EP0631263A1 - Schaltungsanordnung für einen optischen Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Stömediums - Google Patents
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- EP0631263A1 EP0631263A1 EP94109719A EP94109719A EP0631263A1 EP 0631263 A1 EP0631263 A1 EP 0631263A1 EP 94109719 A EP94109719 A EP 94109719A EP 94109719 A EP94109719 A EP 94109719A EP 0631263 A1 EP0631263 A1 EP 0631263A1
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- light
- circuit arrangement
- comparison signal
- photocell
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- G08B—SIGNALLING OR 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
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- G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
- G08B17/113—Constructional details
Definitions
- the invention relates to a circuit arrangement for an optical detector which works according to the transmitted light principle for environmental monitoring and display of a disturbing medium (gas or smoke), in particular for triggering an alarm with a light source, which has a measuring photocell both via a measuring beam path exposed to the disturbing medium and via one of the disturbing medium the reference beam path kept free irradiates a reference photocell, a comparison signal being derived from the comparison of the received signals emitted by the measurement photocell and the reference photocell.
- a disturbing medium gas or smoke
- a photoelectric aerosol detector with a radiation source is also known, which works according to the scattered light principle.
- This detector uses a prism, via which the measuring beams are directed into a light trap, from which scattered light is diverted to a measuring photocell by the presence of aerosol.
- the prism also has a reference beam path in it, in which part of the light originating from a single light source, which therefore also feeds the measuring beam path, is deflected and fed to a reference photocell. Contamination of the relevant surfaces of the prism affects the reference beam, so that the contamination does not affect the measurement.
- Measuring photocell and reference photocell form branches of a bridge circuit, with which the evaluation of different currents of the photocells is then carried out in a known manner.
- the only light source, as shown in the associated FIG. 1, is an incandescent lamp, the light of which is combined via a converging lens before it enters the prism.
- the publication does not contain any other information about the light source.
- DE-AS-2 702 933 in which a fire detection device is described which works with a single light-emitting diode as the light source, as well as a measuring photocell and a reference photocell.
- the reference photo cell is used here exclusively for temperature compensation, since it is optically isolated and temperature changes in the ambient air follow with a delay.
- the measurement photocell and the reference photocell are placed in a bridge circuit, as in the prior art discussed above, which then brings about the evaluation in the usual way.
- the object of the invention is to increase the security of the known detectors. According to the invention, this is done in that the Light source consists of several semiconductor light emitters, each with a different light spectrum, which emit light flashes by modulation with a clock frequency.
- the invention is based on the following finding:
- a light-emitting diode as a light source, as mentioned in the above-mentioned DE-AS-2 702 933, offers the essential advantage of extremely low power requirements, which has practically displaced the previously conventional light bulbs as light sources .
- the detection of an interference medium by means of a light-emitting diode has often led to uncertain results. This uncertainty is eliminated by using several semiconductor light emitters in the transmitted light process, each with a different light spectrum, which together form the light source.
- Light emitting diodes are primarily used as light emitters, but also semiconductor lasers.
- the invention makes use of the knowledge that a relatively large bandwidth of the light flowing through the measuring beam path and the reference beam path is generated with a plurality of semiconductor light emitters of different light spectrum, so that a concentration of a certain gas or smoke to be reported can be determined with great certainty by a spectral component of the emitted light is detected.
- Various types of smoke such as those with particularly small particles, are not adequately detected by the light of many known light-emitting diodes, which is why detectors with radioactive ionization chambers (using Americium 241) are preferably used for the detection of such fires according to the prior art which, however, are increasingly being questioned for reasons of environmental protection and avoided by the invention.
- the modulation of the light source with a clock frequency with the result of the emission of light flashes from all semiconductor light emitters serves to simply screen out the received signals of the measurement photocell and the reference photocell contained in the modulation and thus to suppress a DC component from these measured values, which can be influenced by temperature fluctuations and aging of the components and could thus falsify the measurement result.
- the modulation eliminates a direct current component due to permanent light.
- the flashes of light can be emitted either in phase or out of phase due to the corresponding design of the clock frequency. If the light flashes are in phase, this leads to an addition of the voltages generated by the measurement photocells due to the light flashes and thus increases the sensitivity and the signal-to-noise ratio of the circuit arrangement.
