EP0014779B1 - Rauchdetektor mit Impuls-Auswerteschaltung - Google Patents

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EP0014779B1
EP0014779B1 EP79200721A EP79200721A EP0014779B1 EP 0014779 B1 EP0014779 B1 EP 0014779B1 EP 79200721 A EP79200721 A EP 79200721A EP 79200721 A EP79200721 A EP 79200721A EP 0014779 B1 EP0014779 B1 EP 0014779B1
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radiation
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smoke detector
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Erwin Tresch
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Cerberus AG
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Cerberus AG
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    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke

Definitions

  • the invention relates to a smoke detector with a pulsed radiation source, a radiation receiver arranged outside the direct radiation area of the radiation source, which is exposed to scattered radiation in the presence of smoke in the radiation area and emits output signals, and an evaluation circuit which is capable of triggering a signal when radiation pulses of the radiation source and output pulses of the Radiation receiver are in coincidence, and which has a counting device.
  • a smoke detector operating in this way with triggering at pulse coincidence is known, for example, from US Pat. No. 3,316,410.
  • a radiation source is controlled by a pulse generator and emits short-lasting radiation pulses.
  • the evaluation circuit connected to the scattered radiation receiver is controlled by the pulse generator of the radiation source in such a way that, when scattered radiation is picked up, it can only output an output signal during the pulse phases of the radiation source. Interference pulses that occur between the radiation pulses are therefore blocked in the evaluation circuit and cannot lead to the triggering of a signal.
  • the disadvantage here is that interference pulses, which occur accidentally during the same time as the radiation pulses, can trigger a faulty signal.
  • Such a smoke detector is less prone to faulty signaling and accordingly shows improved operational reliability, but it can still happen when several interference pulses occur in succession that several of these interference pulses coincide with the radiation pulses and still cause an incorrect signal.
  • the invention is based on the object of eliminating the disadvantages of prior art smoke detectors and avoiding faulty signaling as much as possible due to the occurrence of interference pulses and thus further improving operational safety, in particular when used as a fire detector.
  • the invention is characterized in that the counting device counts both the radiation source pulses and the output pulses of the radiation receiver and, in the case of an odd-numbered counter reading, resets the counter to zero after any radiation pulse, but triggers a signal when a predetermined even-numbered counter reading is reached.
  • the invention takes advantage of the fact that when smoke is present in the radiation area, each radiation pulse must always correspond to a corresponding output pulse from the radiation receiver. If both the radiation source pulses and the output pulses of the radiation receiver are counted by a counting device, the counter must have an even number after each radiation pulse. An odd-numbered counter reading is an unmistakable sign that there is no receive pulse. In this case, the evaluation circuit is automatically reset to zero so that the counter cannot reach the counter reading required for signaling. The counter is locked when there is no radiation source pulse.
  • the invention is explained with reference to the circuit of an exemplary embodiment shown in the figure.
  • the mechanical construction of the smoke detector can be carried out in a known manner, for example as described in Swiss Patent No. 592 932.
  • a radiation transmitter S, a radiation detector A and a logic correlation circuit L connected to a binary counter B with a downstream switching stage lie between two lines L and L 2 carrying direct voltage.
  • the radiation transmitter consists of a pulse generator 1 of a known type which, for example, produces transmission pulses of 10 °! 1s duration and a pulse interval of one second, which are supplied to a power transistor 2.
  • the parallel connection of a load resistor 3 and a light- or infrared-emitting diode 4 is connected in series with a resistor 5 at the transistor output.
  • the diode 4 emits radiation pulses in the rhythm of the pulse generator 1 into the stray volume of the smoke detector.
  • 2 coincidence pulses are taken from the output of the power transistor via a line K and fed to the logic correlation circuit L.
  • the radiation receiving part A contains a storage capacitor 13 and a solar cell 6, which receives stray radiation in the presence of smoke in the stray volume of the detector in the rhythm of the stray radiation pulses of the diode 4.
  • a load resistor 7 is connected in parallel with the solar cell 6.
  • the output pulses from the solar cell 6 are fed via a capacitor 8 to an amplifier 9, for example an operational amplifier with a degree of amplification 10 3 , the output signals of which are fed to the logic correlation circuit L via a capacitor 11 with an associated bleeder resistor 12 .
  • the received pulses E emitted by the radiation receiving part A are by a suitable choice the frequency response of amplifier and solar cell 6 flattened exponentially.
  • the logic correlation circuit L contains two AND gates 14 and 15 and an OR gate 16.
