ES2331334T3 - Detector de incendios o de humo con una capacidad alta de rechazo de falsa alarma. - Google Patents
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Abstract
Aparato para detectar una situación peligrosa que incluye llamas o un fuego que se incuba, el humo o ambos, que comprende: un módulo óptico (2) para medir la luz difundida causada por la situación peligrosa, en donde el módulo óptico (2) se configura para hacer salir por lo menos una señal (BW, FW) indicativa de la luz difundida; al menos un sensor de temperatura (5) configurado para que haga salir al menos una señal indicativa de una temperatura próxima al sensor de temperatura (5); un sensor de humedad (4) configurado para que haga salir al menos una señal indicativa de humedad próxima al sensor de humedad (4); y una unidad de tratamiento acoplada para recibir las señales del módulo óptico (2) de por lo menos un sensor de temperatura (5) y de un sensor de humedad (4), en el cual la unidad de tratamiento se configura para tratar las señales para determinar una pluralidad de criterios (B, sigma, R, dT, deltaT, Tamb, Tlocal, Hrcomb, deltaHrcomb, dHrcomb) y para utilizar estos criterios (B, sigma, R, dT, deltaT, Tamb, Tlocal, Hrcomb, deltaHrcomb, dHrcomb) para distinguir uno o varios fenómenos engañosos de una situación peligrosa, con el fin de limitar las advertencias de falsa alarma y aumentar las capacidades de detección por medio de una función principal(Fsigma) que se basa al menos en uno de los criterios de temperatura (dT, deltaT), de los criterios de humedad (Hr comb, deltaHr comb, dHr comb) y de un criterio de difusión (B) hacia atrás, la unidad de tratamiento que por otro lado se configura para utilizar los criterios para regular un valor umbral de alarma (Thadaptive) para accionar una alarma que indica la situación peligrosa, caracterizado en que un nivel umbral de alarma (Th adaptive) es una función de: - una función de referencia (FR) que esta definida para modificar el nivel de umbral de alarma entre dos valores (MinFR) y (MaxFR) de acuerdo al valor de un cociente (R) de dos señales de difusión hacia atrás y de difusión hacia adelante (BW, FW) medidas en el módulo ópticos (2), el valor obtenido por la función (F r) de referencia se modifica además por los siguientes factores: - una función (FT) que se basa en criterios de temperatura (dT, deltaT) procedente del sensor de temperatura (5) definida para dividir la función de referencia (FR) por un factor máximo (MaxFR) para aumentar la sensibilidad si existe una variación rápida de la temperatura ambiente, - una función (FTR) que se basa por lo menos en uno de los criterios de temperatura (dT, deltaT) y el criterio del cociente (R) con el fin de aumentar la función (FR) de un factor máximo (Max FTR) para reducir la sensibilidad del aparato (1) si el cociente (R) es muy alto y dicho criterio de temperatura (dT, deltaT) es pequeño, - una función (FHR) que se basa en criterios de humedad (Hrcomb, deltaHrcomb, dHrcomb) para aumentar la función (FR) de un factor máximo de (MaxFHr) para reducir la sensibilidad del aparato (1) si existe una variación alta de humedad, - y dicha función (Fsigma) que se define para aumentar la función de referencia (FR) cuando se alcanza un valor predeterminado de una variación (sigma) de las medidas de la señal de difusión hacia atrás (BW), en función de los criterios de temperatura (dT, deltaT), de los criterios de humedad (Hr, deltaHr) y de la señal de difusión hacia la atrás (BW).
Description
Detector de incendios o de humo con una
capacidad alta de rechazo de falsa alarma.
Las diversas realizaciones aquí descritas se
relacionan generalmente con la detección de una situación peligrosa
dentro de una estructura. Más particularmente, las diversas
realizaciones se relacionan con un detector para descubrir una
situación peligrosa usando múlticriterios para mejorar la
fiabilidad.
Un ejemplo de un detector para la detección de
una condición peligrosa es un detector de incendios. Por ejemplo,
en EP 1376505 se describe un detector de incendio ejemplar que usa
múlticriterios para mejorar la fiabilidad. El detector de incendios
descrito incluye un dispositivo de sensor, un sistema de evaluación
electrónico y una carcasa que rodea el dispositivo de sensor. Las
aberturas proporcionan el acceso para el aire y, cuando se aplican,
el humo al dispositivo de sensor. El detector de incendios acomoda
los módulos de detección que tienen sensores, para diferentes
parámetros de fuego, por ejemplo, un sensor electro-óptico para
detectar la difusión de luz generada por el humo presente en el
aire ambiental, o uno o varios sensores de temperatura para
detectar el calor generado por un fuego, o un sensor de gas para
detectar los gases de combustión, o las combinaciones de estos
sensores.
En EP 729123 se describe un sistema de detección
de sensor múltiple. Un detector de incendios detecta una situación
peligrosa, como el fuego, el gas, o un recalentamiento, y un
detector de la condición ambiental detecta otra condición, como la
humedad, el nivel de contaminación ambiental, la presencia o la
ausencia de la luz del sol. Los dos detectores se juntan a un
conjunto de circuitos, de modo que la salida del detector de
incendios accione una condición de alarma solo en caso de ausencia
de una salida del detector de la condición ambiental. Es decir en
la presencia de una condición ambiental seleccionada (p.ej., la
humedad o la contaminación), cualquier salida del detector de
incendio indicativo de un gas, un fuego, la temperatura o algo
parecido se inhibe al menos durante un período predeterminado de
tiempo. En ausencia de una salida del detector de condición
ambiental, el detector de incendio produce una señal indicativa del
gas sentido, la temperatura o la situación de incendio.
El detector de fuego y el sistema de detección
descrito anteriormente se esfuerzan en reducir al mínimo las falsas
alarmas. Sin embargo, las falsas alarmas de los sistemas que
detectan y advierten de condiciones peligrosas, como un fuego,
siguen siendo un tema importante en varios usos y en particular en
donde las condiciones ambientales extremas pueden conducir a la
formación de fenómenos engañosos como el polvo suspendido en el
aire, la niebla, la condensación o el vapor de agua. Estas
condiciones extremas pueden ocurrir en usos de transporte como los
aviones, los trenes, las embarcaciones marítimas, o los vehículos
militares, satélites, usos en inmuebles como en cocinas, cuartos de
máquinas o habitaciones de hotel, o sobre zonas industriales. La
tasa relativamente alta de falsas alarmas que se presentan bajo
estas condiciones extremas que usan tecnologías vigentes de
detección, tiene un impacto de coste significativo. Además, las
falsas alarmas son una preocupación severa de la seguridad porque
la gente pierde cada vez más la confianza en sistemas de detección
de incendios. Un ejemplo adicional de un detector de sensor
múltiple se puede extraer del documento EP 0418411 y FP 418409.
