EP0631263A1

EP0631263A1 - Schaltungsanordnung für einen optischen Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Stömediums

Info

Publication number: EP0631263A1
Application number: EP94109719A
Authority: EP
Inventors: Michael Sommer
Original assignee: Hekatron GmbH
Current assignee: Hekatron GmbH
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1994-12-28
Also published as: DE4320873A1

Abstract

Schaltungsanordnung für einen optischen, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums (Gas oder Rauch), insbesondere zur Alarmauslösung, mit einer Lichtquelle, die sowohl über einen dem Störmedium ausgesetzten Meßstrahlengang eine Meßphotozelle (11) als auch über einen vom Störmedium freigehaltenen Referenzstrahlengang eine Referenzphotozelle (12) bestrahlt, wobei aus dem Vergleich der von der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle abgegebenen Empfangssignale ein Vergleichssignal abgeleitet wird. Die Lichtquelle besteht aus mehreren Halbleiter-Lichtemittern mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum, die durch Modulation mit einer Taktfrequenz Lichtblitze abgeben. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen optischen, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums (Gas oder Rauch) insbesondere zur Alarmauslösung mit einer Lichtquelle, die sowohl über einen dem Störmedium ausgesetzten Meßstrahlengang eine Meßphotozelle als auch über einen vom Störmedium freigehaltenen Referenzstrahlengang eine Referenzphotozelle bestrahlt, wobei aus dem Vergleich der von der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle abgegebenen Empfangssignale ein Vergleichssignal abgeleitet wird.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus einem Aufsatz von Aschoff, veröffentlicht in "Elektro-Anzeiger" vom 28.02.1968, Verlag W. Girardet, Essen, bekannt. Bei dieser Schaltung wird nach der Darstellung in dem Aufsatz eine auf einen Punkt konzentrierte einzige Lichtquelle verwendet, über deren Eigenschaften in der Druckschrift nichts gesagt ist. Die Auswertung der von der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle abgegebenen Spannungen erfolgt in üblicher Weise über eine Brückenschaltung.
Es ist weiterhin aus der CH-PS 571 750 ein photoelektrischer Aerosoldetektor mit einer Strahlungsquelle bekannt, der nach dem Streulichtprinzip arbeitet. Dieser Detektor verwendet ein Prisma, über das die Meßstrahlen in eine Lichtfalle gelenkt werden, von denen aus durch anwesendes Aerosol Streulicht auf eine Meßphotozelle abgeleitet wird. Das Prisma führt außerdem in sich einen Referenzstrahlengang, in dem ein Teil des von einer einzigen Lichtquelle stammenden Lichts, das also auch den Meßstrahlengang speist, umgelenkt und einer Referenzphotozelle zugeleitet wird. Eine Verschmutzung der betreffenden Flächen des Prismas beeinflußt den Referenzstrahl, so daß die Verschmutzung die Messung nicht beeinflußt. Meßphotozelle und Referenzphotozelle bilden Zweige einer Brückenschaltung, mit der dann in bekannter Weise die Auswertung unterschiedlicher Ströme der Photozellen vorgenommen wird. Bei der einzigen Lichtquelle handelt es sich gemäß der Darstellung in der zugehörigen Fig. 1 um eine Glühlampe, deren Licht über eine Sammellinse vor Eintritt in das Prisma zusammengefaßt wird. Sonstige Angaben über die Lichtquelle sind in der Druckschrift nicht enthalten.
Es sei schließlich noch auf die DE-AS-2 702 933 verwiesen, in der eine Brandmeldeeinrichtung beschrieben ist, die mit einer einzigen Leuchtdiode als Lichtquelle sowie einer Meßphotozelle und einer Referenzphotozelle arbeitet. Die Referenzphotozelle dient hier ausschließlich der Temperaturkompensation, da sie optisch isoliert ist und Temperaturänderungen der Umgebungsluft mit Verzögerung folgt. Die Meßphotozelle und die Referenzphotozelle sind wie bei dem vorstehend behandelten Stand der Technik in eine Brückenschaltung gelegt, die dann in üblicher Weise die Auswertung herbeiführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der bekannten Melder zu erhöhen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Lichtquelle aus mehreren Halbleiter-Lichtemittern mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum besteht, die durch Modulation mit einer Taktfrequenz Lichtblitze abgeben.
Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Die Verwendung einer Leuchtdiode als Lichtquelle, wie sie in der oben erwähnten DE-AS-2 702 933 erwähnt ist, bietet zwar den wesentlichen Vorteil außerordentlich geringen Leistungsbedarfes, womit sie die früher üblichen Glühlampen als Lichtquelle praktisch verdrängt hat. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Feststellung eines Störmediums mittels einer Leuchtdiode häufig zu unsicheren Ergebnissen geführt hat. Diese Unsicherheit wird durch die Verwendung von mehreren Halbleiter-Lichtemittern Im Durchlichtverfahren mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum beseitigt, die in ihrer Gesamtheit die Lichtquelle bilden. Als Lichtemitter kommen in erster Linie Leuchtdioden, aber auch Halbleiter-Laser in Frage. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, daß mit mehreren Halbleiter-Lichtemittern unterschiedlichen Lichtspektrums eine relativ große Bandbreite des den Meßstrahlengang und den Referenzstrahlengang durchflutenden Lichts erzeugt wird, so daß eine zu meldende Konzentration eines bestimmten Gases oder Rauches mit großer Sicherheit durch einen spektralen Anteil des ausgestrahlten Lichtes erfaßt wird. Verschiedene Rauchsorten, wie solche mit der Emission besonders kleinere Partikel, werden nämlich von dem Licht vieler bekannter Leuchtdioden nicht ausreichend erfaßt, weshalb für das Erkennen von solchen Bränden gemäß dem Stand der Technik bevorzugt Melder mit radioaktiven Ionisationskammern (unter Benutzung von Americium 241) verwendet werden, die aber aus Gründen des Umweltschutzes zunehmend in Frage gestellt und durch die Erfindung vermieden werden.
Dabei dient die Modulation der Lichtquelle mit einer Taktfrequenz mit dem Ergebnis der Abgabe von Lichtblitzen aller Halbleiter-Lichtemitter dazu, auf einfache Weise die in der Modulation enthaltenen Emfpangssignale der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle auf einfache Weise auszusieben und damit einen Gleichstromanteil aus diesen Meßwerten zu unterdrücken, der durch Temperaturschwankungen und Alterungen der Bauelemente beeinflußbar ist und damit das Meßergebnis verfälschen könnte. Außerdem wird durch die Modulation ein auf Dauerlicht zurückgehender Gleichstromanteil eliminiert.
Die Lichtblitze lassen sich aufgrund entsprechender Gestaltung der Taktfrequenz entweder gleichphasig oder phasenversetzt abgeben. Im Falle der Gleichphasigkeit der Lichtblitze führt dies zu einer Addition der von den Meßphotozellen aufgrund der Lichtblitze erzeugten Spannungen und erhöht somit die Empfindlichkeit und den Störabstand der Schaltungsanordnung. Bei Abgabe phasenversetzter Lichtblitze ergibt sich der Effekt, daß die einzelnen Halbleiter-Lichtemitter jeweils nacheinander Licht in dem ihnen eigenen Lichtspektrum abgeben (das von Halbleiter-Lichtemitter zu Halbleiter-Lichtemitter unterschiedlich ist), womit sich nacheinander an der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle Empfangssignale ergeben, die die Anwesenheit von Störmedium jeweils einer besonderen Art signalisieren können, nämlich jeweils desjenigen Störmediums, das die Lichtblitze eines betreffenden Halbleiter-Lichtemitters besonders beeinflußt. Lichtblitze eines Lichtspektrums, das z. B. durch besonders kleine Partikel eines Störmediums beeinflußt wird, können dann entsprechend individuell ausgewertet werden, wodurch z. B. ein entsprechender Brand, der besonders kleine Partikel erzeugt, spezifisch signalisiert werden kann. Hierdurch läßt sich über die phasenverschobene Abgabe der Lichtblitze und deren individuelle Auswertung außer der quantitativen Aussage auch eine qualitative Aussage hinsichtlich des betreffenden Störmediums erzielen.
Um die von den Halbleiter-Lichtemittern gleichphasig abgegebenen Lichtblitze auszuwerten, gestaltet man die Schaltunganordnung zweckmäßig so, daß aus den von der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle gleichphasig abgegebenen Empfangssignalen die jeweilige Modulationsspannung gleichphasig ausgekoppelt wird, die als Meßspannung und als Referenzspannung den betreffenden Eingängen eines Differenzverstärkers zur Bildung des Vergleichssignals zugeführt wird.
Durch die gleichphasige Auskopplung der Modulationsspannung ergibt sich einerseits eine Meßspannung und andererseits eine Referenzspannung, die aufgrund der oben erwähnten Addition mit relativ hohem Pegel und somit großem Störabstand von einem Differenzverstärker ausgewertet werden können, der dann das von dem Melder erzeugte Vergleichssignal liefert, dessen Auftreten das Vorhandensein eines Störmediums anzeigt und darüberhinaus für einen Alarm bzw. eine Störungsmeldung ausgewertet werden kann.
Vorteilhaft läßt sich das bei gleichphasiger Abgabe der Lichtblitze gebildete Vergleichssignal quantitativ auswerten, nämlich dadurch, daß das Vergleichssignal einer Mehrzahl von unterschiedlich eingestellten Schwellwertschaltern zugeführt wird, die sich auf die Referenzspannung stützen. Mit Hilfe der Schwellwertschalter läßt sich dann die Anwesenheit eines Störmediums in quantitativer Weise anzeigen, wobei die Schwellwertschalter von der Referenzspannung so beeinflußt werden, daß ihre Schwellwerte von den durch die Referenzspannung kompensierten Größen unbeeinflußt bleiben.
