EP1369836B1 - Brandmelder sowie Verfahren zum Betrieb eines Brandmelders - Google Patents

Brandmelder sowie Verfahren zum Betrieb eines Brandmelders Download PDF

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EP1369836B1
EP1369836B1 EP02010414A EP02010414A EP1369836B1 EP 1369836 B1 EP1369836 B1 EP 1369836B1 EP 02010414 A EP02010414 A EP 02010414A EP 02010414 A EP02010414 A EP 02010414A EP 1369836 B1 EP1369836 B1 EP 1369836B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
control
control loop
unit
loop
Prior art date
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Application number
EP02010414A
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English (en)
French (fr)
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EP1369836A1 (de
Inventor
Valentin Brunner
Uwe Scheidthauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hekatron Technik GmbH
Original Assignee
Hekatron Technik GmbH
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Publication date
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Priority to ES02010414T priority patent/ES2254552T3/es
Priority to AT02010414T priority patent/ATE313836T1/de
Priority to DK02010414T priority patent/DK1369836T3/da
Priority to DE50205343T priority patent/DE50205343D1/de
Publication of EP1369836A1 publication Critical patent/EP1369836A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • 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
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20—Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/24—Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components

Definitions

  • the invention relates to a hazard detector for detection of fire and smoke, according to the scattered light principle is working.
  • the invention is concerned also with a method for operating such Fire detector.
  • Hazard detectors of the above type have a Measuring volume, which is usually through a measuring chamber shielded against light from the outside. there the extraneous light is held by a labyrinth, it is a medium surrounding the measuring chamber For example, smoke still allows to enter the measuring chamber penetrate.
  • this measuring chamber are ever a transmitter and receiver arranged for radiation so that they have no direct visual contact and no radiation emitted by the transmitter directly on meets the recipient.
  • the emitted radiation from the transmitter is not only on Smoke scattered, which is located in the measuring chamber, but also reflected at the Meßscheuerletonn.
  • the basic signal is on the one hand desirable to the function of On the other hand, it limits the detection possibilities strong. To already low smoke concentrations must detect the signal supplied by the receiver be greatly strengthened. With high gain, the work area, the evaluation circuit following the amplifier stage already fully stressed by the basic signal which signal increases are no longer detected and smoke detection is no longer possible is. Accordingly, the basic signal is an obstacle for the Detecting low smoke densities dar. Nevertheless, smoke detectors with high sensitivity required for applications in which smoke, even if it is heavily diluted, still recognized can be, as it is e.g. in ventilation ducts or smoke aspiration systems the case is.
  • the invention is therefore based on the object, a fire detector and a method of operating a fire detector of to provide the aforementioned type, with their help also strongly diluted aerosols can be detected reliably.
  • the fire detector according to the invention has a transmitter, the Radiation emits into a measuring volume within a measuring chamber. Radiation at the measuring chamber walls or at, in the measuring volume scattered particles meets one Receiving device, the received radiation into an electrical Convert signal and output at its output.
  • the output of the receiving device is with a control loop connected, wherein the output from the receiving device Signal superimposed with an artificially generated signal becomes.
  • the control loop itself consists of a control device, an actuator and connecting lines.
  • the control device outputs a manipulated variable, which is used as a superposition signal, from.
  • the exit the control device is connected to a first input of the actuator connected.
  • a second input of the actuator is connected to the output of the receiving device.
  • the exit of the actuator at which the actual value of the control loop is with an alarm evaluation device and the input connected to the control device, whereby a fire is detected, by the actual value of the control loop with an alarm threshold is compared.
  • To detect a fire at the actual value of the Control circuit which is the control device designed so that a tracking of the manipulated variable on the one hand only very is carried out slowly and for another only then performed will, if either with very high probability There is no smoke in the measuring chamber, or the temperature has changed.
  • the control device points at your entrance each one resettable minimum value and maximum value memory and means for determining an average, which in the following is called averaging pictures.
  • the exit of the averaging image is with a first reference junction connected, at which the deviation as a difference between Setpoint and mean value of the actual value is determined.
