DK144255B - Apparat til detektering af ildebrand - Google Patents

Description

(is) DANMARK Vja, ΖΛ' 1^1

oz) FREMLÆGGELSESSKRIFT ου 144255 B

Dl REKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 4j597/73 (51) lnt.CI.3 6 08 B 17/00 (22) Indleveringsdag 10. aug. 1973 (24) Løbedag 10. aug. 1973 (41) Aim. tilgængelig 12. fet). 1974 (44) Fremlagt 25· jan. 1982 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 11. aug. 1972, 37633/72, GB 14. nov. 1972, 52587/72, GB

(71) Ansøger CHUEE FIRE SECURITY LIMITED, Sunbury-on-Tha.mes, GB.

(72) Opfinder William Thomas Peberdy, GB: Eric MacDonald, GB.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Bout ard.

(54) Apparat til detektering af ildebrand.

Opfindelsen vedrører et apparat til detektering af ildebrand af den i krav 1's indledning angivne art.

Brandalarmer med optisk detektion har sædvanligvis været baseret på en måling af røgens tilstedeværelse. Ved en første type alarm falder lyset fra en kilde direkte på en lysdetektor, hvor lysin-tensiteten ved detektoren nedsættes ved tilstedeværelse af røg, ^ og i en anden type alarm hindres en lysstråle i at forløbe di- LD rekte fra lyskilden til detektoren, men ved tilstedeværelse af røg CM / vil lyset blive brudt og/eller reflekteret af røgpartikleme og -3" således kunne ramme lysdetektoren. Den sidstnævnte type har sæd- 1— vanligvis været foretrukket.

*

D

2 U4255

Detektorer, hvor det lysfølsomme organ direkte "belyses ved hjælp af en lysstråle, kan have lyskilden og det lysfølsomme organ indesluttet i en detektorcelle, eller kan være udformet således, at det lysfølsomme organ også udsættes for lys fra omgivelserne. Et eksempel på den førstnævnte udformning er kendt fra beskrivelsen til svensk patent nr. 322 713, som er indrettet til at detektere aerosoler eller suspenderede partikler i luften i detektorcellen.

De suspenderede partikler reflekterer lys fra en pulserende strålingskilde til et lysfølsomt organ, som ikke vil modtage lys, når luften er partikelfri.

Hvis det lysfølsomme organ også udsættes for lys fra omgivelserne, opstår den ulempe, at en væsentlig del af detektorsignalet vil være fremkaldt af omgivelsernes lys og have en sådan amplitude, at det er vanskeligt at detektere ændringer i lysintensiteten fra lyskilden. Det har været foreslået at anvende en laser til frembringelse af en koncentreret lysstråle, som brydes ved tilstedeværelsen af varm luft eller andre opvarmede gasser som følge af, brand, og som i visse tilfælde afbøjes væk fra det lysfølsomme organ. Selv om der ved brand derved fremkaldes en veldefineret ændring i lysintensiteten, vil indvirkningen fra omgivelsernes lys stadig være til stede, og metoden har endvidere den ulempe, at laserstrålens sigtelinie skal være indstillet meget nøjagtigt, samt at laserens opspænding skal være meget stabil, hvilket er vanskeligt at opnå i bygninger, hvor en almindelig forskydning af væggene kan bevirke, at laserstrålen afviger fra sigtelinien mod lysdetektoren. Selv om sådanne bevægelser kan måles og anvendes til korrektion af laserens stilling ved hjælp af et servo-system, er denne løsning kostbar.

Formålet med opfindelsen er at angive en detektor, som er mere pålidelig end de ovenfor omtalte, kendte detektorer. Dette formål opnås ved den i krav 1' s kendetegnende del angivne udformning, hvorved apparatet er baseret på, at ildens varmevirkning fremkalder refraktion af de udsendte strålingsimpulser, hvis retning ikke er nær så kritisk som ved de kendte apparater.

Til måling af varme gasarters tilstedeværelse udnytter apparatet ifølge opfindelsen ikke forandringen i den indfaldende ly s strå les stilling i forhold til detektorens overflade, idet den brede 3 144255 lysstråle altid vil dække hele detektorens overflade, men er i stedet baseret på lysintensitetsvariationer inden for lysstrålens tværsnit, hvorved detektorens overflade modtager en tidsvarierende stråling.

