EP0125485A1

EP0125485A1 - Schaltungsanordnung zur Störsignalunterdrückung in optischen Rauchmeldern

Info

Publication number: EP0125485A1
Application number: EP84103961A
Authority: EP
Inventors: Karsten Dipl.-Ing. Poulsen; Peer Dr.-Ing. Thilo
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1984-04-09
Publication date: 1984-11-21
Also published as: DE3313137A1; EP0125485B1; ATE25885T1; DE3462637D1

Abstract

Bei der zyklischen Abfrage werden von einer Zentrale aus die einzelnen Melder einer Meldelinie (ML) zeitverzögert in vorgegebener Reihenfolge kettenförmig an die Meldelinie (ML) angeschaltet. Die Verzögerungszeit bis zum Anschalten des nachfolgenden Melders entspricht dem jeweiligen analogen Meldermeßwert. Der optische Rauchmelder (RM) weist eine Spannungsversorgungseinrichtung (SPV), eine mit der Melderabfrage ansteuerbare Sendeschaltung (MMV1) zur Erzeugung von Sendeimpulsen für die Leuchtdiode (LED) mit einer Zeitdauer, die wesentlich kürzer als dis Abfragedauer eines Melders ist, einen der Fotodiode (FD) mit Verstärker (VER) nachgeschalteten, von der Sendeschaltung (MMV1) ansteuerbaren Momentanwertspeiche (SHS) zur kurzzeitigen Speicherung des analogen Meldermeßwerts und einen nachgeordneten Spannungs-/Zeit-Wandler (VTC) auf. Der Sendeschaltung (MMV1) ist ein Verzögerungsglied (MMV2) vorgeschaltet, das mit der Melderabfrage in Gang gesetzt wird und zeitverzögert die Sendeschaltung (MMV1) ansteuert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Störsignalunterdrückung in optischen Rauchmeldern mit einer pulsweise sendenden Leuchtdiode und einer das Streulicht der Leuchtdiode empfangenden Fotodiode in einer Brandmeldeanlage, wobei bei der zyklischen Abfrage von einer Zentrale aus, die einzelnen Melder einer Meldelinie zeitverzögert in vorgegebener Reihenfolge kettenförmig an die Meldelinie angeschaltet werden und die Verzögerungszeit bis zum Anschalten des nachfolgenden Melders dem jeweiligen analogen Meldermeßwert entspricht und in der Zentrale aus dem Zeitpunkt der Anschaltung der Meldermeßwert und die Melderadresse ermittelt wird.
Bei herkömmlichen optischen Rauchmeldern werden elektromagnetische Störeinflüsse (z.B. Störlicht, Störimpulse) teils durch Abschirmung (Labyrinth, metallische Schirmung) und teils durch mehrmaliges Abtasten minimiert. Diese mehrmaligen Abtastungen werden oft mit dem Sendesignal logis_'ch verknüpft. Der Einfluß von Änderungen der Umgebungstemperatur auf das Melderverhalten wird entweder in Kauf genommen oder aber durch hochwertige, temperaturkonstante Bauteile oder durch zusätzliche temperaturkom-- pensierende Elemente ausgeglichen.
Bei analogwertübertragenden Brandmeldern wird die gemessene Brandkenngröße als analoges Signal zur Zentrale übertragen und dort mit hochwertigen Auswertealgorithmen bearbeitet. In dem bekannten Pulsmeldersystem (DE_-PS 25 33 382) muß dazu für die Abfrage der ermittelte Meßwert für einige Millisekunden zur Verfügung stehen. Alle Störungen, die während dieser Zeit auftreten, verfälschen zwangsläufig den eigentlichen Meldermeßwert. Neben einem sporadischen Störpegel, der das Nutzsignal eines optischen Rauchmelders am Ausgang der Fotodiode störend beeinflussen kann, können noch weitere Störungen auftreten. Mit-dem in vorgegebener Reihenfolge zeitverzögerten Anschalten der einzelnen Melder an die Meldelinie entsteht eine Störspannung, die durch das Einschalten der Abfragespannung hervorgerufen wird. Dabei ist die Größe der Störspannung von der Anstiegssteilheit der Abfragespannung und damit von der Lage des Melders an der Meldelinie abhängig und kann größer als das Nutzsignal sein.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Schaltungsanordnung für optische Rauchmelder, die den analogen Meldermeßwert in einer Brandmeldeanlage nach dem sogenannten Pulsmeldersystem übertragen, anzugeben, die derartige Störeinflüsse reduziert bzw. eliminiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung zur Störsignalunterdrückung in optischen Rauchmeldern in einer oben beschriebenen Brandmeldeanlage dadurch gelöst, daß der optische Rauch-melder^*eine Spannungsversorgungseinrichtung, eine mit der Melderabfrage ansteuerbare Sendeschaltung zur Erzeugung von Sendeimpulsen für die Leuchtdiode einer bestimmten Zeitdauer, die wesentlich kürzer als die Abfragedauer eines Melders ist, einen der Fotodiode mit Verstärker nachgeschalteten, von der Sendeschaltung ansteuerbaren Momentanwertspeicher zur kurzzeitigen Speicherung des analogen Meldermeßwerts und einen diesem nachgeordneten Spannungs-/Zeit-Wandler aufweist, der entsprechend dem Meldermeßwert zeitverzögert über einen Durchschalt-Transistor den nachfolgenden Melder an die Meldelinie anschaltet.