  • the exit the first reference junction is with a proportional element connected, in which the control deviation with a factor k is multiplied and so a first correction value for the Regulation is formed.
  • the output of the proportional element is with a first input of a first comparator and with a first input of a first signal selector switch connected.
  • the second inputs of the first comparator and the first Signal selector are with a second maximum correction value connected.
  • the output of the first comparator is connected to the control input of the first signal selector switch.
  • the second maximum correction value becomes compared with the first correction value and depending on the result the comparison of the smaller of the two correction values switched from the first signal selector switch to its output.
  • the output of the first signal selector switch is with the connected to the first input of an addition point.
  • On the second Input of the addition point is the old control value of the control loop.
  • the old control value and the correction value will be summed in the summation point to a new control value, the is ready at the output of the addition point.
  • the output of the Summer is connected to a first input of a second signal selector switch connected.
  • the temperature-compensated old Control value of the control loop At the second entrance of the second Signal selector switch is the temperature-compensated old Control value of the control loop. Depending on the signal at Control input of the second signal selector switch is the new control value or the old, but temperature-compensated Control value, of the control loop connected to the output. Of the Output of the second signal selection switch is connected to a signal holding member connected to the one adjacent to its entrance Stores value, and returns at its output. Of the Output of the signal holding member is connected to the first input of Actuator, with the second input of the summer and the Input of the temperature compensation device connected. The Output signal of the temperature compensation device is, as already mentioned, at the second input of the second signal selection switch at.
  • the control input of the second signal selector switch is with the output of a second comparator connected, which is the difference of the minimum and maximum actual value compares with a given window value.
  • a second comparator connected, which is the difference of the minimum and maximum actual value compares with a given window value.
  • To is a first input of the second comparator with a Memory for the window value and a second input with a Connected second reference point whose first input with the output of the maximum value memory and the second one Input connected to the output of the minimum value memory is.
  • the method of the invention is that of the receiving unit delivered signal even before the final reinforcement superimposed with a beat signal that the Amount after something less than the amount of the basic signal Receiving unit is and the opposite sign wearing.
  • the basic signal is the smoke-independent, quasi-static Signal component of the receiving unit.
  • the beat signal depending on the output from the receiving unit Basic signal generated.
  • the signal supplied by the receiving unit becomes, for example in the actuator of a control circuit with the manipulated value of Control loop superimposed so that the control value of the received signal is deducted.
  • the difference between the two signals is so strongly amplifies that signal fluctuations are easily detected can.
  • the signal formed in this way on the one hand the actual value of the control loop, on the other hand it becomes used for alarm evaluation, by using a predetermined Alarm threshold is compared. Since the actual value is in one Control loop but usually kept largely constant Usually, the actual value can never be the alarm threshold to reach.
  • control device ensures that the control value (overlay signal) is only tracked when dealing with very high probability no smoke is in the measuring chamber and that the tracking of the control value is slower, as it is for balancing one by the appearance of smoke expected signal increase would be necessary.
  • the tracking of the control value to a maximum Nach216wert limited, the tracking only after averaging over several measurements the actual value is carried out.
  • the difference from the largest and smallest actual value of a series of measurements with a Window value compared. If the difference is the window value exceeds, the tracking of the control value is interrupted. If the tracking of the actual value is interrupted is, but can continue to adapt the control value a temperature change take place.
  • the invention is based on the finding that the a radiation reflected at the walls of the measuring chamber a substantially consistent, only over a long time Periods very slowly changing basic signal delivers and in short time intervals measurements only due to Signal Noise deliver different levels. These measurements have a certain characteristic scattering.
  • the smoke to be detected consists of small ones constantly moving particles. On these particles scattered and impinging on a receiver radiation causes a signal that is much wider scattering values has, as the basic signal at smokeless measuring chamber. Consequently can be based on the scattering of individual measured values, or the Difference between highest and lowest value of a series of measurements a first indication of the existence of smoke can be obtained.
  • FIG. 1 shows the signal processing unit (10).