Im Falle gleichphasiger Abgabe der Lichtblitze gestaltet man die Schaltungsanordnung weiterhin zweckmäßig so, daß zu ihrer Justierung bei von Störmedium freiem Meßstrahlengang die beiden Empfangssignale auf im wesentlichen gleiche Amplitude eingestellt werden Der Vergleich der beiden Eingangssignale erfolgt in der Weise, daß sie nach der Justierung praktisch gleiche Amplitude aufweisen, ermöglicht einen schnellen und einfachen Abgleich.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Justierung der Schaltungsanordnung läßt sich eine Korrektur der Anzeige auch dadurch herbeiführen, daß das Vergleichssignal und das Referenzsignal nach jeweiliger Umwandlung in ein entsprechendes Binärsignal einem Rechner zugeführt wird, der, bei von Störmedium freiem Meßstrahlengang, zur Korrektur eines Fehlers des Vergleichssignals zunächst eine ermittelte Differenz der Binärsignale als Korrekturwert speichert und bei der folgenden Umweltüberwachung mit diesem Korrekturwert das dabei ermittelte Vergleichssignal korrigiert. Aufgrund dieser Gestaltung der Schaltungsanordnung liefert der Rechner unter Auswertung der ihm zugeführten Binärsignale jeweils einen Differenzwert, der den notwendigen Korrekturwert darstellt, der den Unterschied der Empfangssignale an der Meßphotozelle und an der Referenzphotozelle repräsentiert. Dieser Differenzwert kann dann während der Umweltüberwachung mit dem ermittelten Vergleichssignal verrechnet werden, womit sich ständig die gewünschte Korrektur ergibt. Im Falle der Verwendung des Rechners laßt sich sowohl die Methode der gleichphasigen als auch phasenversetzten Abgabe der Lichtblitze anwenden, wobei im Falle der phasenversetzten Abgabe der Lichtblitze der Rechner eine spezifische Angabe des betr. Störmediums ermöglicht.
Vorteilhaft läßt sich der Rechner auch zur Erzeugung des Vergleichssignals bei der Umweltüberwachung heranziehen, und zwar dadurch, daß der Rechner das Meßsignal und das Referenzsignal miteinander so verknüpft, daß das dabei ermittelte Vergleichssignal durch den Korrekturwert ständig korrigiert wird. In diesem Falle werden die beiden Empfangssignale, nämlich Meßsignal und Referenzsignal, nach ihrer Umwandlung in entsprechende Binärsignale vom Rechner verglichen, wobei sich das gewünschte Vergleichssignal, gegebenenfalls durch den Korrekturwert korrigiert, ergibt.
Die Ermittlung dieses Korrekturwertes kann regelmäßig, z. B. jeden Morgen, durchgeführt werden, und zwar dadurch, daß diese Ermittlung durch einen dem Rechner gesondert übermittelten Befehl ausgelöst wird. Dieser Befehl kann von einer entfernten Stelle, beispielsweise von einer Überwachungszentrale dem Rechner zugeleitet werden, so daß jederzeit der Korrekturwert ermittelt werden kann, vorausgesetzt, daß zu dem betreffenden Zeitpunkt der Meßstrahlengang von Störmedium frei ist. Dies ist gegebenenfalls durch eine entsprechende Maßnahme sicherzustellen.
Die Ermittlung des Korrekturwertes kann auch durch den Rechner selbst ausgelöst werden, der dann insbesondere in regelmäßigen Intervallen, z. B. täglich zu einer bestimmten Zeit die Ermittlung des Korrekturwertes durchführt. Hierdurch wird die Ermittlung des Korrekturwertes automatisiert, was ohne weiteres durch eine bekannte, dem Rechner eingegebene Uhr vollzogen werden kann.
Für die Ermittlung des Korrekturwertes ist in jedem Falle natürlich darauf zu achten, daß dies nicht gerade zu einem Zeitpunkt geschieht, in dem sich aufgrund extremer Verhältnisse z. B. wegen eines entstehenden Brandes der Melder sich im Zustand der Feststellung des unnormalen Vorhandenseins eines Störmediums befindet. In diesem Falle muß natürlich der Melder zuerst seine normale Funktion, insbesondere auch die Auslösung eines Alarms vollziehen können, da dies vor der Ermittlung des Korrekturwertes Vorrang hat. Dies läßt sich ohne weiteres dadurch herbeiführen, daß im Falle der Feststellung eines extremen Vergleichssignals die Ermittlung des Korrekturwertes solange unterdrückt wird, bis der Melder normale Verhältnisse feststellt.
Aufgrund der ständigen Ermittlung des Korrekturwertes bleibt der Melder stets an seine in ihm herrschenden Verhältnisse angepaßt, so daß der sich aufgrund des Korrekturwertes ergebende erhebliche Störabstand ständig wegen der immer wieder erfolgenden Anpassung des Korrekturwertes erhalten bleibt.
Der Rechner läßt sich auch vorteilhaft dazu ausnutzen, eine alarmauslösende Ansprechschwelle des Vergleichssignals durch einen dem Rechner gesondert übermittelten Befehl zu verändern. Da der Rechner aufgrund seiner Ermittlung des Vergleichssignals für die Auslösung eines Alarms auch das Überschreiten einer Ansprechschwelle feststellt, ist es möglich, den Rechner z. B. von einer Zentralstelle aus anzusteuern und diesem dabei einen Befehl zu übermittelten, mit dem die Ansprechschwelle angehoben oder abgesenkt wird. Auf diese Weise läßt sich, falls erforderlich, der Melder an jeweils unterschiedliche Betriebssituationen anpassen.