Por lo tanto, es un objetivo mejorar un detector
para reducir al mínimo el riesgo de falsas alarmas, particularmente
en condiciones extremas, como se describió anteriormente.
En consecuencia un aspecto implica un aparato
para detectar una condición peligrosa incluyendo el fuego, el humo
o ambos, de acuerdo a la reivindicación 1. El aparato incluye un
módulo óptico para medir la luz difundida causada por la situación
peligrosa, en donde el módulo óptico se configura para hacer salir
por lo menos una señal indicativa de la luz difundida, por lo menos
un sensor de temperatura configurado para que haga salir por lo
menos una señal indicativa de una temperatura próxima al sensor de
temperatura, y un sensor de humedad configurado para que haga salir
por lo menos una señal indicativa de humedad en la proximidad al
sensor de humedad. El aparato incluye una unidad de tratamiento
acoplada para recibir las señales del módulo óptico, por lo menos
de un sensor de temperatura y de un sensor de humedad, en donde la
unidad de tratamiento se configura para tratar las señales para
determinar una pluralidad de criterios y para utilizar estos
criterios para distinguir uno o varios fenómenos engañosos de una
situación peligrosa, con el fin de limitar las advertencias de falsa
alarma y aumentar las capacidades de detección.
Estos y otros aspectos, ventajas y nuevas
características de las realizaciones descritas aquí se harán
evidentes a través de la lectura de la siguiente descripción
detallada y con referencia a los dibujos de acompañamiento. En los
dibujos los mismos elementos tienen los mismos números de
referencia.
La figura 1 es una vista esquemática detallada
de una primera realización de un detector;
La figura 2 es una vista esquemática de una
sección transversal del sistema de sensor óptico del detector de la
figura 1;
La figura 3 ilustra esquemáticamente una
realización para obtener los criterios seleccionados;
La figura 4 ilustra esquemáticamente una
realización para ajustar un umbral de alarma según varias
condiciones; y
La Figura 5 es una ilustración esquemática de un
algoritmo de detección de incendio incluyendo un ajuste de un
umbral de alarma.
Las realizaciones seguras de la invención
descritas en lo sucesivo se relacionan generalmente con un detector
para detectar una situación peligrosa dentro de una estructura. El
detector se puede instalar en estructuras como automóviles, trenes,
aviones, navíos, cocinas, cuartos de máquinas o habitaciones del
hotel o en sitios industriales. Sin embargo, se contempla que el
detector se pueda instalar en cualquier ubicación donde existe el
riesgo de una situación peligrosa y se requiere una intervención
rápida para proteger del daño a la gente o a la propiedad o a
ambos. Los ejemplos de situaciones peligrosas incluyen el fuego, el
humo, el gas, el sobrecalentamiento y la intrusión.
La figura 1 es una vista detallada esquemática
de una realización ejemplar de un detector 1. En una realización,
el detector 1 se configura para detectar excesivo calor, humo o
fuego, como situaciones peligrosas ejemplares. El detector 1 incluye
una carcasa 3 montada en una base 9. La base 9 se configura para
montarla, por ejemplo, en un techo de un compartimiento de carga o
en una habitación para vigilarla. Además, el detector 1 incluye un
sistema de sensor óptico 2, un detector de humedad 4, sensores de
temperatura 5 y un conector libre 6. El conector libre 6, el sistema
de sensor óptico 2, los sensores de temperatura 5 y el detector de
humedad 4 se montan en la base 9. Una rejilla 2a y un soporte de la
rejilla 2b se colocan entre el sistema de sensor óptico 2 y una
sección correspondiente de la carcasa 3. De la misma manera, una
rejilla 4b se coloca entre el sensor de humedad 4 y una sección
correspondiente 4a de la carcasa 3. Las rejillas 2a, 4b previenen
la entrada de objetos extraños (por ejemplo insectos) en el detector
1.
El sistema de sensor óptico 2 incluye en la
realización ilustrada una unidad de tratamiento acoplada para
recibir señales de los sensores de temperatura 5 y del sensor de
humedad 4. Las placas de circuitos impresos 7, 8, 9a acoplan la
unidad de tratamiento del sistema de sensor óptico 2 al conectador
libre 6 para proporcionar las comunicaciones entre el detector 1 y
una estación de control remoto.
La figura 2 es una vista esquemática de una
sección transversal del sistema de sensor óptico 2 del detector 1
de la figura1. En una realización, el sistema del sensor óptico 2
puede ser similar al sistema del sensor óptico descrito en EP 1 376
505. Por lo tanto, el sistema de sensor óptico 2 se describe aquí
solo de una manera breve hasta lo que se considera provechoso para
entender la estructura y la operación del detector 1. Los detalles
adicionales están descritos en EP 1 376 505.
El sistema de sensor óptico 2 contiene una
cámara de medición formada por un soporte 10 y un laberinto 10a, un
detector de luz 11 y dos fuentes luminosas 12, 12' (por ejemplo.,
diodos ópticos) fijados en las carcasas 13, 14, 15,
respectivamente. Estas carcasas 13, 14, 15 tienen una parte base en
la cual se monta el diodo respectivo (fotodiodo o diodo de emisión)
y que tiene sobre su lado delantero orientado hacia un centro de la
cámara de medición una abertura de ventana para el ingreso y la
salida de la luz. Según las indicaciones de la figura 2, una cámara
de difusión formada en la cámara de medición en las inmediaciones de
las aberturas de ventana antedichas de las carcasas 13, 14, 15 es
compacta y abierta.
