ES2337960T3 - Evaluacion fiable de una señal de medicion de temperaturas mediante la adaptacion dinamica de un modelo matematico. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la evaluación de la señal de medición de temperatura (ntc_in) de un dispositivo de medición de temperatura (102), en especial para la evaluación de la señal de medición de temperatura (ntc_in) variable en el tiempo del dispositivo de medición de temperatura (102) de una alarma indicadora (100); el dispositivo (110) presenta una unidad de modelizado (120) con - una primera entrada (121) para la recepción de una señal de entrada (ntc_in), la cual funciona como un indicador de la señal de medición de temperatura, - una segunda entrada (122) para la recepción de una señal de retroalimentación (slope), y - una salida (123) para la emisión de una señal de salida (iir_model, pre_temp, virtual_temp), - con lo cual, la señal de salida (iir_model,pre_temp, virtual_temp) se genera mediante un modelo matemático almacenado en la unidad de modelizado (120), el cual depende de la señal de entrada (ntc_in) y de la señal de retroalimentación (slope), y - con lo cual, la señal de retroalimentación (slope) depende en forma directa o indirecta de la señal de salida (iir_model, pre_temp, virtual_temp), - con lo cual, el modelo matemático presenta un modelo térmico del dispositivo de medición de temperatura (102).
Description
Evaluación fiable de una señal de medición de
temperaturas mediante la adaptación dinámica de un modelo
matemático.
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La presente invención hace referencia al campo
técnico de la evaluación de señales de medición de un dispositivo
de medición de temperatura, con el fin de lograr, al menos, la
eliminación parcial de la inercia térmica. Dichas señales se
producen a través de una o varias capacidades térmicas, en especial
durante fuertes variaciones de temperatura. La presente invención
hace referencia, en particular, a un dispositivo y a un método de
evaluación de señales de medición de un dispositivo de medición
mediante el empleo de un modelo matemático. La presente invención
hace referencia además a una alarma indicadora para la emisión de un
aviso de alarma dependiente de una temperatura detectada dentro de
una zona vigilada, con lo cual la alarma indicadora presenta un
dispositivo perteneciente a la clase antes mencionada. Además, la
presente invención hace referencia a un medio de almacenamiento
legible por ordenador, así como también a un elemento del programa,
el cual contiene instrucciones para la aplicación del método de
evaluación de señales de medición de un dispositivo de medición
conforme a la invención.
Las alarmas indicadoras térmicas presentan, al
menos, un sensor de temperatura para la detección de una temperatura
presente dentro de una zona vigilada. Para garantizar una respuesta
rápida y así cumplir, en vistas a la comercialización, con las
normas técnicas relevantes EN54-5, UL521 y FM3210,
el sensor de temperatura debe encontrarse libre de masas térmicas
circundantes.
Un desacoplamiento térmico, sin embargo, tiene
lugar en la práctica, entre el sensor de temperatura y las masas
térmicas circundantes.
De esta manera, se requeriría una separación
espacial entre el sensor de temperatura y las masas térmicas
circundantes, a modo de ejemplo, una cavidad relativamente grande
dentro de una alarma indicadora térmica. Para garantizar un buen
acoplamiento del sensor de temperatura en la zona vigilada, esta
cavidad debería ser bien insuflada por el aire circundante. A su
vez, el sensor de temperatura debe disponerse en el centro de la
cavidad. Especialmente en el caso de combinaciones de avisos, los
cuales presentan también, por ejemplo, junto a una entrada térmica
del sensor, otra entrada óptica para el sensor, no se dispone por lo
general de tal cavidad, debido a problemas relativos a la
disponibilidad de espacio. Por otra parte, los requerimientos de
espacio efectivo de una alarma indicadora de esa clase serían muy
elevados. Esto no se consideraría tampoco como satisfactorio de
acuerdo a criterios estéticos.
Existen además, a través de disposiciones
legales, determinadas restricciones con respecto a la disposición
de un sensor de temperatura. Por ejemplo, éste debe encontrarse
protegido de influencias mecánicas, lo cual implica que el sensor
de temperatura no puede ser montado completamente de forma separada,
por lo que siempre presenta un acoplamiento térmico considerable
hacia otros componentes de la alarma indicadora, el cual no puede
ser evitado.
Para mejorar la respuesta de una alarma
indicadora térmica, es conocida además, la posibilidad de procesar
la señal de temperatura primaria en vistas a un incremento rápido de
la señal durante grandes variaciones de temperatura. Esto puede
tener lugar, de manera conocida, mediante la ejecución de una lógica
de evaluación sobre una alarma indicadora térmica. Una lógica de
evaluación contiene frecuentemente para esto, un modelo térmico del
sensor de temperatura y/o de la carcasa de la alarma. Mediante un
procedimiento adecuado, el cual comprenda una inversa de este
modelo térmico, puede mejorarse la evaluación de la señal, en vistas
a una respuesta rápida. Para ello se calcula la denominada
temperatura virtual, la cual entonces representa el criterio de
alarma para la alarma indicadora térmica.