Erfindungsgemäß wird ein Momentanwettspeicher, eine sogenannte Sample- and Hold-Schaltung verwendet, die den analogen Meldermeßwert für eine sehr kurze Zeit, z.B. 80 psec, einspeichert. Nur während dieser Zeit wird über die Sample- and Hold-Schaltung der Meldermeßwertspeicher mit der eigentlichen Meßeinrichtung verbunden, so daß dadurch auch nur in dieser Zeit Störsignale empfangen werden können. Daher weist der optische Rauchmelder neben einer Spannungsversorgungseinrichtung eine Sendeschaltung zur Erzeugung von Sendeimpulsen für die Leuchtdiode und die oben genannte Momentanwertspeicherschaltung auf, wobei die Sendeschaltung mit der Melderabfrage in Gang gesetzt wird, um erfindungsgemäß nur einen sehr kurzen Lichtimpuls hoher Leistung zur erzeugen, damit der Störabstand weiter vergrößert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Störeinflüsse, die synchron mit der pulsweisen Messung auftreten, durch ein Zeitfilter gedämpft. Dieses Zeitfilter wird beispielsweise durch eine zeitversetzte Öffnung der Sample- and Hold-Schaltung realisiert oder in besonders vorteilhafter Weise durch gemeinsame Verzögerung von Meßzeit und Öffnung der Sample- and Hold-Schaltung. Dazu weist zweckmäßiger Weise die Sample- and Hold-Schaltung ein Zeitglied auf, dessen Zeitkonstante ein zeitversetztes Öffnen der Sample- and Hold-Schaltung bewirkt. Ferner ist der-Sendeschaltung ein Verzögerungsglied vorgeschaltet, das mit dem Anlegen der Abfragespannung an den optischen Brandmelder gestartet wird und die Sendeschaltung nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit ansteuert.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vermeidet bauteileaufwendige und energieverzehrende Kompensationsnetzwerke zum Ausgleich des Temperaturgangs, den vorzugsweise elektrooptische Bauelemente haben. Sie nutzt vielmehr in vorteilhafter Weise die unvermeidliche Temperaturabhängigkeit der übrigen funktionsnotwendigen Komponenten und gestattet darüber hinaus die Verwendung besonders preiswerter Komponenten mit normalen, temperaturabhängigen, also "scheinbar schlechten" Temperaturverhalten. Dazu sind erfindungsgemäß besondere Schaltmaßnahmen getroffen, wie sie sich aus den Unteransprüchen ergeben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen die

Fig. 1 eine Meldelinie mit Meldern nach dem bekannten Kettensynchronisationsprinzip,
Fig. 2 den Spannungs- bzw. Stromverlauf gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen optischen Brandmelders nach dem Kettensynchronisationsprinzip, jedoch ohne die Sample- and Hold-Schaltung (Momentanwertspeicher),
Fig. 4 Spannungsdiagramme gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Sample- and Hold-Schaltung in einem optischen Brandmelder gemäß Fig. 3,
-Fig. 6 Spannungsdiagramme gemäß Fig. 5,
Fig. 7 Spannungsdiagramme in Abhängigkeit von Störsignalen,
Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Blockschaltbild in einer weiteren Ausführungsform eines optischen Rauchmelders,
Fig. 9 Spannungsdiagramme gemäß Fig. 8, bei auftretenden Störsignalen,
Fig. 10 eine mögliche Schaltungsanordnung eines optischen Rauchmelders mit einem Verzögerungsglied,
Fig. 11 eine mögliche Schaltungsanordnung der Sendeschaltung gemäß Fig. 8,
Fig. 12 eine mögliche Ausführungsform einer Sample- and Hold-Schaltung für den optischen Rauchmelder gemäß Fig. 8, und
Fig. 13 Spannungsdiagramme gemäß der Fig. 11 und 12 bezüglich der Temperaturkompensation.