Los marcos de las aberturas de la ventana se
forman en una sola pieza, al menos para las carcasas 14 y 15, por
lo que están reducidas las tolerancias a la sensibilidad al humo. En
los detectores de humos de luz difundida conocidos, los marcos de
la ventana constan de dos partes, una de las cuales se integra con
la tapa y la otra con la base de la cámara de medición. Al
ajustarse la base, las dificultades de ajuste ocurren
constantemente, dando lugar a tamaños variables de ventanas y a la
formación de un hueco de luz entre las dos mitades de la ventana, y
por lo tanto a las perturbaciones indeseadas de la luz detectada y
transmitida. Con las ventanas de la cubierta de una sola pieza las
perturbaciones de este tipo se excluyen y no pueden surgir problemas
con la exactitud de colocación de las mitades de las ventanas. Las
ventanas son rectangulares o cuadradas y hay una distancia
relativamente grande entre las aberturas de ventana respectivas y
las fuentes de luz asociadas 12, 12' y el detector de luz asociado
11, por el que se produce un ángulo relativamente pequeño de
abertura de los rayos de luz referidos. Un pequeño ángulo de la
abertura de los rayos de luz tiene la ventaja de que, en primer
lugar, casi ninguna luz de las fuentes de luz 12, 12' afecta a la
base y, en segundo lugar, el detector de luz 11 no "ve" la
base, de modo que las partículas de polvo depositadas en la base no
puedan generar ninguna luz de difusión indeseada. Otra ventaja de
la distancia grande entre las ventanas respectivas y las fuentes de
luz 12, 12' y la lente del detector de luz 11 consiste en que las
superficies ópticas penetradas por la luz están situadas
relativamente hondo dentro de las cubiertas y por lo tanto están
bien protegidas frente a la contaminación, dando por resultado la
sensibilidad constante de los elementos optoelectrónicos.
El laberinto 10a consta de un piso y pantallas
fijadas periféricamente 16 y contiene tapas planas para las
carcasas antes mencionadas 13, 14, 15. El piso y las pantallas 16
sirven para proteger la cámara de medición de la luz extraña del
exterior y suprimir el denominado resplandor (cf.
EP-A-O 821330 Y
EP-A-1 087 352). Las pantallas
fijadas periféricamente 16 constan en cada caso de dos secciones que
forman una configuración L. Por la forma y la colocación de las
pantallas 16, y particularmente por sus distancias recíprocas, se
asegura que la cámara de medición esta suficientemente protegida de
la luz extraña mientras que su operación puede sin embargo probarse
con un equipo óptico de prueba
(EP-B-O 636 266). Además, las
pantallas 16 se ajustan asimétricamente de modo que el humo pueda
entrar en la cámara de medición de modo similar en todas las
direcciones.
El borde delantero de las pantallas 16 se
orienta hacia la cámara de medición y se configura para ser tan
agudo como sea posible de modo que sólo una pequeña cantidad de luz
pueda afectar a tal borde y ser reflejado. Un piso y la tapa de la
cámara de medición, por ejemplo las caras opuestas del soporte 10 y
del laberinto 10a, tienen una configuración acanalada, y todas las
superficies en la cámara de medición, en particular las pantallas
16 y las superficies acanaladas antedichas, son brillantes y actúan
como espejos negros. Esto tiene la ventaja que la luz que incide no
se dispersa difusamente, pero se refleja en una manera directa.
El arreglo de las dos fuentes de luz 12 y 12' se
selecciona de tal manera que el eje óptico del detector de luz 11
incluye un ángulo obtuso con el eje óptico de una fuente de luz, de
la fuente de luz 12 según el dibujo, y un ángulo agudo con el eje
óptico de la otra fuente de luz, la fuente de luz 12' conforme al
dibujo. La luz de las fuentes de luz 12, 12' se dispersa, por
ejemplo, por el humo que penetra en la cámara de medición y una
parte de esta luz dispersada afecta al detector de luz 11, siendo
ésta dispersada hacia adelante en el caso de un ángulo obtuso entre
los ejes ópticas de la fuente de luz y el detector de luz y siendo
ésta retrodispersada en el caso de un ángulo agudo entre dichos
ejes ópticos.
Se sabe que la luz dispersada generada por la
dispersión hacia adelante es considerablemente mayor que esta
generada por retrodispersión, los dos componentes de luz dispersada
se diferencian de una manera característica para los diferentes
tipos de fuego. Este fenómeno se conoce, por ejemplo, de
WO-A-84/01950 (=
US-A-4 642 471), que divulga, entre
otros temas, que el cociente de la dispersión que tiene un ángulo
pequeño de dispersión para dispersar teniendo un ángulo más grande
de dispersión, que se puede utilizar la diferencia de cociente de
los diversos tipos de humo para identificar el tipo de humo. Según
este documento, el ángulo de dispersión más grande se puede
seleccionar por encima del 90º, de forma que se evalúa la dispersión
hacia adelante y la retrodispersión.
Para una mejor discriminación entre los diversos
aerosoles, se pueden proporcionar filtros de polarización activos o
pasivos en la trayectoria del rayo en el lado del transmisor y/o del
detector. El soporte 10 se prepara convenientemente y los surcos
(no representados) en los que los filtros de polarización se pueden
fijar se proporcionan en las carcasas 13, 14 y 15. Como otra opción,
los diodos que transmiten una radiación en la gama de longitud de
onda de luz visible (cf. EP- A -O 926 646) se puede usar como
fuentes de luz 12, 12', o las fuentes de luz pueden transmitir la
radiación de longitudes de onda diferentes, por ejemplo, de una
fuente de luz que transmite luz rojo y otra luz azul.
La unidad de tratamiento del detector 1 se
configura para proporcionar un algoritmo de detección de fuego o de
humo de criterio múltiple. El algoritmo reconoce, por ejemplo, el
tipo de humo basado en la evaluación de una sensibilidad relativa
de las señales hacia delante y hacia atrás y permite la adaptación
de la sensibilidad. De acuerdo con este ajuste de la sensibilidad,
se puede reducir la sensibilidad a los fenómenos engañosos, por
ejemplo, del aerosol brillante. La unidad de tratamiento recibe
señales de varios sensores del detector 1 para determinar los
criterios relevantes de las características del fuego/molestias y
adaptar la sensibilidad del detector 1 según la variación de estos
criterios, como se describe en lo sucesivo.
