ES2823182T3 - Sistema y método de verificación de la integridad operativa de un detector de humo - Google Patents

Sistema y método de verificación de la integridad operativa de un detector de humo Download PDF

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Abstract

Un sistema de verificación de la integridad operativa de un detector de humo (10) que comprende: una pluralidad de componentes electrónicos; un controlador (46) en comunicación operativa con la pluralidad de componentes electrónicos; y un módulo de evaluación (44) del controlador (46) que recibe una señal de salida de la pluralidad de componentes electrónicos como tensión de salida durante un período de tiempo, midiéndose la tensión de salida una pluralidad de veces en comparación con rangos aceptables predefinidos, comprendiendo la tensión de salida una tensión máxima (VB) y una tensión mínima (Vc), midiéndose la tensión máxima (VB) al conmutar un elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde una condición inactiva a una condición activa y midiéndose la tensión mínima (Vc) al conmutar de nuevo el elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde la condición activa a la condición inactiva, o midiéndose la tensión mínima (Vc) al conmutar el elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde la condición inactiva a la condición activa y midiéndose la tensión máxima (VB) al conmutar de nuevo el elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde la condición activa a la condición inactiva, verificando el módulo de evaluación (44) la integridad operativa en respuesta tanto a la tensión máxima (VB) como a la tensión mínima (VC).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método de verificación de la integridad operativa de un detector de humo
Antecedentes de la divulgación
Las realizaciones descritas en el presente documento generalmente se refieren a detectores de humo y, más en particular, a sistemas y métodos para verificar la integridad operativa de los detectores de humo.
La capacidad de detectar la presencia de fuego y/o humo garantiza la seguridad de los ocupantes y las propiedades. En particular, debido a la rápida tasa de expansión de un incendio, es importante detectar la presencia de un incendio lo antes posible. Se emplean detectores de humo para ayudar con la detección temprana. En equipos críticos para la seguridad, es importante detectar, y advertir, que el equipo no puede cumplir su función si se presenta tal condición. Esta condición debe detectarse lo antes posible.
Los detectores de humo ópticos incluyen diversos componentes que son un desafío para monitorear y detectar fallas asociadas con ellos. Es difícil verificar la función óptica del detector de humo, así como amplificadores y filtros, manteniendo un bajo costo y complejidad para dichos componentes y sistemas de monitoreo. Por ejemplo, mientras que agregar hardware adicional para realizar dicho monitoreo puede ser efectivo, el costo de tales adiciones es indeseable.
El documento US 5.821.866 divulga un sistema detector de humo autónomo con capacidades internas de autodiagnóstico. El documento US 6.225.910 divulga un detector de humo que incluye una carcasa, un receptor de luz, un emisor de dispersión y un emisor de oscurecimiento. El documento Us 2014/009297 divulga un detector de impacto de energía eléctrica transitoria integral con el circuito de un panel de alarma de incendio de un sistema de alarma de incendio que identifica y registra impactos de energía eléctrica transitoria sostenidos por los circuitos de protección eléctrica del sistema.
Breve descripción de la divulgación
En un primer aspecto, se proporciona un sistema de verificación de la integridad operativa de un detector de humo según se reivindica en la reivindicación 1.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que la pluralidad de componentes electrónicos comprenda, al menos, un convertidor de señal y al menos un amplificador con al menos un filtro.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que el detector de humo sea un detector de humo óptico que comprenda una pluralidad de componentes ópticos. Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que la pluralidad de componentes ópticos comprenda un elemento emisor de luz y un elemento receptor de luz. Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que la tensión de salida del amplificador se mida como tensión nominal (Va) cuando el elemento emisor de luz está en condición inactiva, como la tensión máxima (Vb) cuando el elemento emisor de luz se conmuta a una condición activa, y como la tensión mínima (Vc) inmediatamente después de que el elemento emisor de luz se conmute de nuevo a la condición inactiva.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que la tensión de salida del amplificador se mida como tensión nominal (Va) cuando el elemento emisor de luz está en condición inactiva, como la tensión mínima (Vc) cuando el elemento emisor de luz se conmuta a una condición activa, y como la tensión máxima (Vb) inmediatamente después de que el elemento emisor de luz se conmute de nuevo a la condición inactiva.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que el módulo de evaluación compare la tensión nominal (Va) con un rango aceptable predefinido de tensiones nominales.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que el módulo de evaluación compare una diferencia entre la tensión máxima (Vb) y la tensión mínima (Vc) a un rango aceptable predefinido de diferencias.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir que el módulo de evaluación calcule una relación ((VB-VA)/(VA-VC)) que se compara con un rango aceptable y predefinido de relaciones.