Una implementación rígida de la inversa de un
modelo térmico para la evaluación de la señal, presenta, sin
embargo, las siguientes desventajas:
- 1)
- Desde el principio se encuentra en cada modelación de la respuesta del sensor de temperatura y/o de la carcasa, un filtro de paso bajo. El modelo de inversa produce a consecuencia un filtro de paso alto desde su comportamiento. Esto significa, por ejemplo, que en el caso de frecuencias transitorias, el modelo de inversa tiende a sobreoscilaciones. Esto presenta un problema recurrente dentro de la ingeniería automática. Sin embargo, si una sobreoscilación es muy grande, puede activarse por equivocación una falsa alarma no deseada. Por esto, pueden no cumplirse, ante todo, la norma legal EN54-5, vigente en Europa y la norma GB4716, vigente en China, las cuales hacen referencia a alarmas indicadoras, puesto que, entre otros puntos, establecen que en el caso de una variación abrupta de temperatura de 5 grados Celsius a 50 grados Celsius no debe activarse ninguna alarma. Esto también se designa como la conocida Step Response Test (prueba de respuesta al escalón).
- 2)
- La norma legal norteamericana FM3210 para alarmas indicadoras térmicas adjudica a cada indicador un valor conocido como RTI (índice de tiempo de respuesta). Este valor se determina fundamentalmente mediante las pruebas denominadas "plunge tunnel test" -pruebas en túnel de inmersión o pruebas de inmersión-. De este modo, se mide cuán rápidamente una alarma indicadora puede emitir una señal de alarma cuando se inmersiona, de forma abrupta, dentro del dispositivo con un calefactor a 197º Celsius. Si, por ejemplo, debido a la anteriormente descrita limitación 1, se establece un retardo de la responsividad, por ejemplo, en forma de una limitación de su pendiente de respuesta ("slope limitation"), entonces la alarma indicadora se activará muy tarde y no se obtendrá ningún valor válido de RTI. Con ello no es posible, en los Estados Unidos, una comercialización legal de esa clase de alarmas indicadoras.
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Mediante GB 2209086 se da a conocer un detector
de incendios con un sensor de temperatura.
Es objeto de la presente invención el mejorar la
evaluación de una señal de medición de temperatura mediante un
modelo matemático en vistas a (a) una evitación o al menos una
reducción de avisos de falsa alarma y (b) un período de retardo en
el caso de avisos de alarma reales.
Este objeto se alcanzará mediante los objetos de
las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones
dependientes se describen formas de ejecución ventajosas de la
presente invención.
Conforme al primer aspecto de la invención, se
describe un dispositivo de medición de temperatura para la
evaluación de señales de medición de un dispositivo de medición,
este dispositivo es apropiado, en especial, para la evaluación de
señales de medición de temperatura, variables en el tiempo, de un
dispositivo de medición de temperatura de una alarma indicadora. El
dispositivo descrito presenta una unidad de modelizado con (a) una
primera entrada para la recepción de una señal de entrada, la cual
funciona como un indicador de la señal de medición de temperatura,
(b) una segunda entrada para la recepción de una señal de
retroalimentación y (c) una salida para la emisión de una señal de
salida. Conforme a la invención, la señal de salida es generada
mediante un modelo matemático, el cual depende de la señal de
entrada y de la señal de retroalimentación. La señal de
retroalimentación, además, depende en forma directa o indirecta de
la señal de salida.
El dispositivo de evaluación descrito se basa en
el conocimiento de que, mediante una adaptación dinámica del modelo
matemático durante la evaluación de un primer perfil de temperatura,
detectado por el dispositivo de medición de temperatura, pueden
evitarse artefactos no deseados durante la determinación de un
perfil real de temperatura. Dichos artefactos pueden ser, por
ejemplo, sobreoscilaciones no deseadas, las cuales pueden
presentarse en una evaluación de temperatura, mediante un
dispositivo tradicional sin la utilización de una señal de
retroalimentación, en especial, en el caso de variaciones de
temperatura relativamente abruptas.
La adaptación dinámica descrita del modelo
matemático, permite un sólido seguimiento de la temperatura real
espacial.
Durante la adaptación dinámica del modelo
matemático, se modifican los ajustes del modelo matemático mediante
las magnitudes de medición detectadas durante el tiempo de ejecución
de la medición de temperatura, así como durante el tiempo de
ejecución de la evaluación de temperatura. Debido a esto, se
estabiliza la fiabilidad de la alarma indicadora, de manera que la
fiabilidad de la alarma indicadora es mejorada, en especial en
condiciones ambientales difíciles, como por ejemplo, en el caso de
temperaturas muy variables y/o de velocidades de flujo intensas. La
señal utilizada por la unidad de evaluación funciona como un
indicador para la señal de medición de temperatura. Esto puede
significar que la señal de medición de temperatura y la señal de
entrada son idénticas. Del mismo modo, la señal de entrada se puede
deducir de la señal de medición de temperatura mediante una
intensificación preferentemente lineal.
Conforme a un ejemplo de ejecución de la
presente invención, el modelo matemático presenta al menos un
parámetro modelizado, cuyo valor se determina por la señal de
retroalimentación.
El parámetro modelizado puede, de esta forma,
reflejar efectos físicos, como por ejemplo, la cohesión del
acoplamiento térmico entre el dispositivo de medición de temperatura
y el medio, cuya temperatura es medida. El parámetro modelizado
puede considerar también la capacidad térmica, así como la inercia
térmica del dispositivo de medición de temperatura y/o de otros
componentes de la alarma indicadora; estos componentes se encuentran
acoplados térmicamente al dispositivo de medición de temperatura.
Preferentemente, se emplea por separado, un parámetro modelizado
específico para cada influencia, causada por efectos físicos, que
afecta la medición de temperatura. De este modo, no existe ningún
límite superior principal, con respecto a la cantidad de parámetros
modelo a emplear.