La figura 3 ilustra esquemáticamente una
realización para obtener los criterios seleccionados. La unidad de
procesamiento se configura para extraer estos criterios de las
respuestas del sensor generadas dentro del detector 1, es decir,
por los sensores de temperatura 5, el sensor de humedad 4 y el
módulo óptico 2 (figura 1). En la realización ilustrada, las
respuestas del sensor incluyen una respuesta R1 indicativa de una
señal de la dispersión hacia atrás BW, una respuesta R2 indicativa
de una señal de dispersión hacia adelante FW, una respuesta R3
indicativa de una temperatura T_{1} en una primera ubicación, una
respuesta R4 indicativa de un temperatura T_{2} en una segunda
ubicación, una respuesta R5 indicativa de una temperatura T_{Hr}
en el sensor de humedad 4, una respuesta R6 indicativa de una
humedad H_{r}, y una respuesta R7 indicativa de una temperatura
T_{opt} en los alrededores de la ubicación del laberinto 10a.
La unidad de tratamiento prueba las respuestas
del sensor con un tiempo de muestreo que es tan corto como sea
posible para limitar el tiempo de retardo y que permita la
extracción de la información relevante. En una realización, el
tiempo para el muestreo de todas las señales de entrada puede estar
aproximadamente en 50 ms y 400 ms, por ejemplo, cerca de 200
ms.
En una realización, la unidad de tratamiento
obtiene varios criterios S1, S2, S3 derivados de la luz dispersada,
por ejemplo, una señal de dispersión hacia atrás B, una varianza
\sigma y un cociente R. Un bloque 30 representa una determinación
de la varianza \sigma de las medidas de la señal de dispersión
hacia atrás BW. Un bloque 32 (extracción de la línea de fondo)
representa un análisis de las medidas de las señales de dispersión
hacia atrás BW en orden a limitar las amplitudes de pico medidas en
respuesta a los fenómenos engañosos. Por ejemplo, el análisis
detecta y utiliza la señal mínima (línea de fondo) de cada pico
muestreado, por ejemplo, al principio del pico. Un filtro 34, por
ejemplo, un filtro de paso bajo, está conectado al bloque 32 y hace
salir la señal de dispersión hacia atrás B. Un bloque 36 representa
el cálculo de una proporción BW/FW de la señal de dispersión hacia
atrás BW a la señal de dispersión hacia delante FW. Un bloque 38
representa un análisis del cociente BW/FW para limitar sus
amplitudes de pico. Un filtro 40, por ejemplo, un filtro de paso
bajo, filtra el cociente BW/FW y hace salir el cociente R.
Por lo tanto, el procesamiento de las medidas de
dispersión hacia atrás está basado tanto en la extracción de la
línea de fondo de las medidas como en la filtración de la señal. El
concepto de la extracción de la línea de fondo y la filtración
incluye la limitación de la sensibilidad frente a los fenómenos
engañosos particulares a los cuales se expone el detector 1. Es
más, la respuesta de un detector de humos, que se basa en la
evaluación de la luz dispersada, la molestia se caracteriza
generalmente por un dinamismo significativo de la señal de luz
dispersada comparada a la respuesta a un fuego real. Por lo tanto,
limitando la magnitud de pico obtenida en respuesta a ciertos
fenómenos engañosos, la sensibilidad a las falsas alarmas se puede
disminuir sin reducir el funcionamiento de la detección de
fuego.
El dinamismo de las señales de dispersión hacia
adelante y hacia atrás evaluadas con la varianza \sigma o la
desviación estándar, y el cociente de subida de estas señales, son
criterios particularmente relevantes para la discriminación entre
un fuego real y una molestia, puesto que la mayoría de los fenómenos
engañosos, tales como la niebla/bruma, el vapor de agua y el polvo,
se caracterizan por un dinamismo significativo de las señales que
se dispersan.
Otro criterio es el cociente R de las señales de
dispersión hacia atrás y hacia delante BW, FW. Como se ha indicado
anteriormente, la evaluación del cociente R permite reconocer el
tipo de aerosol, y por consiguiente el tipo de fuego o de molestia.
Por ejemplo, los fuegos que se incuban se caracterizan por las
partículas de humo grandes relativamente brillantes que llevan a un
valor relativamente bajo para la proporción R, mientras que los
fuegos llameantes producen principalmente pequeñas partículas de
humo relativamente oscuras que llevan a un valor relativamente
elevado para el cociente R.
Además, la unidad de tratamiento obtiene los
criterios de temperatura T1, T2, T3, T4, T5, por ejemplo, una
temperatura máxima T, una variación de temperatura a largo plazo
\DeltaT, un derivado de la temperatura dT, una temperatura
ambiente T_{amb}, y una temperatura local T_{local}. Un bloque
42 representa una determinación de los valores de temperatura
máxima (Max(T_{1},T_{2})) entre las dos respuestas de
temperatura T_{1},T_{2} . Un filtro 44, por ejemplo, un filtro
de paso bajo, recibe y filtra los valores de temperatura máxima
(Max(T_{1},T_{2})) y las salidas de la temperatura
máxima T. Un bloque 46 representa una determinación de un derivado
de los valores de temperatura máxima (Max(T_{1},T_{2}))
y las salidas del derivado de la temperatura dT. Un bloque 48
recibe los valores de temperatura máxima
(Max(T_{1},T_{2})) y determina una temperatura media de
largo plazo T_{0}. Un bloque 50 representa una determinación de
una diferencia entre la temperatura máxima T y la temperatura
T_{0} y hace salir la variación de temperatura de largo plazo
\DeltaT de la respuesta máxima entre los dos sensores de
temperatura 5.
Además, un bloque 54 representa una
determinación de los valores medios de temperatura (promedio
(T_{1},T_{2})) entre las dos respuestas de temperatura
T_{1},T_{2}. Un filtro 56, por ejemplo, un filtro de paso bajo,
recibe y filtra los valores medios de temperatura. Un bloque 58
recibe la salida del filtro 56 y extrae la temperatura ambiente
T_{amb}. Un bloque 60 representa una determinación de una
temperatura combinada de diferentes ubicaciones para determinar la
temperatura loca T_{local}. En consecuencia el bloque 60 recibe
como entradas la temperatura ambiente T_{amb}, la temperatura
T_{2} filtrada a través del filtro 52, y la temperatura T_{Hr}
filtrada a través del filtro 70.
