ES2240874T3 - Aparatos y metodos de tratamiento de datos para un sistema de deteccion de humo. - Google Patents

Abstract

Método para la detección de impurezas en un medio gaseoso, que comprende el uso de medios de detección para detectar dichas impurezas, la emisión desde dichos medios de detección de señales que varían con la variación en el contenido de impurezas en dicho medio, de modo tal que dichas señales representan muestras de dicho contenido, y el análisis estadístico continuo de dichas señales, caracterizado porque dicho análisis estadístico continuo se lleva a cabo para obtener la distribución de dichas señales, y porque, en el análisis estadístico, cada señal con un valor diferente al de la señal más reciente se vuelve gradualmente menos influyente en dicha distribución.

Description

Aparatos y métodos de tratamiento de datos para un sistema de detección de humo.

La presente invención hace referencia a aparatos y métodos para la detección del contenido de impurezas en un medio gaseoso.

El problema de la detección de incendios por medio de la detección de humo no queda totalmente resuelto utilizando un detector por aspiración muy sensible.

En los casos en que se debe proteger contra incendios una propiedad de gran valor, la detección temprana del fuego resulta esencial, ya que permite hacerle frente con un mínimo de daños causados. La propagación de un incendio puede ser muy gradual o muy rápida. Los cables de alimentación eléctrica o los componentes electrónicos que se sobrecargan provocan la carbonización o la combustión lenta del material circundante mucho antes de la aparición de las llamas. La causa de muchos incendios es el sobrecalentamiento localizado que crece lentamente hasta provocar un incendio a gran escala. En estos casos, el producto del sobrecalentamiento es pequeño, y se requiere un transductor de gran sensibilidad para responder a él. La propagación del fuego puede ser también aparentemente instantánea, como sucede con una explosión. Independientemente de cómo comienza un incendio, la detección temprana es esencial si se desea que resulte eficaz, y la generación rápida de una alarma es un requisito normal. Existen dos requisitos principales para la detección temprana. El primero es un transductor de gran sensibilidad mediante el cual puedan detectarse cantidades muy pequeñas del producto del sobrecalentamiento. El segundo es un reconocimiento rápido de que la señal de salida del transductor se debe efectivamente al producto del sobrecalentamiento, y no a una señal que pueda haber sido generada por otra fuente. Básicamente, un detector consta de un transductor que proporciona una señal proporcional al producto del sobrecalentamiento, y un dispositivo para proporcionar una señal de salida cuando la señal de salida del transductor alcanza un nivel de alarma dado. El entorno habitual para dicho detector es uno en el que resulta normal una variación considerable de la señal procedente de un transductor de gran sensibilidad. Por sí sola, la gran sensibilidad generará bien una señal de fuego debida a esta actividad normal de fondo, o bien el nivel de alarma dado deberá aumentarse hasta un nivel en el que la actividad normal de fondo no afectará al dispositivo, reduciendo de este modo la sensibilidad del detector. Esto crea un límite en la práctica para la sensibilidad del detector.

La patente US-A-4.749.986 da a conocer un método para la detección en forma analógica de una modificación de los fenómenos físicos causados por un incendio, en particular la temperatura y densidad del humo, mediante el muestreo periódico de la información de detección analógica, el cálculo de la media móvil de la serie temporal de la información muestral para su filtrado, y el establecimiento del periodo de muestreo y del número de datos de suavizado proporcionados para el cálculo de la media móvil, de manera tal que se establece una frecuencia de corte del filtrado coincidente con la frecuencia máxima de los componentes principales de frecuencia de la información de detección analógica. El sistema de alarma contra incendios para llevar a cabo dicho método comprende detectores de humo y detectores de temperatura que devuelven de manera secuencial información de detección analógica a una estación central de señal en respuesta a una llamada secuencial procedente de dicha estación. Esta estación comprende un filtro digital, una sección de control para el control del filtro, una sección de determinación de incendios para determinar si existe un incendio basándose en los datos procesados procedentes del filtro y una sección de alarma para dar una alarma en respuesta a una instrucción procedente de la sección de determinación de incendios. El filtro comprende una sección de muestreo, una sección de conversión A/D (analógica/digital), una sección de almacenaje de datos y una sección de cálculo que calcula los valores de media móvil. El método y aparato dados a conocer en la patente US-A-4.749.986 son un método y aparato según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 11 de la presente invención.

La patente EP-A-365,047 hace referencia a un aparato de detección óptica de polución ambiental o humo, y en particular da a conocer un dispositivo de control para su uso junto con un aparato de detección de polución ambiental sensor de luz que incluye un amplificador con amplificadores de pulsos que generan un pulso de salida de gran amplitud, un detector de pico activo de gran precisión y linealidad a lo largo de un amplio intervalo, y un circuito de muestreo y retención activo asociado a un amplificador sumador o a un microprocesador para la detección y almacenamiento de la amplitud máxima del pulso, estando adaptado dicho aparato para recibir y amplificar señales recibidas desde una célula fotoeléctrica de estado sólido sometida a una fuente de luz intermitente, incluyendo dicho dispositivo de control aparatos de medición de la corriente tales como un medidor de bobina móvil o un visor de gráfico de barras de segmentos LED para indicar la polución ambiental, así como patillas de programación para la derivación de cada segmento individual del gráfico de barras, con el fin de conseguir múltiples umbrales de alarma preestablecidos. En una forma alternativa, se proporciona una placa principal para bus de datos dentro del dispositivo de control para facilitar la conexión de un ordenador, tal como un ordenador independiente de control de servicios del edificio que está capacitado para leer placas controladoras con el fin de obtener lecturas de intensidad del humo y de flujo de aire. De esta manera, se puede controlar un sistema completo de alarma y poner en marcha las acciones adecuadas. Su función de registro de datos permite la compilación automática de estadísticas sobre los niveles habituales de humo en el ambiente y del resultado de incendios simulados, con el fin de optimizar los umbrales de alarma. Los umbrales de alarma del ordenador pueden ser modificados en distintos momentos, habitualmente seleccionando una mayor sensibilidad durante horas en las que el edificio se encuentra desocupado. También puede activar una prueba de sensibilidad o una prueba de fallo para cada detector, de conformidad con un calendario organizado con antelación. El ordenador también puede realizar la sustracción de la señal de referencia. Esto permite tomar en consideración zona por zona los factores de dilución/concentración relativos al tiempo.

La patente US-A-5.079.422 da a conocer un sistema de detección de incendios que utiliza como mínimo dos sensores de dióxido de carbono colocados en ubicaciones separadas de una habitación. Cada sensor genera una señal eléctrica de salida representativa de la concentración de dióxido de carbono en sus proximidades. Un ordenador calcula el cociente entre la concentración detectada por cada sensor y la concentración detectada por cada uno de los otros sensores, reflejándose en estos cocientes cualquier desequilibrio en la distribución de dióxido de carbono. Las variaciones aleatorias impiden que los cocientes sean idénticos, por lo que se cuantifica la magnitud de estas variaciones aleatorias calculando la desviación estándar de dichos cocientes. Entonces, los cocientes se normalizan y se comparan con un nivel umbral correspondiente a un índice seleccionado de falsa alarma.

En la patente GB 2.151.384 se da a conocer una alarma ambiental, por ejemplo, una alarma de humo, que comprende una disposición sensora que genera una salida analógica representativa del estado controlado; una pluralidad de detectores de umbral alimentados en paralelo por la salida analógica; un contador respectivo alimentado por la salida de cada circuito de umbral; medios de puerta electrónica para el control del muestreo, a fin de tratar mediante puertas electrónicas simultáneamente, las combinaciones paralelas umbral/contador para muestrear la salida analógica de manera periódica; y medios generadores de señal de alarma que pueden ser disparados mediante una salida procedente de cualquier contador, siendo la disposición tal que los umbrales respectivos ascienden en forma de "escalera", y las capacidades de los contadores están relacionadas inversamente con sus respectivos umbrales; de tal manera que un fenómeno intenso dispara rápidamente una alarma, mientras que un fenómeno débil debe persistir durante un tiempo considerable para que se dispare una alarma.

La patente US-A-4.672.365 da a conocer un sistema de seguridad con una o más unidades de envío para la transmisión a una unidad receptora central de una señal de radiofrecuencia digitalizada representativa de un estado tal como fuego, humo, presencia de intrusos, estado de la batería, o de una emergencia. Las unidades de envío incluyen un microordenador cuyo codificador Manchester codifica los datos. La unidad receptora incluye un microprocesador que muestrea la señal 24 veces por cada bit de datos. Se calcula la media móvil de las 12 muestras más recientes y se reconoce como un valor alto o un valor bajo, dependiendo del valor del medio móvil anteriormente calculado. Se evalúa el tiempo transcurrido entre transiciones de datos (desde alto a bajo o desde bajo a alto) y posteriormente se almacena como un tiempo largo (1) o corto (0) desde la anterior transición. Una vez recibidos todos los datos, se comprueban los valores almacenados de la longitud de tiempo transcurrido entre transiciones para su conformidad con los requisitos de temporización de las señales con codificación Manchester. Las señales sin la temporización adecuada se desechan. Las señales que se ajustan a los requisitos adecuados de temporización y que contienen un código válido de redundancia cíclica y un código válido de identificador del transmisor se transmiten mediante puertas electrónicas a un dispositivo de salida para proporcionar una indicación de su estado.