In dem bekannten Pulsmeldersystem nach dem Kettensynchronisationsprinzip ist gemäß Fig. 1 eine Meldelinie ML an eine Zentrale Z angeschlossen, wobei eine Vielzahl von Meldern M1 bis Mn an die Meldelinie ML (Zweidrahtleitung) in vorgebbarer Reihenfolge anschaltbar sind. Jeder Melder Mi hat drei Anschlußklemmen. Eine Leitung (+UL) der Meldelinie ML ist gemeinsam für alle Melder Mi. Der zweite Leiter (-UL) der Meldelinie wird in jedem Melder Mi durch den Melderkontakt MKi geschaltet. Alle Meldelinien (MLi) sind an eine hier nicht dargestellte zentrale Melderanschaltbaugruppe in der Zentrale Z angeschlossen und werden von dieser nacheinander abgefragt.
In Fig. 2a ist der Spannungs- und in Fig. 2b der Stromverlauf einer Meldelinie (ML) mit vier Meldern (M) gezeigt. Die Wirkungsweise des Kettensychronisationsverfah- .rens ist folgende. Im Ruhezustand TRU wird die Meldelinie (ML) mit Spannung, der Ruhespannung URU, versorgt. Die Melderkontakte MKi gemäß Fig. 1 sind in allen Meldern Mi geschlossen. Die Abfrage einer Meldelinie ML beginnt mit einem Startsignal TST, wobei die Linienspannung UL.nahezu auf Null, auf die Startspannung UST reduziert wird. Während des Startsignals TST, d.h. solange die Startspannung UST ansteht, werden die Melderkontakte MKi in allen Meldern Mi geöffnet. Die Abfrage TAB beginnt mit dem Anliegen der Abfragespannung UAB, die kleiner als die Ruhespannung URU ist, an die Meldelinie ML. Da alle Melderkontakte MKi geöffnet sind, liegt die Spannung UAB nur am ersten Melder M1 dieser Meldelinie ML und nur dieser zieht seinen Versorgungsstrom IL gemäß Fig. 2b über die Meldelinie. Im Melder M1 wird ein hier nicht dargestelltes Zeitglied gestartet, dessen Laufzeit T1 abhängt vom Meßwert dieses Melders M1. Nach Ablauf der meßwertabhängigen Verzögerungszeit T1 nimmt der Melder M1 während der Zeit t einen erhöhten Strom auf, in Fig. 2b mit ILP dargestellt, der in der Zentrale ausgewertet wird. Die bekannte Melderschaltung zur erhöhten Stromaufnahme ist in der DE-AS 26 38 068 beschrieben. Gleichzeitig mit dem zusätzlichen Stromimpuls wird auch der Melderkontakt MK1 des ersten Melders geschlossen, und somit die Abfragespannung UAB an den zweiten Melder M2 angelegt, wo sich der eben beschriebene Vorgang wiederholt. So werden der Reihe nach alle Melder Mi einer Meldelinie ML angeschaltet. Wird von der Zentrale (Z) während der Zeit TE (Fig. 2b), die natürlich länger als die maximale Verzögerungszeit Ti _max eines Melders Mi sein muß, kein weiterer Stromimpuls ILP auf der Meldelinie ML erkannt, so heißt das, daß alle Melderkontakte MKi durchgeschaltet sind und die Abfrage dieser Linie beendet werden kann. Die Linienspannung UL wird auf den Ruhewert URU umgeschaltet.
In der Zentrale werden die zeitlichen Abstände T1, T2, T3, ... zwischen den aufeinanderfolgenden Stromimpulsen ILP gemessen und bewertet, die abhängig von Meßwerten der entsprechenden Melder M1, M2, M3, ... sind. Die Melderadresse kann durch Mitzählen der Stromimpulse ILP ermittelt werden. Um die Energieversorgung auch während des Startimpulses TST und während der Abfrage TAB solange bis der vorhergehende Melderkontakt MKi die Meldelinie ML durchgeschaltet hat, sicherzustellen, ist im Melder Mi jeweils ein Speicherkondensator vorgesehen, der in der Spannungsversorgungseinrichtung SPV des jeweiligen Melders angeordnet ist (Fig. 3). Dieser dort nicht eigens gezeigte Kondensator wird während der Zeit des Ruhezustandes TRU nahezu auf den Wert der Ruhespannung URU aufgeladen und entlädt sich während der Zeit für das Startsignal TST und die Abfrage TAB. Dabei wird dieser Kondensator so dimensioniert, daß er sich während der genannten Zeit nie unter die Abfragespannung UAB entladen kann, so daß dadurch Ladeströme, die den Abfragevorgang störend beeinflussen würden, vermieden werden. Die Nachladung beginnt erst wieder nach Anlegen der Ruhespannung URU.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer optischer Brandmelder für das Kettensynchronisationsprinzip im Blockschaltbild dargestellt, jedoch ohne den erfindungsgemäßen Momentanwertspeicher. Der optische Rauchmelder RM ist an die Meldelinie ML, die Zweidrahtleitung (+UL) und (-UL) angeschlossen. An der Meldelinie ML ist die Spannungsversorgungseinrichtung SPV angeschaltet, die einerseits die Sendeschaltung MMV1 und die Leuchtdiode LED und andererseits über den Verstärker VER die Fotodiode FD und den Spannungs-/Zeit-Wandler VTC versorgt. Der Ausgang des Spannungs-/Zeit-Wandlers VTC führt zu dem Durchschalt-Transistor TR, der in Abhängigkeit des Meldermeßwerts vom Spannungs-/Zeit-Wandler zum nächsten Melder durchschaltet.
