FI111666B - Palohälytysjärjestelmä tulipalojen varhaiseksi toteamiseksi - Google Patents

Description

111666

Palohälytysjärjestelmä tulipalojen varhaiseksi toteamiseksi Brandalarmsystem för tidig detektering av bränder 1 5 Tämä keksintö koskee palohälytysjärjestelmää tulipalojen varhaiseksi toteamiseksi, jossa on ainakin yksi lineaarinen ’ savuhälytin, hajavalo- tai liekkihälytin, ja jossa on ana- lysointikytkennän ja sumealogiikan sisältävä signaalinkä-sittelyaste ainakin yhdessä hälyttimessä kehitettyjä sig-10 naaleja varten.

Patenttijulkaisussa EP-A-0 419 668 esitetyssä palohälytysjär jestelmässä integroidaan yhden tai useamman ei lähemmin eritellyn palohälyttimen signaali, ja hälytystietojen 15 lisäksi määritetään ja kerätään vielä ympäristötietoja, kuten esimerkiksi lämpötila, aika tai rakennuksen korkeus. Kaikki nämä tiedot ketjutetaan tämän jälkeen sumealogiikan avulla. Tässä tunnetussa laitteessa käytetään siis palohälyttimen lisäksi vielä useita ylimääräisiä antureita tieto-20 jen saamiseksi mitä erilaisimpien anturisignaalien pohjalta.

• <

Koska nämä ylimääräiset anturit nostavat järjestelmän hintaa huomattavasti pyritään kuitenkin pitämään niiden 25 lukumäärää alhaisena, mikä kuitenkin on vastoin aiottua päämäärää, eli 'hälytintiedon tarkkuutta ja kohdistuvuutta. Jos toisaalta tarkastetaan sitä tapausta, jossa käytettävissä on vain yksi anturityyppi, eli palohälytin, käsittää signaalin analyysi yksinomaan sen integroinnin ja päivä/yö-30 diskriminoinnin, jonka avulla häiriöiden laukaisemien vikahälytyksien todennäköisyys ei käytännössä pienene.

Lineaariset savuhälyttimet, kuten Cerberus AG'n hälytin tyyppiä A2400, käsittävät lähettimen, joka kehittää modu-35 loidun infrapunasäteen, ja vastaanottimen, joka kokoaa saapuvan infrapunasäteilyn ja analysoi sen. Hälyttimellä on pitkä valvontaulottuvuus, joka esimerkiksi on vähintään 3 m; säteeseen tunkeutuva savu heikentää infrapunasäteilyä.

111666 2

Liekkihälyttimet, kuten Cerberus AG’n infrapunahälytin tyyppiä S2406, käsittävät kaksi erityisiin aallonpituuksiin herkkää pyrosähköistä anturia ja ne voivat todeta tulipalon suhteellisen pitkän matkan päästä, joka esimerkiksi on yli 5 20 metriä.

>

Lineaariset savuhälyttimet ovat herkkiä erilaisille häi-riösuureille, jotka karkeasti voidaan jakaa kahteen luokkaan. Yhteen kategoriaan kuuluvat ympäristöhäiriöt, kuten 10 esimerkiksi ilman taitekertoimen vaihtelut suurissa lämpötiloissa tai hälyttimen optiikalle laskeutuva kaste tai vesipisarat suurella ilman kosteudella, tai radiopuhelimien tai vastaavien aiheuttamat sähkömagneettiset häiriöt.

Toinen häiriökategoria ovat interferenssit, esimerkiksi kun 15 ihminen, esine tai kone, tai hälytintä kannattavien seinien liikkeet katkaisevat valosäteen.

Kun valosäde katkeaa osittain hanan, ihmisen tai sen vuoksi että hälytin peittyy vedellä, tulkitaan hälytinsignaali • · t V 20 tulipaloksi. Myös voimakkaat sähkömagneettiset häiriöt, ja laitteiden kohdalla, joissa ilmavirtasekoittuminen on voimakasta, myös väreilyt tulkitaan usein tulipaloksi.

Näitä häiriöitä ei voida poistaa tunnetuilla laitteilla, ei myöskään patenttijulkaisussa EP-A-0 419 668 esitetyn tyyp-25 pisellä laitteella.

Liekkihälyttimet, jotka eivät aktiivisesti lähetä sädettä, eivätkä analysoi tätä vastaanottamisen jälkeen, vaan tutkivat vastaanotetun säteilyn, jolloin tämä myös voi olla 30 epäsuora sisäänsäteily, ovat suhteellisen tunnottomia , useampiin lineaaristen savuhälyttimien yhteydessä mainit tuihin häiriösuureisiin ja reagoivat enintään häiriösätei-lyyn.