A fin de impedir la contaminación de las zonas internas de un transductor, se emplea un filtro de aire para eliminar partículas más grandes de lo previsto con productos del sobrecalentamiento de materiales. El rendimiento y la sustitución de este filtro, que contiene detectores por aspiración conocidos, resulta a menudo un problema de cara al mantenimiento y de un rendimiento consistente de un detector. El problema se encuentra en el hecho de que, conforme el filtro de aire acumula contaminación con el uso, el tamaño efectivo de los poros del medio filtrante disminuye progresivamente. Este efecto se denomina en ocasiones efecto "hoja de té", debido a la similitud con el efecto provocado por las hojas de té que dificultan el paso de éste cuando se utiliza un filtro de té. El efecto provocado en los detectores de humo por aspiración convencionales consiste en que la sensibilidad del detector disminuye con el tiempo conforme el filtro se bloquea progresivamente, haciendo que, en algunos casos, el sistema reduzca su sensibilidad de manera significativa tras sólo unos meses de uso.

Además, en sistemas de detección de humo por aspiración, resulta deseable que el flujo de aire que discurre por los conductos de muestreo sea el máximo posible, ya que, de esta manera, se minimiza el tiempo de respuesta ante situaciones de incendio. Debido al elevado flujo que corre por los conductos de muestreo, también resulta posible que entren en el detector cantidades significativas de polución, aparte del humo, con la anteriormente mencionada tendencia a bloquear los filtros.

La "referenciación" es el proceso mediante el cual un transductor de polución ambiental de una unidad de detección de polución ambiental muestrea el aire que entra en un volumen protegido y proporciona una señal de desplazamiento a otras unidades de detección de polución ambiental situadas dentro de dicho volumen. La intención de la referenciación es la de evitar el problema de que la polución entre en el volumen desde el exterior, provocando una alarma. La unidad de detección de polución ambiental desempeña dos posibles papeles en la referenciación. El primero consiste en proporcionar una señal de referencia, denominándose la unidad "unidad de referencia"; el segundo consiste en proporcionar la aceptación de una señal de referencia, denominándose la unidad "unidad de detección". La "referenciación" se aplica en general a circunstancias en las que la atmósfera exterior no purificada tiene acceso al volumen protegido, por ejemplo a través de las canalizaciones o de una ventana. No se necesita en circunstancias en las que la atmósfera exterior no tiene acceso al volumen o se purifica antes de entrar en el mismo.

Según un primer aspecto de la presente invención, se determina un método para la detección de impurezas en un medio gaseoso, que comprende el uso de medios de detección para detectar dichas impurezas, la emisión desde dichos medios de detección de señales que varían con la variación del contenido de dichas impurezas en dicho medio, de modo tal que dichas señales representan muestras de dicho contenido, y el análisis estadístico continuo de dichas señales para obtener la distribución de dichas señales, caracterizado porque, en el análisis estadístico, cada señal con un valor diferente al de la señal más reciente se vuelve gradualmente menos influyente en dicha distribución.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se determina un aparato que comprende medios de detección que permiten detectar impurezas en un medio gaseoso, medios de análisis que permiten analizar estadísticamente de manera continua señales emitidas por dichos medios de detección y que varían con la variación del contenido de dichas impurezas en dicho medio, de modo tal que dichas señales representan muestras de dicho contenido, comprendiendo dichos medios de análisis medios de cálculo numérico que llevan a cabo de manera continua un análisis estadístico mediante el cual se obtiene la distribución de dichas señales, y en el que cada señal con un valor diferente al de la señal más reciente se vuelve gradualmente menos influyente en dicha distribución.

Gracias a estos dos aspectos de la presente invención, es posible proporcionar un análisis estadístico continuo con respecto a un periodo de tiempo de una duración constante que avanza de manera continua, con el fin de obtener la tendencia general de cualquier serie de mediciones del contenido de impurezas, no proporcionando una importancia indebida a mediciones puntuales que se encuentren considerablemente alejadas de la tendencia general.

Se da a conocer en la presente descripción un método de procesamiento de datos que utiliza el cálculo numérico, en el que se lleva a cabo de manera continua un análisis estadístico en el cual se concede a las entradas de datos más recientes una mayor influencia sobre las salidas que a las entradas de datos más antiguas, las cuales se vuelven gradualmente menos influyentes, caracterizado por la asignación de las entradas de datos más recientes dentro de una pluralidad de clases a las que ya se han asignado las entradas de datos más antiguas, y por el incremento cada clase a la que se asigna dicha entrada de datos más recientes en una cantidad dependiente del valor existente en dicha clase, mientras se reduce cada una de las clases a las que no se asignan dichas entradas de datos más recientes en una cantidad dependiente del valor existente en dichas clases.

También se da a conocer en la presente descripción un aparato de procesamiento de datos que incorpora medios de cálculo numérico, de manera tal que puede llevarse a cabo de manera continua un análisis estadístico en el que se concede a las entradas de datos más recientes una mayor influencia en las salidas que a las entradas de datos más antiguas, las cuales se vuelven gradualmente menos influyentes, caracterizado porque dichos medios de cálculo asignan dichas entradas de datos más recientes dentro de una pluralidad de clases en las que dichos medios de cálculo ya han asignado las entradas de datos más antiguas, y porque dichos medios de cálculo incrementan cada clase a la que se asigna dicha entrada de datos más reciente en una cantidad dependiente del valor existente en dicha clase, y reducen cada una de las clases a la que no se asigna dicha entrada de datos más reciente en una cantidad dependiente del valor existente en dichas clases.

Por tanto, es posible disponer un análisis estadístico continuo, con respecto a un periodo de tiempo de duración constante que avanza de manera continua, de una cantidad de datos considerable en un banco de memoria pequeño, que puede ser aplicable de manera continua al tiempo presente a lo largo de un tiempo continuo.

Un método preferente según la presente invención consiste en detectar el contenido de impurezas en un medio gaseoso, y comprende la recepción de señales emitidas por medios de detección que detectan las impurezas y que varían con la variación de dicho contenido, y la producción de una indicación de advertencia si la amplitud de las señales supera un umbral anormal y en el momento en que ello sucede, incluyendo dicho método el análisis estadístico continuo de las señales recibidas con el fin de establecer dicho umbral anormal.

Un aparato preferente según la presente invención permite detectar el contenido de impurezas en un medio gaseoso, y comprende medios de detección que permiten detectar las impurezas, medios de recepción que permiten recibir señales emitidas por los medios de detección, y que varían con variación del contenido de impurezas, y medios de generación de avisos que permiten generar una indicación de aviso si la amplitud de las señales supera un umbral anormal y en el momento en que ello sucede, incluyendo dicho aparato medios de análisis estadístico continuo interpuestos entre los medios de recepción y los medios de generación de avisos, que analizan estadísticamente de manera continua las señales recibidas con el fin de establecer dicho umbral anormal.

De este modo es posible establecer umbrales de manera más sensible.

En dicho método preferente, las señales recibidas pueden ser analizadas estadísticamente de manera continua cuando un centro de la distribución de amplitud de las señales supera el umbral, generándose de manera correspondiente la indicación de aviso.

En dicho aparato preferente, los medios de análisis estadístico continuo interpuestos entre los medios de recepción y los medios de generación de avisos analizan estadísticamente de manera continua las señales recibidas para determinar el momento en que un centro de una distribución de amplitud de las señales supera el umbral anormal.

De este modo, es posible tener más certeza de que una serie de mediciones constituye una señal verdadera que supera dicho umbral.

Los medios de generación de avisos pueden generar una indicación de aviso si la amplitud de una o varias de las señales individuales es anormalmente diferente en relación a una distribución habitual de las señales, en el momento en que ello sucede, y/o si un centro de una distribución de amplitud de las señales adopta un valor anormal, en el momento en que ello sucede. El centro de la distribución puede estar representado, por ejemplo, por la moda, la mediana o la media.

Estas posibilidades presentan la ventaja de advertir de una situación de incendio o de un acontecimiento anormal en el aparato, por ejemplo, un fallo funcional en los medios de detección o en un filtro que se encuentra aguas arriba con respecto a dichos medios de detección.