Nach Anlegen der Abfragespannung UAB gemäß Fig. 2 wird über die Sendeeinrichtung MMV1 gemäß Fig. 3 ein Lichtimpuls der Leuchtdiode LED verursacht, in der nicht dargestellten Meßkammer an eventuell vorhandenen Rauchpartikeln gestreut, von der Fotodiode FD empfangen und über den Verstärker VER einem Spannungs-/Zeit-Wandler VTC zugeführt, der seinerseits den Durchschalt-Transistor TR zum nächsten Melder ansteuert. Zwischen dem Verstärker VER und dem Spannungs-/Zeit-Wandler VTC ist ein Anschlußpunkt A gezeichnet; zwischen dem Anschlußpunkt A und dem Spannungs-/Zeit-Wandler VTC wird die erfindungsgemäße Sampleand Hold-Schaltung, wie später noch gezeigt, angeordnet.
In Fig. 4 sind verschiedene Spannungsdiagramme in Abhängigkeit von der Zeit t untereinander dargestellt, um den Signalverlauf eines Melders gemäß Fig. 3 zu veranschaulichen. Unter der Linienspannung UL ist die Sendespannung US für den Sendeimpuls bzw. den Lichtimpuls der Leuchtdiode dargestellt. Darunter ist ein Störpegel in Form der Störspannung USTÖ dargestellt, der die Nutzspannung UN am Ausgang der Fotodiode FD bzw. des Verstärkers VER gemäß Fig. 3 beeinflußt, so daß sich ein wirksames Ausgangssignal UA am Anschlußpunkt A aus der Summe der Störspannung USTÖ und der Nutzspannung UN ergibt, nämlich die Ausgangsspannung UA. Fig. 4 zeigt also, wie mit dem Einschalten der Abfragespannung UAB ein Lichtimpuls ausgelöst, das Licht gestreut und das Streulicht empfangen wird. Dabei ist gezeigt, wie die Störspannung USTÖ das Nutzsignal UN störend beeinflußt und damit das Ergebnis, d.h. das wirksame Ausgangssignal UA verfälscht. Dem wird mit der erfindungsgemäßen Sample- and Hold-Schaltung abgeholfen.
In Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße Sample- and Hold-Schaltung SHS (Momentanwertspeicher) für einen optischen Rauchmelder RM mit dem Schalttransistor TRH1, den Ansteuerelementen CH1 und DH, so wie dem Meßwertspeicher CH2 dargestellt. Die Sample- and Hold-Schaltung SHS ist zwischen dem Verstärker VER am Anschlußpunkt A und dem Spannungs-/Zeit-Wandler VTC am Anschlußpunkt B angeordnet. Die dadurch bewirkte Störsignalunterdrückung ist in Fig. 6 dargestellt.
Fig. 6 zeigt Spannungsdiagramme ähnlich der Fig. 4, jedoch mit der erzielten Störsignalunterdrückung. In Fig. 6 ist zu erkennen, wie dadurch einerseits der Lichtimpuls der Leuchtdiode, dargestellt durch die Spannung US des Sendeimpulses unterhalb der Linienspannung UL, bei der Abfrage mit dem Anlegen der Abfragespannung UAB verkürzt und intensiviert und andererseits der Störeinfluß, Störspannung USTÖ, reduziert wird. Das Nutzsignal UN am Ausgang (Anschlußpunkt A) des Verstärkers VER ist entsprechend dem Sendeimpuls kürzer und auch intensiver. Das wirksame Ausgangssignal UB nach der Sample- and Hold-Schaltung SHS am Anschlußpunkt B zeigt dies deutlich. Dabei ist die Ausgangsspannung UB die Summe aus der Störspannung USTÖ und dem Nutzsignal UN. Mit dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können also die Störsignale in vorteilhafter Weise unterdrückt werden. Da jedoch weitere Störsignale, wie oben schon erläutert, auftreten können, wurden noch weitere schaltungstechnische Maßnahmen getroffen.