Por lo tanto, el criterio para la temperatura
máxima T está basado en la selección de la temperatura máxima
obtenida por los dos sensores de temperatura 5 para mejorar la
respuesta de la temperatura. Del criterio de temperaturas (T), se
extraen dos criterios adicionales que reflejan la proporción de las
subidas de temperatura en un cierto plazo, es decir, la variación
de temperatura a largo plazo \DeltaT y la variación de temperatura
a corto plazo dT. Los criterios de variación de temperatura
\DeltaT y dT ofrecen la ventaja de ser independientes de la
temperatura ambiente y son criterios particularmente convenientes
cuando están combinados con las señales de dispersión hacia
adelante y hacia atrás para discriminar entre fuego llameante y una
molestia caracterizada por el aerosol oscuro, por ejemplo, el polvo
del
carbón.
carbón.
La unidad de procesamiento obtiene también los
criterios de humedad H1, H2, H3, es decir, un criterio de humedad
Hr_{comb}, una variación de un criterio de humedad a largo plazo
\DeltaHr_{comb}, y un derivado del criterio de humedad
dHr_{comb}. Un bloque 72, con entradas para Hr y T_{local},
representa una determinación de humedad en la temperatura ambiente
T_{amb.} Un bloque 74, con entradas para Hr y T_{amb},
representa una determinación de la humedad en la temperatura
ambiente T_{amb}, es decir, la humedad del aire que rodea al
detector 1. Un bloque 76 representa una combinación de valores de
humedad evaluados en diferentes ubicaciones y recibe por
consiguiente valores de entrada de los bloques 72, 74.
Un filtro 78, por ejemplo, un filtro de paso
bajo, recibe y filtra valores de entrada del bloque 76 y salidas
del criterio de humedad Hr_{comb}. Un bloque 80 representa una
determinación de una derivada de la humedad combinada del bloque 76
y hace salir la derivada del criterio de humedad Hr_{comb}. Un
bloque 82 recibe los valores combinados de la humedad y determina
una humedad media a largo plazo Hr_{o}. Un bloque 84 representa
una determinación de una diferencia entre la humedad Hr y la humedad
Hr_{o} y hace salir la variación de la humedad a largo plazo
\DeltaHr_{comb}.
El criterio de humedad Hr_{comb} está para
discriminar entre el agua relacionada con fenómenos engañosos y el
fuego real. Esto combina la humedad relativa calculada en diversas
ubicaciones del detector 1 gracias a las medidas de la humedad
relativa en la ubicación del sensor de humedad y a las temperaturas
en diversas ubicaciones del sensor de temperatura. Desde las
medidas de temperatura y de humedad relativa, se puede calcular la
temperatura del punto de condensación en la ubicación del sensor de
humedad permitiendo una determinación de la humedad relativa en las
diversas ubicaciones del detector 1 gracias a la medida de la
temperatura en estas ubicaciones. Del criterio de la humedad
Hr_{comb} se extraen dos criterios adicionales que reflejan la
proporción de la subida de la humedad durante el tiempo, es decir,
la variación de humedad a largo plazo \DeltaHr_{comb} y la
variación de la humedad a corto plazo (dHr_{comb}).
La ubicación del sensor de humedad 5 se optimiza
para maximizar el flujo de aire que alcanza el sensor 5 para
maximizar su tiempo de respuesta. Por lo tanto, ubicando el sensor
de humedad 5 en el exterior de la cámara óptica 2 está en una
realización preferente como las mediciones de temperatura en varias
y seleccionadas ubicaciones dentro del detector 1 que permiten
obtener información sobre la humedad relativa en ubicaciones
claves.
Además de los rasgos precedentes, la unidad de
tratamiento del detector 1 prevé un algoritmo de detección de fuego
que está basado en un ajuste de un umbral de alarma. Un aspecto del
umbral de alarma adaptable es modificar el umbral de alarma según
los valores o las variaciones de criterios de selección relevantes.
Por ejemplo, una señal de alarma está en una realización provocada
cuando una señal de difusión de referencia, es decir, la señal de
dispersión hacia atrás B alcanza el umbral de alarma del sistema.
Así, el umbral de alarma tiene que aumentar cuando la variación del
criterio relevante es característica de fenómenos engañosos,
mientras que el umbral de alarma tiene que disminuirse cuando la
variación del criterio relevante es característica de una situación
de fuego. En una realización, la variación del umbral de alarma se
calcula para cada tiempo de muestreo.
La figura 4 ilustra esquemáticamente una
realización para ajustar un umbral de alarma, en el que dos gráficos
IS,BW se ilustran en función del tiempo. El gráfico TL representa
un ejemplo de un nivel de umbral de alarma deseado en un cierto
plazo y el gráfico BW representa la amplitud de la señal de
dispersión hacia atrás (BW) en un cierto plazo. Según las
indicaciones de la figura 4, el nivel de umbral de alarma deseado se
levanta rápidamente en presencia de una molestia, como el vapor de
agua. El nivel de umbral de alarma creciente existe en la
realización de la figura 4 durante un período P1. El nivel de umbral
de alarma creciente cae en presencia de un fuego, por ejemplo,
durante un período P2. El nivel de umbral de alarma se levanta otra
vez cuando el fuego termina debido a la presencia de vapor de agua,
por ejemplo, durante un período P3.
Para alcanzar la variación del nivel de umbral
de alarma mostrado en la Figura 4, se define una función de umbral
de alarma que combina en una realización los criterios descritos
antes. La figura 5 es una ilustración esquemática de un algoritmo
de detección del fuego que incluye un algoritmo para ajustar el
umbral de alarma y un algoritmo de umbral térmico. Como se muestra
en la realización de la Figura 5, la función de umbral de alarma se
define como una función con cinco funciones principales el F_{R},
F_{T}, F_{TR}, F_{Hr} y F_{\sigma}. Cada función tiene en
consideración uno o una combinación de los criterios relevantes y
contribuye por su variación a la variación del umbral de alarma y
refleja la capacidad de discriminación del detector de incendios de
múlticriterios entre los fenómenos engañosos y el fuego real. La
variación y la magnitud de la variación de cada función dependen de
la capacidad de discriminación entre un fuego real y una molestia
traídos por la combinación de los criterios relevantes de las
diferentes funciones.
