischen Industrie", Band II, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg und New York, 1980, wird eine thermomagnetische Sauerstoffmessung unter Verwendung einer Ringkammeranordnung beschrieben, in der das Prüfgas durch beide Hälften eines kreisförmigen, hohlen Rings aus Messing oder Stahl strömt. Ein dünnwandiges, horizontales Glasrohr bildet eine Meßkammer als diametralen Querschnitt der Ringkammer. Das Rohr stützt eine umschließende Heizschlange, die zwei identische Wicklungen aufweist, in der Mitte einen Abgriff aufweist, und zwei Funktionen hat: die Erzeugung und die Messung eines thermomagnetischen Gasstroms. Die Ringkammer ist exzentrisch im Feld eines starken Dauermagneten angeordnet, so daß das Feld sich auf der näherliegenden Seite bei Ringkammertemperatur und auf der entfernteren Seite bei erhöhter Temperatur verringert. Die beiden Wicklungen, die Platin- oder Nickelstreifen sind, bilden eine Wheatstone-Brücke mit den beiden temperaturunabhängigen ortsfesten Widerständen und einem Nullpunkt-Potentiometer. Eine konstante Gleichspannung heizt die Meßkammer auf ca. 100ºC über Umgebungstemperatur. Der Brückenstrom wird mit dem Potentiometer auf einen vorgewählten Wert eingestellt. Wenn ein sauerstoffreies Gas die Ringkammer durchströmt; wird dieses Gas in der Meßkammer diffudieren, es wird aber kein Gegenstrom entstehen, so daß die Brücke mit dem Potentiometer ausbalanciert werden kann. Mit einem paramagnetischen Gas wird andererseits aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit des Paramagnetismus das kalte Gas auf der näherliegenden Seite stärker in das Feld gesaugt als das vorgewärmte Gas auf der entfernteren Seite, wodurch ein ständiger Strom in der Meßkammer entsteht. Dadurch wird die Schlange abgekühlt; das sich daraus ergebende Widerstandsdifferential bringt die Brücke aus dem Gleichgewicht. Die Spannung in der Meßdiagonalen ist fast proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit und somit zu der Sauerstoffkonzentration im Prüfgas. Da die beheizten Wicklungen außerhalb des Prüfgases liegen, wird der heiße Draht weder durch katalytische Zündung noch durch Korrosion beeinträchtigt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion des Gehaltes eines Stoffes in einem Strom eines durch eine Hauptleitungseinrichtung strömenden gasförmigen Mediums geschaffen, bei welchem lediglich ein Teilstrom in eine Sekundärleitungseinrichtung geleitet und der Gehalt des Stoffes in dem gasförmigen Medium in der Sekundärleitungseinrichtung durch eine Detektionseinrichtung detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Verunreinigung ist und daß der Teilstrom einen in der Sekundär leitungseinrichtung und stromaufwärts von der Detektionseinrichtung angeordneten Filter durchströmt.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Detektion des Gehalts eines Stoffes in einem Strom gasförmigen Mediums bereitgestellt, mit einer Hauptleitungseinrichtung, durch die der Strom strömen kann, einer mit der Hauptleitungseinrichtung verbundenen Sekundärleitungseinrichtung zur Aufnahme lediglich eines Teilstroms, und einer Detektionseinrichtung, die dazu dient, den Gehalt des Stoffes in dem gasförmigen Medium in der Sekundärleitungseinrichtung zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter in der Sekundärleitungseinrichtung stromaufwärts von der Detektionseinrichtung vorgesehen ist, derart, daß der Teilstrom durch den Filter strömt, und daß der Stoff eine Verunreinigung ist.
Mit diesen beiden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Reihe von Vorteilen erzielt. Einer davon ist, daß die Ansprechzeit der Detektionseinrichtung auf den Gehalt an in die Hauptleitungseinrichtung eintretenden Verunreinigungen nicht notwendigerweise von dem Durchfluß-Querschnittsbereich einer Detektionskammer abhängig ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Filter und die Detektionseinrichtung nicht allen die Hauptleitungseinrichtung durchströmenden Verunreinigungen ausgesetzt sind, wodurch die Lebensdauer der Detektionseinrichtung und des Filters verbessert werden kann. Es ist ferner von Vorteil, daß die Detektionseinrichtung durch den Filter in der Sekundärleitungseinrichtung in noch geringerem Maße Verunreinigungen ausgesetzt ist als es dank der Tatsache, daß sie ihre Detektionsaufgabe nur in einem Teil des Stroms durch die Hauptleitungseinrichtung durchführt, bereits der Fall ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Detektion einer Vielzahl von Verunreinigungen anwendbar, z. B. auf die Detektion von Verunreinigungen durch suspendierte Partikel, wie z. B. Rauch, oder gasförmige Verunreinigungen, wie z. B. Methan, in einem gasförmigen Medium, insbesondere Luft.
Vorteilhafterweise umfaßt das Verfahren ferner eine kontinuierliche statistische Analyse von Signalen, die von der Detektionseinrichtung ausgesandt werden und sich mit Veränderung des Gehalts ändern, und bei der statistischen Analyse haben entsprechend neuere Signale einen größeren Einfluß auf Ausgänge als ältere Signale, die immer weniger Einfluß ausüben. Zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt die Vorrichtung ferner eine Analyseeinrichtung zur kontinuierlichen statistischen Analyse von Signalen, die von der Detektionseinrichtung ausgesandt werden und sich mit der Veränderung des Gehalt ändern, wobei die Analyseeinrichtung eine numerische Recheneinrichtung aufweist, die kontinuierlich eine statistische Analyse durchführt, bei der neuere Dateneingänge größeren Einfluß auf die Ausgänge haben als ältere Dateneingänge die immer weniger Einfluß ausüben. Es ist dadurch möglich, eine kontinuierliche statistische Analyse in Bezug auf einen kontinuierlich fortschreitenden Zeitraum konstanter Dauer derart zu realisieren, daß ein genereller Trend jeder Meßreihe bezüglich des Gehalts an Verunreinigungen festgestellt wird, während einzelnen Messungen, die beträchtlichem außerhalb des allgemeinen Trends liegen, keine ungebührliche Bedeutung zugemessen wird.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren eine numerische Berechnung eingesetzt, bei der eine kontinuierliche statistische Analyse erfolgt, bei der neuere Dateneingänge größeren Einfluß auf die Ausgänge haben als ältere Dateneingänge, die immer weniger Einfluß ausüben, wobei das Verfahren das Sortieren neuerer Dateneingänge in mehrere Klassen, in die ältere Dateneingaben bereits einsortiert sind, umfaßt, und wobei jede Klasse, in die dieser neuere Dateneingang einsortiert wird, um einen von der bestehenden Eingabe in diese Klasse abhängigen Umfang inkrementiert wird, und Klassen, in die dieser neuere Dateneingang nicht sortiert wird, um von den entsprechenden bestehenden Eingaben in diese Klassen abhängige Beträge dekrementiert werden. Es ist daher möglich, eine kontinuierliche statische Analyse eines beträchtlichen Umfangs an Daten in einem kleinen Speicherbereich, der kontinuierlich über einen ununterbrochenen Zeitraum bis zur aktuellen Zeit benutzt werden kann, mit Bezug auf einen kontinuierlich fortschreitenden Zeitraum konstanter Dauer zu realisieren.
Das Verfahren umfaßt vorzugsweise das Erzeugen einer Alarmmeldung darüber, ob und wann die Amplitude der Signale eine anomale Schwelle überschreitet, sowie eine kontinuierliche statistische Analyse der empfangenen Signale zum Einstellen der anomalen Schwelle. Zu diesem Zweck umfaßt die Vorrichtung ferner eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Signalen, die von der Detektionseinrichtung ausgesandt worden sind und sich mit der Veränderung des Gehalts ändern, eine Alarmerzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Alarmmeldung darüber, ob und wann die Amplitude der Signale die anomale Schwelle überschreitet, und eine Einrichtung zur kontinuierlichen statistischen Analyse, die zwischen der Empfangseinrichtung und der Alarmmeldeeinrichtung angeordnet ist und die empfangenen Signale zur Einstellung der anomalen Schwelle kontinuierlich statistisch analysiert. Es ist dadurch möglich, Schwellen empfindlicher einzustellen.
Durch die kontinuierliche statistische Analyse der empfangenen Signale wird festgelegt, wann ein Verteilungsschwerpunkt der Signalamplitude die Schwelle überschreitet und die Alarmmeldung entsprechend erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, größere Sicherheit darüber zu erhalten, daß durch eine Reihe von Messungen ein echtes Signal über die Schwelle hinaus erzeugt wird.
Die Alarmerzeugungseinrichtung kann eine Alarmmeldung darüber erzeugen, ob und wann die Amplitude eines oder mehrerer einzelner Signale gegenüber einer normalen Verteilung der Signale in anomaler Weise abweicht und/oder ob und wann ein Verteilungsschwerpunkt der Signalamplitude sich zu einem anomalen Wert hin verändert. Der Verteilungsschwerpunkt kann z. B. durch den Gipfelwert, den Zentralwert oder den Mittelwert repräsentiert sein.
Diese Möglichkeiten bieten den Vorteil, daß ein Alarm bei Feuer oder einem anomalen Vorgang in der Vorrichtung, z. B. einer Betriebsstörung in der Detektionseinrichtung oder einem Filter vor der Detektionseinrichtung, gegeben wird.