Conforme a otro ejemplo de ejecución de la
presente invención, el modelo matemático presenta la inversa de un
modelo térmico del dispositivo de medición de temperatura.
El modelo térmico contempla así, la capacidad
térmica del dispositivo de medición de temperatura, con lo cual, la
capacidad térmica puede también estar constituida por la masa
térmica de una carcasa acoplada térmicamente al dispositivo de
medición de temperatura. La capacidad térmica conduce, conforme a
las leyes naturales, a una intensa atenuación de la señal de
medición de temperatura, en comparación con la variación de
temperatura real dentro de la zona vigilada de la alarma indicadora
térmica. La capacidad térmica de otros componentes, puede también
contemplar, a modo de ejemplo, soportes para el dispositivo de
medición de temperatura, circuitos integrados del dispositivo de
medición de temperatura y/o una carcasa de una alarma indicadora; el
dispositivo de medición de temperatura se encuentra acoplado
térmicamente a dicha carcasa.
El modelo térmico, el cual describe la respuesta
del dispositivo de medición de temperatura, puede ser descrito, por
ejemplo, mediante un filtro de paso bajo eléctrico de primer orden o
de un orden mayor. Un filtro de paso bajo de orden mayor, se
refiere, en este contexto, a una conexión en serie de varios filtros
de paso bajo, con lo cual la cantidad de filtros de paso bajo que
conforman dicha conexión corresponde a dicho orden. En este caso,
La inversa del modelo térmico representa un filtro de paso alto de
primer orden o de un orden mayor. A consecuencia de la
retroalimentación descrita, pueden, sin embargo, ser evitadas
sobreoscilaciones en las denominadas respuestas transitorias por
variaciones de temperatura abruptas. Puesto que de esta manera, la
temperatura del espacio puede calcularse fiable y rápidamente, puede
contenerse fácilmente la iniciación de la alarma, sin que aumenten
por esto las técnicas CFAR (tasa constante de falsas alarmas). Un
criterio para la iniciación de la alarma podría constituirse, por
ejemplo, mediante la comparación entre la temperatura calculada y un
valor umbral predeterminado.
En los casos descritos referidos a la respuesta
del dispositivo de medición de temperatura mediante un filtro de
paso bajo, se representa, conforme a las leyes naturales, al menos
una constante de tiempo característica, un modelo paramétrico
importante.
La inversa del modelo térmico, la cual puede ser
un filtro de paso alto, depende, en forma general, de diferentes
parámetros (P1, P2, P3, ...). Éstos varían en dependencia de
magnitudes de entrada y magnitudes de salida (X1, X2, X3, ...). En
forma general, se puede representar de la siguiente manera:
Inversa del
modelo térmico (P1, P2, P3, ...) = f(X1, X2, X3,
...)
P1, P2, P3, ... constituyen parámetros
característicos de la inversa del modelo térmico, como por ejemplo,
constantes de tiempo o factores de multiplicación. Los parámetros
característicos P1, P2, P3, ... pueden inferirse de una combinación
lineal de las magnitudes de medición X1, X2, X3, .... En forma
alternativa, los parámetros P1, P2, P3, ... pueden inferirse
también mediante una función no lineal de las magnitudes de medición
X1, X2, X3, ....
Un ejemplo para una dependencia no lineal de los
parámetros P1, P2, P3, ... con respecto a las magnitudes de
medición X1, X2, X3, ... es una, así denominada, decisión del valor
umbral. Una decisión del valor umbral puede fijar en 2 minutos, por
ejemplo, una constante de tiempo característica de un parámetro a
definir P1, en cuanto la magnitud de medición X1 presenta un
incremento de temperatura de más de 5 K (grados Kelvin) por
segundo.
Conforme a otro ejemplo de ejecución de la
presente invención, el dispositivo presenta, de forma adicional,
una unidad de cálculo de gradiente con (a) al menos una entrada para
la recepción directa o indirecta de las señales de salida de la
unidad de modelizado y (b) una salida para suministrar la señal de
retroalimentación. De este modo, la unidad de cálculo de gradiente
se encuentra dispuesta de modo tal, que la señal de
retroalimentación disponible funciona como un indicador de la señal
de salida.
Esto puede significar que la pendiente de la
temperatura de salida, así como de la señal de salida, sirve como
input (entrada) para una variación controlada del parámetro
modelizado de la inversa térmica del modelo.
La(s) constante(s) de tiempo
característica(s) de la inversa térmica del modelo varía
(varían), con esto, en dependencia de la pendiente de la señal de
salida. Esto ocasiona, en el caso de una pendiente abrupta, una
reducción de la constante de tiempo, la cual, por ello, produce como
resultado una atenuación de la señal de salida. Esta unidad de
modelizado presenta, en este caso, un filtro adaptativo, el cual
varía en dependencia de la pendiente de la señal de salida, así
como de la temperatura de salida calculada.
Conforme a otro ejemplo de ejecución de la
presente invención, el dispositivo presenta, en forma adicional,
una unidad de filtro de salida con una entrada para la recepción de
la señal de salida de la unidad de modelizado y una salida para la
emisión de una señal de evaluación. Con lo cual, la entrada de la
unidad de filtro de salida se encuentra conectada a una primera
entrada de la unidad de cálculo de gradiente. A su vez, la salida
de la unidad de filtro de salida se encuentra conectada a una
segunda entrada de la unidad de cálculo de gradiente.