En un segundo aspecto, se proporciona un método para verificar la integridad operativa del detector de humo según se reivindica en la reivindicación 10.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir determinar si la tensión nominal (Va) está dentro de un rango aceptable predefinido de tensiones nominales con el módulo de evaluación.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir determinar si una diferencia entre la tensión máxima (Vb) y la tensión mínima (Vc) se encuentra dentro de un rango aceptable predefinido de diferencias con el módulo de evaluación a lo largo del tiempo.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir determinar si una relación (VB-VA)/(VA-VC) está dentro de un rango de relaciones aceptable y predefinido con el módulo de evaluación.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir determinar si la relación ((VB-VA)/(VA-VC)) permanece constante durante un período de tiempo especificado con el módulo de evaluación.
Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, otras realizaciones pueden incluir determinar si la tensión mínima (Vb) y la tensión máxima (Vc) se encuentran dentro de límites predefinidos. Estas y otras ventajas y características resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción tomada junto con los dibujos.
Breve descripción de los dibujos
La materia objeto que se considera como la divulgación se señala particularmente y se reivindica claramente en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las características y ventajas anteriores y otras de la divulgación son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 es una ilustración esquemática de un detector de humo óptico en una primera condición;
la figura 2 es una ilustración esquemática del detector de humo óptico en una segunda condición;
la figura 3 es una ilustración esquemática de los circuitos eléctricos del detector de humo óptico; y
la figura 4 es un gráfico de una señal de salida de los circuitos eléctricos frente al tiempo.
Descripción detallada de la divulgación
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, un detector se ilustra y generalmente se referencia con el número 10. El detector es un detector de humo 10 en algunas realizaciones y se denomina como tal en el presente documento, pero debe apreciarse que otros detectores pueden beneficiarse de las realizaciones descritas en el presente documento. El detector de humo 10 se puede operar para detectar la presencia de partículas de humo 12 y generar o iniciar una señal de alarma. El detector de humo 10 puede realizarse como un sistema autónomo o puede ser parte de un sistema de control de incendios que comprende una pluralidad de tales detectores de humo y/u otros tipos de detectores de humo.
El detector de humo 10 comprende un elemento emisor de luz 14, tal como un diodo emisor de luz (LED) en algunas realizaciones, y un elemento receptor de luz 16, como un fotodiodo en algunas realizaciones. El elemento emisor de luz 14 y el elemento receptor de luz 16 están dispuestos dentro de un área de detección 18 del detector de humo 10 que está acoplado de manera fluida al entorno de modo que las partículas de humo 12 pueden entrar en el área de detección 18, pero el área de detección 18 está encerrada de tal manera que ninguna luz perturbadora del entorno pueda alcanzar el elemento receptor de luz 16.
Durante el funcionamiento, el elemento emisor de luz 14 emite pulsos de luz 20 con una duración o longitud de pulso (figura 3). Debido a la orientación del eje óptico del elemento emisor de luz 14 y el elemento receptor de luz 16, ninguna luz directa puede alcanzar el elemento receptor de luz 16. Solo se dispersa algo de luz como luz de ruido 22 desde las paredes internas 24 del área de detección 18 y llega al elemento receptor de luz 16, tal y como se muestra en la figura 2. En caso de presencia de partículas de humo 12, como se muestra en la figura 1, el detector de humo 10 está en funcionamiento de alarma, por lo que la luz es dispersada por las partículas de humo 12 y alcanza el elemento receptor de luz 16 como luz dispersa 26. La cantidad de luz que llega al elemento receptor de luz 16 es mayor que la presente en la condición de la figura 2.