Fig. 7 zeigt die Auswirkung einer Störspannung, die durch das Einschalten der Abfragespannung UAB hervorgerufen wird. Ihre Größe ist von der Anstiegssteilheit STÖFL der Abfragespannung UAB und damit von der Lage des Melders an der Meldelinie abhängig und kann größer als das Nutzsignal sein. In Fig. 7 ist als erstes Spannungsdiagramm die Linienspannung UL gezeigt, die mit dem Anschalten des ersten Melders der Meldelinie (Anlegen der Abfragespannung UAB) eine steile Störflanke STÖFL1 hat (gestrichelt gezeichnet). Die Störflanke STÖFLn des letzten Melders (Mn) einer Meldelinie (durchgezogen gezeichnet) ist weniger steil. Unter dem Diagramm der Linienspannung UL ist das Spannungsdiagramm des Sendesignals US für die-Leuchtdiode und für die Ansteuerung der verzögernd ansprechenden Sample- and Hold-Schaltung (SHS) dargestellt. Um diesen Störeinfluß zu verringern, wird der Meßvorgang, d.h. die Stromimpulse durch die Leuchtdiode (LED) und die Öffnungszeit für die Sample- and Hold-Schaltung (SHS) erfindungsgemäß so lange verzögert, bis der Störeinfluß, d.h. das Störsignal USTÖ und die Einschwingvorgänge im Verstärker, erfahrungsgemäß zu Ende sind. Das Sendesignal US steht für die kurze Zeit TP an. Das Störsignal USTÖ am Anschlußpunkt A gemäß Fig. 5 ist für den ersten Melder M1 wesentlich größer als für den n-ten Melder Mn. Das Störsignal USTÖ ist hierbei ohne das optische Signal, d.h. das Empfangssignal der Fotodiode, dargestellt. Unter dem Spannungsdiagramm des Störsignals USTÖ ist das wirksame Ausgangssignal UB am Anschlußpunkt B, d.h. am Ausgang der Sample- and Hold-Schaltung (SHS) dargestellt. Dabei ist deutlich zu erkennen, daß nach Ablauf der kurzen Sendezeit TP für den Lichtimpuls der Leuchtdiode (LED) die Störsignale USTÖ im wesentlichen abgeklungen sind, so daß das verzögerte Öffnen der Sample- and Hold-Schaltung (SHS) ein wesentlich geringer gestörtes Ausgangssignal UB am Anschlußpunkt B bewirkt.
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Blockschaltbild für einen optischen Rauchmelder, in dem der Meßvorgang durch ein Verzögerungsglied MMV2, das der Sendeschaltung MMV1 vorgeschaltet ist, verzögert wird. Entsprechend dazu ist in Fig. 9 der Spannungsverlauf am Anschlußpunkt A und am Anschlußpunkt B dargestellt.
Dies zeigt Fig. 9, wobei unterhalb des Diagramms der Linienspannung UL mit den Störflanken STÖFL1 und STÖFLn . beim Anlegen der Abfragespannung UAB die Verzögerung (TV) des Sendesignals US dargestellt ist. Mit dem Anlegen der Abfragespannung UAB wird das Verzögerungsglied MMV2 gemäß Fig. 8 in Gang gesetzt. Nach Ablauf der Verzögerungszeit TV wird die Sendeschaltung MMV1 angesteuert, die ihrerseits für die Pulsdauer TP den Stromimpuls für die Leuchtdiode LED abgibt.
Erst nach Ablauf der Verzögerungszeit TV und der Impulsdauer TP des Sendeimpulses (US) wird die Sample- and Hold-Schaltung (SHS) geöffnet. Fig. 9 zeigt, daß in diesem Fall das Störsignal USTÖ zum Zeitpunkt der Messung TM, unabhängig von seiner ursprünglichen Größe, soweit abgeklungen ist, daß es die Messung nicht mehr verfälschen kann. Der Verlauf der Störspannung USTÖ ist unter dem Signalverlauf der Sendespannung US dargestellt, wobei das Störsignal USTÖ am Anschlußpunkt A nach Ablauf dieser Zeiten (TV + TP) fast auf Null abgeklungen ist. Die wirksame Nutzspannung UB am Anschlußpunkt B kann dann zum Zeitpunkt TM ohne Störsignalbeeinflussung an den Spannungs-/Zeit-Wandler gelangen. In Fig. 9 sind die Störspannung USTÖ und die Ausgangsspannung UB am Anschlußpunkt B ohne Signalspannung von der Fotodiode her dargestellt.