Der Detektor der Detektionseinrichtung kann folgendes aufweisen: ein Gehäuse für den Eintritt des die Verunreinigung enthaltenden gasförmigen Mediums, eine Strahlungsemissionseinrichtung zum Aussenden eines Strahls einer Strahlung, der das Medium durchläuft und auf eine erste Stelle in dem Gehäuse fokussiert wird, eine Strahlungsreflexionseinrichtung zum Fokussieren der von der Verunreinigung verursachten Streustrahlung auf eine zweite Stelle in dem Gehäuse und eine an der zweiten Stelle vorgesehene Strahlungssensoreinrichtung zum Erfassen der durch die Strahlungsreflexionseinrichtung hierauf fokussierten Strahlung, wobei die Strahlungsreflexionseinrichtung gegenüber der Strahlungsemissionseinrichtung angeordnet ist und die erste Stelle und die zweite Stelle im Bereich der Strahlungsemissionseinrichtung umgibt. Ein Vorteil dieses Detektors ist, daß die Strahlungssensoreinrichtung mit relativ kleinen Winkeln zum Strahl gestreute Strahlung detektiert, bei denen der Großteil der Strahlung in der Praxis gestreut wird, wodurch der Detektor empfindlicher auf eine vorgegebene, dem Detektor zugeführte Betriebsenergie reagiert.
Das Verfahren kann die Detektion der Strömungsgeschwindigkeit umfassen, wobei das Mediums über einen elektrisch beheizten Sensor geführt wird, hierdurch den Sensor tendenziell von einem Sollwert abkühlt, die in dem Sensor verbrauchte elektrische Energie zum Ausgleichen der Abkühlungstendenz erhöht und die Erhöhung der verbrauchten elektrischen Energie mißt. Zu diesem Zweck umfaßt die Vorrichtung vorzugsweise einen elektrisch beheizbaren Sensor und eine mit dem Sensor verbundene elektrische Energieversorgungseinrichtung zum Beheizen des Sensors, eine mit der Versorgungseinrichtung und dem Sensor verbundene Steuereinrichtung, die für eine Erhöhung der von dem Sensor verbrauchten elektrischen Energie sorgt zwecks Ausgleichs der Abkühlung des Sensors, sowie eine Meßeinrichtung zum Messen des Anstiegs des Energieverbrauchs. Aufgrund dieser Merkmale braucht die Solltemperatur nicht auf mehr als einige Grad Kelvin über der Temperatur des umgebenden Stroms eingestellt zu werden.
Zum eindeutigen Verständnis und zur einfachen Realisierung der Erfindung wird beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm eines in einem klimatisierten Raum eines Gebäudes installierten Rauchdetektionssystems,
Fig. 2 eine von zwei identischen Entnahmeanordnungen, die jeweilige Teile eines Referenzmoduls und eines Detektionsmoduls aus Fig. 1 darstellen,
Fig. 3 einen axialen Schnitt durch einen in der Entnahmeanordnung aus Fig. 2 enthaltenen Detektorkopf,
Fig. 4 bzw. 5 eine Draufsicht und einen Aufriß eines Luftgeschwindigkeitswandlers aus Fig. 2
Fig. 6 ein Diagramm einer elektrischen Schaltungsanordnung des Wandlers aus Fig. 4 und 5,
Fig. 7 ein Blockdiagramm der elektrischen Funktionen des Detektionsmoduls, Fig. 8 ein Blockdiagramm der elektrischen Funktionen eines Slave-Moduls, das entweder ein Slave-Detektionsmodul oder das Referenzmodul bildet,
Fig. 9 ein Diagramm eines typischen Signalhistogramms und einer Verteilungskurve, das die Verarbeitung eines Signals von dem Detektorkopf durch die elektrischen Funktionen aus Fig. 7 darstellt, wobei die Amplitude eines Rauchsignals auf der X-Achse und die Auftrittshäufigkeit eines solchen Rauchsignals auf der Y-Achse aufgetragen ist,
Fig. 10A bis 10C Diagramme entsprechend der Fig. 9, die jedoch jeweilige mögliche Histogramme darstellen, die die jeweiligen unterschiedlichen allgemeinen Rauchpegel darstellen,
Fig. 11 ein Diagramm ähnlich dem aus Fig. 9, das jedoch die Histogramme für verschiedene Zustände eines Luftfilters darstellt,
Fig. 12 ein Diagramm eines typischen Signalhistogramms, das die Verarbeitung eines Signals vom Luftgeschwindigkeitswandler durch elektrische Funktionen aus Fig. 7 darstellt, wobei die Amplitude des Luftgeschwindigkeitssignals entlang der X-Achse und die Auftrittshäufigkeit eines solchen Signals entlang der Y- Achse aufgetragen ist,
Fig. 13 ein Diagramm ähnlich dem aus Fig. 9, das jedoch die Beziehungen zwischen einem "Nacht"histogramm, einem "Tag"histogramm und einem "Schnell"histogramm darstellt,
Fig. 14 ein Diagramm ähnlich dem aus Fig. 9, das jedoch die Beziehungen zwischen einem "normalen" Signalhistogramm und einem Alarmpegel, einem Schnellhistogramm und einem überempfindlichen Alarmpegel darstellt,
Fig. 15 eine Software-Routine zum Einsatz in einem Mikroprozessor aus Fig. 7 zum Ablesen an Detektoren und Berechnen von Alarmpegeln, und
Fig. 16 eine Software-Subroutine, die von der Routine aus Fig. 15 abgerufen wird, wobei die Subroutine aus inkrementierenden und dekrementierenden Klassen sowie der Berechnungseinrichtung und Varianzen besteht.
Gemäß Fig. 1 weist ein Raum 1, der ein gegen Feuer zu schützendes Volumen darstellt, einen Frischlufteinlaß 2 und einen Luftauslaß 3 auf. Ein Referenz-Entnahmekanalsystem 4 mit Entnahmeöffnungen 5 am Austritt vom Frischlufteinlaß 2 führt zu einem Referenzmodul 6, während sich ein Rauchdetektions-Entnahmekanalsystem 7 mit Entnahmeöffnungen 8 am Eintritt in den Luftauslaß 3 und entlang des Raumes verteilten Entnahmeöffnungen 9 bis zu einem mit dem Modul 6 durch ein Kabel 11 verbundenen Rauchdetektionsmodul 10 erstreckt. Entsprechende Luftrückführkanalsysteme 12 und 13 führen von den Modulen 6 und 10 zu einem gemeinsamen Rückführkanalsystemen 14, das, wie dargestellt, zum Raum 1 oder dem Auslaß zurückläuft.
Gemäß Fig. 2 enthält jedes Modul 6 oder 10 eine Entnahmeanordnung 15 in dem Referenz- Entnahmekanalsystem 4 oder dem Detektions-Entnahmekanalsystem 7. Die Kanalsysteme 4 oder 7 enthalten ein Gebläse 16, welches Luft aus dem Raum 1 ansaugt und diese durch das Kanalsystem preßt, das einen koaxialen Kanal 17 aufweist, der wiederum ein Filter 18, einen Detektorkopf 9 hinter dem Filter und einen Luftgeschwindigkeitswandler 20 hinter dem Detektorkopf 19 aufweist.
Mit dieser einfachen Bypass-Anordnung wird bei Pressen der Luft in den Kanal 17 mit dem Rauchdetektorkopf 19 ein großer Teil der Luft in die Atmosphäre oder den Luftrückführstrom geleitet, ohne daß sie in den Filter 18 und somit den Detektor 19 und den. Luftgeschwindigkeitswandler 20 hinter dem Filter eintritt. Dadurch durchströmt nur eine kleinere, repräsentative Probe der Luft den Filter 18 und dann den Detektor 19 und den Wandler 20. Dies hat den Vorteil, daß die maximale Strömungsgeschwindigkeit durch das Entnahmekanalsystem 4 oder 5 erreicht wird, insbesondere zur Minimierung der Ansprechzeit der Detektoreinheit im Brandfall und daß, da nur ein kleiner Prozentsatz des potentiell verschmutzenden Luftstroms den Filter 18 durchströmt, die Lebensdauer von Filter, Detektorkopf und Wandler erhöht wird.
Gemäß Fig. 3 umfaßt der Rauchdetektorkopf 19 ein rohrförmiges Gehäuse 21 mit axialen Lufteinlässen/-auslässen 22, das innen eine mit Öffnungen versehene diametrale Trennwand aufweist 23, an der koaxial eine fokussierte Lichtquelle 24 montiert ist, wie z. B. ein halbleitender optischer Emitter, zum Illuminieren eines Probeluftstroms aus dem geschützten Volumen 1. Die Lichtquelle 24 ist auf einen Strahl 25 fokussiert, der den Probeluftstrom durchläuft. Licht, das nicht durch in dem Luftstrom befindliche Partikel gestreut wird, tritt durch die Mitte eines ringförmigen konkaven Spiegels 27 in eine Lichtfalle 26 ein, damit verhindert wird, daß es einen auf der Trennwand 23 montierten Lichtsensor 28 erreicht. Der Spiegel 27 umschließt den Fokusbereich des Strahls 25 und ist am Umfang gegen die Innenfläche des Gehäuses abgedichtet, damit der Luftstrom gezwungen ist, den Fokusbereich zu passieren. Die Anordnung der Einlässe/Auslässe 22 axial zu dem Gehäuse 21 unterstützt ebenfalls generell den axialen Strom der Luft durch das Gehäuse. Licht, welches innerhalb einiger Grad der Vorwärtsrichtung der Lichtquelle 24 gestreut wird, trifft auf die Fläche des konkaven Spiegels 27, der es zu dem nahe der Lichtquelle 24 montierten Lichtsensor 28 zurückreflektiert. Das von der Masse der Probe in der Fokustiefe von Spiegel 27 gestreute Licht wird somit detektiert. Der Detektorkopf 19 kann in einer Referenzeinheit oder in einer Detektoreinheit eingesetzt werden.