  • the first AND gate 14 is supplied with the coincidence pulses K of the radiation transmitter S at its first input, while the other AND gate 15 receives the receive pulses at one input of the radiation receiving part A receives.
  • the output of this AND gate 15 is led to an input of the OR gate 16, the other input of which also receives the coincidence pulses K.
  • the output of the OR gate 16 is connected to the counter input C of the binary counter B. Both the received pulses E and the coincidence pulses K are therefore counted by the counter B, interference from both types of pulse being avoided by the flattened shape of the E pulse.
  • the counter can be of the type Motorola MC14024, for example.
  • Counter B has various outputs for the individual digits of the binary counter reading, for example an output 0 0 for the first bit or the final digit and an output Q n for the nth bit or the nth digit of the binary number.
  • the output Q 0 is now connected to the other two inputs of the two AND gates 14 and 15, while the output of the AND gate 14 is connected to a reset input R of the binary counter B, so that the counter status is reset to zero as soon as Output of the AND gate 14, a signal occurs.
  • the output Q 0 is connected to the power L via a delay capacitor 17.
  • This circuit ensures that without the presence of smoke in the scattering volume of the detector, i.e. if the receive pulses E are not sent via the OR gate 16 to the counter input C of the counter B, only one coincidence pulse is counted at the start of each transmit pulse. A signal 1 is therefore present at output 0 0 . Immediately after the coincidence pulse has elapsed, a signal is generated at the output of the AND gate 14, so that the counter B is reset to zero via the reset input R. In the absence of stray radiation, ie in the absence of receive pulses, counter B does not count further.
  • a coincidence pulse K arrives and a receive pulse E arrives after a short delay
  • a count pulse K reaches the count input C directly via the OR gate 16 and delays a receive pulse E via the AND gate 15 and the OR gate 16 has the consequence that at the end of the coincidence pulse, the counter reading is an even number, that is to say the end digit zero is present at output 0 0 , as a result of which AND gate 14 is blocked and reset input R receives no signal.
  • the counter therefore continues to count, the counter reading being always an even number, that is to say the signal zero occurs at the output 0 0 if a coincidence pulse and a reception pulse that have come together have arrived. For the duration of the transmit pulse, only a maximum of one receive pulse can be read into the counter for the coincidence pulse.
  • the control electrode of a thyristor 19 is connected to the nth output Q "of the counter B via a resistor 18, which is connected in series with a resistor 20 and a display device 21, for example a light-emitting diode, between the lines L and L 2 .
  • a resistor 18 which is connected in series with a resistor 20 and a display device 21, for example a light-emitting diode, between the lines L and L 2 .
  • logic correlation circuit L can also be designed as an integrated circuit with the same function.
  • the circuit described thus achieves the advantage that an alarm signal can only be triggered if both a coincidence pulse taken from the radiation transmitter and a receive pulse supplied by the radiation receiver arrive at the same time or within a short delay time and when such correlated receive pulses occur a predetermined number of times occur following.
  • a coincidence pulse taken from the radiation transmitter and a receive pulse supplied by the radiation receiver arrive at the same time or within a short delay time and when such correlated receive pulses occur a predetermined number of times occur following.
  • the signaling is automatically blocked. This correlated multi-pulse dependency therefore significantly improves the immunity to interference.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rauchdetektor mit einer impulsweise betriebenen Strahlungsquelle, einem ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle angeordneten, bei Anwesenheit von Rauch im Strahlungsbereich durch Streustrahlung beaufschlagten und Ausgangssignale abgebenden Strahlungsempfänger und einer Auswertschaltung, welche ein Signal auszulösen vermag, wenn Strahlungsimpulse der Strahlungsquelle und Ausgangsimpulse des Strahlungsempfängers in Koinzidenz sind, und welche eine Zähleinrichtung aufweist.
  • Ein derart mit Auslösung bei Impulskoinzidenz arbeitender Rauchdetektor ist beispielsweise durch das US-Patent 3316410 bekannt. Dabei wird eine Strahlungsquelle von einem Impulsgeber gesteuert und sendet kurzdauernde Strahlungsimpulse aus. Die mit dem Streustrahlungsempfänger verbundene Auswerteschaltung ist vom Impulsgeber der Strahlungsquelle so gesteuert, dass sie bei Aufnahme von Streustrahlung nur während der Impulsphasen der Strahlungsquelle ein Ausgangssignal abzugeben vermag. Störimpulse, die zwischen den Strahlungsimpulsen auftreten, werden daher in der Auswerteschaltung blockiert und können nicht zur Auslösung eines Signales führen.