La unidad de filtro de salida puede, por
ejemplo, ser un filtro de paso bajo y, en especial, un filtro de
paso bajo con una constante de tiempo inferior. Éste puede actuar
conjuntamente con la unidad de cálculo de gradiente de manera tal,
que la gradiente de la señal de salida se determine en forma casi
instantánea.
Conforme a otro ejemplo de ejecución de la
presente invención, el dispositivo presenta, en forma adicional, una
unidad sumatoria, la cual se encuentra dispuesta entre la salida de
la unidad de modelizado y la entrada de la unidad de filtro de
salida.
La unidad sumatoria puede conducir una señal
modificada, en comparación con la señal de salida indirecta de la
unidad de modelizado, hacia la entrada de la unidad de filtro de
salida. Con ello, la primera entrada de la primera unidad sumatoria
puede conectarse, en forma directa, a la salida de la unidad de
modelizado. Una segunda entrada de la unidad sumatoria puede
conducir, en forma directa, la señal de entrada de la unidad de
modelizado, así como la señal de medición de temperatura.
Preferentemente, se coloca, para la adición de señal, una señal de
entrada con un signo negativo, mediante la primera unidad sumatoria,
de manera que la primera unidad sumatoria, pueda también
caracterizarse como unidad de sustracción.
Conforme a otro ejemplo de ejecución de la
presente invención, el dispositivo presenta, en forma adicional,
una unidad sumatoria y una unidad de multiplicación, la cual se
encuentra dispuesta entre la salida de la primera unidad sumatoria y
la entrada de la unidad de filtro de salida.
De este modo, la unidad de multiplicación de la
primera unidad sumatoria puede conectarse a continuación y la señal
de salida de la primera unidad sumatoria puede multiplicarse por un
factor de multiplicación determinado. El factor de multiplicación
puede ser conducido por una salida especial mediante una señal
apropiada. De esta forma, el factor de multiplicación puede, en
todo momento, adecuarse en forma apropiada.
La señal multiplicada, puede entonces ser
conducida a una primera entrada de la segunda unidad sumatoria. Una
segunda unidad sumatoria puede ser conducida a una señal de entrada
de la unidad de modelizado, así como la señal de medición de
temperatura. En este caso, la segunda señal de salida de la segunda
unidad sumatoria representa, en primer lugar, una adición entre la
señal multiplicada, así como la señal de salida de la unidad de
multiplicación y, en segundo lugar, entre la señal de medición de
temperatura original.
Conforme a otro aspecto de la presente
invención, es instalada una alarma indicadora para la emisión de un
aviso de alarma, en dependencia de una temperatura detectada dentro
de una zona vigilada. La alarma indicadora presenta (a) un
dispositivo de medición de temperatura para detectar la temperatura
dentro de la zona vigilada y (b) un dispositivo de clase
anteriormente mencionado, para la evaluación de la señal de medición
de temperatura de un dispositivo de medición de temperatura.
La alarma indicadora se encuentra basada en el
conocimiento de que, el dispositivo anteriormente descrito para la
evaluación de la señal de temperatura primaria del dispositivo de
medición de temperatura, puede contribuir a evitar artefactos no
deseados, como por ejemplo, sobreoscilaciones, al momento de
intentar determinar el perfil real de temperatura en la zona
vigilada. El dispositivo se encuentra, conforme a la invención,
dispuesto de manera tal, que el modelo matemático usado cada vez,
durante una evaluación, se adapte de forma dinámica. De este modo,
pueden modificarse online (en línea), osea, instantáneamente, las
configuraciones del modelo matemático, basadas en las magnitudes de
medición detectadas dinámicamente.
La alarma indicadora descrita puede ser una
combinación de avisos, los cuales presentan también, junto a una
entrada térmica del sensor, otra entrada óptica del sensor. En el
caso de una combinación de avisos, las distintas entradas de los
sensores pueden combinarse en forma apropiada, durante la evaluación
de las respectivas magnitudes de medición, en vistas a una
iniciación rápida de la alarma y, al mismo tiempo, segura en
relación a la emisión de falsas alarmas.
Conforme a otro aspecto de la presente
invención, se expone un método de evaluación de la señal de medición
de un dispositivo de medición de temperatura. El método es
especialmente apropiado para la evaluación de la señal de medición
de temperatura variable en el tiempo de un dispositivo de medición
de temperatura de una alarma indicadora. El método presenta (a) una
recepción de una señal de entrada, la cual funciona como un
indicador de la señal de medición de temperatura, de una primera
entrada de una unidad de modelizado, (b) la recepción de una señal
de retroalimentación de una segunda entrada de la unidad de
modelizado, y (c) la emisión de una señal de salida en una salida
de la unidad de modelizado. Conforme a la invención, la señal de
salida es generada mediante un modelo matemático almacenado en la
unidad de modelizado, en dependencia de la señal de entrada y de la
señal de retroalimentación. La señal de retroalimentación, depende,
además, de la señal de salida, en forma directa o indirecta.
El método descrito se basa también en el
conocimiento de que, mediante una adaptación dinámica del modelo
matemático, se pueden evitar artefactos no deseados, como por
ejemplo, sobreoscilaciones, al momento de intentar determinar el
perfil real de temperatura en la zona vigilada.
Durante la adaptación dinámica del modelo
matemático, se modifican los ajustes del modelo matemático mediante
las magnitudes de medición detectadas durante el tiempo de ejecución
de la medición de temperatura, así como durante el tiempo de
ejecución de la evaluación de temperatura. La evaluación tiene
lugar, en forma instantánea con el dispositivo de medición de
temperatura, prescindiendo de tiempos inevitables de ejecución de
señales de medición y/o del tiempo de cálculo y de evaluación
requeridos.