Die Meßphotozellen besitzen von Hause aus eine unterschiedliche Spektralempfindlichkeitskurve. Um diese berücksichtigen zu können, betreibt man zweckmäßig die Halbleiter-Lichtemitter mit individuell gewählten Sendeströmen. Hierdurch wird erreicht, daß über das von der jeweiligen Meßphotozelle empfangene Lichtspektrum trotz deren Spektralempfindlichkeitskurve sich beim Betrieb des Melders bei der Aktivierung der Halbleiter-Lichtemitter die betreffende Meßphotozelle jeweils das gleiche Empfangssignal abgibt, unabhängig davon, von welchem Halbleiter-Lichtemitter das empfangene Licht stammt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig.1: Die Struktur der Schaltungsanordnung mit prinzipieller Darstellung der Lichtstrahlenführung;
Fig.2: die elektrische Gestaltung der Schaltungsanordnung bis Abgabe der Empfangssignale und des Vergleichssignals;
Fig.3: Die an die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 anschließbare Schaltung zur analogen Auswertung der Empfangssignale und des Vergleichssignals und
Fig.4: die an Fig. 2 anschließbare Schaltung zur digitalen Auswertung der Empfangssignale und des Vergleichssignals mittels eines Rechners.

Die in der Figur 1 dargestellte Anordnung zeigt den nur hinsichtlich seiner prinzipiellen Struktur dargestellten, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder 1, der aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern besteht, nämlich der Kammer 2 mit den beiden Lichtquellen L1 und L2. Die Kammer 2 ist gegenüber der Umwelt lichtdicht abgeschlossen und erlaubt auch keinen Zutritt eines Störmediums in die Kammer. Das von der Lichtquelle L1 ausgehende Licht ist durch punktierte Linien dargestellt, das von der Lichtquelle L2 durch gestrichelte Linien. Die beiden Lichtquellen L1 und L2 sind so angeordnet, daß das von ihnen ausgehende Licht sich in der Kammer im wesentlichen gleichmäßig mischt. Die Kammer 2 ist durch die lichtdurchlässige Wand 3, insbesondere eine Glasplatte, abgeschlossen, so daß das von den Lichtquellen L1 und L2 ausgehende Licht die beiden benachbarten Kammern 4 und 5 gleichmäßig durchflutet, die durch die licht- und gasdichte Trennwand 6 gegeneinander abgeschottet sind. Die Kammer 4 ist mit der Umwelt durch mehrere Öffnungen 7 verbunden, so daß in die Kammer 4 jegliches in der Umwelt vorhandene Störmedium, insbesondere also Gas oder Rauch, eintreten kann und damit den Innenraum der Kammer 4 füllt. Wegen des Vorhandenseins der Trennwand 6 bleibt die Kammer 5 stets von Störmedium frei. Das Ergebnis dieser Ausbildung der Kammern 4 und 5 ist, daß das die Kammer 4 durchflutende Licht von durch die Öffnung 7 eingetretenes Störmedium beeinflußt wird, die Kammer 4 bildet damit die Meßkammer des Melders 1, wogegen das die Kammer 5 durchflutende Licht von Störmedium unbeeinflußt bleibt, so daß die Kammer 5 die Referenzkammer des Melders 1 bildet.
An die Kammern 4 und 5 schließen sich die beiden Kammern 8 und 9 an, wobei gemäß der Darstellung in Figur 1 die beiden Kammern 4 und 5 und die Kammern 8 und 9 durch eine lichtdurchlässige Wand 10, insbesondere eine Glasplatte, voneinander getrennt sind. Das von den Lichtquellen L1 und L2 austretende Licht gelangt somit von den Kammern 4 und 5 in die Kammern 8 und 9, von denen die Kammer 8 mit der Meßphotozelle 11 und die Kammer 9 mit der Referenzphotozelle 12 versehen sind. Die beiden Kammern 8 und 9 sind voneinander durch die Trennwand 13 getrennt, die die beiden Kammern 8 und 9 licht- und gasdicht voneinander abschottet.
Aufgrund dieser Anordnung erreicht das von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehende Licht über die Meßkammer 4 die Meßphotozelle 11, wobei die Kammer 8 die Rolle einer Meßempfangskammer spielt. Das von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehende Licht erreicht außerdem über die Referenzkammer 5 die Referenzphotozelle 12, und zwar wegen der Gestaltung der Kammern 2, 5 und 9 unbeeinflußt von irgendeinem Störmedium, so daß die Kammer 9 die Rolle einer Referenzempfangskammer spielt.