  • the receiving unit (1) receives at Meßschippon and smoke or other aerosols scattered radiation and converts them into an electrical signal at the output of the receiving unit (1) can be tapped.
  • the output of the receiving unit (1) is connected to the second input of the actuator (2) of the control loop (5) connected.
  • the first input of the actuator (2) is connected to the output of the control device (4), where the manipulated variable is provided. Be in the actuator the manipulated variable and the signal from the receiving unit (2) superimposed on each other. The difference between the two signals is amplified and so at the output of the actuator (2) as the actual value of the Closed loop (5) delivered.
  • the output of the actuator (2) is connected to the input of the alarm evaluation device (3) and the Input of the control device (4) connected.
  • the alarm evaluation device (3) works the same way as it does from conventional Stray light fire detectors is known, e.g. through the simple comparison of the signal applied to its input with an alarm threshold, while the control device largely only basic signal - compensates
  • the control device (4) at its entrance a Minimum value memory (6), a maximum value memory (7) and a mean value image (8).
  • the reference junction (9) is the, from the measured values of a measuring cycle of, for example 8 measurements formed average, with the setpoint (11) of the control loop (5) compared, and determines the deviation.
  • the control deviation is determined in the proportional element (12) multiplied by a factor and thereby a first tracking value determined for the manipulated variable.
  • This tracking value is the first input of the signal selection circuit (13) and supplied to the comparator (14).
  • the comparator (14) are the first tracking value and the maximum tracking value (15) with each other compared.
  • the comparator (14) then controls the Signal selector switch (13) so that the smaller of the two Tracking values to the addition point (16) is switched through.
  • the new manipulated variable is only activated by the signal selection switch (17) then to the signal-holding member (18) and thus to the actuator (2) when the comparison in the comparator (19) result has that in the comparison point (20) formed difference from the maximum value stored in the maximum value memory (7) and minimum value stored in the minimum value memory (6) a measuring cycle, smaller than the window value (21) is.
  • FIG. 3 shows a preferred exemplary embodiment.
  • a further comparator (23) in the Control device (4) is inserted, the actual value with the half alarm threshold compares, and its output signal with the output signal of the comparator (19) in the OR element (24) is decoded.
  • the output of the OR gate (24) now controls the signal selection switch (17), so that in addition then, if the actual value is a predetermined threshold, in the example the half alarm threshold reached, the control is frozen.
  • the input signal for the alarm evaluation unit (3) here at the output of the mean value image (8) in the control unit (5) tapped.
  • a control unit (5) in a fire detector according to the invention can for example be realized in an ASIC, or also in the form of suitable software in a microprocessor implemented, including the alarm evaluation unit (3) be realized in the same microprocessor or ASIC can.
  • the control unit (4) when using a processor or digital ASIC Analogue to digital converter or digital to analogue converter provided.
  • the invention relates to a fire detector the Steilichtkar and a method for its operation, in a signal is superimposed on the received signal, to allow a high signal amplification.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gefahrenmelder zur Erkennung von Feuer und Rauch, der nach dem Streulichtprinzip arbeitet. Die Erfindung befaßt sich auch mit einem Verfahren zum Betrieb eines derartigen Brandmelders.
Gefahrenmelder der oben genannten Art weisen ein Meßvolumen auf, das in der Regel durch eine Meßkammer gegen Licht von Außen abgeschirmt ist. Dabei wird das Fremdlicht durch ein Labyrinth abgehalten, das es einem die Meßkammer umgebenden Medium wie zum Beispiel Rauch dennoch ermöglicht, in die Meßkammer einzudringen. In dieser Meßkammer sind je ein Sender und Empfänger für Strahlung so angeordnet, daß sie keinen direkten Sichtkontakt haben und keine vom Sender ausgesandte Strahlung direkt auf den Empfänger trifft.
Wenn Rauch in die Meßkammer eintritt, wird vom Sender abgegebene Strahlung an den Rauchteilchen gestreut und trifft auf den Empfänger. Das am Empfänger entstehende Signal wird anschließend verstärkt und einer Beurteilung, ob ein Brand vorliegt, unterzogen. Derartige Detektoren für Rauch, welche einen Regelkreis aufweisen, werden beispielsweise in der US-A-4,225,791 oder der DE-A-29 37 707 offenbart.