Se indica que, el método de evaluación descrito
puede ser perfeccionado en forma análoga al anteriormente descrito
dispositivo de evaluación. Esto significa que, las características
anteriormente descritas de las reivindicaciones referidas al
dispositivo, pueden también ser combinadas con las características
del método descrito para la evaluación de la señal de medición de
temperatura variable en el tiempo.
Conforme a otro aspecto de la presente
invención, se describe un medio de almacenamiento legible por
ordenador, en el cual se almacena un programa para la evaluación de
la señal de medición de temperatura variable en el tiempo de un
dispositivo de medición de temperatura, en especial, para la
evaluación de señales de medición de temperatura variables en el
tiempo de un dispositivo de medición de temperatura de una alarma
indicadora. El programa, cuando es ejecutado por un procesador, es
instalado para la aplicación del método anteriormente
mencionado.
Conforme a otro aspecto de la presente
invención, se describe un elemento del programa para la evaluación
de la señal de medición de temperatura variable en el tiempo de un
dispositivo de medición de temperatura, en especial para la
evaluación de señales de medición de temperatura variables en el
tiempo de un dispositivo de medición de temperatura de una alarma
indicadora. El elemento del programa se encuentra instalado, cuando
es ejecutado por un procesador, para la aplicación del método
anteriormente mencionado.
El programa y/o el elemento del programa pueden
implementarse como un código de instrucción legible por ordenador
en todo lenguaje de programación adecuado, a modo de ejemplo en
JAVA, C++, etc. El programa y/o el elemento del programa pueden
almacenarse en un medio de almacenamiento legible por ordenador
(CD-Rom, DVD, unidades de disquete, memoria
permanente o no permanente, memoria incorporada, procesador, etc).
El código de instrucción puede programar un ordenador u otros
aparatos programables, de manera tal que se ejecutan las funciones
deseadas. Además, el programa y/o el elemento del programa pueden
encontrarse a disposición dentro de una red, como por ejemplo en
Internet, donde pueden descargarse de acuerdo a la necesidad del
usuario.
La presente invención puede realizarse tanto
mediante un programa de computación, o sea, mediante un software,
como también mediante uno o varios circuitos electrónicos
especiales, o sea, en hardware o en otras formas híbridas, o sea,
mediante componentes de software y componentes de hardware.
Otras ventajas y características de la presente
invención resultan de la siguiente descripción a modo de ejemplo, la
cual representa una forma de ejecución preferente. Las figuras de
los dibujos de la presente invención deben considerarse sólo como
esquemas y no como fieles representaciones a escala.
Figura 1: muestra una alarma indicadora térmica
con un dispositivo de medición de temperatura y una unidad de
evaluación representada con un filtro adaptativo para la señal de
medición de temperatura de un dispositivo de medición de
temperatura.
Figura 2: muestra, mediante una comparación
directa, el comportamiento temporal de (a) una evaluación de
temperatura basada en un filtro adaptativo conforme a un ejemplo de
ejecución de la invención y (b) una evaluación de la temperatura
conocida mediante la utilización de un límite de incremento
artificial.
La figura 1 muestra una alarma indicadora
térmica 100, la cual presenta un dispositivo de medición de
temperatura 102 como resistencia NTC (negative temperatur
coefficient -coeficiente negativo de temperatura-). Una señal de
salida ntc_in del dispositivo de medición de temperatura (102) es
conducida a una unidad de evaluación 110. La señal de salida ntc_in
presenta con esto una señal de entrada para la unidad de evaluación
110.
Tal como se explica en detalle a continuación,
la unidad de evaluación 110 se encuentra instalada de modo que, en
el caso de una situación de riesgo, pueda optimizarse un incremento
temporal de la señal de salida ntc_in, en vistas a, en primer
lugar, una activación de la alarma lo más rápida posible y en
segundo lugar, la evitación de artefactos.
La unidad de evaluación 110 se encuentra
conectada a continuación a un microprocesador 105, el cual verifica
la señal de evaluación disponible virtual_temp, en vistas a su
relevancia en una situación de riesgo y, dado el caso, provoca un
aviso de alarma. Conforme al, aquí representado, ejemplo de
ejecución, el aviso de alarma se produce acústicamente mediante un
amplificador 107, conectado al microprocesador 105 y un altavoz 108
conectado al amplificador 107.
Se indica, que el microprocesador 105 y la
unidad de evaluación 110 también pueden realizarse mediante una
pieza de construcción común, por ejemplo, un microcontrolador. Lo
mismo es válido para el microprocesador 105 y para el amplificador
107.
La unidad de evaluación 110 presenta una entrada
111 y una salida 112. La señal de salida ntc_in es conducida a la
entrada 111 en el dispositivo de medición de temperatura (102). En
la salida 112 se dispone la señal de evaluación virtual_temp.
Conforme al ejemplo de ejecución aquí
representado, el dispositivo de evaluación 110 presenta además tres
componentes, los cuales se encuentran respectivamente conectados a
la entrada 111 mediante una línea de señalización apropiada. A su
vez, la entrada 111 se encuentra conectada a la entrada positiva 131
de una primera unidad sumatoria conformada como unidad de
sustracción.