El aparato puede incluir un detector para la detección de impurezas en el medio gaseoso, que comprende un alojamiento, un orificio de entrada del alojamiento para la entrada del medio gaseoso que transporta las impurezas, medios de emisión de radiación para la emisión de un haz de radiación que pasa a través del medio y se concentra en una primera ubicación del alojamiento, medios de reflexión de la radiación para la concentración de la radiación dispersada del haz por las impurezas hasta una segunda ubicación del alojamiento, y medios de detección de la radiación dispuestos en dicha segunda ubicación para detectar la radiación allí concentrada por los medios de reflexión de la radiación, hallándose dispuestos dichos medios de reflexión de la radiación frente a los medios de emisión de radiación, y situándose en la zona de los medios de emisión de radiación.

Una ventaja de este detector consiste en que los medios de detección de la radiación detectan la radiación dispersa en ángulos relativamente pequeños con respecto al haz, ángulos en los que se dispersa la mayor parte de la radiación en la práctica, de tal modo que el detector puede ser más sensible para una energía de funcionamiento dada proporcionada al mismo.

De manera ventajosa, el presente método detecta el contenido de impurezas en un caudal del medio gaseoso que fluye a través de medios de conducción principales, incluyendo dicho método la generación de un flujo de sólo una parte del caudal hacia medios de conducción secundarias y la detección de las impurezas en el medio gaseoso de los medios de conducción secundarios.

También de manera ventajosa, el presente aparato comprende medios de conducción principales a través de los cuales puede fluir un caudal del medio gaseoso, medios de conducción secundarios que se comunican con los medios de conducción principales para la recepción de sólo una parte de dicho caudal, y medios de detección que permiten detectar el contenido de impurezas en el medio gaseoso en los medios de conducción secundarios.

De este modo, el tiempo de respuesta de los medios de detección con respecto al contenido de impurezas que entra en los medios de conducción principales no tiene por qué depender del área de la sección transversal de paso de flujo en una cámara de detección y, además, los medios de detección no se hallan expuestos a todas las impurezas que fluyen a través de los medios de conducción principales, de manera tal que puede aumentarse la vida útil de los medios de detección.

La presente invención puede aplicarse a la detección de diversas impurezas, por ejemplo, a la detección de impurezas en forma de partículas, tales como humo, o de impurezas gaseosas, tales como metano, en un medio gaseoso, en particular, el aire.

El presente método incluye de manera ventajosa la detección de la velocidad del caudal de medio gaseoso, y comprende hacer pasar el medio por un sensor calentado eléctricamente, tendiendo de este modo a enfriar el sensor desde una temperatura deseada, el aumento de la energía eléctrica disipada en el sensor para contrarrestar la tendencia de enfriamiento, y medir el aumento en la energía eléctrica disipada.

El presente aparato permite detectar de manera ventajosa la velocidad del caudal de medio gaseoso, y comprende un sensor que puede ser calentado eléctricamente, medios de alimentación eléctrica conectados al sensor para el calentamiento de dicho sensor, medios de control conectados a los medios de alimentación y al sensor que permiten provocar un aumento de la energía eléctrica disipada en el sensor para contrarrestar el enfriamiento del sensor, y medios de medición que permiten medir el aumento de la energía eléctrica disipada.

Por tanto, la temperatura deseada no tiene por qué ser establecida más allá de unos pocos grados Kelvin por encima de la temperatura del caudal del ambiente.

A fin de que la presente invención pueda ser comprendida y puesta en funcionamiento fácilmente, se hará referencia a continuación, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra un diagrama de un sistema de detección de humo instalado en una habitación acondicionada de un edificio,

la figura 2 muestra una de dos disposiciones de muestreo idénticas que conforman partes respectivas de un módulo de referencia y de un módulo de detección mostrados en la figura 1,

la figura 3 muestra una sección axial a lo largo de un cabezal de detección (20) incluido en la disposición de muestreo de la figura 2,

las figuras 4 y 5 muestran respectivamente vistas en planta y en alzado de un transductor de velocidad del aire de la figura 2,

la figura 6 muestra un diagrama del conjunto de circuitos eléctricos del transductor de las figuras 4 y 5,

la figura 7 muestra un diagrama funcional de las funciones eléctricas del módulo de detección,

la figura 8 muestra un diagrama funcional de las funciones eléctricas de un módulo esclavo que conforma un módulo de detección esclavo o el módulo de referencia,

la figura 9 muestra un diagrama de un histograma de señal y una curva de distribución habituales que ilustran el procesamiento de una señal del cabezal de detección mediante las funciones eléctricas de la figura 7, representándose la amplitud de la señal de humo en el eje X, y la frecuencia de suceso de dicha señal de humo en el eje Y.

las figuras 10A a 10C son diagramas correspondientes a la figura 9, pero que muestran posibles histogramas respectivos que representan diferentes niveles de humo generales respectivos,

la figura 11 es un diagrama similar al de la figura 9, pero que muestra los histogramas para diversos estados de un filtro de aire,

la figura 12 es un diagrama de un histograma habitual de señal que muestra el procesamiento de una señal del transductor de velocidad del aire mediante las funciones eléctricas de la figura 7, representándose la amplitud de la señal de velocidad del aire en el eje X, y la frecuencia de suceso de dicha señal en el eje Y.

la figura 13 es un diagrama similar al de la figura 9, pero que muestra las relaciones entre un histograma "nocturno", un histograma "diurno" y un histograma "rápido",

la figura 14 es un diagrama similar al de la figura 9, pero que muestra la relación entre un histograma de señal y un nivel de alarma "habituales", un histograma rápido y un nivel de alarma hipersensible,

la figura 15 muestra una rutina de software de lectura de detectores y cálculo de niveles de alarma para su uso en un microprocesador de la figura 7, y

la figura 16 muestra una subrutina de software llamada desde la rutina de la figura 15, ejecutando dicha subrutina el aumento y disminución de las clases y el cálculo de medias y varianzas.

En referencia a la figura 1, una habitación (1) que constituye un volumen a proteger contra incendios posee un orificio de entrada (2) de aire fresco y un orificio de salida (3) de aire. Un conducto de muestreo (4) de referencia con orificios de muestreo (5) en la salida del orificio de entrada (2) de aire fresco conduce a un módulo de referencia (6), mientras que un conducto de muestreo (7) para la detección de humo con orificios de muestreo (8) en la entrada del orificio de salida (3) de aire y orificios de muestreo (9) distribuidos a lo largo de la habitación se extiende hasta un módulo de detección de humo (10) interconectado eléctricamente con el módulo (6) mediante un cable (11). Los conductos respectivos de retorno de aire (12) y (13) van desde los módulos (6) y (10) hasta un conducto común de retorno (14) que regresa a la habitación (1), tal y como se muestra, o a un conducto de descarga.

En referencia a la figura (2), cada modulo (6) o (10) contiene una disposición de muestro (15) incluida en el conducto de muestreo (4) de referencia o en el conducto de muestreo (7) de referencia. Los conductos (4) o (7) contienen un ventilador (16) que toma aire de la habitación (1) y lo impulsa a través de los conductos, el cual contiene un conducto coaxial (17), el cual contiene a su vez un filtro (18), un cabezal de detección (19) situado aguas abajo con respecto al filtro y un transductor de velocidad del aire (20) situado aguas abajo con respecto al cabezal de detección (19).

Con esta sencilla disposición de desvío, conforme el caudal de aire es impulsado hacia el interior del conducto (17) que contiene el cabezal de detección (19) de humo, una gran proporción del aire es descargada a la atmósfera o al flujo de retorno de aire sin entrar en el filtro (18), y en consecuencia, en el detector (19) y el transductor de velocidad del aire (20) que se encuentran aguas abajo con respecto al filtro. Esto permite que quede únicamente una muestra representativa más pequeña de aire para su paso a través del filtro (18), el detector (19) y el transductor (20). Esto presenta las ventajas de que la velocidad máxima del flujo se consigue a través del conducto de muestreo (4) o (5), con el fin, en particular, de minimizar el tiempo de respuesta de la unidad de detección a una situación de incendio, y asimismo, la ventaja de que, puesto que sólo un pequeño porcentaje del flujo de aire potencialmente contaminante pasa a través del filtro (18), aumentan las vidas útiles del filtro, el cabezal de detección y el transductor.

En referencia a la figura 3, el cabezal de detección (19) de humo incluye un alojamiento tubular (21) formado con orificios axiales (22) de entrada/salida de aire, y dotado internamente de una partición diametral abierta (23) sobre la que se monta coaxialmente una fuente de luz concentrada (24) tal como un emisor óptico semiconductor, para iluminar un caudal de aire de muestra procedente del volumen protegido (1). La fuente de luz (24) se concentra en un haz (25) que pasa a través del caudal de aire de muestra. La luz que no es dispersada por la materia presente en el caudal de aire entra en una trampa de luz (26) a través del centro de un espejo cóncavo anular (27) con el fin de impedir que alcance un sensor de luz (28) montado sobre la partición (23). El espejo (27) rodea la región del foco del haz (25) y se halla unido herméticamente en su periferia a la superficie interior del alojamiento, a fin de obligar al caudal de aire a pasar a través de la región del foco. La disposición axial de los orificios de entrada/salida (22) en el alojamiento (21) también favorece de manera general el flujo axial del caudal de aire a través del alojamiento. La luz que es dispersada dentro de unos pocos grados con respecto a la dirección de avance de la fuente de luz (24) golpea la cara del espejo cóncavo (27), que la refleja y la envía de vuelta al sensor de luz (28) montado próximo a la fuente de luz (24). De este modo, se detecta la luz dispersada de la masa de la muestra dentro de la profundidad de foco del espejo (27). El cabezal de detección (19) puede ser utilizado en una unidad de referencia o en una unidad de detección.