Haciendo referencia a la figura 3, el funcionamiento adicional del detector de humo 10 se ilustra esquemáticamente. Como se ha analizado anteriormente, un convertidor de digital a analógico 30 trabaja con un generador de corriente 32 para proporcionar los pulsos de luz 20 generados por el elemento emisor de luz 14. La dispersión y detección de luz por el elemento receptor de luz 16 se representa generalmente con el número 34. La luz recogida por el elemento receptor de luz 16 se convierte eléctricamente en una señal de detección, que se alimenta a un circuito amplificador 36 que genera una señal de salida analógica amplificada 38. La señal de salida analógica amplificada 38 se convierte en una señal digital de salida 40 con un convertidor de analógico a digital 42 y se comunica a un módulo de evaluación 44. El módulo de evaluación 44 es parte de un controlador 46. Como se apreciará de la divulgación en el presente documento, el módulo de evaluación 44 comprende software que incluye algoritmos de comparación que verifican la integridad óptica y eléctrica del detector de humo 10 comparando la salida eléctrica del circuito del detector de humo con una salida predefinida y verificada. Esta verificación se basa en el análisis del software en el controlador 46, evitando así la necesidad de agregar hardware adicional y los costos asociados con el mismo.
Con referencia ahora a la figura 4, se ilustra un gráfico de respuesta en el tiempo con la señal digital de salida 40 mostrada en función del tiempo. Como se ha analizado anteriormente, la señal digital de salida 40 es en última instancia una función del pulso de luz 20. El pulso de luz 20 es constante y predefinido, con la salida procesada siguiendo un patrón bien definido en condiciones de humo y sin humo. Una señal de fondo nominal está representada por A en el gráfico. La señal de fondo nominal está presente cuando el elemento emisor de luz 14 está en condición inactiva (por ejemplo, apagado). Cuando el elemento emisor de luz 14 está activo (por ejemplo, encendido), la señal digital de salida 40 se excederá para alcanzar un valor máximo de señal que está representado por B en el gráfico. Cuando el elemento emisor de luz 14 está apagado, el valor de la señal estará por debajo de la señal nominal A a un valor de señal mínimo que está representado por C en el gráfico antes de que se establezca nuevamente en la señal de fondo nominal A. De forma alternativa, la señal de fondo nominal puede estar presente cuando el elemento emisor de luz 14 está activo (por ejemplo, encendido). Cuando el elemento emisor de luz 14 está en condición inactiva (por ejemplo, apagado), la señal digital de salida 40 se ajustará para alcanzar el valor mínimo de señal. Cuando el elemento emisor de luz 14 está apagado, el valor de la señal se ajustará al valor máximo de la señal antes de que vuelva a establecerse en la señal de fondo nominal A. Por lo tanto, son los valores extremos los que son importantes, no necesariamente el orden en el que se toman los datos.
El módulo de evaluación 44 compara las tres señales medidas A, B y C con valores predefinidos que son rangos operativos aceptables. Los valores predefinidos calculados se basan en valores determinados teóricamente que luego se refinan experimentalmente.
La señal se traza con los valores de tensión y la tensión nominal Va debe estar entre los valores permitidos Vnom_min y Vnom_max. Esto verifica la tensión de compensación para el amplificador, que no se filtra luz ambiental a la cámara y que el amplificador funciona correctamente. La medida es válida tanto en situaciones de humo como de no humo. Va puede derivar por múltiples razones posibles. Por ejemplo, los efectos naturales de la temperatura pueden afectar a la señal y son aceptables dentro de un límite. La fuga de luz afecta negativamente al funcionamiento general del detector de humo 10 y no se considera aceptable. El fallo del amplificador y/o sensor (es decir, elemento receptor de luz) tampoco se considera aceptable.