Gemäß Fig. 4 und 5 umfaßt der Luftgeschwindigkeitswandler eine gedruckte Leiterplatte 29, auf deren einen Seite ein Luftgeschwindigkeitssensor 30 und ein Referenzsensor 31, die durch einen Wärmeschutz 32 voneinander getrennt sind, angeordnet sind; während weitere Komponenten seiner elektrischen Schaltungsanordnung auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte angeordnet sind, wie bei 33 dargestellt.
Gemäß Fig. 6 zeigt das Diagramm die Sensoren 30 und 31 als S1 bzw. S2, wobei die jeweiligen sie durchlaufenden Ströme durch die Widerstände R6 und R7 derart eingestellt sind, daß der Strom, der von R6 eingestellt wird, mindestens ein Vielfaches des Stroms i&sub5; beträgt, der in S2 eingestellt ist (d. h. der Widerstand von R7 beträgt mindestens ein Vielfaches von dem von R6). Der Strom i&sub1;, der tatsächlich durch S1 fließt, ist der von R6 eingestellte Strom minus Strom i&sub2;, der durch einen Transistor Q1 fließt. i&sub2; ist i&sub4; (d. h. die Differenz zwischen Strom i&sub5; und Strom i&sub3;) plus einem Konstantstrom is. Ein positives Potential wird von einer positiven Gleichstrom zuführenden Leitung 34 zur Erzeugung des Stroms i&sub5; an einen Widerstand R5 angelegt. Eine Verbindung J1 wird von einer integrierten Schaltung IC1, die als Treiber für Transistor Q1 fungiert, bei Null Volt gehalten. Eine integrierte Schaltung IC2 invertiert und verstärkt in Kooperation mit den Widerständen R1, R2 und R4 den Strom in S2. Eine integrierte Schaltung IC3 wandelt in Kooperation mit Widerstand R3 den Strom i&sub1; in S1 in eine Ausgangsspannung V&sub0;. Die Dioden D1 bis D6 schützen die integrierten Schaltungen IC1 bis IC3 in Beziehung zu einer Nullvoltleitung 34. Eine einen negativen Gleichstrom zuführende Leitung 36 erzeugt Steuerspannungen in S 1 und 52.
Jeder der Sensoren 30 und 31 ist z. B. eine integrierte Schaltvorrichtung LM334, erhältlich bei National Semiconductor Limited, und ist deshalb ausgewählt worden, weil er ausreichend Leistung verbrauchen kann, um seine eigene Temperatur in einem Kühlluftstrom zu erhöhen. Die Schaltungsanordnung aus Fig. 6 mißt den zusätzlichen Leistungsbedarf zur Aufrechterhaltung eines konstanten Temperaturanstiegs über Umgebungstemperatur des Sensors 30, während er im Luftstrom gekühlt wird. Es wird angenommen, daß die Luftgeschwindigkeit direkt proportional zu dem zusätzlichen Leistungsbedarf ist. Die Umgebungstemperatur wird zu Vergleichszwecken gemessen, so daß der Referenzsensor 31 bereitgestellt wird. Der Referenzsensor 31 arbeitet mit sehr niedrigem Leistungsverbrauch bei gleicher Luftgeschwindigkeit wie Sensor 30 und fungiert somit als Referenz. Aufgrund seines sehr niedrigen Leistungsverbrauchs ist sein Temperaturanstieg über Umgebungstemperatur vernachlässigbar, und somit ist jeder Kühleffekt vernachlässigbar. Zur Gewährleistung, daß Wärme vom Detektionssensor 30 die Temperatur des Referenzsensors 31 nicht beeinträchtigt, ist der Wärmeschutz 32 vorgesehen, der gegen Wärmeübertragung durch Konvektion und Strahlung schützt. Als Beispiel kann die Schaltungsanordnung dazu bestimmt sein, die Temperatur des Detektionssensors 30 bei 5º Kelvin über Umgebungstemperatur zu halten.
Die Spannung V&sub0; ist proportional zu dem in S1 fließenden Strom, der proportional zu dem Reziprokwert des effektiven Wärmewiderstandes Z von S1 ist und somit proportional zu der Luftgeschwindigkeit. Die mathematische Ableitung folgt. Die Schaltungsanordnung ist folgendermaßen konfiguriert:
i&sub2; = i&sub4; + is
i&sub3; = i&sub1;/A
(wobei A = R7/R6 = R4/R3 = R2/R1)
i&sub4; = A.i&sub5; - i&sub4;
(wobei i&sub5; = Kr.Ta)
(wobei Kr eine von R7 eingestellte Konstante und Ta die Umgebungstemperatur in º Kelvin ist),
von der folgendes abgeleitet werden kann: i&sub1; = K.(Ta + dT) (A.Kr.Ta+is - i&sub1;)
(wobei dT = Temperaturanstieg des Sensors 30 aufgrund seines eigenen Leistungsverbrauchs = i&sub1;.V.Z);
wenn K = A.Kr aufgrund des Designs dann:
K.dT = is oder dT = is/K
daher i&sub1;.V.Z. = is/K oder i&sub1; = IS/K.V.Z.
daher V&sub0; = R&sub3;.i&sub1; = R&sub3;.is/K.V.Z.
Die Grenze der letzteren Funktion tritt auf, wenn i&sub4; = -is ist, da der Strom durch den Transistor Q1 nicht negativ sein kann.
Die Vorteile des Luftgeschwindigkeitswandlers 20 bestehen darin, daß die Umgebungstemperatur in demselben Luftstrom gemessen wird wie die Luftgeschwindigkeit, die Komponenten Standardkomponenten sein können und somit einfach ohne besondere Auswahl und ohne besondere Bearbeitung erhältlich sind, niedrige Luftgeschwindigkeiten adäquat für den vorliegenden Zweck ohne besondere Kalibrierungen gemessen werden können, z. B. wenn der eine oder andere der Sensoren 30 und 31 ersetzt werden muß, und die Temperatur des Sensors 30 um nicht mehr als 5º Kelvin über Umgebungstemperatur angehoben werden muß, so daß er in eigensicherer Umgebung (d. h. einer Umgebung, in der Sicherheit an erster Stelle steht) eingesetzt werden kann.
Gemäß Fig. 7 sind die elektrischen Funktionen des Detektionsmoduls 10 hauptsächlich in einem Hauptkasten 37 untergebracht, der eine Steuertafel 38, eine Detektortafel 39, die Sensortafel 29, eine Klemmentafel 41, ein Gebläse 16 und einen Filterumschalter 43 aufweist. Es ist auch eine Black Box 44 vorgesehen. Die Steuertafel 38 umfaßt einen Mikroprozessor 45, der Daten in einer von dem im ROM 47 gespeicherten Software-Programm bestimmten Weise in ein RAM 46 eingibt und dort verarbeitet. Ein Puffer 48 unterstützt die Adressierung der großen Anzahl von Daten im RAM 46. Der Inhalt des RAM 46 ist durch eine Stützbatterie 49 auf der Steuertafel 38 und eine Management-Schaltung 50 gegen Löschen bei Stromausfall geschützt.
Variablen, die bei Einbau des Detektionsmoduls 10 willkürlich eingestellt werden können, können mit Programmschaltern 51 zusammen mit vier 7-Segment-Anzeigen 52 und 53 eingegeben werden. Diese Variablen werden über den Mikroprozessor 45 in den RAM 46 eingegeben, und die Referenzen für die Variablen werden auf den 7-Segment-Anzeigen 52 angezeigt, während die Werte der Variablen auf den 7-Segment-Anzeigen 53 dargestellt werden. Die tatsächlich von den 7-Segment-Anzeigen 52 und 53 dargestellten Zahlen werden von dem Mikroprozessor 45 durch über lokale Busleitungen 54 übertragene Daten, die von einem LED-Treiber 55 umgewandelt werden, gesteuert.
Die LEDs 56 werden zur Anzeige der verschiedenen vom Mikroprozessor 45 detektierten Stör- und Alarmbedingungen ein- und ausgeschaltet. Diese Daten werden über die Busleitungen 54 empfangen und von einem LED-Treiber 57 umgewandelt. Eine Echtzeit-Taktschaltung 58 verfolgt Datum und Zeit für den Einsatz beim Erstellen eines Ereignislogs im RAM 46 wie vom Mikroprozessor 45 bestimmt.