En referencia a las figuras 4 y 5, el transductor de velocidad del aire incluye una placa de circuito impreso (29) en una de cuyas caras se encuentra montado un sensor de velocidad de aire (30) y un sensor de referencia (31) separados por una pantalla térmica (32), estando montados otros componentes de su conjunto de circuitos eléctricos en la cara opuesta de la placa de circuito impreso, tal y como se indica con el numeral (33).

En referencia a la figura 6, el diagrama muestra los sensores (30) y (31) como S1 y S2, respectivamente, estableciéndose las corrientes respectivas que son determinadas por las resistencias R6 y R7, de manera tal que el valor de la corriente establecida por R6 es como mínimo varias veces el de la corriente i_{5} establecida en S2 (es decir, el valor de la resistencia de R7 es como mínimo varias veces el de R6). La corriente i_{1} que fluye realmente a través de S1 es la corriente establecida por R6 menos la corriente i_{2} que fluye a través de un transistor Q2. i_{2} es i_{4} (es decir, la diferencia entre la corriente i_{5} y la corriente i_{3}) más una corriente constante i_{S}. Se aplica un potencial positivo a través de una resistencia R5 mediante una línea de suministro CC (34) para generar la corriente i_{S}. Se mantiene una unión J1 en cero voltios mediante un circuito integrado IC1 que actúa como un controlador del transistor Q1. Un circuito integrado IC2 invierte y amplifica la corriente en S2, en cooperación con las resistencias R1, R2 y R4. Un circuito integrado IC3, en cooperación con la resistencia R3, convierte la corriente i_{1} de S1 en una tensión de salida V_{0}. Los diodos D1 a D6 protegen los circuitos integrados IC1 a IC3 en relación a una línea de tensión cero (34). Una línea de alimentación negativa (36) establece tensiones de control S1 y S2.

Cada uno de los sensores (30) y (31) es, por ejemplo, un dispositivo de circuito integrado LM334 disponible en National Semiconductor Limited, y se selecciona debido a que es capaz de disipar suficiente energía como para elevar su propia temperatura dentro de un flujo de aire frío. El conjunto de circuitos de la figura 6 mide la energía adicional requerida para mantener un incremento constante de la temperatura del sensor (30) por encima de la temperatura ambiente mientras es enfriado por el flujo de aire. Se asume que la velocidad del aire es directamente proporcional a la energía adicional requerida. Se mide la temperatura ambiente a fin de alcanzar la comparación, para lo que se proporciona el sensor de referencia (31). El sensor de referencia (31) funciona con una disipación de energía muy reducida dentro de la misma velocidad del aire que el sensor (30), actuando de esta manera como referencia. Debido a su propia disipación de energía muy reducida, su aumento de temperatura por encima de la temperatura ambiente es despreciable, y en consecuencia, también lo es cualquier efecto de enfriamiento. A fin de asegurar que el calor procedente del sensor de detección (30) no afecta a la temperatura del sensor de referencia (31), se proporciona la pantalla térmica (32) para protegerlo de la transferencia térmica por convección y radiación. A modo de ejemplo, el conjunto de circuitos puede estar diseñado para mantener la temperatura del sensor de detección (30) a 5 grados Kelvin por encima de la temperatura ambiente.

La tensión V_{o} es proporcional a la corriente que fluye por S1, que es proporcional al inverso de la impedancia térmica eficaz Z de S1, y por tanto proporcional a la velocidad del aire. Su deducción matemática sigue a continuación. El conjunto de circuitos está configurado de manera tal que:

i_{2}=i_{4}+i_{S}

i_{3}=i_{1}/A

(donde A=R7/R6=R4/R3=R2/R1)

i_{4}=A\cdoti_{5}-i_{1}

(donde i_{5}=K_{r}\cdotT_{a})

(donde K_{r} es una constante establecida por R7, y T_{a} es la temperatura ambiente en Kelvin),

de lo que puede deducirse que i_{1}=K\cdot(T_{a}+dT)(A\cdotK_{r}\cdotT_{a}+i_{S}-i_{1})

(donde dT= aumento de temperatura del sensor -30- debido a su propia disipación de energía =i_{1}\cdotV\cdotZ);

si K=A\cdotK_{r}, por diseño, entonces:

K\cdotdT=i_{S} o dT=i_{S}/K

por tanto, i_{1}\cdotV\cdotZ=i_{S}/K o i_{1}=i_{S}/K\cdotV\cdotZ

por tanto, V_{o}=R3\cdoti_{1}=R3\cdoti_{S}/K\cdotV\cdotZ

El límite de esta última función se da cuando i_{4}=-i_{S}, debido a que la corriente que atraviesa el transistor Q1 no puede ser negativa.

Las ventajas del transductor de velocidad del aire (20) consisten en que la temperatura ambiente se mide en el mismo caudal de aire que la velocidad del aire, los componentes pueden ser estándar y, por tanto, obtenerse fácilmente sin necesidad de una selección ni de un procesamiento especial, que es posible medir velocidades del aire bajas para el presente propósito sin necesidad de calibraciones especiales de preparación, por ejemplo, en el caso de precisar la sustitución de alguno de los sensores (30) o (31), y que la temperatura del sensor (30) no precisa ser elevada más de 5 grados Kelvin por encima de la temperatura ambiente, permitiendo el uso de dicho sensor en entornos de seguridad intrínseca (es decir, en entornos en los que la seguridad es primordial).

En referencia a la figura 7, las funciones eléctricas del módulo de detección (10) se alojan principalmente en una caja principal (37) que contiene una placa de control (38), una placa de detección (39), una placa sensora (29), una placa de terminales (41), un ventilador (16) y un interruptor del filtro (43). También existe una caja posterior (44). La placa de control (38) incluye un microprocesador (45) que introduce y procesa datos en una RAM (46) de un modo determinado por el programa almacenado en la ROM (47). Una memoria intermedia (48) contribuye al direccionamiento de la gran cantidad de datos presente en la RAM (46). El contenido de la RAM (46) se halla protegido contra borrado debido a una caída de energía eléctrica mediante una batería de reserva (49) situada en la placa de control (38) y un circuito de gestión (50).

Las variables que pueden ajustarse de manera arbitraria durante la instalación del módulo de detección (10) pueden introducirse por medio de interruptores de programación (51) junto con cuatro visores de 7 segmentos (52) y (53). Estas variables se introducen en la RAM (46) a través del microprocesador (45), y las referencias para las variables se muestran en los visores de 7 segmentos (52), mientras que los valores de las variables se muestran en los visores de 7 segmentos (53). Los números mostrados en los visores de 7 segmentos (52) y (53) se hallan controlados por el microprocesador (45) mediante información transmitida a lo largo de líneas de bus local (54), que es traducida por un controlador de LED (55).

Los LED (56) se encienden y se apagan para indicar los distintos estados de fallo y alarma detectados por el microprocesador (45). Esta información se recibe a través de las líneas de bus (54), y es traducida por un controlador de LED (57). Un circuito de reloj en tiempo real (58) lleva el control de la fecha y la hora para su uso en el mantenimiento de un registro de eventos en la RAM (46), tal y como determina el microprocesador (45).

La placa (29) está montada dentro del cabezal de detección (19) a fin de mantener longitudes cortas de los cables que conectan la misma al sensor de luz (28) y a los sensores (30) y (31), con el fin de mantener dichos cables comparativamente libres de la captación de interferencia eléctrica, a la que son particularmente sensibles. El sensor de luz (28) proporciona un pequeño pulso de corriente proporcional a la cantidad de luz dispersada. Esta corriente se traduce a una tensión por medio de un amplificador de cabecera (59), y el pulso es amplificado por un amplificador de pulsos (60). El nivel de CC del pulso de señal es repuesto por un circuito de reposición (61) que obtiene la información necesaria del microprocesador (45) a través de bus de transmisión (54), y de un circuito remoto digital de entrada/salida de ocho bits (62) situado sobre la placa de detección (39). Un circuito de excitación de corriente (63) genera un pulso de corriente proporcional al pulso de señal resultante. El pulso de señal de corriente alimenta un conversor logarítmico (64) situado en la placa de detección (39), que proporciona una tensión de salida proporcional al logaritmo de la corriente de entrada. La salida del conversor logarítmico (64) depende de la temperatura de sus elementos y de una corriente de referencia configurada en su interior. Estas tres cantidades vienen representadas por tensiones dentro del mismo, que son comunicadas al microprocesador (45). Estas tres señales procedentes del conversor logarítmico (64) se transforman en cantidades digitales mediante tres de cuatro convertidores analógico-digital contenidos en un circuito (65). La información digital resultante se envía al microprocesador (45) a través de las líneas de bus (54). La fuente de luz (24) es un LED que es accionado y controlado por un circuito controlador (66) de la fuente de luz. El circuito (66) provoca la emisión de pulsos cortos de luz desde la fuente de luz, determinados por el microprocesador (45), a través de las líneas de bus (54) y del circuito de entrada/salida (62). Los sensores de flujo (30) y (31), junto con un circuito de flujo (67), generan una tensión proporcional a la velocidad del aire que pasa a través del cabezal de detección (19). Esta señal se convierte en una cantidad digital por medio del cuarto convertidor analógico-digital situado en el circuito (65), y la información generada se envía al microprocesador (45) a través de las líneas de bus (54).