- phase-shifted light flashes are emitted, the effect is that the individual semiconductor light emitters emit light in succession in their own light spectrum (which differs from semiconductor light emitter to semiconductor light emitter), which in turn results in reception signals at the measurement photocell and the reference photocell, which can signal the presence of interference medium each of a special type, namely that interference medium that particularly affects the light flashes of a semiconductor light emitter in question.
- Flashes of light from a spectrum of light e.g. B. is influenced by particularly small particles of a disruptive medium, can then be evaluated accordingly accordingly, whereby z. B. a corresponding fire that produces particularly small particles can be specifically signaled.
- This allows the phase-shifted delivery of the light flashes and their individual evaluation besides the quantitative statement also achieve a qualitative statement regarding the interference medium in question.
- the circuit arrangement is expediently designed in such a way that the respective modulation voltage is coupled out of phase from the received signals emitted in phase by the measurement photocell and the reference photocell, which are used as measurement voltage and as reference voltage for the relevant inputs of a differential amplifier Formation of the comparison signal is supplied.
- the in-phase decoupling of the modulation voltage results on the one hand in a measurement voltage and on the other hand a reference voltage, which can be evaluated by a differential amplifier due to the above-mentioned addition with a relatively high level and thus a large signal-to-noise ratio, which then supplies the comparison signal generated by the detector, the occurrence of which Indicates the presence of a fault medium and can also be evaluated for an alarm or a fault message.
- the comparison signal formed when the light flashes are emitted in phase can advantageously be quantitatively evaluated, namely in that the comparison signal is supplied to a plurality of differently set threshold switches which are based on the reference voltage.
- the presence of a disturbing medium can then be indicated quantitatively with the aid of the threshold switches, the threshold switches being influenced by the reference voltage in such a way that their threshold values remain unaffected by the variables compensated by the reference voltage.
- the circuit arrangement is furthermore expediently designed such that the two received signals are set to substantially the same amplitude for their adjustment when the measuring beam path is free of interference medium.
- the two input signals are compared in such a way that they are practically the same after the adjustment Having amplitude enables a quick and easy adjustment.
- a correction of the display can also be brought about in that the comparison signal and the reference signal, after each conversion into a corresponding binary signal, are fed to a computer which, when the measuring beam path is free of interference medium, initially for correcting an error in the comparison signal saves a determined difference of the binary signals as a correction value and corrects the comparison signal determined in the following environmental monitoring with this correction value.
- the computer delivers a differential value, evaluating the binary signals supplied to it, which represents the necessary correction value, which represents the difference between the received signals at the measurement photocell and at the reference photocell. This difference value can then be offset against the determined comparison signal during the environmental monitoring, which constantly results in the desired correction.
- both the method of in-phase and out-of-phase delivery of the flashes of light can be used, and in the case of out-of-phase delivery of the flashes of light, the computer allows a specific specification of the interference medium in question.
- the computer can also advantageously be used to generate the comparison signal for environmental monitoring, specifically in that the computer links the measurement signal and the reference signal to one another in such a way that the comparison signal determined is continuously corrected by the correction value.
- the two received signals namely the measurement signal and the reference signal, are compared by the computer after their conversion into corresponding binary signals, the desired comparison signal being obtained, possibly corrected by the correction value.
- this correction value can be done regularly, e.g. B. every morning, in that this determination is triggered by a command transmitted to the computer separately.
- This command can be sent to the computer from a remote location, for example from a monitoring center, so that the correction value can be determined at any time, provided that the measuring beam path is free of interference medium at the relevant time. If necessary, this must be ensured by means of an appropriate measure.
- the determination of the correction value can also be triggered by the computer itself, which then in particular at regular intervals, for. B. carries out the determination of the correction value daily at a specific time. As a result, the determination of the correction value is automated, which can easily be accomplished by a known clock entered into the computer.
- the detector can first perform its normal function, in particular also trigger an alarm, since this has priority over the determination of the correction value. This can easily be brought about by the fact that if an extreme comparison signal is detected, the determination of the correction value is suppressed until the detector detects normal conditions.