  • Nachteilig ist hierbei, dass Störimpulse, weiche zufällig während der gleichen Zeit auftreten wie die Strahlungsimpulse, ein fehlerhaftes Signal auslösen können.
  • Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits versucht worden, an die Auswerteschaltung eines solchen in Koinzidenz arbeitenden Rauchdetektors einen Integrator oder Speicher anzuschliessen, welcher erst dann ein Signal auslöst, wenn von der Auswerteschaltung innerhalb einer bestimmten Zeit eine vorgegebene Zahl von Ausgangsimpulsen abgegeben worden ist, wie in US-A-3 946 241 oder FR-A-2 254 024 beschrieben.
  • Ein solcher Rauchdetektor neigt zwar weniger zu einerfehlerhaften Signalgabe und zeigt demgemäss eine verbesserte Betriebssicherheit, jedoch kann es bei Auftreten mehrerer Störimpulse hintereinander immer noch vorkommen, dass zufällig mehrere dieser Störimpulse mit den Strahlungsimpulsen zusammenfallen und trotzdem ein fehlerhaftes Signal verursachen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile vorbekannter Rauchdetektoren zu beseitigen und eine fehlerhafte Signalgabe infolge Auftretens von Störimpulsen möglichst weitgehend zu vermeiden und damit die Betriebssicherheit weiter zu verbessern, insbesondere bei der Verwendung als Brandmelder.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinrichtung sowohl die Strahlungsquellenimpulse als auch die Ausgangsimpulse des Strahlungsempfängers zählt und jeweils bei ungeradzahligem Zählerstand nach einem beliebigen Strahlungsimpuls den Zähler auf Null zurückstellt, jedoch bei Erreichen eines vorgegebenen geradzahligen Zählerstandes ein Signal auslöst.
  • Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass bei Anwesenheit von Rauch im Strahlungsbereich stets jedem Strahlungsimpuls ein entsprechender Ausgangsimpuls des Strahlungsempfängers entsprechen muss. Werden nun von einer Zähleinrichtung sowohl die Strahlungsquellenimpulse als auch die Ausgangsimpulse des Strahlungsempfängers gezählt, so muss nach jedem Strahlungsimpuls der Zähler einen geradzahligen Stand aufweisen. Ein ungeradzahliger Zählerstand ist dabei ein untrügliches Zeichen, dass kein Empfangsimpuls vorhanden ist. In diesem Fall wird die Auswerteschaltung sofort automatisch auf Null zurückgestellt, so dass der Zähler nicht den für eine Signalgabe erforderlichen Zählerstand erreichen kann. Der Zähler ist gesperrt, wenn kein Strahlungsquellenimpuls vorhanden ist.
  • Die Erfindung wird anhand der in der Figur dargestellten Schaltung eines Ausführungsbeispieles erläutert. Der mechanische Aufbau des Rauchdetektors kann dabei in bekannter Weise ausgeführt sein, beispielsweise wie im Schweizer Patent Nr. 592 932 beschrieben.
  • Bei der in der Figur wiedergegebenen Schaltung liegen zwischen zwei Gleichspannung führenden Leitungen L, und L2 ein Strahlungssender S, ein Strahlungsaufnehmer A und eine an einen Binärzahler B mit nachgeschalteter Schaltstufe angeschlossene logische Korrelationsschaltung L.
  • Der Strahlungssender besteht aus einem lmpulsgenerator 1 bekannter Art, welcher beispielsweise Sendeimpulse von 10°!1s Dauer und einem Impulsabstand von einer Sekunde produziert, welche einem Leistungstransistor 2 zugeführt werden. Am Transistorausgang liegt die Parallelschaltung eines Belastungswiderstandes 3 und einer licht- oder infrarotemittierenden Diode 4 in Serie mit einem Widerstand 5. Die Diode 4 sendet in das Streuvolumen des Rauchmelders Strahlungsimpulse im Rhythmus des Impulsgenerators 1 aus. Gleichzeitig werden vom Ausgang des Leistungstransistors 2 Koinzidenzimpulse über eine Leitung K abgenommen und der logischen Korrelationsschaltung L zugeführt.