In Fig. 10 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verzögerungsgliedes MMV2 im optischen Rauchmelder RM dargestellt. Mit dem Anlegen der Abfragespannung (UAB) wird das Verzögerungsglied MMV2 in Gang gesetzt, das nach Ablauf der Verzögerungszeit TV die nachgeschaltete Sendeschaltung MMV1 ansteuert. Die Verzögerungszeit TV kommt hierbei dadurch zustande, daß die Basis-Emitter-Spannung UBE des Transistors TRV durch den Kondensator CV solange unter der Einschaltschwelle des Transistors TV gehalten wird, bis die Verzögerungszeit
abgelaufen ist. Dabei bedeutet CBE die Basis-Emitter-Kapazität und UBE die Basis-Emitter-Spannung des Transistors TRV. Die Verzögerungszeit TV wird dabei nicht nur durch die Zeitkonstante des RC-Gliedes vom Widerstand RV und den Kondensator CV, sondern auch von der Basis-Emitter-Kapazität CBE bestimmt.
Durch eine Temperaturänderung verändert sich ebenfalls das Nutzsignal UN am Ausgang des Verstärkers VER. Bei einer Schaltungsanordnung, wie in Fig. 10 dargestellt, wird mit zunehmender Temperatur das Nutzsignal kleiner. Dieser Effekt ist im wesentlichen auf den mit zunehmender Temperatur sinkenden Umsetzungs-Wirkungsgrad der elektrooptischen Bauelemente, der Leuchtdiode LED und der Fotodiode FD, zurückzuführen und ist prinzipiell nicht zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird eine vorteilhafte Temperaturkompensation durch eine besondere Schaltungsanordnung der Sendeschaltung MMV1 erreicht, ohne zusätzlich zu den ohnehin notwendigen Bauelementen weitere, beispielsweise temperaturstabilisierte Bauteile verwenden zu müssen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 11 beschrieben wird, erlaubt in vorteilhafter Weise, preisgünstige, temperaturabhängige Bauelemente zu verwenden.
In Fig. 11 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Sendeschaltung MMV1 dargestellt. Dabei wurde das Verzögerungsglied MMV2 gemäß Fig. 10 mit abgebildet. Beim Anstieg der Linienspannung UL von Null auf die Abfragespannung UAB wird über den Widerstand RV des Verzögerungsgliedes MMV2 der Transistor TRV leitend. Dieser steuert die Sendeschaltung MMV1 an. Dabei werden über das Zeitglied R1, R2, R3, C der Sendeschaltung MMV1 die Transistoren T1 und T2 der Sendeschaltung MMV1 leitend, so daß ein Strom über die Leuchtdiode LED fließt. Die Größe dieses Stromes ist durch die stabilisierte Spannung Ucc und den Widerstand R4 bestimmt. Die stabilisierte Spannung Ucc wird aus der Versorgungsspannung US = 22V abgeleitet und über den Vorwiderstand R5 und die Zenerdiode ZD stabilisiert. Dabei ist erfindungsgemäß eine Zenerdiode ZD mit positiven Temperaturkoeffizienten und ein Karbonwiderstand mit negativen Temperaturkoeffizienten für den Widerstand R4 vorgesehen. Dadurch, und durch die mit steigender Temperatur kleiner werdenden Basis-Emitter-Spannung UBE2 des Transistors TR2 steigt der Strom durch die Leuchtdiode LED mit wachsender Temperatur und kompensiert damit einen Teil des Lichtverlustes. Eine weitere Kompensation wird durch eine Änderung der Pulsdauer erreicht. Die Sendeimpulsdauer TP läßt sich annähernd durch folgende Gleichung ausdrücken:
Dabei ist UBE2 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors TR2 und UCE1 die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors TR1. Durch Verwendung von handelsüblichen Bauelementen mit normalen Temperaturgängen wird bei dieser Schaltungsanordnung die Impulsdauer TP mit steigender Temperatur länger. Dieser Vorteil wird im Zusammenhang mit einer vorteilhaften Ausführungsform einer Sample- and Hold-Schaltung (SHS), die in Fig. 12 dargestellt ist, später noch erläutert.
Fig. 12 zeigt eine vorteilhafte Schaltungsanordnung für die Sample- and Hold-Schaltung gemäß der Fig. 10. Die Sample- and Hold-Schaltung SHS ist dabei wieder zwischen den Anschlußpunkten A und B angeordnet und wird von der Sendeschaltung MMV1 angesteuert. Die Sample- and Hold-Schaltung SHS weist einen Feldeffekttransistor TRH2 auf, dessen Gate von der Sendeschaltung MMV1 angesteuert wird. Zwischen den Anschlußpunkt A und dem Feldeffekttransistor TRH2 ist ein Widerstand RH2 angeordnet, der auch hinter dem Transistor TRH2 angeordnet werden kann oder aber auch der Innenwiderstand des Verstärkers (VER) sein_'kann. Der Kondensator CH2 ist der Meßwertspeicher-Kondensator der Sample- and Hold-Schaltung. Am Anschlußpunkt B wird die wirksame Nutzspannung abgegriffen, die an den Spannungs-/ Zeit-Wandler (VTC) gelangt und entsprechend dem analogen Meldermeßwert des optischen Rauchmelders (RM) verzögert den Durchschalt-Transistor (TR) ansteuert, um den nächsten Melder anzuschalten.