El ventilador (16) impulsa aire a través del conducto de muestreo (7) y el cabezal de detección (19). La velocidad a la que lo hace está controlada por el microprocesador (45), a través de las líneas de bus (54) y el circuito (65). Esto genera un nivel de tensión analógica que controla un circuito controlador (68) del ventilador (16). En determinadas circunstancias, las líneas de bus (54) pueden atravesar una memoria intermedia (69) de bus para permitir la comunicación a lo largo de líneas de bus largas. En otras circunstancias, esta función es llevada a cabo por una memoria intermedia (70) de bus local situada en el cuadro de terminales (41). Los circuitos (62) y (65) poseen una dirección especial para el reconocimiento en las líneas de bus locales (54), y esta dirección puede ser enviada a un grupo de tres interruptores (71). Las alimentaciones de +5 voltios, +10 voltios y (10 voltios requeridas para el funcionamiento del circuito se derivan de reguladores respectivos (72) a (74). Los reguladores (72) a (74) obtienen su propia alimentación a partir de un rectificador de salida (75) de 16 voltios CC situado en la placa de terminales (41). El rectificador (75) está conectado a un bloque (76) de conexión a la red situado en la caja posterior (44) a través de un circuito transformador y de filtro (77). El rectificador (75) posee una tensión de salida que cae a cero si la alimentación de red falla, en cuyo caso se envía directamente la señal correspondiente al microprocesador (45) para mostrar un estado erróneo y pasar a la alimentación desde una batería (78). La salida de 16 voltios del rectificador también se utiliza para alimentar un regulador (40) de +24 voltios conectado a cuatro placas de interfaz de circuito impreso (79) a (82). La salida de 16 voltios también se utiliza para alimentar un regulador de alimentación (83) de +10 voltios conectado a relés de fallo y alarma (84) a (87), que están asociados a las respectivas interfaces (79) a (82). El regulador (83) también alimenta una interfaz serie de un controlador (88) y una interfaz serie de una conexión serie (89) de un ordenador personal. El rectificador (75) también alimenta un regulador (90) de +5 voltios que alimenta el microprocesador (45), la memoria intermedia (70) de bus local y una memoria intermedia (91) remota de restauración al estado inicial. El rectificador (75) también alimenta un regulador (92) de +12 voltios específicamente para alimentar un convertidor digital-analógico (93) de salida analógica. El convertidor (93) proporciona una representación analógica de las salidas respectivas de cuatro cabezales de detección, que permiten detectar el humo en habitaciones respectivas de un edificio, denominándose una de dichas habitaciones con el numeral (1), y denominándose la placa sensora y la placa de detección relativas a dicho cabezal de detección particular con los numerales (29) y (39), respectivamente. Los otros cabezales de detección, placas sensoras y placas de detección son sencillamente duplicados contenidos en módulos esclavos, tal y como se muestra en la figura 8. Las salidas respectivas del conversor (93) alimentan los PCB (79) a (82), que están asociados a los cuatro cabezales de detección respectivos. Los relés de alarma y fallo (84) a (87) generan una acción de conmutación sin tensión que actúa sobre los conectores de los PCB (79) a (82), respectivamente. La información para la conmutación de los relés se comunica a través de las líneas de bus (54) desde el microprocesador (45). El microprocesador (45) puede ser restaurado al estado inicial, en el caso de un fallo, por medio de una salida procedente de la memoria intermedia remota de restauración al estado inicial (91), que recibe las entradas directamente desde los PCB respectivos (79) a (82). De manera similar, pueden desbloquearse los relés de alarma y fallo (84) a (87) de cada uno de los PCB (79) a (82). Se extraen seis líneas (94) desde los PCB (79) a (82) para terminar en la caja posterior (44), con el fin de permitir la configuración del conjunto de circuitos entre los contactos de los relés de alarma y fallo, la entrada remota de restauración al estado inicial y la salida del convertidor (93), para cualesquiera condiciones de bus requeridas en estas seis líneas. La batería (78) posee un cargador (95) alimentado desde el rectificador (75), cuya velocidad de carga se controla de acuerdo con la temperatura detectada por un sensor de temperatura (96) situado junto a la batería (78). Se incluye un circuito de prueba de la batería en el cargador (95), que recibe instrucciones desde el microprocesador (45) para comprobar la batería (78), a través de las líneas de bus (54) y el convertidor (93). Los resultados de esta prueba se comunican de vuelta al microprocesador (45). Un ordenador personal (no mostrado) y el microprocesador (45) pueden intercomunicarse por medio de la conexión serie (89), a fin de permitir la introducción de las diferentes variables que pueden establecerse de manera arbitraria en el microprocesador (45); asimismo, dicha conexión permite la interacción del microprocesador con un programa de software del ordenador personal, y la demostración gráfica del funcionamiento del microprocesador conforme controla los cuatro módulos de detección asociados a las respectivas habitaciones. Además de las líneas de transmisión locales (54) que transportan la información, existen dos líneas de transmisión locales (97) conectadas a terminales de la caja posterior (44) de manera similar a las líneas (54), pero que actúan como líneas de alimentación eléctrica. Las líneas (54) y (97) facilitan la comunicación con los otros tres módulos de detección (10). Si se requiere el uso del módulo de referencia (6) junto con los cuatro módulos de detección, también podrá conectarse a las líneas de bus (54) y (97). Si un módulo de referencia conectado de esta manera debe estar al servicio de más de los cuatro módulos de detección previstos en la figura 7, podrá conectarse otra unidad "maestra", según la figura 7, al controlador externo (88), a través de los terminales (98) situados en la caja posterior (44).

En referencia a la figura 8, las partes idénticas correspondientes a las mostradas en la figura 7 reciben los mismos numerales de referencia, pero apostrofados. Puede observarse que, en este caso, se requiere siempre la memoria intermedia de bus (69').

La caja posterior (44) o (44') no sólo recibe todas las terminaciones eléctricas, sino que también recibe todas las terminaciones de conductos de muestras de aire; esta característica presenta la ventaja de que no es necesario colocar en su posición la caja principal (37) o (37') hasta que no se completan todas las instalaciones eléctricas y de muestras de aire y hasta la puesta en marcha de la caja posterior (44) o (44'), tras lo cual puede colocarse sencillamente la caja principal (37) o (37') en su sitio, y enchufarse a la caja posterior. Esto minimiza el riesgo de robo, daños o interferencias en la caja principal (37) o (37').

Tal y como se ha descrito hasta ahora, el aparato proporciona medios de reconocimiento de una señal verdadera, es decir, una señal de humo, lo que significa que permite que el nivel de alarma dado sea más bajo, con lo que el aparato podrá aprovechar de manera más completa el cabezal de detección (19) de alta sensibilidad.

El reconocimiento de una señal verdadera se consigue de la siguiente manera. La señal procedente del cabezal de detección (19) de humo de alta sensibilidad es muestrada a intervalos dados, por ejemplo una vez por segundo; a continuación, tras un periodo de tiempo de inicialización, la distribución de lecturas se analiza estadísticamente en el microprocesador (45) programado para ello. Se calcula una media y una desviación estándar del nivel de la señal, asumiendo que dicha distribución es una distribución normal. Por medio del programa, la curva de distribución se actualiza constantemente, reduciéndose la importancia de las muestras exponencialmente en relación a las muestras tomadas posteriormente a ellas. Las lecturas más recientes son, por tanto, las más influyentes, mientras que el resto de lecturas poseen una influencia inferior, y en último término se vuelven totalmente irrelevantes. Puede calcularse la probabilidad teórica de que se dé una lectura dada, o de manera inversa, una probabilidad dada de que se dé un nivel de señal se corresponderá con un nivel de señal específico. De este modo, el nivel de alarma puede ser reajustado constantemente para una determinada probabilidad de suceso. En el caso de tomar una muestra por segundo, si se ajusta el nivel para que se corresponda con una probabilidad de 1 entre 10^{6}, en teoría, se generaría una alarma no deseada como media cada 115 días, debido a las fluctuaciones normales en el nivel de la señal. Si se establece en una probabilidad de 1 entre 10^{7}, se generaría una alarma no deseada como media cada 3 años. La probabilidad de que se diera este nivel de señal cinco veces seguidas sería de una vez cada 243 años. Dicho método proporciona el medio de establecer el nivel de alarma con una probabilidad teórica de disparo de una alarma no deseada. Asimismo, se conoce el nivel medio de la señal a partir de la distribución normal asumida, por lo que cualquier caída por debajo del nivel esperado puede indicar un fallo en el cabezal de detección (19).