- the detector Due to the constant determination of the correction value, the detector always remains adapted to the conditions prevailing in it, so that the considerable signal-to-noise ratio resulting from the correction value is constantly maintained due to the repeated adjustment of the correction value.
- the computer can also be used advantageously to change an alarm-triggering response threshold of the comparison signal by means of a command transmitted to the computer separately. Since the computer also determines that a response threshold has been exceeded due to its determination of the comparison signal for triggering an alarm, it is possible to use the computer e.g. B. to be controlled from a central point and transmit a command to raise or lower the response threshold. In this way, if necessary, the detector can be adapted to different operating situations.
- the measuring photocells inherently have a different spectral sensitivity curve.
- the semiconductor light emitters are expediently operated with individually selected transmission currents. It is hereby achieved that, despite the spectral sensitivity curve, the respective measuring photocell in question is the same when the detector is operated when the semiconductor light emitter is activated, via the light spectrum received by the respective measuring photocell Receives signal, regardless of which semiconductor light emitter the received light comes from.
- FIG. 1 shows the detector 1, which operates only with regard to its basic structure and operates according to the transmitted light principle, and which consists of a plurality of chambers arranged one behind the other, namely the chamber 2 with the two light sources L1 and L2.
- the chamber 2 is sealed off from the environment and also does not allow an interference medium to enter the chamber.
- the light coming from the light source L1 is represented by dotted lines, that from the light source L2 by dotted lines.
- the two light sources L1 and L2 are arranged so that the light emanating from them mixes substantially uniformly in the chamber.
- the chamber 2 is closed by the translucent wall 3, in particular a glass plate, so that the light sources L1 and L2 outgoing light uniformly flooded the two adjacent chambers 4 and 5, which are partitioned off from each other by the light and gas-tight partition 6.
- the chamber 4 is connected to the environment through a plurality of openings 7, so that any interference medium present in the environment, in particular gas or smoke, can enter the chamber 4 and thus fill the interior of the chamber 4. Because of the presence of the partition 6, the chamber 5 always remains free of interference medium.
- the two chambers 8 and 9 adjoin the chambers 4 and 5, the two chambers 4 and 5 and the chambers 8 and 9 being separated from one another by a translucent wall 10, in particular a glass plate, as shown in FIG.
- the light emerging from the light sources L1 and L2 thus passes from the chambers 4 and 5 into the chambers 8 and 9, of which the chamber 8 is provided with the measuring photocell 11 and the chamber 9 with the reference photocell 12.
- the two chambers 8 and 9 are separated from one another by the partition 13, which seals the two chambers 8 and 9 from one another in a light-tight and gas-tight manner.
- the light emanating from the two light sources L1 and L2 reaches the measuring photocell 11 via the measuring chamber 4, the chamber 8 playing the role of a measuring receiving chamber.
- the light coming from the two light sources L1 and L2 also reaches the reference photo cell 12 via the reference chamber 5, specifically because of the design of the chambers 2, 5 and 9 unaffected by any interference medium, so that the chamber 9 plays the role of a reference receiving chamber.
- the detector 1 thus has a measuring beam path extending from the two light sources L1 and L2, which extends through the chambers 2, 4 and 8 to the measuring photo cell 11.
- a reference beam path that also originates from the two light sources L1 and L2 and runs through the chambers 2, 5 and 9 to the reference photocell 12.
- Both the measurement photocell 11 and the reference photocell 12 receive light from both light sources L1 and L2, which, as stated above, leaves the chamber 2 in a substantially uniform mixture via the permeable wall 3.
- the two received signals Sm and Sr emitted by the measurement photocell 11 and the reference photocell 12 are fed to the comparator V, which determines a comparison signal Sv therefrom and feeds it to the threshold switch 14. If the relevant threshold value is exceeded, the threshold switch 14 emits an alarm signal Sa.
- the two light sources L1 and L2 are clocked at a frequency determined by the clock generator T, which is, for example, 1 Hz.
- the light sources L1 and L2 thus generate flashes of light with a duration of approx. 100 ⁇ s.