Die Zeitkonstante TH für das Einspeichern des Meßsignals in die Sample- and Hold-Schaltung (Momentanwertspeicher) wird vom RC-Glied aus dem Widerstand RH2.und dem Kondensator CH2 bestimmt. Diese Zeitkonstante TH ist dabei so gewählt, daß sie die Bedingung
erfüllt. TP ist die Sendeimpulsdauer gemäß der oben genannten Gleichung: Hiermit wird erreicht, daß die Spannung, mit der der Kondensator CH2 umgeladen wird, abhängig von der Sendeimpulsdauer TP wird.
Anhand der Fig. 13 wird die Wirkungsweise der Temperaturkompensation näher erläutert. In Fig. 13a ist das Sendesignal UR4 der Leuchtdiode (LED). in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Darunter ist in Fig. 13b die Ausgangsspannung UA am Anschlußpunkt A und darunter die Ausgangsspannung UB am Anschlußpunkt B in Fig. 13c dargestellt. Das Sendesignal UR4 ist dem Strom ILD durch die Leuchtdiode LED porportional und genügt der Gleichung
Für die Dauer TP des Sendesignals (US bzw. UR4) ist die Sample- and Hold-Schaltung SHS gemäß der Fig. 12 leitend, sonst ist sie gesperrt. Dabei wirkt sich die Temperaturabhängigkeit, die für -30° C und +70° C dargestellt ist, nicht nur auf das Sendesignal UR4, sondern auch auf die Ausgangssignale am Anschlußpunkt A und B aus. Die Ausgangsspannung UA am Anschlußpunkt A ist gleich dem Empfangssignal der Sample- and Hold-Schaltung. Dieses Signal ist ebenfalls für die beiden Temperaturen -30° C und +70° C in Fig. 13b dargestellt. Die Sendeimpulsdauer TP wird mit zunehmender Temperatur, wie schon erläutert, länger. Mit zunehmender Temperatur wird die Amplitude des Empfangssi-. gnals UA vor der Sample- and Hold-Schaltung am Anschlußpunkt A geringer, jedoch steht das Empfangssignal UA vor der Sample- and Hold-Schaltung am Anschlußpunkt A mit zunehmender Temperatur entsprechend der Pulsdauer TP länger an.
Das Ausgangssignal UB am Anschlußpunkt B; also am Ausgang der Sample- and Hold-Schaltung (SHS), ist dabei von der Temperaturschwankung (Meßzeitpunkt TM -30° C bzw. Meßzeitpunkt +70° C) unabhängig, wie mit dem in Fig. 13c gezeigten Meßsignal MS veranschaulicht ist. Auf diese Weise ist es möglich, ohne zusätzliche Elemente zur Temperaturkompensation ein weitgehendes temperaturunabhängiges Ausgangssignal UB, d.h. Meldermeßsignal MS, am Anschlußpunkt B zu erhalten. Dadurch wird die Meßgenauigkeit vergrößert und die Branderkennung verbessert.