Die vom Sender abgegebene Strahlung wird aber nicht nur an Rauch gestreut, der sich in der Meßkammer befindet, sondern auch an den Meßkammerwänden reflektiert. Dadurch entsteht ein Grundsignal, das auch bei völlig reiner Luft zu messen ist. Das Grundsignal ist einerseits erwünscht, um die Funktion des Senders zu prüfen, andererseits schränkt es die Detektionsmöglichkeiten stark ein. Um bereits geringe Rauchkonzentrationen zu detektieren, muß das vom Empfänger gelieferte Signal stark verstärkt werden. Bei hoher Verstärkung kann der Arbeitsbereich, der auf die Verstärkerstufe folgenden Bewertungsschaltung bereits durch das Grundsignal vollständig beansprucht werden, wodurch Signalerhöhungen nicht mehr erkannt werden können, und eine Raucherkennung nicht mehr möglich ist. Demnach stellt das Grundsignal eine Erschwernis für die Erkennung geringer Rauchdichten dar. Dennoch sind Rauchmelder mit hoher Empfindlichkeit für Einsatzgebiete erforderlich, in denen Rauch, auch wenn er stark verdünnt ist, noch erkannt werden kann, wie es z.B. in Lüftungskanälen oder Rauchansaugsystemen der Fall ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brandmelder sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brandmelders der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit deren Hilfe auch stark verdünnte Aerosole zuverlässig erkannt werden können.
Bei dem Brandmelder der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe in den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe in den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 6 und 9. Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen 7, 8 und 10 bis 12 beschrieben.
Der erfindungsgemäße Brandmelder weist einen Sender auf, der Strahlung in ein Meßvolumen innerhalb einer Meßkammer abgibt. Strahlung, die an den Meßkammerwänden oder an, sich im Meßvolumen befindenden Partikeln gestreut wird, trifft auf eine Empfangseinrichtung, die die empfangene Strahlung in ein elektrisches Signal umwandelt und an seinem Ausgang abgibt. Der Ausgang der Empfangseinrichtung ist mit einem Regelkreises verbunden, wobei das von der Empfangseinrichtung abgegebene Signal mit einem künstlich erzeugten Signal überlagert wird. Der Regelkreis selbst besteht aus einer Regeleinrichtung, einem Stellglied und Verbindungsleitungen.
An ihrem Ausgang gibt die Regeleinrichtung eine Stellgröße, die als Überlagerungssignal verwendet wird, ab. Der Ausgang der Regeleinrichtung ist mit einem ersten Eingang des Stellgliedes verbunden. Ein zweiter Eingang des Stellgliedes ist mit dem Ausgang der Empfangseinrichtung verbunden. Der Ausgang des Stellgliedes, an dem der Istwert des Regelkreises liegt, ist mit einer Alarmauswerteeinrichtung und dem Eingang der Regeleinrichtung verbunden, wobei ein Brand erkannt wird, indem der Istwert des Regelkreises mit einer Alarmschwelle verglichen wird. Um das Erkennen eines Brandes am Istwert des Regelkreises zu ermöglichen, die ist Regeleinrichtung so ausgeführt, daß ein Nachführen der Stellgröße zum einen nur sehr langsam durchgeführt wird und zum anderen nur dann durchgeführt wird, wenn sich entweder mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit kein Rauch in der Meßkammer befindet, oder sich die Temperatur geändert hat.