La actualización de la curva de distribución se consigue de la siguiente manera. El intervalo de sensibilidad del detector, tal y como se trata aquí, se define como los niveles de señal que pueden darse entre dos límites establecidos ajustables. Los niveles de señal muestral se asignan a diversas clases seleccionadas que abarcan todo el intervalo. Estas clases poseen límites relacionados con niveles de señal, que definen la anchura de la clase, de manera tal que existirán varias clases y éstas serán contiguas dentro del intervalo. Todas las lecturas que se encuentren dentro del intervalo se asignarán a una clase. Las clases pueden ser de la misma anchura, o bien cada clase puede poseer una anchura relacionada con su posición en el intervalo. Cada clase consta de un intervalo numérico idéntico, con un valor máximo que puede ser cualquier valor adecuado y un valor mínimo de cero. Cuando se recibe una señal de muestra, la clase a la que corresponde dicha señal se incrementa en una cantidad igual a una fracción de la diferencia entre los valores actual y máximo de dicha clase; todo el resto de clases se reducen en un valor igual a esta misma fracción de su diferencia con respecto a cero. La fracción de aumento y disminución se denominará de ahora en adelante Constante de Entrada. Al arrancar el aparato, tras un número de muestras que depende de la Constante de Entrada y que se toman a lo largo de un periodo de tiempo relativamente corto, por ejemplo 20 minutos, los valores de las clases se aproximarán a una representación verdadera de la curva de distribución de sus niveles a lo largo del intervalo. Una vez se ha establecido de manera completa una curva de distribución, puede reducirse la Constante de Entrada. Variando la Constante de Entrada, el periodo de tiempo en el que las entradas mantienen una importancia práctica puede ser establecido entre varios minutos y varios días, aunque normalmente se establece entre 3 y 4 horas. La media de las lecturas y la desviación estándar de las lecturas en el estado habitual del volumen de muestreo se utilizan para calcular el nivel de alarma. El cálculo del nivel de alarma se lleva a cabo para proporcionar una probabilidad teórica de ocurrencia de una alarma no deseada. La figura 9 muestra una histograma de señal y una curva de distribución habituales resultantes de este procedimiento.

El método de obtención del histograma resulta en un método que muestra una distribución ponderada en favor de las aportaciones más recientes. Asimismo, las entradas están normalizadas, de manera tal que el área total del histograma permanece constante y representa el 100% de las entradas válidas. El método de cambio de los valores actuales de las clases es tal que la clase en la que se realiza una entrada se verá incrementada, mientras que todo el resto de clases del histograma se verán reducidas simultáneamente. La cantidad de incremento se dará exponencialmente hacia un máximo común establecido arbitrariamente que representa el 100%. La reducción se dará exponencialmente hacia cero. Considérese las entradas realizadas en una única clase tras un número determinado de entradas realizadas en el histograma completo. Su proporción con respecto al nivel 100% se aproximará a la proporción del número de entradas realizadas en dicha clase con respecto al número total de entradas. También se dará un énfasis decreciente en las entradas realizadas con anterioridad. Puede observarse que cada clase se aproxima a un nivel situado entre su máximo y cero, que representa la proporción de entradas realizadas recientemente en dicha clase.

Las figuras 10A, B y C muestran histogramas hipotéticos que pueden obtenerse con el método anteriormente descrito. El eje X de las tres figuras está dibujado a la misma escala, al igual que el eje Y. El histograma "A" pretende representar la distribución resultante de una muestra de aire muy puro. En este caso, la distribución se debe por completo al ruido eléctrico generado por la placa de detección (39) y el cabezal de detección (19). Este histograma puede corresponder a un "Fallo de sustitución de filtro". El histograma "B" pretende representar una muestra con un nivel de impurezas medio. La mayor anchura de la curva resulta en un máximo más bajo. El histograma "C" muestra la reducción del máximo debido a un mayor aumento de la anchura. Se supone que esto es debido a que el cabezal de detección (19) toma una muestra con más impurezas.

En referencia de nuevo a la figura 9, se establece un gráfico de barras tal que el nivel 8 del gráfico de barras es equivalente al nivel de alarma. Puede observarse que el cero del gráfico de barras se establece en la media de la distribución. El histograma sólo precisa abarcar los niveles 0 a 2 (o eventualmente 3 para entornos con un elevado nivel de impurezas).

Se establecerá el nivel de alarma para que presente una probabilidad fija de ocurrencia. Podrá programarse un nivel de prealarma en cualquier nivel entre 5 y 7 (inclusive). Podrá programarse un nivel auxiliar (por ejemplo, para el cierre automático de las puertas contra incendios o para el apagado automático de los equipos) en cualquier nivel entre 4 y 10 (inclusive). Para activar cualquiera de estos niveles, deberá darse un número programable de entradas consecutivas en la clase correspondiente o por encima de ella. No se permite que dicho número de entradas consecutivas sea inferior a dos. Dado que las entradas se deben realizar en intervalos de tiempo fijos, el número requerido de entradas consecutivas constituirá una temporización. Al ser programables por el usuario, no hay manera de predeterminar la manera en que deben programarse dichas temporizaciones. Esto requiere una capacidad de gestionar la situación en la que pueda activarse una alarma antes de la prealarma. Esta situación no debe permitirse. Puede impedirse que suceda, bien disparando automáticamente la prealarma en el caso de que se active la alarma, o bien no permitiendo la activación de una alarma hasta que no se active la prealarma. Una tercera posibilidad consiste en que no pueda empezar a determinarse el estado de alarma (es decir, el número de entradas consecutivas) hasta que no se haya activado la prealarma. La primera de estas tres posibilidades proporcionará la respuesta más rápida a un incendio, y la tercera proporcionará la respuesta más lenta.

El presente método incluye la detección de fallos, que se lleva a cabo como sigue. El fallo más probable que puede darse en el filtro es la sobrecarga del mismo con los residuos del material filtrado. El efecto de esto será el de incrementar la eficacia del filtro, de tal manera que retirará partículas cada vez más pequeñas de material filtrado (el denominado "efecto hojas de té"). Esto resulta peligroso para un detector de humo si el tamaño de dichas partículas es tan pequeño que se acaba limpiando el humo. Si se asume que todos los ambientes contienen una pequeña cantidad de humo (o suspensión similar), puede detectarse la ausencia de señal que esto genera. Si bien la anterior premisa no es universalmente cierta, sí lo es de manera habitual. En los casos en los que no es cierta (por ejemplo, habitaciones limpias, cuartos de ordenadores, etc.), el aire está muy limpio, y en consecuencia, es improbable que el filtro se sobrecargue en un breve lapso de tiempo. La práctica general de sustituir el filtro una vez al año debería permitir tratar tales situaciones. El sistema puede tratar esta situación utilizando un reloj de tiempo real para generar una señal de sustitución del filtro a intervalos anuales.

En referencia a la figura 11, la detección del fallo del filtro se lleva a cabo con la ayuda del análisis estadístico continuo de la señal procedente del cabezal de detección (19), mediante el que se deducen el nivel medio y la desviación estándar. Cuando no hay presente ninguna señal de humo, ambos valores se encontrarán en niveles bajos, tal y como se indica en el histograma C de la figura 11. El microprocesador (45) detecta el punto en el que caen a niveles anormalmente bajos, tal y como indica el histograma B de la figura 11, que representa la situación entre el histograma C y el histograma A del aire puro, y genera una señal de "sustitución de filtro".

Existen dos tipos de fallo que pueden afectar al sensor (28). Puede darse una ausencia de señal (debido a la ruptura de conectores o a un fallo en los componentes) o puede darse un cambio en la escala o desplazamiento (debido al deterioro de componentes con la edad o por condiciones ambientales).

El método más sencillo para detectar la ausencia de señal es similar al de detección de un fallo de filtro. Si se utiliza, deberá ejercerse la precaución para diferenciar ambas causas. La ausencia de señal proporcionará una media y una desviación estándar más baja que un filtro bloqueado.