La selección y el modo de combinar estos
criterios son un aspecto y una ventaja principal de las diferentes
realizaciones aquí descritas. La decisión que resulta de la
combinación de estos criterios permite discriminar entre el fuego
real y los fenómenos engañosos o molestias y se puede usar para
ajustar un umbral de alarma, para comparar la variación del valor
de señal de referencia dependiendo de la variación de los criterios
a un umbral fijo, para aplicar el principio de lógica difusa, en el
que la condición de los criterios de combinación se resume con una
definición de regla difusa y la decisión que se toma como
consecuencia del método de defusificación.
La función F_{R} es una función de referencia
y esta definida para modificar el nivel de umbral de alarma entre
dos valores MinF_{R} y MaxF_{R} según el valor del cociente R.
Si el cociente R es bajo, un fuego que se incuba o una molestia se
caracteriza por partículas grandes algo brillantes como el polvo
brillante o las molestias relacionadas con el agua. En este caso,
la decisión es mantener el umbral de referencia en MaxF_{R}. Si
el cociente R es alto, un fuego llameante o una molestia se
caracterizan por las partículas finas algo oscuras como el polvo
oscuro o el humo del tubo de escape. En ese caso, la decisión es
disminuir el umbral de referencia de MaxF_{R} a MinF_{R} para
aumentar la sensibilidad.
La función F_{T} se basa en los criterios de
temperatura dT y \DeltaT y se define para disminuir la función de
referencia F_{R} dependiendo de la variación de los criterios de
temperatura. Si dT o \DeltaT son altos, existe un fuego llameante
exotérmico o una variación rápida de la temperatura ambiente. En ese
caso, la decisión es dividir la función F_{R} por un factor
máximo de MaxF_{T} para aumentar la sensibilidad (F_{T} =
MaxF_{T}). Si dT o \DeltaT son bajos, existe un fuego que se
incuba o un fuego llameante no exotérmico o una molestia. En este
caso, la función F_{T} no tiene ninguna influencia en el umbral de
alarma (F_{T} = 1).
La función F_{TR} se basa en una combinación
del criterio de temperatura \DeltaT y el cociente R, y se define
para aumentar la función de referencia F_{R} bajo ciertas
condiciones de los criterios correlacionados R y \DeltaT. El
objetivo de esta función F_{TR} es el de reducir la sensibilidad
del detector 1 del humo de escape caracterizado por las condiciones
siguientes: Si el cociente R es muy alto y \DeltaT es bajo, la
molestia es el humo del tubo de escape. En ese caso, la decisión es
la de aumentar la función F_{R} en un factor máximo de
MaxF_{TR} para reducir la sensibilidad al humo del tubo de escape
(F_{TR} = MaxF_{TR}). Si el cociente R es bajo o alto o
\DeltaT es alto, la marca corresponde o a un fuego llameante o
que se incuba o a una molestia excepto el humo del tubo de escape.
En ese caso, la función F_{TR} no tiene influencia en el umbral
de la alarma (F_{TR} = 1).
La función F_{Hr} se basa en los criterios de
humedad, Hr, dHr y \DeltaHr y se define para aumentar la función
de referencia F_{R} dependiendo de estos criterios de humedad. Si
Hr, dHr o \DeltaHr son altos, existen molestias relacionadas con
el agua o una condición con una variación de humedad alta. En este
caso, la decisión es aumentar la función F_{R} en un factor
máximo de MaxF_{Hr} para reducir la sensibilidad frente a
molestias relacionadas con el agua. (F_{HR} = MaxF_{Hr}) hay que
observar que la función F_{HR} se define para contribuir al
aumento del nivel de umbral de alarma principalmente durante una
variación significativa de los criterios de humedad para no afectar
considerablemente la sensibilidad del detector 1 en una condición
de humedad alta. Esto se refleja por la ecuación matemática de la
función F_{Hr} presentado a continuación. Los valores bajos para
Hr, dHr o \DeltaHr sugieren la presencia de un fuego o de una
molestia, excepto las molestias relacionadas con el agua. En ese
caso, la función F_{Hr} no tiene ninguna influencia en el umbral
de alarma (F_{HR} = 1).
La función F_{\sigma \sigma \sigma \sigma} es
indicativa de una señal de dispersión dinámica y definida para
aumentar la función de referencia F_{R} cuando un valor
predeterminado de \sigma se alcanza dependiendo de los criterios
de temperatura dT y \DeltaT, de los criterios de humedad, Hr,
\DeltaHr, y de la señal hacia atrás B. De hecho, la función
F_{\sigma} es la función principal del algoritmo pues combina los
criterios relevantes principales de tal manera que permita
determinar el tipo de molestia con un cierto nivel de confianza y
por consiguiente ajustar el umbral. Las molestias que se
distinguirán por la función F_{\sigma} son el polvo y los
fenómenos engañosos relacionados con el agua. Sin embargo, la
función F_{\sigma} puede distinguir entre el fuego real, el polvo
y las molestias relacionadas con el agua, que no es posible
considerando solamente el criterio dinámico de la señal de
dispersión.
El fuego llameante de las turbulencias de la
llama generalmente se caracteriza por un nivel medio del criterio
dinámico de la señal de dispersión. Por lo tanto, los primeros
criterios que se combinan con los criterios dinámicos son los
criterios de la variación de temperatura (\DeltaT y dT) en orden
a suprimir el efecto de la función F_{\sigma} en presencia de la
subida de temperatura. Esto se puede resumir por la condición
siguiente: si dT o \DeltaT es alto entonces F_{\sigma} = 1. Este
comportamiento se refleja en la ecuación matemática para la función
F_{\sigma} por la función
g^{\gamma}_{\beta}(a_{2}, a_{\Delta T},
a_{dr}) descrito a continuación.
Los fuegos que se incuban se caracterizan por un
nivel bajo de fluctuación de la señal de dispersión (dinámica baja
de la señal). Por lo tanto, la combinación del criterio dinámico de
la señal de dispersión y de los criterios de temperatura (\DeltaT
y dT) permite distinguir entre un fuego que se incuba y una
molestia, como el polvo o molestias relacionadas con el agua: Por
lo tanto, cuando \DeltaT y dT son bajos, la función F_{\sigma}
puede aumentar a un valor máximo de MaxF_{\sigma} dependiendo del
valor del criterio dinámico \sigma. Esta condición se resume en
la definición de la función
g^{\gamma}_{\beta}(a_{2}, a_{\Delta T},
a_{dr}) como se define en la ecuación de F_{\sigma}.