Zu diesem Zweck weist die Regeleinrichtung an Ihrem Eingang je einen rücksetzbaren Minimalwert- und Maximalwertspeicher sowie eine Einrichtung zum Ermitteln eines Mittelwertes auf, die im folgenden Mittelwertbilder genannt wird. Der Ausgang des Mittelwertbilders ist mit einer ersten Vergleichsstelle verbunden, an der die Regelabweichung als Differenz zwischen Soll- und Mittelwert des Istwertes ermittelt wird. Der Ausgang der ersten Vergleichsstelle ist mit einem Proportionalglied verbunden, in dem die Regelabweichung mit einem Faktor k multipliziert wird und so ein erster Korrekturwert für die Regelung gebildet wird. Der Ausgang des Proportionalgliedes ist mit einem ersten Eingang eines ersten Komparators und mit einem ersten Eingang eines ersten Signalwahlschalters verbunden. Die zweiten Eingänge des ersten Komparators und des ersten Signalwahlschalters sind mit einem zweiten maximalen Korrekturwert verbunden. Der Ausgang des ersten Komparators ist mit dem Steuereingang des ersten Signalwahlschalters verbunden. Im ersten Komparator wird der zweite maximale Korrekturwert mit dem ersten Korrekturwert verglichen und je nach Ergebnis des Vergleichs der kleinere der beiden Korrekturwerte vom ersten Signalwahlschalter zu seinem Ausgang durchgeschaltet. Der Ausgang des ersten Signalwahlschalters ist mit dem ersten Eingang einer Additionsstelle verbunden. Am zweiten Eingang der Additionsstelle liegt der alte Stellwert des Regelkreises. Der alte Stellwert und der Korrekturwert, werden in der Additionsstelle zu einem neuen Stellwert summiert, der am Ausgang der Additionsstelle bereit steht. Der Ausgang des Summierers ist mit einem ersten Eingang eines zweiten Signalauswahlschalters verbunden. Am zweiten Eingang des zweiten Signalauswahlschalters liegt der temperaturkompensierte alte Stellwert des Regelkreises. In Abhängigkeit des Signals am Steuereingang des zweiten Signalauswahlschalters wird der neue Stellwert oder der alte, aber temperaturkompensierte Stellwert, des Regelkreises zum Ausgang durchgeschaltet. Der Ausgang des zweiten Signalauswahlschalters ist mit einem Signalhalteglied verbunden, das den an seinem Eingang anliegenden Wert speichert, und an seinem Ausgang wieder abgibt. Der Ausgang des Signalhaltegliedes ist mit dem ersten Eingang des Stellgliedes, mit dem zweiten Eingang des Summierers und dem Eingang der Temperaturkompensationseinrichtung verbunden. Das Ausgangssignal der Temperaturkompensationseinrichtung liegt, wie bereits erwähnt, am zweiten Eingang des zweiten Signalauswahlschalters an. Der Steuereingang des zweiten Signalauswahlschalters ist mit dem Ausgang eines zweiten Komparators verbunden, der die Differenz des minimalen und maximalen Istwertes mit einem vorgegebenen Fensterwert vergleicht. Dazu ist ein erster Eingang des zweiten Komparators mit einem Speicher für den Fensterwert und ein zweiter Eingang mit einer zweiten Vergleichsstelle verbunden, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Maximalwertspeichers und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang des Minimalwertspeichers verbunden ist.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren nach wird das von der Empfangseinheit abgegebene Signal noch vor der endgültigen Verstärkung mit einem Überlagerungssignal überlagert, das dem Betrag nach etwas kleiner als der Betrag des Grundsignals der Empfangseinheit ist und das entgegengesetzte Vorzeichen trägt. Das Grundsignal ist der Rauch-unabhängige, quasi statische Signalanteil der Empfangseinheit. Durch diese Maßnahme, sinkt der Gleichanteil des zu verstärkenden Signals, das Signal kann höher verstärkt werden, ohne die nachfolgenden Stufen bereits durch den Gleichanteil voll auszusteuern, - dadurch können dynamische Signalanteile leichter beurteilt und durch Rauch bedingte Signalanstiege leichter erkannt werden. Da das Grundsignal aber aufgrund von Bauteil- und Fertigungstoleranzen stark schwankt und sich im Laufe der Lebenszeit ändert, ist ein sich selbst anpassendes Überlagerungssignal nötig. Daher wird erfindungsgemäß das Überlagerungssignal in Abhängigkeit von dem von der Empfangseinheit abgegebenen Grundsignal erzeugt.