Die Tafel 29 ist im Detektorkopf 19 montiert, damit elektrische Leitung zum Verbinden derselben mit dem Lichtsensor 28 und den Sensoren 30 und 31 kurzgehalten werden, so daß diese Leitungen vergleichsweise frei von der Aufnahme elektrischer Interferenz gehalten werden, der gegenüber sie besonders empfindlich sind. Der Lichtsensor 28 sendet einen kleinen Signalstromimpuls proportional zu der Menge an Streulicht. Dieser Strom wird von einem Kopfverstärker 59 in eine Spannung umgewandelt und der Impuls wird von einem Impulsverstärker 60 verstärkt. Der Gleichstrompegel des Signalimpulses wird von einer Gleichstrom- Rückstellschaltung 61 zurückgestellt, die über die Busleitungen 54 und einer entfernten Achtbit-Digitaleingangs-/-ausgangsschaltung 62 auf der Deteklortafel 39 die erforderlichen Daten vom Mikroprozessor 45 erhält. Ein Stromimpuls proportional zu dem resultierenden Signalimpuls wird von einer Stromtreiberschaltung 63 erzeugt. Der Stromsignalimpuls wird zu einem Logwandler 64 auf der Detektortafel 39 geführt und erzeugt eine Ausgangsspannung proportional zudem Logarithmus des Eingangsstroms. Der Ausgang des Logwandlers 64 ist abhängig von der Temperatur seiner Elemente, und ein Referenzstrom wird innerhalb desselben aufgebaut. Diese drei Größen werden von Spannungen innerhalb desselben repräsentiert und an den Mikroprozessor 45 weitergeleitet. Diese drei Signale von dem Logwandler 64 werden von drei von vier Analog/Digital-Wandlern in einer Schaltung 65 in digitale Größen konvertiert. Die daraus resultierenden Daten werden über die Busleitungen 54 an den Mikroprozessor 45 übermittelt. Die Lichtquelle 24 ist eine LED, die von einer Lichtquellen- Treiberschaltung 66 betrieben und überwacht wird. Die Schaltung 66 steuert die Lichtquelle derart an, daß sie, wie vom Mikroprozessor 45 über die Busleitungen 54 und die Eingangs- /Ausgangsschaltung 62 bestimmt, einen kurzen Lichtimpuls aussendet. Die Strömungssensoren 30 und 31 erzeugen zusammen mit einer Strömungsschaltung 67 eine Spannung propor tional zu der Luftgeschwindigkeit durch den Detektorkopf 19. Dieses Signal wird von dem vierten Analog/Digital-Wandler in der Schaltung 65 in eine digitale Größe konvertiert, und die erzeugten Daten werden über die Busleitungen 54 zum Mikroprozessor 45 geleitet.
Das Gebläse 16 führt Luft durch das Entnahmekanalsystem 7 und den Detektorkopf 19. Die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, wird über die Busleitungen 54 und die Schaltung 65 vom Mikroprozessor 45 gesteuert. Dies erzeugt einen analogen Spannungspegel, der einen Treiber 68 für das Gebläse 16 steuert. Unter bestimmten Umständen können die Busleitungen 54 über einen Buspuffer 69 arbeiten, um eine Kommunikation entlang der Busleitungen zu ermöglichen. Unter anderen Umständen wird diese Funktion von einem lokalen Buspuffer 70 auf der Klemmentafel 41 ausgeführt. Die Schaltungen 62 und 65 haben eine besondere Adresse zum Erkennen auf den lokalen Busleitungen 54, und diese Adresse kann von einer Gruppe aus drei Schaltern 71 übermittelt werden. Die +5 Volt-Versorgung, +10 Volt-Versorgung und -10 Volt-Versorgung, die zum Betrieb der Schaltungsanordnung erforderlich sind, sind von den jeweiligen Reglern 72 bis 74 abgeleitet. Die Regler 72 bis 74 erhalten ihre eigene Versorgung über einen 16 Volt-Gleichstrom-Ausgangsgleichrichter 75 auf der Klemmentafel 41. Der Gleichrichter 75 ist mit einem Netzanschlußblock 76 in der Black Box 44 über eine Transformator- und Filterschaltung 77 verbunden. Der Gleichrichter 75 hat eine Ausgangsspannung, die bei Netzausfall auf Null abfällt, und ein entsprechende Signal wird zur Anzeige einer fehlerhaften Bedingung und Umschaltung auf Versorgung über eine Batterie 78 direkt an den Mikroprozessor 45 übermittelt. Der 16 Volt-Ausgang vom Gleichrichter wird auch zur Versorgung eines mit vier gedruckten Interface-Leiterplatten 79 bis 82 verbundenen +24 Volt-Reglers 40 eingesetzt. Der 16 Volt-Ausgang wird ferner für einen +10 Volt- Versorgungsregler 83 verwendet, der mit den Alarm- und Störungsrelais 84 bis 87 verbunden ist, die den jeweiligen Interfaces 79 bis 82 zugeordnet sind. Der Regler 83 versorgt desweiteren ein serielles Interface zu einem Treiber 88 und ein serielles Interface eines seriellen Verknüpfungsgliedes 89 eines Personalcomputers. Der Gleichrichter 75 versorgt weiterhin einen +5 Volt-Regler 90, der den Mikroprozessor 45, den lokalen Buspuffer 70 und einen entfernten Rücksetzpuffer 91 versorgt. Der Gleichrichter 75 versorgt auch einen +12 Volt-Regler 92, der speziell für die Versorgung eines Digital/Analog-Umwandlers 93 mit Analogausgang vorgesehen ist. Der Umwandler 93 liefert eine analoge Darstellung der jeweiligen Ausgänge von vier Detektorköpfen, die zum Detektieren von Rauch in jeweiligen Räumen in einem Gebäude dienen, wobei einer der Räume das Bezugszeichen 1 erhält und die sich auf diesen speziellen Detektorkopf beziehende Sensortafel und Detektortafel die Bezugszeichen 29 und 39 erhalten. Die anderen Detektorköpfe, Sensortafeln und Detektortafeln sind einfache Duplikate und jeweils in Slave-Modulen enthalten, wie in Fig. 8 dargestellt. Die jeweiligen Ausgänge vom Umwandler 93 werden zu den gedruckten Leiterplatten 79 bis 82 geführt, die den jeweiligen vier Detektorköpfen zugeordnet sind. Die Alarm- und Störungsrelais 84 bis 87 erzeugen eine spannungsfreie Schaltwirkung auf die Anschlüsse zu den jeweiligen gedruckten Leiterplatten 79 bis 82. Die Daten zum Umschalten der Relais werden über die Busleitungen 54 vom Mikroprozessor 45 übermittelt. Der Mikroprozessor 45 kann bei Ausfall desselben durch ein Ausgangssignal vom entfernten Rücksetzpuffer 91, der direkt von den jeweiligen gedruckten Leiterplatten 79 bis 82 Ausgangssignale empfängt, zurückgesetzt werden. Ähnlich können die Alarm- und Störungsrelais 84 bis 87 für jede gedruckte Leiterplatte 79 bis 82 aus einer Haltebedingung genommen werden. Sechs Leitungen 94 werden von den gedruckten Leiterplatten 79 bis 82 geführt und enden in der Black Box 44 zwecks Ermöglichung einer Konfiguration der Schaltungsanordnung zwischen den Alarm- und Störungsrelaiskontakten, dem entfernten Rücksetzeingang und dem Ausgang vom Umwandler 93 auf jedwede für diese sechs Leitungen erforderliche Bedingung. Die Batterie 78 weist ein Ladegerät 95 auf, welches von dem Gleichrichter 75 versorgt wird und dessen Laderate gemäß der von einem neben der Batterie 78 angeordneten Temperatursensor 96 erfaßten Temperatur gesteuert wird. Eine Batterie-Prüfschaltung ist in dem Ladegerät 95 enthalten und empfängt Instruktionen zur Prüfung der Batterie 78 vom Mikroprozessor 45 über die Busleitungen 54 und den Umwandler 93. Die Ergebnisse dieser Prüfung werden an den Mikroprozessor 45 zurückgeführt. Ein (nicht gezeigter) Personalcomputer und der Mikroprozessor 45 können über ein serielles Verknüpfungsglied 89 miteinander kommunizieren, und ermöglichen somit die Eingabe der verschiedenen Variablen, die willkürlich in dem Mikroprozessor 45 eingestellt sein können; dies ermöglicht auch die Interaktion des Mikroprozessors mit einem Software-Programm auf dem Personalcomputer und graphische Darstellung des Betriebes des Mikroprozessors, wenn er die vier den jeweiligen Räumen zugeordneten Detektionsmodule überwacht. Zusätzlich zu den datenübertragenden lokalen Busleitungen 54 sind zwei lokale Busleitungen 97 vorgesehen, die in der gleichen Weise wie die Leitungen 54 an Klemmen in der Black Box 44 angeschlossen sind, die aber als Leistungsversorgungsleitungen eingesetzt sind. Die Leitungen 54 und 97 erleichtern die Kommunikation mit den anderen drei Detektionsmodulen 10. Wenn das Referenzmodul 6 mit den vier Detektormodulen verwendet werden muß, kann es auch mit den Busleitungen 54 und 97 verbunden werden. Wenn ein derart verbundenes Referenzmodul für mehr als vier der in Fig. 7 vorgesehenen Detektionsmodule benötigt wird, kann eine wei tere Master-Einheit gemäß Fig. 7 über Klemmen 98 in der Black Box 44 mit dem externen Treiber 88 verbunden werden.
Gemäß Fig. 8 erhalten die entsprechenden Teile, die mit denen aus Fig. 7 identisch sind, die gleichen Bezugszeichen, nur daß diese mit Strichindex versehen sind. Es ist offensichtlich, daß der Buspuffer 69' jetzt immer benötigt wird.
Die Black Box 44 oder 44' nimmt nicht nur alle elektrischen Endverschlüsse auf, sondern auch alle Enden des Entnahmekanalsystems; dieses Merkmal hat den Vorteil, daß der Hauptkasten 37 oder 37' erst dann zur Einsatzstelle gebracht werden muß, wenn die Elektro- und Luftentnahmeinstallationen fertiggestellt sind und die Black Box 44 oder 44' angeschlossen ist, wonach der Hauptkasten 37 oder 37' auf einfache Weise zum Einsatzort gebracht und in die Black Box eingesteckt werden kann. Dies minimiert das Risiko von Diebstahl oder Beschädigung des Hauptkasten 37 oder 3T oder Eingriff in denselben.