Der Melder 1 besitzt somit einen von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehenden Meßstrahlengang, der durch die Kammern 2, 4 und 8 bis zur Meßphotozelle 11 reicht. Demgegenüber existiert ein ebenfalls von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehender Referenzstrahlengang, der durch die Kammern 2, 5 und 9 bis zur Referenzphotozelle 12 verläuft. Dabei erhalten sowohl die Meßphotozelle 11 als auch die Referenzphotozelle 12 Licht von beiden Lichtquellen L1 und L2, das, wie oben gesagt, die Kammer 2 im wesentlichen gleichmäßig gemischt über die durchlässige Wand 3 verläßt. In diesen Strahlengängen wird lediglich im Bereich der Meßkammer 4 das diese Kammer durchflutende Licht gegebenenfalls von dem Vorhandensein eines Störmediums beeinflußt, insbesondere also geschwächt, so daß im Fall des Vorhandenseins eines Störmediums die Meßphotozelle 11 ein Empfangssignal abgibt, daß gegenüber dem von der Referenzphotozelle 2 abgegebenen Empfangssignal geschwächt ist.
Die beiden von der Meßphotozelle 11 und der Referenzphotozelle 12 abgegebenen Empfangssignale Sm und Sr werden dem Vergleicher V zugeführt, der daraus ein Vergleichssignal Sv ermittelt und dieses dem Schwellwertschalter 14 zuführt. Bei Überschreiten des betreffenden Schwellwertes gibt der Schwellwertschalter 14 ein Alarmsignal Sa ab.
Die beiden Lichtquellen L1 und L2 werden in einer von dem Taktgenerator T bestimmten Frequenz getaktet, die z.B. 1 Hz beträgt. Damit erzeugen die Lichtquellen L1 und L2 Lichtblitze mit einer Dauer von ca. 100 µs. Die Lichtblitze stellen dann eine Art Trägerfrequenz für die von der Meßphotozelle 11 und der Referenzphotozelle 12 abgegebenen Empfangssignale Sm und Sr dar, wobei letztere sich von der Trägerfrequenz leicht abtrennen lassen, z.B. im einfachsten Fall durch Leitung der Empfangssignale Sm und Sr über einen Kondensator. Auf diese Weise lassen sich irgendwelche in dem Empfangssignal Sm und Sr enthaltenen Gleichstromanteile, die zur Verfälschung des Vergleichssignals führen könnten, unterdrücken
Aufgrund der Mischung des von den Lichtquellen L1 und L2 ausgehenden Lichtes ergibt sich insgesamt eine relativ große Bandbreite des den Meßstrahlengang und den Referenzstrahlengang durchflutenden Lichts mit dem Ergebnis, daß das von der Meßphotozelle abgegebene Empfangssignal auf jeden Fall von praktisch jeglicher Teilchengröße in einem Störmedium beeinflußt wird. Die Lichtquellen L1 und L2 bestehen zu diesem Zweck aus Halbleiter-Lichtemittern mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum, das sich weitgehend lückenlos über einen entsprechend großen Frequenzbereich erstreckt.
Aufgrund dieser Maßnähmen ergibt sich eine sehr große Sicherheit der Erfassung jeglichen Störmediums und damit eine entsprechend hohe Sicherheit, insbesondere bei der Brandmeldung.
Die Lichtquellen L1 und L2 lassen sich, wie oben dargelegt, entweder gleichphasig oder phasenversetzt steuern, wozu der Taktgenerator in bekannter Weise entsprechend zu gestalten ist. Dabei ergeben sich die oben erläuterten Vorteile für die eine und die andere Betriebsweise.
Die Erläuterung der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 unter Zugrundelegung von zwei Lichtquellen L1 und L2 stellt nur ein Beispiel dar. Im Falle der Verwendung von zusätzlichen Lichtquellen, insbesondere dreier Lichtquellen, läßt sich natürlich ein entsprechend breiteres Frequenzband aussenden, durch das dann die Sicherheit des betreffenden Melders entsprechend erhöht wird.
Figur 2 zeigt eine Schaltung, wie sie im Zusammenhang mit einem Melder gemäß Figur 1 Verwendung finden kann. Die Schaltung gemäß Figur 1 enthält drei Lichtquellen L3, L4 und L5, die aus Halbleiter-Lichtemittern mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum bestehen. Die von den Lichtquellen L3, L4 und L5 ausgehenden Lichtstrahlen sind folgendermaßen dargestellt: Ausgehend von Lichtquelle L3 als strichpunktierte Linien, ausgehend von Lichtquelle L4 als gestrichelte Linien und ausgehend von Lichtquelle L5 als punktierte Linien. Die von den drei Lichtquellen L3, L4 und L5 ausgehende Lichtstrahlung trifft auf die Meßphotozelle 15 und die Referenzphotozelle 16, wobei die betreffenden Lichtstrahlen Kammern durchlaufen, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Die auf die Referenzphotozellen 16 treffende Lichtstrahlung durchläuft also einen Referenzstrahlengang, während die auf die Meßphotozelle 15 treffende Lichtstrahlung einen Meßstrahlengang durchläuft, wobei die Strahlung im Meßstrahlengang gegebenenfalls durch ein Störmedium beeinflußt wird, wie dies im Zusammenhang mit dem in Figur 1 dargestellten Melder 1 oben erläutert ist.