El cambio de escala resulta poco importante en el procesamiento, que establece la escala de control de acuerdo con la señal que recibe. No obstante, si la escala del cabezal de detección (19) se deteriora continuamente, llegará un punto en el que el microprocesador (45) establece el nivel de alarma, bien en la región en la que el ruido natural de los componentes electrónicos podrían causar una alarma, o por encima del punto en que el cabezal de detección (19) es capaz de generar una señal. Dado que la escala de control se genera de manera tal que un estado de alarma corresponde al nivel 8 del gráfico de barras, se incorpora un mecanismo dentro del procedimiento del microprocesador para impedir el establecimiento del nivel de alarma por debajo de un nivel absoluto, o por encima de la capacidad del cabezal de detección (19). Esto limitará el deterioro en la escala del cabezal de detección que puede gestionar el microprocesador. En el momento en que se va a realizar una llamada a este mecanismo, se genera un "fallo del cabezal".

En referencia a la figura 12, otro fallo consiste en un fallo de velocidad de aire que es determinado por una función del microprocesador con una duración temporal muy elevada. Esta función genera un histograma de velocidades de aire detectadas por el transductor (20). Los límites de velocidad alta y de velocidad baja (C) y (D) son programables con respecto a la media. El número de clases deberá ser un mínimo (por ejemplo, ocho) a fin de ahorrar espacio en memoria. El intervalo y posición de las clases se encuentran bajo control del software, pero no se establecen automáticamente durante el funcionamiento normal del sistema. Sólo pueden establecerse automáticamente en el modo de programación, y sólo cuando se solicita. Al hacerlo, se asume que la lectura actual del transductor (20) de control de la velocidad del aire es la media, y el intervalo de clase (A) se extenderá desde el 50% hasta el 150% de esta media. Esto no significa que no puedan establecerse los límites de fallo fuera de este intervalo, sino que, en el funcionamiento normal, la mayoría de lecturas se encontrarán dentro del intervalo, tal y como se indica con la letra (B).

El modo hipersensible es una opción en la que un centro de distribución de la amplitud de las señales del cabezal de detección adopta un valor anormalmente alto, y mediante el cual se genera una señal de alarma fiable a niveles a los que, normalmente, existiría una probabilidad alta de una falsa alarma. Este modo no es necesariamente una alternativa al modo normal de generar de alarma, sino que puede ser una extensión del mismo, es decir, el modo normal puede existir junto a éste. El procesamiento normal mantiene una curva de distribución (-A- en la figura 14) de los niveles de señal de fondo detectados por el cabezal de detección (19) en las últimas 3 o 4 horas. Se mantiene otra curva de distribución (-B- en la figura 14) que hace exactamente lo mismo, pero a lo largo de los últimos 10 a 15 minutos. Cualquier pequeño cambio resultará inmediatamente evidente comparando ambas. El modo hipersensible detecta estos cambios y dispara una alarma cuando el cambio excede un límite dado. Este límite debe establecerse lo suficientemente alto como para evitar las variaciones en la distribución que puede ocurrir normalmente. Incluso contando con ello, puede establecerse un nivel de alarma (-C- en la figura 14) situado por completo dentro de la región de probable falsa alarma del sistema, y muy por debajo del nivel de alarma (-D- en la figura 14) que se utilizaría en el modo normal. Si bien el modo hipersensible tarda 10-15 minutos en responder, detecta la etapa de propagación lenta de un incendio estándar antes que el modo normal. También detectará pequeñas fuentes de calor que no llegarán nunca a convertirse en un incendio a gran escala. En la figura 14 se muestra un estado de alarma para el modo hipersensible.

Dado que se utilizan los niveles de la señal de fondo para establecer el nivel de alarma, aparece una posible dificultad con el método preferente. Esto resulta evidente al considerar las rápidas variaciones del entorno que se dan de manera natural (estas rápidas variaciones son sólo una dificultad si sus velocidades de cambio máximas son superiores a la velocidad de aprendizaje del microprocesador, que es una función programable). Por ejemplo, existe una diferencia entre los niveles de la señal de fondo que se dan entre el momento en que un bloque de oficinas u otro espacio de trabajo se pone en funcionamiento por la mañana en comparación con el momento de la tarde en que finaliza la jornada laboral. Durante las horas del día, se establecerá automáticamente el nivel de alarma alto, y durante la noche lo establecerá bajo. Sin embargo, a primera hora de la mañana, pasará un tiempo hasta que el nivel de alarma se eleve, ya que se tarda tiempo en aprender la nueva situación. Durante este tiempo, el sistema permanecerá con un nivel establecido demasiado bajo. De manera similar, por la tarde se tarda tiempo en establecer un nivel de alarma bajo, y durante este tiempo el nivel de alarma será demasiado alto.

Existen varias maneras de superar esta dificultad. Salvo una de ellas, todas requieren el uso de dos conjuntos de datos de análisis; uno para las condiciones de "día" y otro para las condiciones de "noche". Estos datos son los histogramas acumulados durante el día (-C- en la figura 13) y durante la noche (-B- en la figura 13). Las diferentes maneras de tratar esta dificultad implican el modo de pasar de uno a otro. El método más sencillo consiste en utilizar el reloj en tiempo real y programar los tiempos de inicio del "día" y de la "noche". Esto resulta molesto y está lejos de ser infalible, ya que alguien podría entrar en el recinto durante la noche, o bien podría haber un día festivo en el que el recinto se halla desocupado. Una alternativa consiste en disponer de un interruptor "día/noche" que es situado en la posición "noche" por la última persona en salir, mientras que la primera persona en entrar lo sitúa en la posición "día". Esto resulta bastante similar a la habitual alarma contra robos. Otra alternativa consiste en automatizarlo disponiendo de un histograma de aprendizaje rápido (-A- en la figura 13) que puede ser generado en, digamos, 10 a 15 minutos, y que detecta el aumento y reducción de la actividad, actuando sobre el interruptor día/noche. El modo hipersensible sólo se utiliza en entornos ultralimpios, en los que la diferencia entre las condiciones de "día" y de "noche" es mínima, en cuyo caso el interruptor día/noche no resulta necesario en absoluto. Otro método que no requiere el mantenimiento de dos conjuntos de datos, es decir, los histogramas de "día" y de "noche", utilizaría un modo de aprendizaje rápido. En este modo, podría obligarse al sistema a aprender, por ejemplo, en 30 minutos en lugar de en 3 horas, únicamente durante el periodo de transición entre el "día" y la "noche". Puede utilizarse cualquiera de los anteriores métodos para dar inicio al periodo de transición.

La conmutación automática entre los datos de "día" y de "noche" mediante la detección del aumento o caída de la actividad es el método más infalible, pero imposibilita el uso conjunto del modo hipersensible mostrado en la figura 14. Dado que es improbable que se precise utilizar ambos modos conjuntamente, no hay grandes problemas.

La rutina de software de la figura 15 y su subrutina de la figura 16 se hallan contenidas en la ROM (47). La rutina de la figura 15 y su subrutina de la figura 16 se ejecutan cíclicamente en cada lectura de un cabezal de detección. La primera instrucción (100) pregunta si acaba de terminar un modo de aprendizaje rápido; si la respuesta es "sí", la segunda instrucción (101) pregunta si la media calculada del histograma establecido se encuentra dentro del 25% más alto de las clases del intervalo de sensibilidad del detector. Si la respuesta es "sí", la siguiente instrucción (102) pregunta si el factor de alarma (la probabilidad específica, ajustable y preestablecida de falsa alarma) se establece en la sensibilidad mínima, que corresponde a la máxima anchura de clase permisible en el intervalo de sensibilidad del detector. Si la respuesta es "sí", la última instrucción (103) activa un fallo del detector y procede al final (104) de la rutina. Si la respuesta a la instrucción (102) es "no", la siguiente instrucción (105) reduce el factor de alarma hasta el siguiente nivel inferior de sensibilidad, correspondiente a la siguiente mayor anchura de clase, seguida de una instrucción (106) para reiniciar el modo de aprendizaje rápido, procediendo entonces al final (104) de la rutina. Si la respuesta a la instrucción (101) es "no", la siguiente instrucción (107) establece el valor de la media en el valor de la media del histograma rápido, y la varianza en el valor de la varianza del histograma rápido. Esto, o un "no" como respuesta a la instrucción (100), viene seguido de una instrucción (108) para llevar a cabo una primera lectura de las salidas de todos los cabezales de detección de humo. La siguiente instrucción (109) pregunta si se encuentra activada la referenciación, es decir, el cabezal de detección de referencia. Si la respuesta es "sí", la siguiente instrucción (110) lee la salida del cabezal de detección de referencia. La siguiente instrucción (111) atenúa en un porcentaje establecido la señal de salida de referencia. Dicho porcentaje es establecido por el usuario, y tiene en cuenta las circunstancias normales en las que no todo el contenido de humo medido por el cabezal de detección de referencia podría entrar en el volumen protegido. La siguiente instrucción (112) asegura que la señal de salida de referencia no es demasiado alta en relación al intervalo de tensión del módulo de detección, de manera tal que el módulo de detección disponga de suficiente margen como para proporcionar una señal de nivel de alarma. La siguiente instrucción (113), a la que se llega también directamente desde la instrucción (109) si la respuesta a ésta es "no", actualiza el histograma rápido, por ejemplo el (A) de la figura 13, utilizando la subrutina de la figura 16. La siguiente instrucción (114) obtiene una segunda lectura de todos los módulos de detección. La siguiente instrucción (115) toma la más baja de las lecturas primera y segunda como nueva lectura del módulo de detección actual (es decir, el módulo de detección del que se está extrayendo la lectura actualmente). Entonces, se pasa a la instrucción (116) para decidir si la nueva lectura se debe introducir en el histograma de "día" o de "noche" (tales como, los histogramas -C- o -B- de la figura 13). La siguiente instrucción (117) actualiza el histograma correspondiente utilizando la subrutina de la figura 16. La siguiente instrucción (118), si la varianza se encuentra dentro de un 2,5% de las clases del intervalo de sensibilidad del detector, acepta para el cálculo futuro una varianza no inferior al 2,5% de las clases del intervalo de sensibilidad del detector.