Die bis hier beschriebene Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Erkennen eines echten, d. h. Rauchsignals, wobei es die Einrichtung ermöglicht, daß der vorgegebene Alarmpegel niedriger und somit die Vorrichtung in der Lage ist, die hohe Empfindlichkeit des Detektorkopfes 19 auszunutzen.
Das Erkennen eines echten Signals geschieht wie folgt. Das Signal von einem hochempfindlichen Rauchdetektorkopf 19 wird in vorgegebenen Intervallen, z. B. einmal pro Sekunde, abgetastet, danach wird nach einer Initialisierungszeit die Verteilung der Anzeigewerte im entsprechend programmierten Mikroprozessor 45 statistisch analysiert. Es wird eine mittlere und eine Standardabweichung des Signalpegels berechnet unter der Annahme, daß diese Verteilung eine normale Verteilung ist. Mit Hilfe des Programms wird die Verteilungskurve permanent aktualisiert, wobei sich die Abtastwerte in ihrer Signifikanz exponentiell in Bezug auf die nachfolgend entnommenen Abtastwerte verringern. Die jüngsten Anzeigewerte sind somit die signifikantesten, während ältere Anzeigewerte weniger signifikant sind und schließlich völlig insignifikant werden. Die theoretische Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines vorgegebenen Anzeigewertes kann berechnet werden, oder es entspricht umgekehrt eine vorgegebene Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Signalpegels einem spezifischen Signalpegel. Somit kann der Alarmpegel kontinuierlich für eine vorgegebene Auftrittswahrscheinlichkeit neu eingestellt werden. Wenn jede Sekunde eine Abtastung erfolgt würde, falls der Pegel so eingestellt ist, daß er einer Möglichkeit von 1 zu 10&sup6; entspricht, theoretisch ein unerwünschter Alarm durchschnittlich einmal alle 115 Tage aufgrund normaler Signalpegelveränderungen erzeugt werden. Wenn er auf 1 zu 10&sup7; eingestellt ist, würde ein unerwünschter Alarm durchschnittlich einmal in drei Jahren erzeugt. Alle 243 Jahre besteht die Wahrscheinlichkeit, daß dieser Signalpegel fünfmal hintereinander auftritt. Ein solches Verfahren bietet das Mittel zum Einstellen des Alarmpegels mit einer vorgegebenen theoretischen Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines unerwünschten Alarms. Der mittlere Signalpegel ist ebenfalls aus der angenommenen normalen Verteilung bekannt, und jedes Absinken unter einen zu erwartenden Wert kann eine Störung im Detektorkopf 19 anzeigen.
Das Aktualisieren der Verteilungskurve geschieht wie folgt. Der hier genannte Empfindlichkeitsbereich des Detektors ist definiert als die Signalpegel, die zwischen zwei eingestellten Grenzen auftreten. Abgetastete Signalpegel werden solchen zugeordnet, die aus einer Anzahl von diesen Bereich abdeckenden Klassen ausgewählt sind. Die Klassen weisen Grenzen in Bezug auf die Signalpegel auf, die die Klassenbreite derart definieren, daß eine Anzahl von Klassen innerhalb des Bereiches auftreten und aneinander angrenzen. Es gibt keine Anzeigewerte innerhalb des Bereiches, die keiner Klasse zugeordnet werden. Die Klassen können alle gleich breit sein, oder jede Klasse kann eine Breite in Bezug auf ihre Position innerhalb des Bereiches aufweisen. Jede Klasse besteht aus einem identischen Zahlenbereich, der einen Maximalwert in Höhe eines geeigneten Wertes und einen Minimalwert von Null umfaßt. Wenn ein Abtastsignal empfangen wird, wird die Klasse, der es entspricht, um einen Betrag inkrementiert, der einem Bruchteil der Differenz zwischen dem derzeitigen und dem Maximalwert dieser Klasse entspricht; alle anderen Klassen werden um den gleichen Bruchteil ihrer Differenz von Null dekrementiert. Der Inkrementierungs- und Dekrementierungsbruchteil wird nachstehend Eingabekonstante genannt. Beim Einschalten der Vorrichtung nähern sich die Klasseneingaben einer echten Darstellung der Verteilungskurve ihrer Pegel über den Bereich nach einer Anzahl von Abtastwerten, die von der Eingabekonstante abhängt und über einen relativ kurzen Zeitraum, z. B. 20 Minuten, entnommen worden ist. Wenn einmal eine Verteilungskurve vollständig erstellt ist, kann die Eingabekonstante reduziert werden. Durch Veränderung der Eingabekonstante kann der Zeitraum, für den die Eingaben von praktischer Bedeutung sind, irgendwo zwischen Minuten und Tagen eingestellt werden, normalerweise jedoch auf 3 bis 4 Stunden. Der Mittelwert der Anzeigewerte und der Standardabweichung der Anzeigewerte im normalen Zustand des abgetasteten Volumens wird verwendet, um einen Alarmpegel zu berechnen. Die Berechnung des Alarmpegels erfolgt zur Darstellung einer theoretischen Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines unerwünschten Alarms. Fig. 9 zeigt ein typisches Signalhistogramm und eine typische Verteilungskurve, die aus diesem Verfahren resultieren.
Das Verfahren zum Ableiten des Histogramms resultiert in einem Histogramm, das die Gewichtung einer Verteilung zugunsten der jüngsten Zugaben zeigt. Die Eingaben werden ebenfalls derart normiert, daß das gesamte Gebiet des Histogramms konstant bleibt und 100% der qualifizierenden Eingaben darstellt. Das Verfahren zur Änderung der derzeitigen Werte der Klassen sieht vor, daß die Klasse, in der eine Eingabe erfolgt, vergrößert wird, während alle anderen Klassen in dem Histogramm gleichzeitig verkleinert werden. Der Betrag der Vergrößerung geht exponentiell in Richtung auf ein gemeinsam und willkürlich eingestelltes Maximum, das 100% darstellt. Der Betrag der Verkleinerung geht exponentiell in Richtung Null. Die Eingaben in einer Klasse nach einer Anzahl von Eingaben in dem gesamten Histogramm müssen berücksichtigt werden. Die Proportion zu dem 100%-igen Pegel nähert sich der Proportion der Anzahl von Eingaben in dieser Klasse zu der Gesamtanzahl von Eingaben. Es existiert auch eine exponentiell abnehmende Hervorhebung von früheren Eingaben. Es kann beobachtet werden, daß sich jede Klasse einem Pegel zwischen ihrem Maximum und Null nähert, der die Proportion der kürzlich in dieser Klasse erfolgten Eingaben darstellt.
Fig. 10A, B und C zeigen abgebildete Histogramme, die mit dem beschriebenen Verfahren erhalten werden können. Die X-Achse stellt wie auch die Y-Achse für jedes der drei Diagramme die gleiche Skalierung dar. Das Histogramm "A" ist eine Darstellung der Verteilung, die aus einer sehr reinen Luftprobe resultiert. In diesem Fall ist die Verteilung gänzlich auf das von der Detektortafel 39 und dem Detektorkopf 19 erzeugte Rauschen zurückzuführen. Dieses Histogramm würde einer "Filterauswechselstörung" entsprechen. Das Histogramm "B" stellt eine durchschnittlich verschmutzte Probe dar. Die größere Breite der Kurve resultiert in einem niedrigeren Gipfelpunkt. Das Histogramm "C" zeigt ferner das Absinken des Gipfelpunktes aufgrund einer weiteren Vergrößerung der Breite. Laut Abbildung ist dies darauf zurückzuführen, daß dem Detektorkopf 19 eine stärker verschmutzte Probe zugeführt worden ist.
Gemäß Fig. 9 wird ein Balkendiagramm derart erstellt, daß der Pegel 8 dieses Balkendiagramms dem Alarmpegel entspricht. Der Nullpunkt für das Balkendiagramm ist auf das Ver teilungsmittel eingestellt. Das Histogramm braucht nur die Pegel 0 bis 2 (oder möglicherweise 3 für eine stark verschmutzte Umgebung) abzudecken.
Der Alarmpegel wird derart eingestellt, daß er eine feste Auftrittswahrscheinlichkeit aufweist. Ein Voralarmpegel ist auf einen beliebigen Pegel zwischen 5 und 7 (einschließlich) programmierbar. Ein zusätzlicher Pegel (z. B. für automatisches Schließen der Feuerschutztüren oder für automatische Abschaltung von Einrichtungen) ist auf einen beliebigen Pegel zwischen 4 und 10 (einschließlich) programmierbar. Zum Aktivieren eines dieser Pegel muß eine programmierbare Anzahl von aufeinanderfolgenden Eingaben in oder über der entsprechenden Klasse erfolgen. Die Anzahl aufeinanderfolgender Eingaben darf zwei nicht unterschreiten. Da Eingaben in festen Zeitabständen erfolgen müssen, stellt die Anzahl der erforderlichen aufeinanderfolgenden Eingaben eine Zeitverzögerung dar. Da diese Verzögerungen vom Kunden programmierbar sind, gibt es keine Möglichkeit vorzubestimmen, wie sie programmiert werden können. Dies erfordert die Fähigkeit zur Handhabung der Situation, in der ein Alarm vor dem Voralarm aktiviert werden kann. Diese Situation darf nicht eintreten. Sie kann entweder durch automatisches Auslösen des Voralarms bei Aktivierung des Alarms oder Unterdrückung der Aktivierung eines Alarms bis zur Aktivierung des Voralarms verhindert werden. Eine dritte Möglichkeit ist, daß mit der Bestimmung der Alarmbedingung (d. h. Anzahl der aufeinanderfolgenden Eingaben) nicht begonnen werden kann, bevor nicht der Voralarm aktiviert worden ist. Die erste dieser Möglichkeiten ermöglicht das schnellste Ansprechen auf ein Feuer, und die dritte führt zum langsamsten Ansprechen.