Das von der Empfangseinheit gelieferte Signal wird beispielsweise im Stellglied eines Regelkreises mit dem Stellwert des Regelkreises so überlagert, daß der Stellwert vom Empfangssignal abgezogen wird. Die Differenz beider Signale wird so stark verstärkt, daß Signalschwankungen leicht erkannt werden können. Das auf diese Weise gebildete Signal stellt einerseits den Istwert des Regelkreises dar, andererseits wird es zur Alarmauswertung herangezogen, indem es mit einer vorgegebenen Alarmschwelle verglichen wird. Da der Istwert in einem Regelkreis aber normalerweise weitgehend konstant gehalten wird, kann der Istwert normalerweise die Alarmschwelle nie erreichen. Um beim Auftreten von Rauch ein Anwachsen des Istwertes bis zur Alarmschwelle dennoch zu ermöglichen, stellt die Regeleinrichtung sicher, daß der Stellwert (Überlagerungssignal) nur dann nachgeführt wird, wenn sich mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit kein Rauch in der Meßkammer befindet und, daß das Nachführen des Stellwertes langsamer erfolgt, als es für das Ausregeln eines durch das Auftreten von Rauch zu erwartenden Signalanstiegs nötig wäre. In der Regeleinrichtung wird daher das Nachführen des Stellwertes auf einen maximalen Nachführwert begrenzt, wobei die Nachführung erst nach einer über mehrere Messungen erfolgten Mittelwertbildung des Istwertes durchgeführt wird. Außerdem wird die Differenz aus dem größten und kleinsten Istwert einer Meßreihe mit einem Fensterwert verglichen. Wenn die Differenz den Fensterwert überschreitet, wird die Nachführung des Stellwertes unterbrochen. Wenn die Nachführung des Istwertes unterbrochen ist, kann aber weiterhin eine Anpassung des Stellwertes an eine Temperaturänderung erfolgen.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß zum einen die an den wänden der Meßkammer reflektierte Strahlung ein im Wesentlichen gleichbleibendes, sich nur über lange Zeiträume sehr langsam änderndes Grundsignal liefert und in kurzen Zeitabständen durchgeführte Messungen nur aufgrund von Signalrauschen unterschiedlich hohe Werte liefern. Diese Meßwerte weisen eine bestimmte charakteristische Streuung auf. Zum anderen besteht der zu erkennende Rauch aus kleinen, sich ständig in Bewegung befindenden Partikeln. An diesen Partikeln gestreute und auf einen Empfänger auftreffende Strahlung bewirkt ein Signal, das wesentlich breiter streuende Werte aufweist, als das Grundsignal bei rauchfreier Meßkammer. Somit kann anhand der Streuung einzelner Meßwerte, oder der Differenz zwischen größtem und kleinstem Wert einer Meßreihe ein erster Hinweis auf die Existenz von Rauch gewonnen werden.
Im Folgenden wird nun die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1
ein vereinfachtes Blockschaltbild der Signalverarbeitung eines erfindungsgemäßen Brandmelders,
Fig. 2
ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung eines erfindungsgemäßen Brandmelders mit Darstellung der Regeleinrichtung, und
Fig. 3
eine bevorzugte Ausführungsform der Signalverarbeitung eines erfindungsgemäßen Brandmelders.
In Figur 1 ist die Signalverarbeitungseinheit (10) gezeigt. Die Empfangseinheit (1) empfängt an Meßkammerwänden und Rauch oder anderen Aerosolen gestreute Strahlung und wandelt diese in ein elektrisches Signal um, das am Ausgang der Empfangseinheit (1) abgreifbar ist. Der Ausgang der Empfangseinheit (1) ist mit dem zweiten Eingang des Stellgliedes (2) des Regelkreises (5) verbunden. Der erste Eingang des Stellgliedes (2) ist mit dem Ausgang der Regeleinrichtung (4) verbunden, an dem die Stellgröße bereitgestellt wird. Im Stellglied werden die Stellgröße und das Signal aus der Empfangseinheit (2) einander überlagert. Die Differenz beider Signale wird verstärkt und so am Ausgang des Stellgliedes (2) als Istwert des Regelkreises (5) abgegeben. Der Ausgang des Stellgliedes (2) ist mit dem Eingang der Alarmauswerteeinrichtung (3) und dem Eingang der Regelungseinrichtung (4) verbunden. Die Alarmauswerteeinrichtung (3) arbeitet dabei genauso, wie es aus herkömmlichen Streulichtbrandmeldern bekannt ist, z.B. durch den einfachen Vergleich des an ihrem Eingang anliegenden Signals mit einer Alarmschwelle, während die Regeleinrichtung weitgehend nur Grundsignal - Änderungen ausgleicht.