- the flashes of light then represent a kind of carrier frequency for the the measured photocell 11 and the reference photocell 12 are received signals Sm and Sr, the latter being easily separated from the carrier frequency, for example in the simplest case by conducting the received signals Sm and Sr via a capacitor. In this way, any DC components contained in the received signal Sm and Sr, which could lead to falsification of the comparison signal, can be suppressed
- the overall result is a relatively large bandwidth of the light flowing through the measuring beam path and the reference beam path, with the result that the received signal emitted by the measuring photocell is in any case influenced by practically any particle size in an interference medium .
- the light sources L1 and L2 consist of semiconductor light emitters, each with a different light spectrum, which extends largely without gaps over a correspondingly large frequency range.
- the light sources L1 and L2 can be controlled either in phase or out of phase, for which purpose the clock generator must be designed accordingly in a known manner.
- the advantages explained above result for one and the other mode of operation.
- FIG. 2 shows a circuit as can be used in connection with a detector according to FIG. 1.
- the circuit according to FIG. 1 contains three light sources L3, L4 and L5, which consist of semiconductor light emitters each with a different light spectrum.
- the light beams emitted by the light sources L3, L4 and L5 are shown as follows: starting from light source L3 as dash-dotted lines, starting from light source L4 as dashed lines and starting from light source L5 as dotted lines.
- the light radiation emanating from the three light sources L3, L4 and L5 strikes the measurement photocell 15 and the reference photocell 16, the light beams in question passing through chambers, as shown in FIG. 1.
- the light radiation striking the reference photocells 16 thus runs through a reference beam path, while the light radiation striking the measuring photocell 15 passes through a measuring beam path, the radiation in the measuring beam path possibly being influenced by an interference medium, as explained in connection with the detector 1 shown in FIG. 1 above is.
- the three light sources L3, L4 and L5 are each operated individually by an individual clock generator 17, 18 and 19, so that the three light sources L3, L4 and L5 emit corresponding flashes of light in accordance with the description of FIG. These flashes of light can be emitted either in phase or out of phase, which then results in the effects specified above.
- the measuring photocell 15 controls the measuring amplifier 20, which emits a received signal originating from the measuring photocell 15 and supplies it to the one input 23 of the differential amplifier 24 via the capacitor 21 and the resistor 22.
- the other input 25 of the differential amplifier 24 receives its input voltage from the reference photo cell 16, which drives the reference amplifier 26, the output signal of which is fed as an amplified received signal via the capacitor 27 and the resistor 28 to the above-mentioned input 25.
- the resistors 29 and 30 serve to determine the amplification factor of the differential amplifier 24.
- the differential amplifier 24 converts the voltages present at the switching points 31 and 32 in the event of a difference between these voltages into the comparison signal output at its output B, which is a measure of the attenuation of the light in the measuring beam path is inside the chamber. In this way, depending on the presence of interference medium in the chamber 4, a z. B. generated for an alarm usable electrical signal.
- the feedback resistor 33 is designed to be variable. In order to adjust the circuit, when the measuring beam path is free of interference medium, the resistor 33 is set in such a way that the voltage at output B of the circuit is 0 volt, which means that in this case the received signals in question are the same at the two switching points 31 and 32.
- the level of the comparison signal present at output B can be evaluated in particular using the circuit shown in FIG. 3, for which purpose the circuit according to FIG. 3 with its exclusions B 'and C' to the outputs B and C of the circuit according to FIG 2 is connected.
- the output C of the circuit according to FIG. 2 corresponds to the switching point 32 at which the reference voltage emitted and amplified by the reference photo cell 16 is present.
- a resistor 56, 57 and 58 which can be set as desired, is switched into the circuits containing the light sources L3, L4 and L5. These resistors are set in such a way that each light flash individually emitted by one of the light sources L3, L4 and L5 generates the same voltage on the measuring photocell 15 and 16, respectively.
- the circuit according to FIG. 3 contains the voltage divider consisting of the resistors 35 to 39, at which the reference voltage applied at the switching point 32 (FIG. 2) drops corresponding to the resistors 35 to 39, the respectively reduced voltage as reference voltage being the one input of the four potential successive ones Threshold switch 40 to 43 is supplied.
- the comparison signal supplied via the connection B ' reaches the other terminals 44 to 47 of the threshold switches 40 to 43. Accordingly, in the presence of a comparison signal at connection B', one or more threshold switches are activated, depending on the voltage level of the respective comparison signal.