La comparación realizada por el módulo de evaluación se centra en una relación de diferencias de las señales medidas. En particular, se calcula la siguiente relación: (VB-VA)/(VA-VC). Esta relación es constante dentro de una tolerancia. Esta medida verifica los componentes del filtro en el circuito del amplificador. La medida es válida siempre que la salida esté dentro de los límites de saturación del amplificador. Esta medida de relación es razonable ya que la luz reflejada por las partículas de humo 12 es lineal en relación con la cantidad de humo que entra. La tensión de "sobreimpulso" Vb y la tensión de "subimpulso" Vc es lineal a la cantidad de humo presente, y ambas son un efecto de las características del filtro. La medida es válida tanto en situaciones de humo como de no humo. La diferencia a largo plazo entre Vb y Vc (Vb - Vc) debe estar dentro de un rango establecido. Esto garantiza que haya una cierta reflexión de fondo dentro de la cámara de detección del detector de humo 10. También indica si el detector de humo 10 está contaminado con polvo u otros contaminantes, si los componentes ópticos funcionan correctamente o si se reduce la ganancia del amplificador.
Existen métodos alternativos para determinar la validez del pulso recibido. Por ejemplo, se puede realizar una ráfaga de conversiones analógicas a digitales a lo largo del pulso, con la suma, o suma de cuadrados, de las muestras calculadas para determinar la magnitud de la señal recibida. Adicionalmente, el pulso esperado se puede almacenar en la memoria del controlador. El pulso medido se multiplica luego por un factor que es la relación entre la magnitud del pulso almacenado y medido. Después de esta multiplicación (normalización), la onda medida y la diferencia debe estar por debajo de un límite predefinido. Además de una o más de las características descritas anteriormente, o como alternativa, la correlación cruzada entre el pulso almacenado y medido debe estar por encima de un cierto límite.
Ventajosamente, la comparación de la relación de diferencias proporciona detección de falla de fuente de luz/sensor, detección de fallas del amplificador o componentes erróneos en los circuitos del amplificador. Toda la detección y verificación se realiza con software, proporcionando así la opción de mayor fiabilidad para detectores de humo económicos.
El uso de los términos "un" y "una" y "el" y referentes similares en el contexto de la presente divulgación (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) debe interpretarse para cubrir tanto el singular como el plural, a menos que se indique lo contrario en este documento o que el contexto lo contradiga claramente. Además, cabe señalar también que los términos "primero", "segundo", y similares aquí no denotan ningún orden, cantidad, o importancia, sino que se utilizan para distinguir un elemento de otro. El modificador "aproximadamente" utilizado en relación con una cantidad incluye el valor indicado y tiene el significado dictado por el contexto (por ejemplo, incluye el grado de error asociado con la medición de la cantidad particular).
Si bien la divulgación se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de realizaciones, debe entenderse fácilmente que la divulgación no se limita a tales realizaciones divulgadas. Por el contrario, la divulgación se puede modificar para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que sean proporcionales al alcance de la divulgación. Adicionalmente, mientras que se han descrito diversas realizaciones de la divulgación, debe entenderse que los aspectos de la divulgación pueden incluir solo algunas de las realizaciones descritas. Por consiguiente, la divulgación no debe verse limitada por la descripción anterior, pero solo está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de verificación de la integridad operativa de un detector de humo (10) que comprende:
una pluralidad de componentes electrónicos;
un controlador (46) en comunicación operativa con la pluralidad de componentes electrónicos; y
un módulo de evaluación (44) del controlador (46) que recibe una señal de salida de la pluralidad de componentes electrónicos como tensión de salida durante un período de tiempo, midiéndose la tensión de salida una pluralidad de veces en comparación con rangos aceptables predefinidos, comprendiendo la tensión de salida una tensión máxima (Vb) y una tensión mínima (Vc), midiéndose la tensión máxima (Vb) al conmutar un elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde una condición inactiva a una condición activa y midiéndose la tensión mínima (Vc) al conmutar de nuevo el elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde la condición activa a la condición inactiva, o midiéndose la tensión mínima (Vc) al conmutar el elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde la condición inactiva a la condición activa y midiéndose la tensión máxima (Vb) al conmutar de nuevo el elemento emisor de luz (14) del detector de humo desde la condición activa a la condición inactiva, verificando el módulo de evaluación (44) la integridad operativa en respuesta tanto a la tensión máxima (Vb) como a la tensión mínima (Vc).