Hierfür enthält die Regeleinrichtung (4) an ihrem Eingang einen Minimalwertspeicher (6), einen Maximalwertspeicher (7) und einen Mittelwertbilder (8). In der Vergleichsstelle (9) wird der, aus den Meßwerten eines Meßzyklusses von beispielsweise 8 Messungen gebildete Mittelwert, mit dem Sollwert (11) des Regelkreises (5) verglichen, und die Regelabweichung bestimmt. Die Regelabweichung wird im Proportionalglied (12) mit einem Faktor multipliziert und dadurch ein erster Nachführwert für die Stellgröße ermittelt. Dieser Nachführwert wird dem ersten Eingang der Signalauswahlschaltung (13) und dem Komparator (14) zugeführt. Im Komparator (14) werden der erste Nachführwert und der maximale Nachführwert (15) miteinander verglichen. Der Komparator (14) steuert daraufhin den Signalauswahlschalter (13) so, daß der kleinere der beiden Nachführwerte zur Additionsstelle (16) durchgeschaltet wird. In der Additionsstelle (16) wird die alte Stellgröße mit dem kleineren Nachführwert zur neuen Stellgröße addiert und an den ersten Eingang des Signalauswahlschalters (17) angelegt. Die neue Stellgröße wird vom Signalauswahlschalter (17) nur dann zum Signalhalteglied (18) und somit zum Stellglied (2) durchgeschaltet, wenn der Vergleich im Komparator (19) ergeben hat, daß die in der Vergleichstelle (20) gebildete Differenz aus dem im Maximalwertspeicher (7) gespeicherten Maximalwert und im Minimalwertspeicher (6) gespeicherten Minimalwert eines Meßzyklusses, kleiner als der Fensterwert (21) ist. Wenn die Differenz aus Maximal- und Minimalwert des Meßzyklusses größer als der Fensterwert (21) ist, wird nicht die neue Stellgröße, sondern die in der Temperaturkompensationseinrichtung (22) temperaturkompensierte, alte Stellgröße zum Signalhalteglied (18) und somit zum Stellglied (2) durchgeschaltet. Dadurch wird die Regelung quasi eingefroren.
An dieser Stelle sei noch erwähnt, daß als Kriterium zum Einfrieren der Regelung nicht nur der Unterschied zwischen Maximal- und Minimalwert einer Istwertmeßreihe, sondern auch die Standardabweichung, Varianz oder andere statistische Größen verwendet werden können.
In Figur 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zu sehen, in dem gegenüber Figur 2 ein weiterer Komparator (23) in die Regeleinrichtung (4) eingefügt ist, der den Istwert mit der halben Alarmschwelle vergleicht, und dessen Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des Komparators (19) im Oderglied (24) verodert wird. Der Ausgang des Odergliedes (24) steuert nun den Signalauswahlschalter (17), so daß zusätzlich auch dann, wenn der Istwert eine vorgegebene Schwelle, im Beispiel die halbe Alarmschwelle erreicht, die Regelung eingefroren wird. Außerdem wird das Eingangssignal für die Alarmauswertungseinheit (3) hier am Ausgang des Mittelwertbilders (8) in der Regelungseinheit (5) abgegriffen.