Ved at anvende en pulserende strålingskilde i forbindelse med et frekvensselektivt kredsløb i modtageren kan de fleste støjsignaler, dvs. signaler, som skyldes stråling fra omgivelserne, filtreres bort fra modtagerens udgangssignal. I almindelighed vil den modulation af lysstrålen, som fremkaldes af den ved en brand frembragte opvarmning af de gasarter, gennem hvilke lysstrålen forløber, have en frekvens mellem 1 Hz og 150 Hz, navnlig i området fra 2 Hz til 25 Hz.

Som strålingskilde kan anvendes en halvlederlyskiide, f.eks. af galliumarsenid-typen, til udsendelse af infrarødt lys, der udsendes som impulser med en frekvens på 1.000 Hz, hvilke impulser hver varer ca. 2 mikrosekunder. Derved kan signaler frembragt af omgivelsernes lys filtreres bort tilsammen med impulssignaler fra belysning med en frekvens, der er lavere end 1.000 Hz. Endvidere er et signal ved 1.000 Hz lettere at forstærke end et jævnstrømssignal, således at der kan måles meget svage signaler, hvilket tillader, at der kan anvendes en bred lysstråle. Ved at udsende lyset som impulser opnås den fordel, at galliumarsenid-lyskilden kan tilføres stor effekt, da lyskilden kun er tilsluttet i meget korte tidsintervaller.

Da apparatet ifølge opfindelsen har en lysstråle, som helt overlapper det strålingsfølsomme organs omkreds, vil mindre variationer for stråleretningen som følge af for eksempel væggens forskydninger bevirke, at en anden del af strålens tværsnit rammer den lysfølsomme overflade. Den samlede strålingsmængde, som modtageren modtager, er i det væsentlige uafhængig af sådanne bevægelser.

Som detektor kan der med fordel anvendes en siliciumfototransi-stor. I en udførelsesform for opfindelsen forspændes fototransistoren med en konstant værdi ved at bestråle den med en sekundær lyskilde med en i det væsentlige konstant lysintensitet. En elektrisk forspænding kunne alternativt tilføres fototransistorens basis. Som det senere vil blive forklaret, har forspændingen til ^ 144255 formål at forskyde fototransistorens arbejdspunkt langs den karakteristiske kurve til et punkt, hvor en yderligere forøgelse af kollektorstrømmen som følge af ændringer i styrken for det omgivende lys i det væsentlige ikke vil indvirke på transistorens forstærkning.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere ved den følgende beskrivelse af en udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor fig. 1 viser et blokdiagram for apparatet ifølge opfindelsen, medens fig. 2 viser et kredsløbsdiagram for modtagerens højfrekvensforstærkertrin.

I fig. 1 er strålingskilden 10 en galliumarsenid-diode, som udsender lys i den infrarøde del af lysspektret. Foran dioden 10 er der anbragt en bi-konvekslinse. Len divergerende lysstråle har en bredde på ca. 30 cm i en afstand af 30 m.

Lioden tilføres pulserende signaler fra en frit svingende multivibrator 12, som svinger ved en frekvens på ca. 1.000 Hz, og som driver et monostabilt pulserende kredsløb 14» hvis udgangsimpulsers bredde svarer til ca. 2 mikrosekunder. Lisse impulser kobles direkte til et lavimpedanset skiftekredsløb 16, der styrer energitilførselen til fotodioden 10.

Ted modtageren er der bag en bi-konveks linse 18 anbragt en fototransistor 20. Tilstedeværelsen af dagslys, kunstigt lys, opvarmning og anden ekstern, infrarød stråling fremkalder et jævnstrømssignal på fototransistoren 20’s udgang, hvor signalets niveau ændrer sig i afhængighed af omgivelserne. En transistors forstærkning varierer som funktion af kollektorstrømmen op til en vis værdi, over hvilken forstærkningen i det væsentlige er konstant. Under denne værdi vil kredsløbet til forstærkning af vekselstrømssignaleme derfor variere i afhængighed af omgivelserne. Yed den viste udførelsesform reduceres ændringer i infrarød stråling fra omgivelserne til en ubetydelig brøk af transistorens samlede belysning ved at påtrykke transistoren 20 en basisbelysning med konstant intensitet ved anvendelse af en foto- 5 144255 diode 22, hvorved der opnås en tilstrækkelig forspænding af transistoren til at bringe den i et område med konstant forstærkning, og hvorved der kan forstærkes et kraftigt vekselstrømssignal på trods af variationer i omgivelsernes stråling.