Die drei Lichtquellen L3, L4 und L5 werden jeweils einzeln von einem individuellen Taktgenerator 17, 18 und 19 betrieben, so daß entsprechend der Beschreibung zu Figur 1 die drei Lichtquellen L3, L4 und L5 entsprechende Lichblitze abgeben. Diese Lichtblitze können entweder gleichphasig oder phasenversetzt abgegeben werden, woraus sich dann die oben angegebenen Effekte ergeben.
Die Meßphotozelle 15 steuert den Meßverstärker 20, der ein von der Meßphotozelle 15 stammendes Empfangssignal verstärkt abgibt und über den Kondensator 21 und den Widerstand 22 dem einen Eingang 23 des Differenzverstärkers 24 zuführt. Der andere Eingang 25 des Differenzverstärkers 24 erhält seine Eingangsspannung von der Referenzphotozelle 16, die den Referenzverstärker 26 aussteuert, dessen Ausgangssignal als verstärktes Empfangssignal über den Kondensator 27 und den Widerstand 28 dem vorstehend genannten Eingang 25 zugeführt wird. Dabei dienen die Widerstände 29 und 30 zur Festlegung des Verstärkungsfaktors des Differenzverstärkers 24. Der Differenzverstärker 24 wandelt die an den Schaltpunkten 31 und 32 anstehenden Spannungen im Falle einer Differenz dieser Spannungen in das an seinem Ausgang B abgegebene Vergleichssignal um, das ein Maß für die Abschwächung des Lichtes im Meßstrahlengang innerhalb der Kammer ist. Auf diese Weise wird mit der Schaltung gemäß Figur 2 in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Störmedium in der Kammer 4 ein z. B. für einen Alarm verwendbares elektrisches Signal erzeugt.
Wenn in allen Kammern 2,4,5,8 und 9 des in Figur 1 dargestellten Melders gleiche Lichtverhältnisse bestehen, d. h. in erster Linie, daß in der Meßkammer keinerlei Störmedium vorhanden ist, und die im Melder 1 enthaltenen opto-elektronischen Bauteile, nämlich die Halbleiter-Lichtemitter L1 und L2 sowie die Meßphotozelle 11 und die Referenzphotozelle 12 jeweils unter sich gleiche Eigenschaften aufweisen, dann würden im Falle des Betriebs des Melders an den Schaltpunkten 31 und 32 gleiche Spannungen stehen, d. h. das Signal am Ausgang B wäre richtigerweise Null. Aus Gründen insbesondere einer unvermeidbaren Unterschiedlichkeit der betreffenden Bauelemente ist dies in der Regel jedoch nicht der Fall, so daß normalerweise die Schaltung vor ihrer in Betriebnahme bzw. von Zeit zu Zeit einer Justierung bedarf. Dies wird hier mittels der beiden Rückkopplungswiderstände 33 und 34 herbeigeführt, die dem den Meßverstärker 20 bzw. den Referenzverstärker 26 überbrücken. Der Rückkopplungswiderstand 33 ist dabei variabel gestaltet. Zur Justierung der Schaltung wird bei von störmediumfreien Meßstrahlengang der Widerstand 33 so eingestellt, daß sich am Ausgang B der Schaltung die Spannung 0 Volt ergibt, was bedeutet, daß in diesem Fall an den beiden Schaltpunkten 31 und 32 die betreffenden Empfangssignale gleich sind.
Das am Ausgang B anstehende Vergleichssignal (siehe Figur 2) läßt sich mittels der in Figur 3 dargestellten Schaltung hinsichtlich seiner Höhe besonders auswerten, wozu die Schaltung gemäß Figur 3 mit ihren Auschlüssen B' und C' an die Ausgänge B und C der Schaltung gemäß Figur 2 angeschlossen wird. Der Ausgang C der Schaltung gemäß Figur 2 entspricht dabei dem Schaltpunkt 32, an dem die von der Referenzphotozelle 16 abgegebene und verstärkte Referenzspannung ansteht.
Um unterschiedliche Spektralempfindlichkeitskurven der Meßphotozellen 15 und 16 zu berücksichtigen, ist in die die Lichtquellen L3, L4 und L5 enthaltenden Stromkreise jeweils ein Widerstand 56, 57 bzw. 58 eingeschaltet, der wahlweise einstellbar ist. Diese Widerstände werden so eingestellt, daß jeder von einer der Lichtquellen L3, L4 und L5 individuell ausgesandten Lichtblitze an der Meßphotozelle 15 bzw. 16 jeweils die gleiche Spannung erzeugen.
Die Schaltung gemäß Figur 3 enthält den aus den Widerständen 35 bis 39 bestehenden Spannungsteiler, an dem die am Schaltpunkt 32 (Figur 2) anstehende Referenzspannung entsprechend den Widerständen 35 bis 39 abfällt, wobei die jeweils reduzierte Spannung als Bezugsspannung den einen Eingang der vier potentialmäßig aufeinanderfolgenden Schwellwertschalter 40 bis 43 zugeführt wird. Das über den Anschluß B' zugeführte Vergleichssignal gelangt an die anderen Klemmen 44 bis 47 der Schwellwertschalter 40 bis 43. Dementsprechend werden bei Vorhandensein eines Vergleichssignals am Anschluß B' ein oder mehrere Schwellwertschalter aktiviert, und zwar je nach der Spannungshöhe des jeweiligen Vergleichssignals. Damit liefert die Schaltung gemäß Figur 3 an ihren Ausgängen 48 bis 51 ein Muster von Signalen, das je nach Zahl der Signale eine Angabe darüber macht, in welcher Höhe das Vergleichssignal liegt. Daraus läßt sich dann ein Rückschluß ziehen, in welcher Weise und in welchem Umfang die Meßkammer 4 gemäß Figur 1 mit Störmedium gefüllt ist, was im Falle eines Brandes bedeutet, daß über die Art und Weise des Brandes eine Aussage gemacht werden kann.