- the circuit according to FIG. 3 thus provides a pattern of signals at its outputs 48 to 51 which, depending on the number of signals, provides an indication of the level of the comparison signal. From this, a conclusion can be drawn as to how and to what extent the measuring chamber 4 according to FIG. 1 is filled with disturbing medium, which in the event of a fire means that a statement can be made about the type of fire.
- the evaluation of the comparison signal present at terminal B according to FIG. 2 shown in connection with FIG. 3 can also be carried out by means of a computer, such as that shown in FIG. 4 as computer R.
- the evaluation according to FIG. 4 takes place on a binary basis.
- the circuit according to FIG. 4 allows two variants of the connection to the circuit according to FIG. 2. First, variant 1 is considered, in which the comparison signal present at output B of the circuit according to FIG. 2 is used. Accordingly, the circuit according to FIG. 4 is connected via its connections B ′′ to the output B and C ′′ to the output C. The comparison signal and the reference signals are thus present in an analog manner at the connections B ′′ and C ′′ ′′.
- analog-digital converter ADC1 and ADC2 are then converted by the analog-digital converter ADC1 and ADC2 into corresponding binary signals in a known manner. If the comparison signal emitted by the analog-digital converter ADC1 exceeds a certain numerical value (which corresponds to a threshold value), then there is the computer outputs a signal at its computer output 52, which activates a signal horn 53 on the one hand and a display instrument 54 on the other hand in the circuit according to FIG. In the latter, it can be, for. B. act as a signal lamp.
- the computer R can now also evaluate the reference signal determined via the reference chamber 5, it also receives the reference signal present at the connection C ′′ via the analog-digital converter ADC2 in digital form, which is now used for an adjustment of the detector before the actual environmental monitoring 1 and thus the entire system can be used.
- the comparison signal supplied by the analog-digital converter ADC1 is compared with the reference signal supplied by the analog-digital converter ADC2, the ideal comparison being that the comparison signal should be zero.
- the computer R since this is usually not the case for the reasons already explained above in connection with the circuit according to FIG. 2, the computer R also signals from the two analog-digital converters ADC1 to a certain extent, even in the absence of any interference medium, from the ideal value and receives ADC2, the computer R can carry out a corresponding comparison calculation and store the difference determined in the memory M.
- the computer can take the difference stored in the memory M into account as a correction value, so that the calculation made by it to determine whether a threshold value has been exceeded, this correction value is automatically taken into account. So the calculator only gives emits a signal at its computer output 52 when the comparison signal supplied to it, corrected by the correction value, exceeds the threshold value input to the computer.
- the computer R constantly carries out the determination of the correction value described above. On the one hand, this can be done in that the computer R carries out this process on the basis of a command transmitted to its command input 55. This can then be triggered by an operator every morning, for example.
- the computer R is also assigned a clock U which, in a known manner, automatically activates the computer at certain time intervals, for example every morning or evening.
- the computer R according to variant 2 is used as follows:
- the circuit according to FIG. 4 is connected with its connection A ′′ to the output A according to FIG. 2 and with its connection C ′′ to the output C according to FIG.
- the output A corresponds to the switching point 31 in FIG. 2, ie the measuring voltage amplified by the measuring amplifier 22 is applied to it.
- the computer R receives both the measurement voltage and the reference voltage via the analog-digital converters ADC1 and ADC2, so that the computer can use this to calculate the comparison voltage (which in the circuit according to FIG. 2 by means of the differential amplifier 24 is determined).
- the computer therefore arranges a special differential amplifier superfluous, since it is easily able to calculate the comparison signal from the digitally supplied measuring voltage and the reference voltage. If this comparison signal exceeds a certain value, the computer R activates the signal generator 53 and the display instrument 54 via its computer output 52.
- the determination of the correction value described in connection with variant 1 can be carried out beforehand either on a special command or at regular intervals using the clock.
- a signal for changing the alarm-triggering response threshold can also be transmitted to it, so that, depending on the circumstances, the comparison signal at higher or lower values results in an output signal from the computer and thus an activation of the signal generator 53 and the display instrument 54 leads.
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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 (12)
- 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.
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