Fototransistorens udgangssignal føres til et højfrekvensforstærkertrin (se også fig. 2) med transistorer TR1 og TR2 og en transistor TR3 i en emitterfølgerkobling. Modstanden R7 og kondensatorerne C5 og C4 udgør en modkobling mellem transistorerne TR2 og TR1, hvor kondensatoren C4 afkobler transistoren TRl's emittermodstand ved høje frekvenser. Kondensatoren C7 afkobler transistoren TR2's emitter. Modstandene R8 og R5 udgør en anden tilbagekoblingsvej, som afkobles af kondensatoren C6. Tidskonstanterne for de til transistorerne TR1 og TR2 førende kredsløb er valgt således, at kredsløbet er følsomt over for frekvenser i området fra 100 til 330 kHz, dvs. over for frekvenser, som er meget højere end fotodioden 10's impulsfrekvens på 1.000 Hz. Modtagerens frekvensfølsomhed er tilpasset stigetiden for impulserne fra dioden 10 og stigetiden for signalerne fra fototransistoren 20. Derved opnås en bedre adskillelse fra forstyrrende elektrisk lys, end der kan opnås med et kredsløb, som er følsomt over for frekvensen 1.000 Hz.

De øvrige forstærkertrin er udformet på almindelig måde. Udgangssignalet fra højfrekvensforstærkeren 24 føres til et bølgeformende kredsløb 26, som tidsmæssigt udstrækker signalerne og viderefører disse til et integrerende kredsløb 28 i den varmefølsomme kanal og til et integrerende kredsløb 38, der er fælles for den røgfølsomme kanal og en fejlkanal. I den varmefølsomme kanal føres signalet fra det integrerende kredsløb til en lydfrekvens-forstærker 30, som er følsom over for frekvenser, ved hvilke lysstrålen moduleres, når den passerer en luftart, der er opvarmet af brand. Signalerne føres derefter til et ensretterkredsløb 32 og videre gennem et tidsforsinkelseskredsløb 34, hvis udgangssignal er indrettet til at trigge aa tyristor og til at aktivere et brandadvarende relæ i udgangskredsløbet 36. Kredsløbet 34's tidskonstant er valgt således, at tyristoren ikke modtager signaler som følge af forbigående termiske forstyrrelser i luften eller en midlertidig afbrydning af lysstrålen.

I den røgfølsomme kanal føres signalet fra det integrerende kredsløb 38 til en komparator 40's ene indgangsterminal, og U42S5 6 den anden indgangsterminal er forblindet til et hvilende signal-niveaulager 44 med en lagerkondensator, som modtager et signal fra det integrerende kredsløb 38. Mellem det integrerende kredsløb 38 og lagerkredsløbet 44 er indskudt et delekredsløb 42, som halverer signalniveauet. Når der på grund af røg opstår ændringer i det integrerende kredsløb 38's udgangssignal på 50 % af lagerkredsløbets niveau, vil dette straks indvirke på kompara-toren 40's ene indgangssignal, og virkningen på den anden terminal vil være forsinket, således at komparatoren frembringer et signal, som føres gennem et tidsforsinkelseskredsløb 46 med en tidskonstant på ca. 3 sekunder til et udgangskredsløb 48, hvor signalet trigger en tyristor og aktiverer det ovennævnte brandadvarende relæ.

Fejlkanalen frembringer et fejladvarende signal som følge af falske signaler, som for eksempel frembringes ved, at en eller anden står i vejen for lysstrålen eller ved en fejl i lyskilden.

I fejlkanalen sammenligner en differensforstærker 50 udgangssignalet fra kredsløbet 38 med et signal fra et fejlreferenceniveau-kredsløb 52. X tilfælde af et falsk signal som det ovenfor nævnte vil en udeblivelse af det modtagne signal bevirke en afladning af det integrerende kredsløb 38, og den reducerede spænding fra dette kredsløb bevirker, at differensforstærkeren 50 frembringer et udgangsfejlsignal, som gennem et tidsforsinkelseskredsløb 54 føres til et udgangskredsløb 56 med et fejlrelæ. For at der kan ses bort fra signaler svarende til en kort afbrydelse af lysstrålen har tidsforsinkelseskredsløbet en tidskonstant på ca. 1 sekund.

Efter 3 sekunders forløb ville en spærring af lysstrålen resultere i et signal gennem den røgfølsomme kanal. For at forhindre dette vil fejltilstanden tilbageholde registreringen af et røgsignal, indtil fejlbetingelsen nulstilles. Apparatet er udformet således, at hvis røgalarmsignalet er registreret før fejlsignalet, vil røgalarmsignalet blive bibeholdt.