Das vorliegende Verfahren umfaßt eine Störungsdetektierung, die wie folgt vorgesehen ist. Die Störung, die beim Filter am wahrscheinlichsten auftritt, ist eine Überlastung mit Filtratrückständen. Die Auswirkung ist eine Erhöhung der Effizienz des Filters, so daß dieser immer kleinere Partikel aus dem Filtrat entfernt ("Teeblatteffekt"). Das wird für einen Rauchdetektor riskant, wenn die Partikelgröße so niedrig ist, daß Rauch ausgefiltert wird. Wenn angenommen wird, daß die gesamte Umgebung einen geringen Rauchgehalt (oder ähnliche Suspensionspartikel) aufweist, kann das Fehlen des Signals, das dadurch ausgelöst wird, detektiert werden. Obwohl die vorgenannte Annahme nicht allgemeingültig ist, ist sie aber doch generell wahr. In Fällen, in denen dies nicht wahr ist (z. B. saubere Räume, Computerräume etc.), ist die Luft sehr sauber, und es ist folglich unwahrscheinlich, daß das Filter in kurzer Zeit überlastet wird. Durch die gängige Praxis des jährlichen Filterwechsels sollten solche Bedingungen leicht handhabbar sein. Das System kann durch Einsatz eines Echtzeittaktes zur Er zeugung eines Filterauswechselsignals in jährlichen Intervallen mit dieser Situation fertig werden.
Gemäß Fig. 11 erfolgt das Detektieren der Filterstörung durch kontinuierliche statistische Analyse des Signals vom Detektorkopf 19, wodurch der mittlere Pegel und die Standardabweichung abgeleitet werden. Wenn kein Rauchsignal vorhanden ist, befinden sich diese normalerweise auf niedrigem Pegel wie in dem Histogramm C in Fig. 11 dargestellt. Der Mikroprozessor 45 detektiert das Absinken auf einen anomal niedrigen Pegel - wie im Histogramm B in Fig. 11 dargestellt - zwischen Histogramm C und Histogramm A, die reine Luft darstellen, und erzeugt ein "Filterauswechsel"signal.
Es existieren zwei Störungsarten, die den Sensor 28 beeinträchtigen können. Es kann ein Fehlen des Signals (aufgrund unterbrochener Verbindungen oder Komponentenausfall) oder eine Änderung in der Skalierung oder dem Offset (aufgrund der Komponentenverschlechterung wegen Alters oder Umgebungsbedingungen) auftreten.
Die einfachste Methode zum Detektieren des Fehlens des Signals ist ähnlich der zum Detektieren einer Filterstörung. Wenn sie angewandt wird, muß darauf geachtet werden, daß zwischen den beiden Ursachen unterschieden wird. Das Fehlen des Signals führt zu einem niedrigeren Mittelwert und einer niedrigeren Standardabweichung als ein verstopfter Filter.
Die Änderung der Skalierung ist unwesentlich für die Verarbeitung, bei der die Steuerskalierung gemäß dem empfangenen Signal eingestellt wird. Wenn sich jedoch die Skalierung des Detektorkopfes 19 kontinuierlich verschlechtert, kommt man an einen Punkt, an dem der Mikroprozessor 45 den Alarmpegel entweder in dem Bereich einstellt, in dem das natürliche. Rauschen in der Elektronik einen Alarm auslösen könnte, oder darüber, wo der Detektorkopf 19 in der Lage ist, ein Signal auszulösen. Da die Steuerskalierung derart erzeugt ist, daß eine Alarmbedingung dem Balkendiagramm 8 entspricht, ist ein Mechanismus in das Mikroprozessorverfahren eingebaut, der verhindert, daß der Alarmpegel unter einen absoluten Pegel oder über der Leistungsfähigkeit des Detektorkopfes 19 eingestellt wird. Dies begrenzt die Verschlechterung der Detektorkopfskalierung, die der Mikroprozessor handhaben kann. Wenn dieser Mechanismus im Begriff ist, in Betrieb gesetzt zu werden, wird eine "Kopfstörung" signalisiert.
Gemäß Fig. 12 stellt eine Luftgeschwindigkeitsstörung eine weitere Störung dar, die von einer Mikroprozessorfunktion mit einer sehr langen Zeitdauer bestimmt ist. Diese Funktion erzeugt ein Histogramm der vom Wandler 20 erfaßten Luftgeschwindigkeiten. Die Grenzen C und D für hohe Geschwindigkeit und niedrige Geschwindigkeit sind in Bezug auf den Mittelwert programmierbar. Die Anzahl von Klassen sollte auf ein Minimum (ca. acht) beschränkt sein, um Speicherplatz zu sparen. Der Klassenbereich und die Position werden von der Software gesteuert, jedoch während des normalen Betriebs des Systems nicht automatisch eingestellt. Sie können nur im Programmiermodus und auf Aufforderung automatisch eingestellt werden. Bei einer solchen Aufforderung wird angenommen, daß der aktuelle Anzeigewert des Luftgeschwindigkeits-Überwachungswandlers 20 der Mittelwert ist und sich der Klassenbereich A über 50% bis 150% dieses Mittelwertes erstreckt. Das bedeutet nicht, daß die Fehlergrenzen nicht außerhalb dieses Bereiches eingestellt werden können. Es bedeutet, daß bei normalem Betrieb der Großteil der Anzeigen, wie unter B dargestellt, innerhalb dieses Bereiches liegen.
Der Überempfindlichkeitsmodus ist eine Option, bei der sich ein Verteilungsschwerpunkt der Amplitude der Detektorkopf-Ausgangssignale auf einen anomal hohen Wert ändert, wodurch ein zuverlässiges Alarmsignal bei Pegeln erzeugt wird, die normalerweise eine hohe Wahrscheinlichkeit falschen Alarms aufweisen. Dieser Modus stellt nicht unbedingt eine Alternative zu dem normalen Alarmerzeugungsmodus dar, er kann jedoch eine Erweiterung desselben sein, d. h. der normale Modus kann daneben bestehen. Bei der normalen Verarbeitung wird eine Verteilungskurve (A in Fig. 14) der Störsignalpegel erstellt, die der Detektorkopf 19 in den vergangenen 3 bis 4 Stunden detektiert hat. Es wird eine weitere Verteilungskurve (B in Fig. 14) erstellt, die genau das gleiche darstellt, nur über die vergangenen 10 bis 15 Minuten. Eine geringfügige Änderung wird sofort durch Vergleich der beiden Kurven offensichtlich. Der Überempfindlichkeitsmodus detektiert diese Änderungen und signalisiert einen Alarm, wenn die Änderung eine vorgegebene Grenze überschreitet. Die Grenze muß hoch genug gesetzt sein, um Schwankungen in der Verteilung, die gewöhnlich auftreten können, zu vermeiden. Selbst wenn man dies berücksichtigt, kann ein Alarmpegel (C in Fig. 14) gut innerhalb des normalen, wahrscheinlichen Bereichs falschen Alarms des Systems und gut unterhalb des Alarmpegels (D in Fig. 14), der im normalen Modus verwendet würde, eingestellt werden. Obwohl der Überempfindlichkeitsmodus 10-15 Minuten zum Ansprechen benötigt, detektiert er vor dem normalen Modus die langsame Aufbauphase eines normalen Feuers. Er detektiert auch kleine Wärmequellen, die sich nie zu einem großen Feuer entwickeln. In Fig. 14 ist eine Alarmbedingung für den Überempfindlichkeitsmodus dargestellt.
Da die Störsignalpegel zum Einstellen eines Signalpegels verwendet werden, gibt es ein mögliches Problem mit dem bevorzugten Verfahren. Dies wird offensichtlich, wenn man die rapiden Schwankungen in der Umgebung berücksichtigt, die naturgemäß auftreten (diese rapiden Schwankungen sind nur dann ein Problem, wenn ihre maximalen Änderungsraten größer sind als die Lerngeschwindigkeit des Mikroprozessors, der eine programmierbare Funktion darstellt). Es existiert z. B. ein Unterschied in den Störsignalpegeln, die vorhanden sind, wenn ein Büroblock oder ein anderer Arbeitsplatz am Morgen in Betrieb genommen wird verglichen mit denen, die vorhanden sind, wenn er am Abend verlassen wird. Während des Tages wird der Alarmpegel automatisch hoch eingestellt, während er nachts automatisch niedrig eingestellt wird. Bei Tagesbeginn vergeht jedoch einige Zeit, bevor der Alarmpegel ansteigt, da Zeit zum Lernen der neuen Bedingungen benötigt wird. In dieser Zeit ist die Einstellung des Pegels im System zu niedrig. Ähnlich wird abends Zeit benötigt, um den Alarmpegel niedrig einzustellen, und während dieser Zeit ist er zu hoch eingestellt.