En la unidad de modelizado 120 se almacena un
modelo térmico del dispositivo de medición de temperatura (102). En
el modelo térmico se contemplan también masas térmicas, así como
capacidades térmicas, las cuales se acoplan térmicamente al
dispositivo de medición de temperatura (102). Esto es válido, en
especial, para una carcasa de la alarma indicadora 100, no
representada en la figura 1.
Las masas térmicas conducen, de una manera
conocida, a que el perfil que se muestra de la pendiente de la
temperatura decaiga, con respecto al perfil existente real de
temperatura. Conforme al ejemplo de ejecución aquí representado, se
describe esta inercia térmica mediante la respuesta de un filtro de
paso bajo. Esta respuesta de un filtro de paso bajo se determina,
al menos, por una constante de tiempo característica, la cual
representa un parámetro importante del modelo térmico.
En contraposición a otros métodos de evaluación
conocidos, en el dispositivo de evaluación de señales de medición
de temperatura 110 aquí descrito, la constante de tiempo
característica no debe ser necesariamente invariable. Antes bien,
la constante de tiempo característica depende de una señal de
pendiente de retroalimentación slope (T_model = f(slope)).
Tal como se explicará en detalle más adelante, y conforme al ejemplo
de ejecución aquí representado, la intensidad de la señal de
retroalimentación slope depende de la gradiente real, así como de la
intensidad de la variación de tiempo de la señal de evaluación
virtual_temp.
Tal como se evidencia en la figura 1, una señal
de salida iir_model de la unidad de modelizado 120 es conducida a
una entrada negativa 132 de la unidad de sustracción 130, mediante
una salida 123 de la unidad de modelizado 120. Conforme al ejemplo
de ejecución aquí representado, la unidad de modelizado 120 es un
filtro de paso bajo. La señal diferencial conformada en la unidad
de sustracción 130 es conducida, mediante una salida 133 de la
unidad de sustracción 130, a una entrada 141 de una unidad de
multiplicación 140. En la unidad de multiplicación 140 se
multiplica por un factor la señal diferencial diff; este factor se
determina mediante una señal de control factor_model, por una
entrada de control 146 de la unidad de multiplicación 140. Este
factor de multiplicación puede ser reajustado, así como corregido,
en todo momento y de la manera adecuada, durante el funcionamiento
del dispositivo de evaluación.
Mediante una salida 143 de la unidad de
multiplicación 140, la señal multiplicada mult es conducida a una
segunda entrada 152 de la segunda unidad sumatoria 150. En la
segunda unidad sumatoria 150, la señal multiplicada mult se
adiciona entonces a la señal de entrada ntc_in, la cual se encuentra
en la primera entrada 151 de la segunda unidad sumatoria 150. De
este modo, se conforma una señal de suma pre_temp, la cual
representa la señal de salida de la segunda unidad sumatoria
150.
Tal como se evidencia en la figura 1, la señal
de salida pre_temp es conducida, mediante una salida 153 de la
segunda unidad sumatoria 153, a una entrada 161 de una unidad de
filtro de salida 160. Conforme al ejemplo de ejecución aquí
representado, la unidad de filtro de salida 160 presenta un filtro
de paso bajo. El filtro de paso bajo puede ser un filtro de paso
bajo de cualquier orden. El filtro de paso bajo convierte la señal
de salida pre_temp en una señal filtrada de evaluación
virtual_temp., la cual se encuentra disponible en una salida 162 de
la unidad de filtro de salida 160. Tal como se acaba de describir
más arriba, la señal de evaluación virtual_temp es conducida,
mediante la salida 112 del dispositivo de evaluación 110, al
microprocesador 105.
A continuación se describe la retroalimentación
de la señal de evaluación virtual_temp con respecto a la unidad de
modelizado 120, la cual se realiza como filtro adaptativo: conforme
al ejemplo de ejecución aquí representado, la retroalimentación
tiene lugar mediante una unidad de cálculo de gradiente 170. La
unidad de cálculo de gradiente 170 presenta (a) una primera entrada
171, a la cual es conducida la señal de salida pre_temp, (b) una
segunda entrada 172, a la cual es conducida la señal de evaluación
virtual_temp y (c) una salida 173. A la salida 173 es conducida la
señal de retroalimentación slope, mediante una segunda entrada 122
de la unidad de modelizado 120. Conforme al ejemplo de ejecución
aquí representado, se determina el gradiente, o sea, la intensidad
de la variación de tiempo de la señal de salida pre_temp y/o de la
señal de evaluación virtual_temp, en la unidad de cálculo de
gradiente 170 basada en ambas señales pre_temp y virtual_temp. Esta
relación puede, en general, ser descrita a través de la siguiente
igualdad:
slope = f(pre_temp, virtual_temp).
slope = f(pre_temp, virtual_temp).
Conforme al ejemplo de ejecución aquí
representado, la señal de retroalimentación slope determina la
constante de tiempo característica de la inversa del modelo.
En el dispositivo de evaluación 110,
representado en la figura 1, se modifica la constante de tiempo
característica de la inversa del modelo térmico, en dependencia de
la pendiente de la señal de evaluación virtual_temp. Esto ocasiona,
en el caso de una pendiente abrupta, una reducción de la constante
de tiempo, la cual, por ello, produce como resultado una atenuación
de la señal de salida. Esta unidad de modelizado presenta, en este
caso, un filtro adaptativo, el cual varía en dependencia de la
pendiente de la señal de salida.