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de componentes electrónicos comprende al menos un convertidor de señal (30, 42), al menos un amplificador (36) con al menos un filtro.
3. El sistema de la reivindicación 1 o 2, en donde el detector de humo (10) es un detector de humo óptico que comprende una pluralidad de componentes ópticos.
4. El sistema de la reivindicación 3, en donde la pluralidad de componentes ópticos comprende un elemento emisor de luz (14) y un elemento receptor de luz (16).
5. El sistema de la reivindicación 4, en donde la tensión de salida del amplificador se mide como tensión nominal (Va) cuando el elemento emisor de luz (14) está en condición inactiva, como tensión máxima (Vb) cuando el elemento emisor de luz (14) se conmuta a una condición activa, y como tensión mínima (Vc) inmediatamente después de que el elemento emisor de luz (14) se conmute de nuevo a la condición inactiva.
6. El sistema de la reivindicación 4, en donde la tensión de salida del amplificador (36) se mide como tensión nominal (Va) cuando el elemento emisor de luz (14) está en condición inactiva, como tensión mínima (Vc) cuando el elemento emisor de luz (14) se conmuta a una condición activa, y como tensión máxima (Vb) inmediatamente después de que el elemento emisor de luz (14) se conmute de nuevo a la condición inactiva.
7. El sistema de la reivindicación 5 o 6, en donde el módulo de evaluación (44) compara la tensión nominal (Va) con un rango aceptable y predefinido de tensiones nominales.
8. El sistema de la reivindicación 5 o 6, en donde el módulo de evaluación (44) compara una diferencia entre la tensión máxima (Vb) y la tensión mínima (Vc) con un rango aceptable y predefinido de diferencias.
9. El sistema de la reivindicación 5 o 6, en donde el módulo de evaluación (44) calcula una relación ((VB-VA)/(VA-VC)) que se compara con un rango de relaciones aceptable y predefinido.
10. Un método para verificar la integridad operativa de un detector de humo (10) que comprende:
medir una señal de salida nominal como tensión nominal (Va), la señal de salida nominal generada por una pluralidad de componentes ópticos y electrónicos cuando un elemento emisor de luz (14) está en una condición inactiva;
conmutar el elemento emisor de luz (14) a una condición activa;
medir una señal de salida máxima como tensión máxima (VB);
conmutar el elemento emisor de luz (14) a la condición inactiva;
medir una señal de salida mínima como tensión mínima (Vc);
introducir la tensión máxima (Vb) y la tensión mínima (Vc) en un algoritmo almacenado en un controlador (46); y comparar una salida de algoritmo con un rango de valores aceptables y predeterminados para verificar la integridad operativa del detector de humo (10), realizándose la comparación por un módulo de evaluación (44) de un controlador (46) de detector de humo, en donde la integridad operativa es verificada por el módulo de evaluación (44) en respuesta tanto a la tensión máxima (VB) como a la tensión mínima (Vc ).
11. El método de la reivindicación 10, que comprende, además, determinar si la tensión nominal (Va) está dentro de un rango aceptable y predefinido de tensiones nominales con el módulo de evaluación (44).
12. El método de la reivindicación 10, que comprende, además, determinar si una diferencia entre la tensión máxima (Vb) y la tensión mínima (Vc) se encuentra dentro de un rango aceptable y predefinido de diferencias con el módulo de evaluación (44) durante un período de tiempo.
13. El método de la reivindicación 10, que comprende, además, determinar si una relación ((VB-VA)/(VA-VC)) está dentro de un rango de relaciones aceptable y predefinido con el módulo de evaluación (44).
14. El método de la reivindicación 13, que comprende, además, determinar si la relación ((VB-VA)/(VA-VC)) permanece constante durante un período de tiempo especificado con el módulo de evaluación (44).
15. El método de la reivindicación 10, que comprende, además, determinar si la tensión mínima (Vb) y la tensión máxima (Vc) se encuentran dentro de límites predefinidos.
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