Eine Regelungseinheit (5) in einem erfindungsgemäßen Brandmelder kann beispielsweise in einem ASIC realisiert sein, oder auch in Form einer geeigneten Software in einem Mikroprozessor implementiert werden, wobei auch die Alarmauswerteeinheit (3) im selben Mikroprozessor oder ASIC realisiert sein kann. An den Ein- und Ausgängen der Regelungseinheit (4) sind bei Verwendung eines Prozessors oder digitalen ASICs entsprechende Analog- Digitalwandler bzw. Digital- Analogwandler vorzusehen.
Bei der Erfindung handelt es sich um einen Brandmelder nach dem Steulichtprinzip und ein Verfahren zu dessen Betrieb, bei dem dem Empfangssignal ein weiteres Signal überlagert wird, um eine hohe Signalverstärkung zu ermöglichen.

Claims (12)

  1. Brandmelder mit einer Meßkammer, einem Sender und einer Signalverarbeitungseinheit (10) mit einer Empfangseinheit (1) zum Empfang von vom Sender abgegebener und an Rauch oder anderen Aerosolen gestreuter Strahlung und einer Alarmauswerteeinheit (3), wobei die Signalverarbeitungseinheit (10) einen Regelkreis (5) mit einer Regelungseinheit (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert des Regelkreises der Überlagerung durch Addition bzw. Subtraktion der Stellgröße des Regelkreises (5) mit dem Ausgangssignal der Empfangseinheit (1) entspricht.
  2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Alarmauswerteeinheit (3) mit dem Istwert des Regelkreises (5) verbunden ist.
  3. Brandmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinheit (4) Mittel enthält, die die Nachführung der Regelung verlangsamen und/oder beschränken.
  4. Brandmelder nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinheit (4) Mittel enthält, die die Nachführung der Regelung, durch den vergleich von absoluten oder aus Größen des Regelkreises statistisch ermittelten Werten mit vorgegebenen Grenzen, unterbrechen können.
  5. Brandmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Unterbrechung der Regelung die Regelung unterbrechen, wenn die Differenz aus maximalem und minimalem Istwert einer Meßreihe einen Fensterwert überschritten hat.
  6. verfahren zum Betrieb eines gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestalteten Brandmelders mit einer Meßkammer, einem Sender und einer Signalverarbeitungseinheit (10) mit einer Empfangseinheit (1) zum Empfang von vom Sender abgegebener und an Rauch oder anderen Aerosolen gestreuter Strahlung und einer Alarmauswerteeinheit (3), wobei die Signalverarbeitungseinheit (10) einen Regelkreis (5) mit einer Regelungseinheit (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Empfangseinheit (1) abgegebene Signal, bevor es der Alarmauswertereinheit (3) zugeführt wird, mit der Stellgröße des Regelkreises (5) additiv bzw. subtraktiv überlagert wird, und daß aus der Überlagerung der Istwert des Regelkreises (5) entsteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Höhe des Überlagerungssignals in Abhängigkeit der Höhe des durch das Grundsignal gebildeten Gleichanteils im von der Empfangseinheit (1) abgegebenen Signal bestimmt wird.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungssignal als Stellgröße eines Regelkreis(5) gebildet wird.
  9. Verfahren zum Betrieb eines Brandmelders, gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Meßkammer, einem Sender und einer Signalverarbeitungseinheit (10) mit einer Empfangseinheit (1) zum Empfang von vom Sender abgegebener und an Rauch oder anderen Aerosolen gestreuter Strahlung und einer Alarmauswerteeinheit (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarm anhand des Istwertes eines Regelkreises bestimmt wird, wobei der Istwert des Regelkreises aus der additiven bzw. subtraktiven Überlagerung des Ausgangssignales des Empfängers (1) mit der Stellgröße des Regelkreises gebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung im Regelkreis (5) so verlangsamt und beschränkt wird, daß die Regeleinheit einen durch Rauch bedingten Istwertanstieg des Regelkreises nicht mehr ausregeln kann.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung der Regelung unterbrochen wird, wenn aus Größen des Regelkreises (5) statistisch ermittelte oder absolute Werte vorgegebene Grenzwerte überschreiten.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung der Regelung unterbrochen wird, wenn die Differenz aus maximalem und minimalem Istwert einer Meßreihe einen Fensterwert überschreitet.
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