Los criterios de humedad adicionales combinados
con el criterio dinámico y el criterio de temperatura permiten
identificar la presencia de una molestia relacionada con el agua con
un nivel muy alto de confianza. Por consiguiente, el nivel de
umbral de alarma aumenta considerablemente de modo que las
advertencias de falsa alarma que provienen de molestias
relacionadas con al agua (como la niebla, la neblina, el vapor de
agua) se suprimen.
Además, como la diferenciación entre el fuego
que se incuba y el polvo confía sólo en el nivel de los criterios
dinámicos de la señal de dispersión, la función F_{\sigma} se pone
de modo que discrimine el polvo hasta un cierto nivel. En este
caso, las advertencias de falsa alarma debido a las partículas de
polvo no se suprimen sino que se reducen considerablemente. La
condición se puede resumir así:
Si \DeltaT y dT son bajos, Hr es baja y
\sigma es alto, entonces F_{\sigma} = Max F_{\sigma} si B
\leq 1; y F_{\sigma} = 1, mientras que si \DeltaT y dT son
bajos, Hr es alta y \sigma es alto (las características de una
molestia relacionada con el agua) entonces F_{\sigma} =
MaxF_{\sigma}. Estas condiciones se resumen en la ecuación
matemática de la función h (B, a_{Hr}) según lo definido en
la función F_{\sigma}.
En una realización, la ecuación matemática del
valor de umbral Th_{adaptive} se expresa como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización, las capacidades de
discriminación del algoritmo se pueden enfocar sobre algunos tipos
típicos de fenómenos engañosos, por ejemplo, molestias relacionadas
con el agua como la condensación, la niebla y el vapor de agua,
partículas de polvo suspendidas en el aire, y el aerosol de gases
del tubo de escape.
Las funciones el F_{R} y F_{r} caracterizan
el tipo de fuego para aumentar la sensibilidad del detector al
fuego llameante. Los objetivos de otras funciones F_{Hr}, F_{TR}
y F_{\sigma} son de identificar los fenómenos molestos y
disminuir la sensibilidad según el tipo de fenómenos engañosos, la
magnitud de la respuesta de las señales de dispersión dependen del
tipo de molestia. Así, la función F_{Hr} proporciona la
información sobre la condición de humedad del ambiente, pero no
podría por sí mismo dar por ejemplo una marca de niebla. Por lo
tanto, la función F_{Hr} se pone para contribuir al aumento del
nivel de umbral de alarma principalmente durante una variación
significativa del criterio de humedad. Por lo tanto, la sensibilidad
del detector 1 no será afectada de una manera significativa en caso
de condición de humedad alta. Sin embargo, las funciones más
complejas F_{TR} y F_{\sigma}, que combinan varios criterios,
proporcionan un nivel alto de discriminación que permite
identificar el tipo de molestia y ajustar por consiguiente el nivel
de umbral de alarma, como se describió anteriormente.
Más en particular, estas funciones se definen
como sigue, en el que una función S, que se usa en varias de estas
funciones, es definida como:
con las constantes a y b, por
ejemplo a = 1 y b = 2, y b >
a.
A continuación, los parámetros se pueden
seleccionar para los diferentes niveles de sensibilidad y de
discriminación según el uso.
Según lo mencionado anteriormente, la función
F_{R} se basa en el cociente de las señales de dispersión y se
define como:
en
donde
Th_{1} y Th_{2} representan el
modo operativo nominal del detector 1 sin canales de
"temperatura" y "humedad",
Th_{1} es el umbral para los fuegos que
se incuban y las molestias,
Th_{2} es el umbral para los fuegos
llameantes, y
S(r_{1}, r_{2}) es la función
S.
La función F_{R} se define como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
con:
hay que notar que \DeltaT
= T -
T_{0},
a_{dT} se eleva a la
potencia de K_{\Delta T}, y multiplicado por un factor que
esta en una realización entre 1 y 1 + (2.
(S_{mf_{MedValue_{r}}} - 1)).
(S_{mf_{MedValue_{r}}} - 1)).
La función F_{Hr} se define como:
Donde:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
hay que notar que \Delta_{Hr} =
H_{r} -
H_{r_{0}},
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
a_{Hr} se eleva a la
potencia de K_{Hr} y se multiplica por un factor que tiene
un valor entre 1 y 1 + (2.(Smf_{MidValue_{Hr}} -
1)).
La función F_{\sigma}. se define como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
con h(B, a_{Hr})
y
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La función h (B, a_{Hr}) se utiliza
para limitar la variación de umbral en ciertas condiciones de
humedad de modo que la discriminación al polvo se limita a un
cierto valor, mientras que la discriminación a los fenómenos
relacionados con el agua es más alto gracias a la combinación del
criterio dinámico y del criterio de humedad permitiendo elevarse
potencialmente el umbral a un valor más alto.
Una función g se usa para inhibir la
contribución de la variación sobre el umbral adaptable en presencia
de un fuego inflamable y se define como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\beta y \gamma permite controlar la
reducción del efecto de la variación en caso de un valor
significativo de \DeltaT o dT.
La función F_{TR} es indicativo de la unión de
los criterios termales y r=B/F. Los humos de escape se caracterizan
por un valor relativamente alto de la proporción B/F (B/F \approx
3) y un calentamiento muy bajo.
Para disminuir la sensibilidad del detector 1 a
este tipo de fenómeno engañoso, los siguientes criterios de
combinación de r = B/F y la temperatura (f_{TR}) se lleva a
cabo:
\vskip1.000000\baselineskip
La unidad de tratamiento del detector 1 lleva a
cabo adicionalmente un algoritmo de detección de temperatura que
permite la detección de fuegos llameante exotérmicos incluso si no
generan humo visible, como un fuego de alcohol. Un umbral termal
Th_{T} se define para variar dependiendo de la variación del
criterio de temperaturas \DeltaT de modo que la
sensibilidad de la detección aumente cuando el criterio de
temperaturas \DeltaT se eleva considerablemente. Las
condiciones requeridas para accionar una alarma consisten en que el
criterio de temperatura T alcance el umbral de alarma termal
Th_{T} y que simultáneamente el criterio derivado de temperatura
dT exceda un conjunto de valores. Esta condición se lleva a cabo
para limitar la detección de alarma termal debido a una variación
significativa de la temperatura ambiental como puede encontrarse en
un compartimiento de equipaje de los aviones.