La siguiente instrucción (119) comprueba si se requiere la sustitución del filtro, debido a una caída de la media del histograma (tal y como se indica con una -B- en la figura 11) en un porcentaje preestablecido con respecto a la media del histograma obtenida con un nuevo filtro, tal como el histograma (C) de la figura 11. La siguiente instrucción (120) pregunta si el módulo de detección se encuentra fuera del modo de aprendizaje rápido, y la media del histograma de detección es igual a cero por ciento. Si la respuesta es "sí", se pasa a la instrucción (103). Si la respuesta es "no", la siguiente instrucción (121) pregunta si se establece un control manual mediante el cual se establecen manualmente los niveles de alarma. Si la respuesta es "sí", la instrucción (122) establece el nivel de alarma en un valor igual al porcentaje de la salida de detección establecido por el usuario. Si la respuesta es "no", la instrucción (123) establece el nivel de alarma en n (véase la figura 9) veces la desviación estándar más la media. La instrucción que sigue a la instrucción (122) o (123), según sea el caso, pregunta si se ha establecido el modo hipersensible; si la respuesta es "sí", la siguiente instrucción (125) establece el nivel de alarma en el nivel del gráfico de barras establecido por el usuario. A continuación, la siguiente instrucción (126) introduce la lectura de la salida de detección como la media del histograma rápido. Esta instrucción (126), o la instrucción (124) en el caso de que la respuesta sea "no", viene seguida de la instrucción (127), para calcular y establecer la lectura de detección introducida en el nivel del gráfico de barras. La siguiente instrucción (128) procede al siguiente módulo de detección, desde donde se pasa al final (104).

En referencia a la figura 16, cuando se llama a la subrutina allí mostrada, se envía una primera variable que indica el módulo de detección y una segunda variable que indica el histograma. La primera instrucción (130) pregunta si el histograma indicado es el histograma rápido; si la respuesta es "sí", se pasa a una instrucción (131) para establecer una constante de incremento (igual al inverso de la constante de entrada) en 150. Si la respuesta es "no", se pasa a una instrucción (132) para establecer una constante de incremento de 10 000. A continuación de la instrucción (131) o (132), según sea el caso, se encuentra una instrucción (133) para establecer una variable denominada "clase" con un valor de cero. El siguiente grupo de instrucciones (134) a (138) constituye un bucle. La primera instrucción (134) de este bucle pregunta si el nivel de la salida de detección se encuentra dentro de la "clase" actual. Si la respuesta es "sí", la instrucción (135) ajusta el nuevo valor de la frecuencia de la clase más la diferencia entre el nivel máximo de la frecuencia de detección y el nivel actual de la frecuencia de detección, dividida por la constante de incremento. Si la respuesta es "no", la instrucción (136) establece el nuevo valor de la frecuencia de la clase restando al valor actual de la frecuencia de la clase el valor actual de la frecuencia de la clase dividido por la constante de incremento. Tras la instrucción (135) o (136), según sea el caso, la instrucción (137) establece la "clase" en un valor igual a la clase actual más uno, y esto viene seguido de la instrucción (138), que pregunta si esta última es superior a la última clase permisible dentro del intervalo de sensibilidad del detector. Si la respuesta es "no", se repite el bucle, mientras que, si la respuesta es "sí", la siguiente instrucción (139) pregunta si el histograma indicado es el histograma rápido. Si la respuesta es "sí", la instrucción (140) establece una ventana de datos igual al intervalo de sensibilidad del detector. Si la respuesta es "no", la instrucción (141) establece una ventana de datos consistente en la última media calculada más o menos la desviación estándar. Tras la instrucción (140) o (141), según sea el caso, la instrucción (142) calcula la media y la varianza para aquellas clases que se encuentran dentro de la ventana de datos. La siguiente instrucción (143) pregunta si la suma de las frecuencias que se encuentran dentro de la ventana de datos es inferior al 40% de la suma de todas las frecuencias que se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del detector. Si la respuesta es "no", la siguiente instrucción (144) vuelve al paso de origen correspondiente de la figura 15. Si la respuesta es "sí", la instrucción (145) establece la media en un valor igual a la media del histograma rápido, y viene seguida de la instrucción (140).

Claims (13)

1. Método para la detección de impurezas en un medio gaseoso, que comprende el uso de medios de detección para detectar dichas impurezas, la emisión desde dichos medios de detección de señales que varían con la variación en el contenido de impurezas en dicho medio, de modo tal que dichas señales representan muestras de dicho contenido, y el análisis estadístico continuo de dichas señales, caracterizado porque dicho análisis estadístico continuo se lleva a cabo para obtener la distribución de dichas señales, y porque, en el análisis estadístico, cada señal con un valor diferente al de la señal más reciente se vuelve gradualmente menos influyente en dicha distribución.

2. Método, según la reivindicación 1, en el que, en dicho análisis estadístico, las señales más recientes se asignan dentro de una pluralidad de clases a las que ya se han asignado las señales más antiguas, y cada clase a la que se asignan dichas señales más recientes es incrementada en una cantidad dependiente del valor existente en dicha clase, y las clases a las que no se asignan dichas señales más recientes son reducidas en cantidades dependientes de los valores existentes respectiva en dichas clases.

3. Método, según la reivindicación 1 ó 2, en el que se genera una indicación de aviso si el valor de dichas señalas supera un umbral anormal, en el momento en que ello sucede.

4. Método, según la reivindicación 3, en el que dicho análisis estadístico se lleva a cabo para establecer dicho umbral anormal.

5. Método, según la reivindicación 4 en dependencia de la reivindicación 3, en el que el análisis estadístico se lleva a cabo para establecer dicho umbral en un múltiplo predeterminado de veces la desviación estándar de la distribución de las señales.

6. Método, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el análisis estadístico se lleva a cabo para establecer un centro de la distribución de las señales como valor normal asumido de dichas señales.

7. Método, según la reivindicación 6 en dependencia de la reivindicación 3, en el que dicha indicación de aviso se genera si dicho centro de la distribución supera dicho umbral, en el momento en que ello sucede.

8. Método, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se establece un gráfico de barras cuyo cero es el centro de la distribución de dichas señales.

9. Método, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho análisis estadístico se lleva a cabo para comparar constantes de la curva de distribución de las señales durante un primer periodo de tiempo con las mismas constantes de la curva de distribución de las señales durante un segundo periodo de tiempo diferente del primer periodo de tiempo.

10. Método, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la selección entre un modo ordinario y un modo rápido de establecimiento de la distribución de dichas señales.

11. Aparato que comprende medios de detección (19, 29, 39) que permiten detectar las impurezas en un medio gaseoso, medios de análisis (45) que permiten analizar estadísticamente de manera continua señales emitidas por dichos medios de detección (19, 29, 39) y que varían con la variación en el contenido de dichas impurezas en dicho medio, de modo tal que dichas señales representan muestras de dicho contenido, comprendiendo dichos medios de análisis (45) medios de cálculo numérico (45) que llevan a cabo de manera continua un análisis estadístico, caracterizado porque dichos medios de cálculo numérico (45) permiten llevar a cabo dicho análisis estadístico de manera continua, obteniendo de este modo la distribución de dichas señales, y en el que cada señal de valor diferente al de la señal más reciente se vuelve gradualmente menos influyente en dicha distribución.

12. Aparato, según la reivindicación 11, que comprende además medios de generación de avisos (56) que permiten generar una indicación de aviso si el valor de las señales supera un umbral anormal, en el momento en que ello sucede.

13. Aparato, según la reivindicación 11 ó 12, que incluye un maestro (37) que comprende dichos medios de detección (19, 29, 39), dichos medios de análisis (45), dichos medios de salida de señal (79-82, 84-87) y dichos medios de alimentación eléctrica (75) conectados eléctricamente a dichos medios de análisis (45) y dichos medios de salida de la señal (79-82, 84-87), y un esclavo (37') que comprende otros medios de detección (19', 29', 39') y que se encuentra conectado eléctricamente a dichos medios de análisis (45), dichos medios de salida de señal (79-82, 84-87) y dichos medios de alimentación eléctrica (75).