De este modo, se mide la pendiente de la señal
de evaluación virtual_temp como diferencia entre la señal en la
entrada 161 y la señal en la salida 162 del filtro de salida,
conformado linealmente como filtro de paso bajo. El filtro de paso
bajo presenta, a modo de comparación, una constante de tiempo corta.
La señal diferencial puede compararse, en la unidad de modelizado
120, con un valor umbral. En el caso de un valor umbral excesivo,
la constante de tiempo del modelo se fija en un valor menor. De esta
manera, se escoge, a fines de comparación y a modo de ejemplo, una
constante de tiempo grande, cuando la señal de retroalimentación
slope es pequeña. Si la señal de retroalimentación slope es grande,
entonces se escoge una constante de tiempo más pequeña para el
modelo térmico actualmente utilizado en la unidad de modelizado 120.
Esta dependencia de la constante de tiempo utilizada por la señal
de retroalimentación slope, presenta una regulación adaptativa
durante la evaluación de una señal de salida ntc_in en el
dispositivo de medición de temperatura 120.
La figura 2 muestra, de manera gráfica, en un
diagrama 290 el comportamiento característico del dispositivo de
evaluación 110 descrito. De este modo, se toma como base una
variación brusca de la temperatura de 5º Celsius a 50º Celsius
dentro de una zona vigilada. El dispositivo de medición de
temperatura envía con ello una señal de entrada ntc_in en una
respuesta 291. A consecuencia de esto, la respuesta se amortigua y
muestra el comportamiento característico de un filtro de paso bajo
de segundo orden.
Mediante el número de referencia 292 se
representa en la figura 2, un dispositivo de evaluación conocido,
el cual en comparación con la respuesta, presenta un rápido
incremento; y sería en principio adecuado para una rápida
activación de la alarma. Para evitar una sobreoscilación intensa en
extremo, la implementación estándar presenta un límite de
incremento artificial. A pesar de este límite de incremento, la
señal de evaluación 292 presenta, sin embargo, una sobreoscilación,
la cual aumenta rápidamente, aprox. a 90 s tras el inicio de la
brusca variación de temperatura, por encima de un umbral de alarma
295, activando así una falsa alarma.
\newpage
Se indica que la sobreoscilación se puede evitar
o al menos reducir, a través de un límite de incremento más
intenso. Esto traería como consecuencia, sin embargo, un lento
incremento de la señal de evaluación 292, de manera que sólo los
avisos de alarma reales podrían ser retardados. Esto significaría,
que la norma norteamericana FM3210 no podría cumplirse.
Mediante el número de referencia 293 se
representa el comportamiento temporal de la señal de evaluación
virtual_temp del dispositivo de evaluación 110 representado en la
figura 1. Se puede ver con claridad, cómo la señal 293, así como la
señal de evaluación 293 aumenta abruptamente. Con ello, es posible,
en el caso de una situación de riesgo térmica, una pronta
activación de la alarma. Además, se evita de manera ventajosa una
sobreoscilación en la señal 293 y la señal de evaluación 293 se
encuentra ubicada a gran distancia del límite de la alarma 295. De
este modo pueden evitarse en forma confiable, falsas alarmas no
deseadas.
El dispositivo de evaluación 110 descrito con el
filtro adaptativo representante de la unidad de modelizado 120
presenta las siguientes ventajas:
- 1)
- El dispositivo de evaluación 110 contribuye de forma ventajosa a la estabilización de un modelo matemático inestable en sí mismo, el cual representa la inversa de un modelo térmico, el cual describe la inercia térmica del dispositivo de medición de temperatura y, dado el caso, la inercia térmica de las capacidades térmicas acopladas térmicamente al dispositivo de medición de temperatura. El modelo matemático es, en cuanto a su comportamiento, similar a un filtro de paso alto. La evaluación de temperatura descrita conduce, en el caso de respuestas rápidas simultáneas, a ningunas, así como a sólo muy pequeñas, sobreoscilaciones. La dinámica de la evaluación de temperatura no se restringe, en especial, mediante límites de incremento artificiales. Con ello resultan también otras ventajas bajo condiciones "reales", las cuales no son evaluadas en las normas relevantes. A modo de ejemplo, la alarma indicadora será más fiable también en el caso de intensa fluctuaciones de temperaturas o altas velocidades eólicas. En estas condiciones, se modifican por lo general en forma drástica, los parámetros de un sistema térmico. A modo de ejemplo, el sensor puede, en caso altas velocidades eólicas, accionarse abruptamente y reaccionar de este modo demasiado rápido. Un sistema rígido tendría aquí algunas dificultades con el surgimiento de inestabilidades.
- 2)
- A través de la retroalimentación descrita, así como a través de filtración adaptativa, pueden cumplirse todas las normas relevantes referentes a alarmas indicadoras térmicas, como en particular las normas EN54-5 AlS y BS y la norma FM3210. Esto es digno de mención, en cuanto a que dichas normas, tal como se presentó anteriormente, contienen requisitos legales propiamente dichos (la FM3210 exige una activación de la alarma lo más veloz posible, la EN54 exige una evitación de falsas alarmas),
- 3)
- Otra ventaja del dispositivo de evaluación 110 descrito reside en que las normas antes mencionadas pueden cumplirse con los mismos algoritmos. No debe tener lugar, por tanto, ninguna comparación de parámetros minuciosa. Por esto, una alarma indicadora armada con un dispositivo de evaluación 110, se considera muy positiva, ya que pueden cumplirse todas las normas relevantes.