  • Der Strahlungsaufnahmeteil A enthält einen Speicherkondensator 13, sowie eine Solarzelle 6, welche bei Vorhandensein von Rauch im Streuvolumen des Melders Streustrahlung im Rhytmus der Streustrahlungsimpulse der Diode 4 erhält. Parallel zur Solarzelle 6 liegt ein Belastungswiderstand 7. Die Ausgangsimpulse der Solarzelle 6 werden über einen Kondensator 8 einem Verstärker 9, beispielsweise einem Operationsverstärker mit einem Verstärkungsgrad 103, zugeleitet, dessen Ausgangssignale über einen Kondensator 11 mit zugehörigem Ableitwiderstand 12 der logischen Korrelationsschaltung L zugeführt werden. Die vom Strahlungsaufnahmeteil A abgegebenen Empfangsimpulse E sind durch geeignete Wahl des Frequenzganges von Verstärker und Solarzelle 6 exponentialförmig abgeflacht. Die logische Korrelationsschaltung L enthält zwei UND-Tore 14 und 15 sowie ein ODER-Tor 16. Dem ersten UND-Tor 14 werden an seinem ersten Eingang die Koinzidenzimpulse K des Strahlungssenders S zugeführt, während das andere UND-Tor 15 an einem Eingang die Empfangsimpulse des Strahlungsaufnahmeteiles A erhält. Der Ausgang dieses UND-Tores 15 ist an einen Eingang des ODER-Tores 16 geführt, dessen anderer Eingang ebenfalls die Koinzidenzimpulse K erhält. Der Ausgang des ODER-Tores 16 ist mit dem Zähleingang C des Binärzählers B verbunden. Vom Zähler B werden also sowohl die Empfangsimpulse E als auch die Koinzidenzimpulse K gezählt, wobei eine Interferenz beider Impulsarten durch die abgeflachte Form des E-Impulses vermieden wird. Der Zähler kann z.B. vom Typ Motorola MC14024 sein.
  • Der Zähler B besitzt verschiedene Ausgänge für die einzelnen Ziffern des binären Zählerstandes, z.B. einen Ausgang 00 für das erste Bit oder die Endziffer und einen Ausgang Qn für das n-te Bit oder die n-te Stelle der Binärzahl. Der Ausgang Q0 ist nun mit den beiden anderen Eingängen der beiden UND-Tore 14 und 15 verbunden, während der Ausgang des UND-Tores 14 mit einem Rückstelleingang R des Binärzählers B verbunden ist, so dass der Zählerstand auf Null zurückgestellt wird, sobald am Ausgang des UND-Tores 14 ein Signal auftritt. Der Ausgang Q0 ist mit der Leistung L, über einen Verzögerungskondensator 17 verbunden.
  • Durch diese Schaltung wird bewirkt, dass ohne Anwesenheit von Rauch im Streuvolumen des Melders, also bei Ausbleiben der Empfangsimpulse E über das ODER-Tor 16 an den Zähleingang C des Zählers B zu Beginn jedes Sendeimpulses nur ein Koinzidenzimpuls gezählt wird. Am Ausgang 00 steht also ein Signal 1 an. Unmittelbar nach Ablauf des Koinzidenzimpulses entsteht am Ausgang des UND-Tores 14 ein Signal, so dass der Zähler B über den Rückstelleingang R wieder auf Null zurückgestellt wird. Bei Abwesenheit von Streustrahlung, also bei Ausbleiben von Empfangsimpulsen, zählt der Zähler B also nicht weiter.
  • Trifft jedoch ein Koinzidenzimpuls K und nach einer geringen Verzögerungszeit ein Empfangsimpuls E ein, so gelangt über das ODER-Tor 16 direkt ein Zählimpuls K an den Zähleingang C und verzögert über das UND-Tor 15 und das ODER-Tor 16 ein Empfangsimpuls E. Dies hat zu Folge, dass am Ende des Koinzidenzimpulses der Zählerstand eine gerade Zahl ist, also die Endziffer Null am Ausgang 00 ansteht, wodurch das UND-Tor 14 gesperrt ist und der Rückstelleingang R kein Signal erhält. Der Zähler zählt also weiter, wobei der Zählerstand stets eine gerade Zahl ist, also am Ausgang 00 das Signal Null auftritt, wenn jeweils ein zusammengehöriger Koinzidenzimpuls und ein Empfangsimpuls eingetroffen sind. Während der Dauer des Sendeimpulses kann zum Koinzidenzimpuls nur noch maximal ein Empfangsimpuls in den Zähler eingelesen werden.