Die im Zusammenhang mit der Figur 3 dargestellte Auswertung des an der Klemme B gemäß Figur 2 anstehenden Vergleichssignals läßt sich auch mittels eines Rechners durchführen, wie ein solcher in Figur 4 als Rechner R dargestellt ist. Im Gegensatz zu der in analoger Weise durchgeführten Auswertung in der Schaltung gemäß Figur 3 erfolgt die Auswertung der Schaltung gemäß Figur 4 auf binärer Basis. Die Schaltung gemäß Figur 4 erlaubt zwei Varianten der Anschaltung an die Schaltung gemäß Figur 2. Zunächst sei die Variante 1 betrachtet, bei der das am Ausgang B der Schaltung gemäß Figur 2 anstehende Vergleichssignal ausgenutzt wird. Dementsprechend ist die Schaltung gemäß Figur 4 über ihre Anschlüsse B'' an den Ausgang B und C'' an den Ausgang C angeschlossen. Damit steht an den Anschlüssen B'' und C''' das Vergleichssignal und das Referenzsignale in analoger Weise an. Diese beiden Signale werden dann durch die Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 in entsprechende Binärsignale in bekannter Weise umgewandelt. Übersteigt das vom Analog-Digital-Wandler ADC1 abgegebene Vergleichssignal einen bestimmten Zahlenwert (der einem Schwellwert entspricht), so gibt der Rechner an seinem Rechnerausgang 52 ein Signal ab, das in der Schaltung gemäß Figur 4 einerseits ein Signalhorn 53 und andererseits ein Anzeigeinstrument 54 aktiviert. Bei letzterem kann es sich z. B. um eine Signallampe handeln.
Damit nun der Rechner R auch das über die Referenzkammer 5 ermittelte Referenzsignal verwerten kann, erhält er über den Analog-Digital-Wandler ADC2 auch in digitaler Form das am Anschluß C'' anstehende Referenzsignal, das nun vor der eigentlichen Umweltüberwachung zu einer Justierung des Melders 1 und damit der gesamten Anlage ausgenutzt werden kann.
Hierzu wird bei von störmediumfreiem Meßstrahlengang also von störmediumfreier Meßkammer 4 das von dem Analog-Digital-Wandler ADC1 gelieferte Vergleichssignal mit dem vom Analog-Digital-Wandler ADC2 gelieferte Referenzsignal verglichen, wobei im Falle idealer Verhältnisse das Vergleichssignal Null sein müßte. Da dies aus den bereits oben im Zusammenhang mit der Schaltung gemäß Figur 2 erläuterten Gründen jedoch meist nicht der Fall ist, der Rechner R also auch bei völligem Fehlen von Störmedium in gewissem Umfang vom idealen Wert abweichende Signale von den beiden Analog-Digital-Wandlern ADC1 und ADC2 erhält, kann der Rechner R eine entsprechende Vergleichsrechnung ausführen und die dabei ermittelte Differenz im Speicher M abspeichern. Wenn dann die Umweltüberwachung vorgenommen wird und Störmedium in der Meßkammer 4 eintritt mit der Folge eines entsprechenden Vergleichssignals am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers ADC1, dann kann der Rechner die im Speicher M abgespeicherte Differenz als Korrekturwert berücksichtigen, so daß die von ihm angestellte Rechnung zur Feststellung des Überschreitens eines Schwellwertes diesen Korrekturwert automatisch berücksichtigt. Der Rechner gibt also nur dann ein Signal an seinem Rechnerausgang 52 ab, wenn das ihm zugeführte, durch den Korrekturwert korrigierte Vergleichssignal den dem Rechner eingegebenen Schwellwert übersteigt.
Da sich nun die Verhältnisse im Melder 1 sowohl aufgrund einer gewissen Verschmutzung als auch durch Alterung ständig etwas verändern können, nimmt der Rechner R ständig die vorstehend beschriebene Ermittlung des Korrekturwertes vor. Dies kann einerseits dadurch geschehen, daß der Rechner R diesen Vorgang aufgrund eines seinem Befehlseingang 55 übermittelten Befehls vornimmt. Dies kann dann beispielsweise von einem Bedienungsperson jeden Morgen ausgelöst werden.
In der Schaltung gemäß Figur 4 ist dem Rechner R außerdem eine Uhr U zugeordnet, die in bekannter Weise den Rechner automatisch in bestimmten Zeitabständen, beispielsweise jeden Morgen oder jeden Abend entsprechend aktiviert.