- 4)
- El dispositivo de evaluación 110 descrito puede ser realizado en alarmas indicadoras térmicas tradicionales, mediante una simple programación. Por lo general no se requieren componentes de hardware especiales.
Claims (11)
1. Dispositivo para la evaluación de la señal de
medición de temperatura (ntc_in) de un dispositivo de medición de
temperatura (102), en especial para la evaluación de la señal de
medición de temperatura (ntc_in) variable en el tiempo del
dispositivo de medición de temperatura (102) de una alarma
indicadora (100); el dispositivo (110) presenta una unidad de
modelizado (120) con
- \bullet
- una primera entrada (121) para la recepción de una señal de entrada (ntc_in), la cual funciona como un indicador de la señal de medición de temperatura,
- \bullet
- una segunda entrada (122) para la recepción de una señal de retroalimentación (slope), y
- \bullet
- una salida (123) para la emisión de una señal de salida (iir_model, pre_temp, virtual_temp),
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo conforme a la reivindicación 1,
en el cual el modelo matemático presenta al menos un parámetro
modelizado (T_model), cuyo valor se determina a través de la señal
de retroalimentación (slope).
3. Dispositivo conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 2, en la cual el modelo matemático presenta La
inversa del modelo térmico del dispositivo de medición de
temperatura (102).
4. Dispositivo conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 3, el cual presenta, de forma adicional, una
unidad de cálculo de gradiente (170) con
- \bullet
- al menos una entrada (171, 172) para la recepción directa o indirecta de la señal de salida (pre_temp, virtual_temp) del dispositivo de medición de temperatura (102) y
- \bullet
- una entrada para suministrar la señal de retroalimentación (slope), con lo cual, la unidad de cálculo de gradiente (170) se encuentra instalada de tal modo, que la señal de retroalimentación (slope) disponible funciona como un indicador de la variación temporal de la señal de salida (pre_temp, virtual_temp).
\vskip1.000000\baselineskip
5. Dispositivo conforme a la reivindicación 4,
el cual presenta, en forma adicional, una unidad de filtro de salida
(160) con
- \bullet
- una entrada (161) para la recepción de la señal de salida (pre_temp, virtual_temp) de la unidad de modelizado (120), y
- \bullet
- una salida (162) para la emisión de una señal de evaluación (virtual_temp), con lo cual,
- \bullet
- la entrada (161) de la unidad de filtro de salida (160) se encuentra conectada a una primera entrada (171) de la unidad de cálculo de gradiente (170) y
- \bullet
- la salida (162) de la unidad de filtro de salida (160) se encuentra conectada a una segunda entrada (172) de la unidad de cálculo de gradiente (170).
\vskip1.000000\baselineskip
6. Dispositivo conforme a la reivindicación 5,
el cual presenta, en forma adicional, una unidad sumatoria (130), la
cual se encuentra dispuesta entre la salida (123) de la unidad de
modelizado (120) y la entrada (161) de la unidad de filtro de salida
(160).
7. Dispositivo conforme a la reivindicación 6,
el cual presenta, en forma adicional, una unidad sumatoria (150) y
una unidad de multiplicación (140), la cual se encuentra dispuesta
entre la salida (133) de la primera unidad sumatoria (130) y la
entrada (161) de la unidad de filtro de salida (160).
\newpage
8. Alarma indicadora para la emisión de un aviso
de alarma dependiente de una temperatura detectada dentro de una
zona vigilada; la alarma indicadora (100) presenta
- \bullet
- un dispositivo de medición de temperatura (102) para la detección de la temperatura dentro de la zona vigilada y
- \bullet
- un dispositivo (110) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7 para la evaluación de la señal de medición de temperatura (ntc_in) del dispositivo de medición de temperatura (102).
\vskip1.000000\baselineskip
9. Método de evaluación de la señal de medición
de temperatura (ntc_in) variable en el tiempo de un dispositivo de
medición de temperatura (102), en especial para la evaluación de la
señal de medición de temperatura (ntc_in) variable en el tiempo del
dispositivo de medición de temperatura (102) de una alarma
indicadora (100); el método presenta
- \bullet
- la recepción de una señal de entrada (ntc_in), la cual funciona como un indicador de la señal de medición de temperatura, de una primera entrada (121) de una unidad de modelizado (120), y
- \bullet
- la recepción de una señal de retroalimentación (slope) de una segunda entrada (122) de la unidad de modelizado (120), y
- \bullet
- la emisión de una señal de salida (iir_model, pre_temp, virtual_temp) en una salida (123) de la unidad de modelizado (120),
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
10. Medio de almacenamiento legible por
ordenador, en el cual se almacena un programa para la evaluación de
la señal de medición de temperatura (ntc_in) variable en el tiempo
de un dispositivo de medición de temperatura (102), en especial para
la evaluación de la señal de medición de temperatura (ntc_in)
variable en el tiempo de un dispositivo de medición de temperatura
(102) de una alarma indicadora (100); el cual es ejecutado por un
procesador (110) para la aplicación del método conforme a la
reivindicación 9.
11. Elemento del programa para la evaluación de
la señal de medición de temperatura (ntc_in) variable en el tiempo
de un dispositivo de medición de temperatura (102), en especial para
la evaluación de la señal de medición de temperatura (ntc_in)
variable en el tiempo de un dispositivo de medición de temperatura
(102) de una alarma indicadora (100); el cual es ejecutado por un
procesador (110) para la aplicación del método conforme a la
reivindicación 9.
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