Liste der Bezugszeichen

CH Meßwertspeicherkondensator der SHS
FD Fotodiode
IL Linienstrom
ILP Stromimpuls
LED Leuchtdiode
Mi Melder
MK Melderkontakt
ML Meldelinie
MMV1 Sendeschaltung für LED (monostabiler Multivibrator)
MMV2 Verzögerungsglied
RM optischer Rauchmelder
SHS Momentanwertspeicher (Sample- and Hold-Schaltung)
SPV Spannungsversorgungseinrichtung
TAB Zeit für Abfrage mit der Abfragespannung UAB
TE Verzögerungszeit für Abfragezeitende
Ti Laufzeit des jeweiligen Zeitglieds im Melder (Mi) bzw. Verzögerungszeit bis zum Aushalten des nächsten Melders
TM Meß-Zeitpunkt
TP Zeitdauer des Sendeimpulses der LED
TR Durchschalt-Transistor des jeweiligen Melders (Mi)
TRU Zeit für Ruhesignal (Ruhespannung URU)
TST Zeit für Startsignal (Startspannung UST, annähernd Null)
TV Verzögeurngszeit des Verzögerungsgliedes MMV2
UA Ausgangsspannung am Anschlußpunkt A
UAB Abfragespannung
UB Ausgangsspannung.am Anschlußpunkt B
UL Linienspannung
UN Nutzsignal am Ausgang des Verstärkers (VER)
URU Ruhespannung
US Spannung des Sendeimpulses für die Leuchtdiode (LED)
UST Startspannung
USTÖ Störspannung
VER Verstärker
VTC Spannungs-/Zeit-Wandler (Voltage/Time Converter)
Z Zentrale

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Störsignalunterdrückung in optischen Rauchmeldern (RM) mit einer pulsweise sendenden Leuchtdiode (LED) und einer das Streulicht der Leuchtdiode (LED) empfangenden Fotodiode (FD) in einer Brandmeldeanlage, wobei bei der zyklischen Abfrage von einer Zentrale (Z) aus die einzelnen Melder (Mi) einer Meldelinie (ML) zeitverzögert in vorgegebener Reihenfolge kettenförmig an die Meldelinie (ML) angeschaltet werden und die Verzögerungszeit bis zum Anschalten des nachfolgenden Melders dem jeweiligen analogen Meldermeßwert entspricht und in der Zentrale aus dem Zeitpunkt der Anschaltung der Meldermeßwert und die Melderadresse ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet ,
daß der optische Rauchmelder (RM) eine Spannungsversorgungseinrichtung (SPV),
eine mit der Melderabfrage (UAB) ansteuerbare Sendeschaltung (MMV1) zur Erzeugung von Sendeimpulsen (US) für die Leuchtdiode (LED) mit einer Zeitdauer (TP), die wesentlich kürzer als die Abfragedauer eines Melders ist,

einen der Fotodiode (FD) mit Verstärker (VER) nachgeschalteten, von der Sendeschaltung (MMV1) ansteuerbaren Momentanwertspeicher (SHS) zur kurzzeitigen Speicherung des analogen Meldermeßwertes

und einen diesem nachgeordneten Spannungs-/Zeit-Wandler (VTC) aufweist, der entsprechend dem Meldermeßwert zeitverzögert über einen Durchschalt-Transistor (TR) den nachfolgenden Melder (Mi) an die Meldelinie (ML) anschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Sendeschaltung (MMV1) ein Verzögerungsglied (MMV2) vorgeschaltet ist, das mit der Melderabfrage (UAB) in Gang gesetzt wird und zeitverzögert (TV) die Sendeschaltung (MMV1) ansteuert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Momentanwertspeicher (SHS) ein Zeitglied (RH2, CH2) aufweist, dessen Zeitkonstante (TH) die Zeit für das Einspeichern des Meßsignals (MS) im Momentanwertspeicher (SHS) bestimmt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Momentanwertspeicher (SHS) von einem zwischen dem Verstärker (VER) der Fotodiode (FD) und dem Spannungs-/Zeit-Wandler (VTC) angeordneten Schalttransistor (TRH1) mit einem Widerstand (RH1), von einem Meßwertspeicher-Kondensator (CH2) und von Ansteuerelementen (CH1, DH) gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Momentanwertspeicher (SHS) von einem von der Sendeschaltung (MMV1) direkt ansteuerbaren Schalttransistor (TRH2), der über einen Widerstand (RH2) am Verstärker (VER) angeschlossen ist, und von einem von dem Spannungs-/Zeit-Wandler (VTC) angeordneten Meßwertspeicher-Kondensator (CH2) gebildet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Sendeschaltung (MMV1) von einem monostabilen Multivibrator gebildet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Sendeschaltung (MMV1) an einer mit einer Zenerdiode (ZD) mit positiven Temperaturkoeffizienten und mit einem Vorwiderstand (R5) gebildeten stabilisierten Versorgungsspannung (Ucc) angeschlossen ist und aus zwei Transistoren (TR1, TR2), einem Zeitglied (R1, R2, R3, C) und einem Widerstand (R4) mit negativen Temperaturkoeffizienten gebildet ist, wobei mit zunehmender Temperatur der durch die Leuchtdiode (LED) fließende Strom (ILD) und die Impulsdauer (TP) zunimmt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verzögerungsglied (MMV2) von einem monostabilen Multivibrator gebildet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Verzögerungsglied (MMV2) einen über einen Widerstand (R) an einer Versorgungsspannung (GV) angeschlossenen Transistor (TRV) aufweist, dessen Kollektor mit der Sendeschaltung (MMV1) verbunden ist und dessen Basis einerseits über einen weiteren Widerstand (RV) mit dem positiven Leiter (+UL) und andererseits über einen Kondensator (CV) mit dem negativen Leiter (-UL) der Meldelinie (ML) verbunden ist.