Die Verwendung des Rechners R gemäß der Variante 2 geschieht folgendermaßen:
Die Schaltung gemäß Figur 4 wird mit ihrem Anschluß A'' an den Ausgang A gemäß Figur 2 und mit ihrem Anschluß C'' an den Ausgang C gemäß Figur 2 angeschlossen. Der Ausgang A stimmt mit dem Schaltpunkt 31 in Figur 2 überein, d. h. an ihm steht die vom Meßverstärker 22 verstärkte Meßspannung an. Auf diese Weise erhält der Rechner R nach Umwandlung in Binärsignale über die Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 sowohl die Meßspannung als auch die Referenzspannung, so daß der Rechner hieraus die Vergleichsspannung errechnen kann (die bei der Schaltung gemäß Figur 2 mittels des Differenzverstärkers 24 ermittelt wird). Der Rechner macht also die Anordnung eines besonderen Differenzverstärkers überflüssig, da er ohne weiteres in der Lage ist, aus den digital zugeführten Meßspannung und der Referenzspannung das Vergleichssignals auszurechnen. Überschreitet dieses Vergleichssignal einen bestimmten Wert, so aktiviert der Rechner R über seinen Rechnerausgang 52 den Signalgeber 53 und das Anzeigezeicheninstrument 54.
Auch bei der Variante 2 läßt sich die in Zusammenhang mit der Variante 1 beschriebene Ermittlung des Korrekturwertes vorher entweder auf besonderen Befehl oder in regelmäßigen Abständen mittels der Uhr durchführen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei Verwendung des Rechners R sowohl in Variante 1 als auch Variante 2 eine Justierung der Schaltung gemäß Figur 2 mittels des Widerstandes 33 unnötig ist, da diese Justierung mittels des Rechners durch Abspeicherung des Korrekturwertes möglich ist.
Über den Befehlseingang des Rechners R läßt sich diesem auch ein Signal zur Änderung der Alarm auslösenden Ansprechschwelle übermitteln, so daß je nach den gegebenen Verhältnissen das Vergleichssignal bei höheren oder niedrigeren Werten zu einem Ausgangssignal des Rechners und damit einer Aktivierung des Signalgebers 53 und des Anzeigeinstrumentes 54 führt.

Claims

Schaltungsanordnung für einen optischen, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder (1) zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums (Gas oder Rauch), insbesondere zur Alarmauslösung, mit einer Lichtquelle, die sowohl über einen dem Störmedium ausgesetzten Meßstrahlengang eine Meßphotozelle (11,15) als auch über einen vom Störmedium freigehaltenen Referenzstrahlengang eine Referenzphotozelle (12,16) bestrahlt, wobei aus dem Vergleich der von der Meßphotozelle (11,15) und der Refererzphotozelle (12,16) abgegebenen Empfangssignale ein Vergleichssignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus mehreren Halbleiter-Lichtemittern (L1,L2; L3,L4,L5) mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum besteht, die durch Modulation mit einer Taktfrequenz Lichtblitze abgeben.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtblitze gleichphasig abgegeben werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtblitze phasenversetzt abgegeben werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den von der Meßphotozelle (11,15) und der Referenzphotozelle (12,16) gleichphasig abgegebenen Empfangssignalen die jeweilige Modulationsspannung gleichphasig ausgekoppelt wird, die als Meßspannung (Sm) und als Referenzspannung (Sr) den betreffenden (23,25) Eingängen eines Differenzverstärkers (24) zur Bildung des Vergleichssignals zugeführt wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur quantitativen Auswertung des Vergleichssignals dieses einer Mehrzahl von unterschiedlich eingestellten Schwellwertschaltern (40,41,42,43) zugeführt wird, die sich auf die Referenzspannung stützen.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu ihrer Justierung bei von Störmedium freiem Meßstrahlengang die beiden Empfangssignale auf im wesentlichen gleiche Amplitude eingestellt werden.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichssignal und das Referenzsignal nach jeweiliger Umwandlung in ein entsprechendes Binärsignal einem Rechner (R) zugeführt wird, der, bei von Störmedium freiem Meßstrahlengang, zur Korrektur eines Fehlers des Vergleichssignals zunächst eine ermittelte Differenz der Binärsignale als Korrekturwert speichert und bei der folgenden Umweltüberwachung mit diesem Korrekturwert das dabei ermittelte Vergleichssignal korrigiert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Vergleichssignals bei der Umweltüberwachung der Rechner (R) das Meßsignal und das Referenzsignal miteinander so verknüpft, daß das dabei ermittelte Vergleichssignal durch den Korrekturwert ständig korrigiert wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Korrekturwertes durch einen dem Rechner (R) übermittelten Befehl (55) ausgelöst wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (R) den Befehl zur Ermittlung des Korrekturwertes in regelmäßigen Intervallen selbst auslöst (U).
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß eine alarmauslösende Ansprechschwelle des Vergleichssignals durch einen dem Rechner gesondert übermittelten Befehl verändert wird.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung der Spektralempfindlichkeitskurve der Meßphotozellen die Halbleiter-Lichtemitter mit individuell gewählten Sendeströmen betrieben werden.