Es gibt eine Reihe Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen. Mit Ausnahme von einer werden für alle zwei Analysedatensätze benötigt; eine für die "Tag"bedingungen und ein anderer für die "Nacht"bedingungen. Diese Daten sind die während des Tages (C in Fig. 13) und der Nacht (B in Fig. 13) zusammengetragenen Histogramme. Die unterschiedlichen Möglichkeiten zum Lösen des Problems betreffen die Art und Weise des Umschaltens von einem zum anderen. Die einfachste Methode ist der Einsatz der Echtzeituhr und des Programms in den "Tag-" und "Nacht"anfangszeiten. Dies ist mühselig und weit davon entfernt, narrensicher zu sein, da jemand zur Nachtzeit die Räumlichkeiten betreten kann oder es einen freien Tag geben kann, an denen die Räumlichkeiten leer sind. Eine Alternative ist ein Tag-/ Nachtschalter, den die letzte Person, die hinausgeht, auf "Nacht" schaltet und die erste Person, die hereinkommt, auf "Tag" umschaltet. Dies ist dem normalen Einbruchsalarm sehr ähnlich. Eine weitere Alternative ist, dies durch Einsatz eines schnellernenden Histogramms (A in Figur, 13) zu automatisieren, welches in ca. 10 bis 15 Minuten erstellt werden kann und einen Anstieg und ein Abflauen in den Aktivitäten detektiert und den Tag-/Nachtschalter betätigt. Der Überempfindlichkeitsmodus wird nur in einer ultrasauberen Umgebung eingesetzt, in der der Unterschied zwischen den "Tag"- und "Nacht"bedingungen minimal ist, und in diesem Fall wäre ein Tag-/Nachtschalter überflüssig. Bei einer weiteren Methode, die nicht auf zwei Datensät zen beruht, d. h. "Tag"- und "Nacht"histogrammen, würde ein Schnellernmodus eingesetzt. In diesem Modus könnte das System angewiesen werden, in ca. 30 Minuten anstatt 3 Stunden nur in der Übergangszeit zwischen "Tag" und "Nacht" zu lernen. Jede der obengenannten Methoden könnte zur Initiierung der Übergangszeit eingesetzt werden.
Das automatische Umschalten von "Tag"- auf "Nacht"daten durch Detektieren des Anstiegs und des Abflauens der Aktivitäten ist die narrensicherste Methode, es wäre aber erforderlich, daß der in Fig. 14 dargestellte Überempfindlichkeitsmodus nicht zusammen mit dieser Methode angewandt werden kann. Da es unwahrscheinlich ist, daß die beiden gemeinsam nötig sind, gibt es kein großes Problem.
Die Software-Routine aus Fig. 15 und ihre Subroutine auf Fig. 16 sind in Rom 47 enthalten. Die Routine aus Fig. 15 und ihre Subroutine aus Fig. 16 laufen für jede Anzeige eines Detektorkopfes periodisch ab. Die erste Instruktion 100 lautet, ob ein Schnellernmodus gerade beendet worden ist; wenn die Antwort "ja" heißt, ist die zweite Instruktion 101 die Frage, ob der berechnete Mittelwert des erstellten Histogramms in die höchsten 25% der Klassen in dem Detektor-Empfindlichkeitsbereich fällt. Wenn die Antwort "ja" heißt, ist die nächste Instruktion 102 die Frage, ob der Alarmfaktor (die spezifische, einstellbare, voreingestellte Wahrscheinlichkeit, daß ein falscher Alarm gegeben wird) auf die niedrigste Empfindlichkeit eingestellt ist entsprechend der größten zulässigen Klassenbreite im Detektor-Empfindlichkeitsbereich. Wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die letzte Instruktion 103, eine Detektorstörung einzustellen und zum Ende 104 der Routine weiterzugehen. Wenn die Antwort auf Instruktion 102 "nein" heißt, lautet die nächste Instruktion 105, den Alarmfaktor auf die nächstniedrigste Empfindlichkeit zu reduzieren entsprechend der nächstgrößten Klassenbreite, gefolgt von Instruktion 106 zum Neustarten des Schnellemmodus und dann Weitergehen zum Ende 104. Wenn die Antwort auf Instruktion 101 "nein" heißt, lautet die nächste Anweisung 107, das Mittel auf das Schnellhistogrammittel einzustellen und die Varianz auf die Schnellhistogrammvarianz. Dieses oder eine Antwort "nein" auf Anweisung 100 wird gefolgt von einer. Anweisung 108 zum Durchführen einer ersten Ablesung der Ausgänge aller Rauchdetektorköpfe. Die nächste Anweisung 109 ist die Frage, ob die Referenzing, d. h. der Referenz- Detektorkopf 19, aktiviert ist. Wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die nächste Instruktion 110, den Ausgang des Referenz-Detektorkopfes abzulesen. Die folgende Anweisung 111 ist die Dämpfung des Referenz-Ausgangssignals um einen eingestellten Prozentsatz. Dieser wird vom Anwender eingestellt und berücksichtigt den normalen Umstand, daß der vom Referenz- Detektorkopf gemessene Rauchgehalt möglicherweise gar nicht in das geschützte Volumen gelangt. Die nächste Anweisung 112 ist das Sicherstellen, daß das Referenz-Ausgangssignal in Bezug auf den Spannungsbereich des Detektionsmoduls nicht so groß ist, daß das Detektionsmodul ausreichend Kopfraum aufweist, um ein Alarmpegelsignal zu geben. Die nächste Instruktion 113, zu der auch direkt weitergegangen wird, wenn die Antwort auf die Instruktion 109 "nein" heißt, ist das Aktualisieren des Schnellhistogramms, z. B. A in Fig. 13, mit der Subroutine aus Fig. 16. Die nächste Instruktion 114 ist die zweite Ablesung aller Detektionsmodule. Die folgende Instruktion 115 lautet, den niedrigeren des ersten und zweiten Ablesewertes als neuen Ablesewert für das aktuelle Detektionsmodul (d. h. das aktuell abgelesene Detektionsmodul) zu verwenden. Die darauf folgende Instruktion 116 ist die Entscheidung, ob der neue Ablesewert in das "Tag"- oder "Nacht"histogramm eingegeben wird (wie z. B. C oder B in Fig. 13). Die nächste Instruktion 117 lautet Aktualisierung des relevanten Histogramms mit der Subroutine aus Fig. 16. Die folgende Instruktion 118 heißt, falls die Varianz in 2,5% der Klassen im Detektor-Empfindlichkeitsbereich fällt, für künftige Berechnung eine Varianz zu akzeptieren, die nicht kleiner ist als 2,5% der Klassen im Detektor- Empfindlichkeitsbereich.
Die folgende Instruktion 119 lautet, zu prüfen, ob ein Filteraustausch erforderlich ist, und zwar aufgrund der Tatsache, daß das Mittel des Histogramms (wie unter B in Fig. 11 dargestellt) um einen voreingestellten Prozentsatz unter das Mittel des mit einem neuen Filter erzielten Histogramms (wie z. B. das Histogramm C aus Fig. 11) fällt. Die nächste Instruktion 120 ist die Frage, ob das Detektionsmodul aus dem Schnellernmodus heraus ist und das Mittel des Detektions-Histogramms gleich null Prozent ist. Wenn die Antwort "ja" heißt, erfolgt die Instruktion 103. Wenn die Antwort "nein" heißt, ist die nächste Instruktion 121 die Frage, ob ein manuelles Übersteuern eingestellt ist, wodurch Alarmpegel manuell gesetzt worden sind. Wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die Instruktion 122, den Alarmpegel so einzustellen, daß er dem vom Anwender eingestellten Prozentsatz des Detektionsausgangs gleich ist. Wenn die Antwort "nein" heißt, lautet die Instruktion 123, den Alarmpegel auf n-mal die Standardabweichung plus den Mittelwert einzustellen (siehe Fig. 9). Die auf entweder Instruktion 122 oder 123 folgende Instruktion ist die Frage, ob der Überempfindlichkeitsmodus eingestellt ist; wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die nächste Instruktion 125, den Alarmpegel auf den vom Anwender eingestellten Pegel des Balkendiagramms einzustellen. Die nächste Instruktion 126 ist dann die Eingabe des Ablesewertes vom Detektionsausgang als Schnellhistogrammittel. Diese Anweisung 126 oder die Anweisung 124 wird, wenn die Antwort "nein" heißt, von der Anweisung 127 zur Berechnung und Einstellung des auf dem Balkendiagrammlevel eingetragenen Detektions-Ablesewertes gefolgt. Die folgende Instruktion 128 lautet, zum nächsten Detektionsmodul weiterzugehen, woraufhin das Ende 104 folgt.