Para limitar la activación de una alarma debido
a las fluctuaciones del umbral de alarma, se pone en práctica una
lógica confirmación CA para el algoritmo del umbral adaptable y una
lógica confirmación TC para el algoritmo de umbral termal. Este
paso de la confirmación se pone para limitar un retardo inducido.
Las salidas de las lógicas AC, TC se introducen en un OR de la
puerta 86 y la salida final de la alarma se acciona cuando se
activa la alarma de temperatura o la alarma adaptable, como se
muestra en la Figura 5.
Claims (8)
1. Aparato para detectar una situación peligrosa
que incluye llamas o un fuego que se incuba, el humo o ambos, que
comprende:
- \quad
- un módulo óptico (2) para medir la luz difundida causada por la situación peligrosa, en donde el módulo óptico (2) se configura para hacer salir por lo menos una señal (BW, FW) indicativa de la luz difundida;
- \quad
- al menos un sensor de temperatura (5) configurado para que haga salir al menos una señal indicativa de una temperatura próxima al sensor de temperatura (5);
- \quad
- un sensor de humedad (4) configurado para que haga salir al menos una señal indicativa de humedad próxima al sensor de humedad (4); y
- \quad
- una unidad de tratamiento acoplada para recibir las señales del módulo óptico (2) de por lo menos un sensor de temperatura (5) y de un sensor de humedad (4), en el cual la unidad de tratamiento se configura para tratar las señales para determinar una pluralidad de criterios (B, \sigma, R, dT, \DeltaT, T_{amb}, T_{local}, Hr_{comb}, \DeltaHr_{comb}, dHr_{comb}) y para utilizar estos criterios (B, \sigma, R, dT, \DeltaT, T_{amb}, T_{local}, Hr_{comb}, \DeltaHr_{comb}, dHr_{comb}) para distinguir uno o varios fenómenos engañosos de una situación peligrosa, con el fin de limitar las advertencias de falsa alarma y aumentar las capacidades de detección por medio de una función principal(F\sigma) que se basa al menos en uno de los criterios de temperatura (dT, \DeltaT), de los criterios de humedad (Hr_{comb}, \DeltaHr_{comb}, dHr_{comb}) y de un criterio de difusión (B) hacia atrás,
- \quad
- la unidad de tratamiento que por otro lado se configura para utilizar los criterios para regular un valor umbral de alarma (Th_{adaptive}) para accionar una alarma que indica la situación peligrosa,
- \quad
- caracterizado en que
- \quad
- un nivel umbral de alarma (Th_{adaptive}) es una función de:
- -
- una función de referencia (F_{R}) que esta definida para modificar el nivel de umbral de alarma entre dos valores (MinF_{R}) y (MaxF_{R}) de acuerdo al valor de un cociente (R) de dos señales de difusión hacia atrás y de difusión hacia adelante (BW, FW) medidas en el módulo ópticos (2), el valor obtenido por la función (F_{r}) de referencia se modifica además por los siguientes factores:
- -
- una función (F_{T}) que se basa en criterios de temperatura (dT, \DeltaT) procedente del sensor de temperatura (5) definida para dividir la función de referencia (F_{R}) por un factor máximo (MaxF_{R}) para aumentar la sensibilidad si existe una variación rápida de la temperatura ambiente,
- -
- una función (F_{TR}) que se basa por lo menos en uno de los criterios de temperatura (dT, \DeltaT) y el criterio del cociente (R) con el fin de aumentar la función (F_{R}) de un factor máximo (Max F_{TR}) para reducir la sensibilidad del aparato (1) si el cociente (R) es muy alto y dicho criterio de temperatura (dT, \DeltaT) es pequeño,
- -
- una función (F_{HR}) que se basa en criterios de humedad (Hr_{comb}, \DeltaHr_{comb}, dHr_{comb}) para aumentar la función (F_{R}) de un factor máximo de (MaxF_{Hr}) para reducir la sensibilidad del aparato (1) si existe una variación alta de humedad,
- -
- y dicha función (F_{\sigma}) que se define para aumentar la función de referencia (F_{R}) cuando se alcanza un valor predeterminado de una variación (\sigma) de las medidas de la señal de difusión hacia atrás (BW), en función de los criterios de temperatura (dT, \DeltaT), de los criterios de humedad (Hr, \DeltaHr) y de la señal de difusión hacia la atrás (BW).
2. El aparato de la reivindicación 1, en el cual
el umbral de alarma (Th_{adaptive}) se expresa como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
3. El aparato de la reivindicación 1 o 2,
- \quad
- en donde la unidad de tratamiento se configura para ajustar un valor de umbral térmico (Th_{T}) para hacer variar una sensibilidad de detección con arreglo a un criterio de temperatura (dT, \DeltaT) indicativo de una variación de temperatura.
4. El aparato de la reivindicación 3,
- \quad
- en donde la unidad de tratamiento se configura para retardar una primera señal indicativa de un valor de umbral térmico excesivo (Th_{T}) de un primer tiempo de retardo predeterminado, y para retardar una segunda señal indicativa de un valor de umbral de alarma excedido (Th_{adaptive}) por un segundo tiempo de retardo predeterminado.
5. El aparato de la reivindicación 3 o 4,
- \quad
- en donde la unidad de tratamiento se configura para provocar una alarma si el valor de umbral térmico (Th_{T}) o el valor (Th_{adaptive}) de umbral de alarma se sobrepasan.
6. El aparato según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
- \quad
- en donde la unidad de tratamiento se configura para mostrar las señales procedentes del módulo óptico (2), por lo menos de un sensor de temperatura (5) y del sensor de humedad (4) con un tiempo de muestreo predeterminado.
7. El aparato de la reivindicación 6,
- \quad
- en donde el tiempo del muestreo es de aproximadamente 200 ms.
8. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes,
- \quad
- en donde el módulo óptico (2) se configura para que salga una señal de difusión hacia atrás (BW) y donde la unidad de tratamiento se configura para limitar los picos de la señal de difusión hacia atrás (BW) para obtener un criterio de difusión hacia atrás (B).
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