  • An den n-ten Ausgang Q" des Zählers B ist über einen Widerstand 18 die Steuerelektrode eines Thyristors 19 angeschlossen, welcher in Serie mit einem Widerstand 20 und einer Anzeigeeinrichtung 21, z.B. einer lichtemittierenden Diode, zwischen den Leitungen L, und L2 liegt. Sobald der Zählerstand einen bestimmten vorgegebenen Wert erreicht hat, d.h. sobald die n-te, z.B. die 4. Ziffer der Binärzahl, zu 1 geworden ist, wird der Thyristor 19 Durchgeschaltet und es fliesst ein Alarmstrom, welcher die Anzeigeeinrichtung 21 betätigt und somit das Vorhandensein von Rauch signalisiert. Bei Anschluss des Melders an eine Signalzentrale fliesst zudem ein Alarmstrom von den Anschlussklemmen des Melders zur Zentrale, welcher dort ebenfalls in bekannter Weise zur Signalgabe ausgewertet werden kann.
  • Es sei bemerkt, dass die logische Korrelationsschaltung L auch als integrierter Schaltkreis mit gleicher Funktion ausgeführt sein kann.
  • Durch die beschriebene Schaltung wird also der Vorteil erreicht, dass nur dann ein Alarmsignal ausgelöst werden kann, wenn gleichzeitig oder innerhalb einer geringen Verzögerungszeit sowohl ein vom Strahlungssender abgenommener Koinzidenzimpuls als auch ein vom Strahlungsaufnehmer gelieferter Empfangsimpuls eintreffen und wenn solche korrelierte Empfangsimpulse eine vorgegebene Anzahl Male aufeinander folgend auftreten. Falls jedoch nur ein einzelner Impuls eintrifft, entweder weil wegen der Abwesenheit von Rauch keine Empfangsimpulse entstehen oder infolge einer Störung, wird automatisch die Signalgabe blockiert. Diese korrelierte Mehrimpulsabhängigkeit verbessert daher die Störunempfindlichkeit wesentlich.

Claims (7)

1. Rauchdetektor mit einer impulsweise betriebenen Strahlungsquelle (S), einem ausserhalb des direkten Strahlungsbereiches der Strahlungsquelle angeordneten, bei Anwesenheit von Rauch im Strahlungsbereich durch Streustrahlung beaufschlagten und Ausgangsimpulse abgebenden Strahlungsempfänger (A), und einer Auswerteschaltung, welche ein Signal auszulösen vermag, wenn Strahlungsimpulse (K) der Strahlungsquelle und Ausgangsimpulse (E) des Strahlungsempfängers in Koinzidenz sind, und welche eine Zähleinrichtung (B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinrichtung (B) sowohl die Strahlungsquellenimpulse (K) als auch die Ausgangsimpulse (E) des Strahlungsempfängers zählt (Eingang C) und jeweils bei ungeradzahligem Zählerstand (Ausgang Qo) nach einem beliebigen Strahlungsimpuls den Zähler auf Null zurückstellt (Eingang R), jedoch bei Erreichen eines vorgegebenen geradzahligen Zählerstandes (Ausgang Qn) ein Si. gnal auslöst.
2. Rauchdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählereinrichtung einen Binärzähler (B) enthält, sowie eine Rückstelleinrichtung (17, 14) auf Null bei Auftreten der binären Endziffer «1 des binären Zählerstandes.
3. Rauchdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (17, 14) den Zähler (B) zurückstellt, wenn unmittelbar nach Ablauf eines Sendeimpulses die Endziffer des binären Zählerstandes eine «1 ist.
4. Rauchdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (17, 14) den Zähler (B) auf Null zurückstellt, wenn die Endziffer «1» des binären Zählerstandes eine vorgegebene Zeitdauer ansteht.
5. Rauchdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (17, 14) während der Dauer der Strahlungsimpulse inhibiert ist.
6. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinrichtung (B) ein Signal auslöst, wenn eine vorgegebene andere Binärziffer des Zählerstandes «1" wird.
7. Rauchdetektor nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung eine logische Korrelationsschaltung (L) enthält, die zwei UND-Tore (14, 15) aufweist, deren einem Eingang jeweils die Empfangsimpulse (E) des Strahlungsempfängers (A) bzw. die Strahlungsquellenimpulse (K), und deren anderem Eingang das Endziffersignal (Qo) des Binärzählers (B) zugeführt werden, sowie ein ODER-Tor (16), das die Strahlungsquellenimpulse (K) und das Ausgangssignal des dem Empfänger zugeordneten UND-Tores (15) erhält und dessen Ausgang mit dem Zählereingang (C) des Binärzählers (B) verbunden ist, wobei der Ausgang des anderen, die Rückstelleinrichtung bildenden UND-Tores (14) mit dem Rückstelleingang (R) des Binärzählers (B) verbunden ist.
EP79200721A 1979-02-22 1979-12-04 Rauchdetektor mit Impuls-Auswerteschaltung Expired EP0014779B1 (de)

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