Gemäß Fig. 16 werden, wenn die darin dargestellte Subroutine aufgerufen wird, eine erste, das Detektionsmodul anzeigende Variable und eine zweite, das Histogramm anzeigende Variable übertragen. Die erste Instruktion 130 ist die Frage, ob das angezeigte Histogramm das Schnellhistogramm ist; wenn die Antwort "ja" heißt, folgt die Anweisung 131, eine Inkrementkonstante (gleich dem Reziprokwert der Eingabekonstante) auf 150 einzustellen. Wenn die Antwort "nein" heißt, folgt die Anweisung 132, eine Inkrementkonstante von 10.000 einzustellen. Nach entweder Instruktion 131 oder 132 folgt die Anweisung 133, eine "Klasse" genannte Variable gleich Null einzustellen. Die nächste Gruppe von Instruktionen 134 bis 138 bildet einen Kreislauf. Die erste Instruktion 134 ist die Frage, ob der Detektions- Ausgangspegel in die aktuellen "Klasse" fällt. Wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die Instruktion 135, den Frequenzwert der neuen Klasse gleich dem Frequenzwert der aktuellen Klasse plus der Differenz zwischen dem maximalen Detektions-Frequenzpegel und dem aktuellen Detektions-Frequenzpegel dividiert durch die Inkrementkonstante einzustellen. Wenn die Antwort "nein" heißt, lautet die Instruktion 136, den Frequenzwert der neuen Klasse gleich dem Frequenzwert der aktuellen Klasse minus dem Frequenzwert der aktuellen Klasse dividiert durch die Inkrementkonstante einzustellen. Nach entweder Instruktion 135 oder 136 lautet die Instruktion 137, die "Klasse" gleich der aktuellen Klasse plus eins einzustellen, und darauf folgt als Instruktion 138 die Frage, ob letztere größer ist als die letzte zulässige Klasse im Detektor-Empfindlichkeitsbereich. Wenn die Antwort "nein" heißt, wird der Kreislauf wiederholt, wohingegen, wenn die Antwort "ja" heißt, die nächste Instruktion 139 die Frage ist, ob das angezeigte Histogramm das Schnellhistogramm ist. Wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die Instruktion 140, ein Datenfenster gleich dem Detektor-Empfindlichkeitsbereich einzustellen. Wenn die Antwort "nein" heißt, folgt die Instruktion 141, das Datenfenster als letzten berechneten Mittelwert plus oder minus der Standardabweichung einzustellen. Im Anschluß an entweder Instruktion 140 oder 141 lautet die Instruktion 142, den Mittelwert und die Varianz für die Klassen im Datenfenster zu berechnen. Die nächste Instruktion 143 ist die Frage, ob die Summe der Frequenzen im Datenfenster niedriger ist als 40% der Summe aller Frequenzen im Detektor-Empfindlichkeitsbereich. Wenn die Antwort "nein" heißt, lautet die nächste Anweisung 144, zu dem relevanten Ursprungsschritt aus Fig. 15 zurückzukehren. Wenn die Antwort "ja" heißt, lautet die Anweisung 145, das Mittel gleich dem Schnellhistogrammittel einzustellen, und diese wird gefolgt von der Anweisung 140.

Claims

1. Verfahren zur Detektion des Gehalts eines Stoffes in einem Strom eines durch eine Hauptleitungseinrichtung (4/7) strömenden gasförmigen Mediums, bei welchem lediglich ein Teilstrom in eine Sekundärleitungseinrichtung (17) geleitet und der Gehalt des Stoffes in dem gasförmigen Medium in der Sekundärleitungseinrichtung (17) durch eine Detektionseinrichtung (19) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Verunreinigung ist und daß der Teilstrom einen in der Sekundärleitungseinrichtung (17) und stromaufwärts von der Detektionseinrichtung (19) angeordneten Filter (18) durchströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teilstrom ein Mittelteil des Stroms ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit der Detektion der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Detektion der Strömungsgeschwindigkeit die Strömungsgeschwindigkeit in und entlang der Sekundärleitungseinrichtung (17) betrifft.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Detektion der Strömungsgeschwindigkeit folgende Schritte umfaßt: Führen des Mediums über einen elektrisch beheizten Sensor (30), hierdurch tendenzielles Abkühlen des Sensors (30), Erhöhen der in dem Sensor (30) verbrauchten elektrischen Energie zum Ausgleichen der Abkühlungstendenz und Messen der Erhöhung der verbrauchten elektrischen Energie.

6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit folgenden Schritten: Erzeugen von Referenztemperatursignalen mit einem in dem Strom des gasförmigen Mediums und angrenzend an den elektrisch beheizten Sensor (30) vorgesehenen Referenzsensor (31) und Verwenden der Referenztemperatursignale als Referenzsignale für die Messungen des elektrischen Stroms.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Temperatur in dem elektrisch beheizten Sensor (30) kontinuierlich bei einer vorbestimmten Differenz über der Temperatur in dem Referenzsensor (31) gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Differenz einige Grad Kelvin nicht übersteigt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gasförmige Medium Luft und der Stoff Rauch ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Detektion der Verunreinigung durch Emission eines Strahls (25) einer Strahlung aus einer Strahlungsemissionseinrichtung (24) durchgeführt wird, wobei bewirkt wird, daß das gasförmige Medium durch einen Fokusbereich des Strahls (25) strömt, und Streustrahlung aus dem Strahl (25) auf eine in dem Bereich der Strahlungsemissionseinrichtung (24) vorgesehene Strahlungssensoreinrichtung (28) reflektiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei bewirkt wird, daß das gasförmige Medium durch einen Einlaß (22) eines die Strahlungsemissionseinrichtung (24), die Strahlungssensoreinrichtung (28) und den Fokusbereich enthaltenden Gehäuses (21) strömt und in dem Gehäuse (21) derart geleitet wird, daß das gesamte in das Gehäuse (21) eintretende gasförmige Medium den Fokusbereich passiert.

12. Vorrichtung zur Detektion des Gehalts eines Stoffes in einem Strom gasförmigen Mediums, mit einer Hauptleitungseinrichtung (4/7), durch die der Strom strömen kann, einer mit der Hauptleitungseinrichtung (4/7) verbundenen Sekundärleitungseinrichtung (17) zur Aufnahme lediglich eines Teilstroms, und einer Detektionseinrichtung (19), die dazu dient, den Gehalt des Stoffes in dem gasförmigen Medium in der Sekundärleitungseinrichtung (17) zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (18) in der Sekundärleitungseinrichtung (17) stromaufwärts von der Detektionseinrichtung (19) vorgesehen ist, derart, daß der Teilstrom durch den Filter (18) strömt, und daß der Stoff eine Verunreinigung ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Sekundärleitungseinrichtung (17) entlang der und in der Hauptleitungseinrichtung (4/7) verläuft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher die Detektionseinrichtung (19) einen Detektorkopf (19) zum Detektion der Verunreinigung in dem gasförmigen Medium aufweist, mit einem Gehäuse (21), einem Einlaß (22) des Gehäuses (21) zum Eintritt des die Verunreinigung tragenden gasförmigen Mediums, einer Strahlungsemissionseinrichtung (24) zur Emission eines Strahls (25) einer Strahlung, der durch das Medium verläuft und auf eine erste Stelle in dem Gehäuse (21) fokussiert wird, einer gegenüber der Strahlungsemissionseinrichtung (24) vorgesehenen Strahlungsreflexionseinrichtung (27), die die Stelle zum Fokussieren von durch die Verunreinigung verursachter Streustrahlung aus dem Strahl (25) auf eine im Bereich der Strahlungsemissionseinrichtung (24) liegende zweite Stelle umgibt, und einer an der zweiten Stelle vorgesehenen Strahlungssensoreinrichtung (28) zum Erfassen der durch die Strahlungsreflexionseinrichtung (27) hierauf fokussierten Strahlung.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher im wesentlichen kein Spalt zwischen der Strahlungsreflexionseinrichtung (27) und dem Gehäuse (21) vorhanden ist, durch den das gasförmige Medium strömen kann, wodurch bewirkt wird, daß das gasförmige Medium durch ein Mittelloch durch die Strahlungsreflexionseinrichtung (27) strömt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner mit einer Geschwindigkeitsdetektionseinrichtung (20) zur Detektion der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mediums.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Geschwindigkeitsdetektionseinrichtung (20) in der Sekundärleitungseinrichtung (17) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Geschwindigkeitsdetektionseinrichtung (20) stromabwärts von dem Filter (18) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Geschwindigkeitsdetektionseinrichtung (20) einen elektrisch heizbaren Sensor (30), eine zum Heizen des Sensors (30) mit dem Sensor (30) verbundene Zufuhreinrichtung (36) für elektrischen Strom, eine mit der Zufuhreinrichtung (36) und dem Sensor (30) verbundene Steuereinrichtung, die dazu dient, ein Erhöhen der in dem Sensor (30) verbrauchten elektrischen Energie zum Ausgleichen einer Abkühlung des Sensors (30) zu bewirken, und eine Meßeinrichtung (IC3) aufweist, die dazu dient, die Erhöhung der verbrauchten elektrischen Energie zu messen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Sensor (30) mit einem Widerstand (R6) elektrisch in Reihe geschaltet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die elektrische Steuerschaltungseinrichtung (IC1, Q1) Strom an eine Verbindung zwischen dem Sensor (30) und dem Widerstand (R6) liefert, um den Strom durch den Sensor (30) zu steuern.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, 20 oder 21, ferner mit einem angrenzend an den Referenzsensor (31) vorgesehenen elektrisch beheizten Sensor (30) und einer mit den Sensoren (30, 31) verbundenen elektrischen Schaltung, und wobei die von dem Referenzsensor (31) erhaltenen Referenztemperatursignale als Referenzsignale für die Messungen der elektrischen Energie verwendet werden.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22 in Verbindung mit Anspruch 20, wobei der Referenzsensor (31) mit einem zweiten Widerstand (R7) elektrisch in Reihe geschaltet ist, dessen Widerstandswert wenigstens um ein Vielfaches größer als der des anderen Widerstands (R6) ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23 und in Form einer Rauchdetektionsvorrichtung, wobei die Verunreinigung Rauch ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, ferner mit einer in der Hauptleitungseinrichtung (4/7) angeordneten Antriebseinrichtung (16), die dazu dient, einen Strömungsfluß durch die Hauptleitungseinrichtung (4/7) zu erzeugen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Antriebseinrichtung (16) stromaufwärts von der Sekundärleitungseinrichtung (17) angeordnet ist.