35 Keksinnön avulla tulee tällöin saada aikaan edellä esitetyn tyyppinen palohäytysjärjestelmä, jossa häiriöt tunnistetaan sellaisinaan ja siten vikahälytykset poistetaan mahdolli- 111666 3 simman suuressa määrin ja jossa lisäksi häiriöiden syyt diagnostisoidaan mahdollisimman automaattisesti.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että 5 signaalinkäsittelyaste käsittää välineitä signaalien aika-( analysoimiseksi ainakin kahden signaaliparametrin arvioimi seksi, ja että signaaliparametrit muodostavat sumean logiikan linguistisia muuttujia.

10 Keksinnön mukaisessa palohälytysjärjestelmässä käytetään siis vain yhtä ainoata anturityyppiä, joka kehittää antu-risignaalin. Koska tämä signaali analysoidaan useamman parametrin osalta, jotka eivät kaikki yleensä reagoi samalla tavalla kaikkiin häiriösuureisiin, saadaan aikaan yksin-15 kertainen ja kustannuksiltaan edullinen väline häiriö- ja todellisten tapauksien erottamiseksi toisistaan.

Keksinnön mukaisen järjestelmän ensimmäinen sopiva rakenne-muoto on tunnettu siitä, että signaaliparametrit muodostu- ·»·>«· .· 2 0 vat signaaligradientin ja signaalikohinan avulla.

Keksinnön mukaisen laitteen toinen sopiva rakennemuoto on tunnettu siitä, että signaaliparametrit muodostuvat sig-naaliepäsymmetrian ja signaalihyppyjen avulla.

25 Käytännön kokeet ovat osoittaneet, että erilaiset signaali-parametrit, siis signaaligradientti, signaalikohina, sig-naaliepäsymmetria ja signaalihypyt reagoivat hyvin ominaisella tavalla toisaalta erilaisiin häiriöihin ja toisaalta 30 erilaisiin palotyyppeihin niin, että yksittäisten paramet-„ riarvojen ketjuttamisesta voidaan saada varmoja ja luotet- tavia tietoja hälytinsignaalin syystä. Saatuja tietoja ei vain voida käyttää vikahälytyksien poistamiseksi vaan myös , diagnoosin antamiseksi ongelmien yhteydessä tai hälytin- 35 herkkyyden automaattiseksi sopeuttamiseksi.

111666 4

Keksintö selitetään seuraavassa lähemmin rakenne-esimerkin ja piirustuksen pohjalta, jossa: t

Kuv. 1 esittää lineaarisen savuhälyttimen vastaanottimen 5 lohkokaaviota, ;

Kuviot 2a-2d esittävät kaavioita signaaliparametreja varten tarkoitetuista sumeista joukoista; ja 10 Kuv. 3 esittää kokoomakuvaa tyypillisistä palotapahtumista ja häiriöistä.

Kuten jo johdannossa mainittiin käsittävät lineaariset savuhälyttimet moduloidun infrapunasäteen lähettävän lähet-15 timen ja saapuvan infrapunasäteilyn kokoavan ja elektronisessa kytkennässä analysoivan vastaanottimen. Lähetin ja vastaanotin voivat tällöin sijaita toisiaan vastapäätä tai ne voidaan sijoittaa vierekkäin, jolloin viimeksimainitussa tapauksessa heijastimia on sijoitettu lähetintä ja vastaan-,·. 2 0 otinta vastapäätä olevalle puolelle.

Vastaanottimen pääosat ovat optiikka 1, valodiodi 2 ja signaalinkäsittelyaste 3, jossa on estimaatioaste 4 ja sumeakontrolleri 5. Signaalikäsittelyaste 3 käsittää lisäk-25 si analysointikytkennän, jossa pääasiassa valodiodin 2 vahvistettu signaali verrataan säädettävään hälytyskynnyk-seen, ja seurantakytkennän pölyn kerääntymisestä tai komponenttien vanhenemisesta johtuvien vastaanottosignaalin hitaiden muutoksien kompensoimiseksi. Analysointikytkentä 3 0 ja seurantakytkentä ovat tunnettuja Cerberus AG'n lineaarisen savuhälyttimen A2400 perusteella eikä niitä tässä yhteydessä selitetä lähemmin. Infrapunasäteeseen tunkeutuva savu heikentää infrapunasäteilyä ja heikentää vastaavasti vastaanottosignaalia. Kun tämä laskee tietyn arvon alle j 35 vastaanotin laukaisee hälytyssignaalin.

111666 5

Samalla kun hälytyksen laukeaminen tunnettujen lineaaristen savuhälyttimien kohdalla on riippuvainen yksinomaan vas-taanottosignaalin ja hälytyskynnyksen välisestä vertai-lutuloksesta, tutkitaan hälytyssignaali keksinnön mukaisen 5 järjestelmän kohdalla sopivien sumea-algoritmien avulla ja hälytys joko vahvistetaan tai tunnistetaan vikahälytykseksi. Tätä tarkoitusta varten aika-analysoidaan vastaanot-tosignaali, jonka yhteydessä lasketaan useita signaali-parametrejä, sekä ketjutetaan signaaliparametrit ja niiden 10 jako erilaisiin tapahtumakategorioihin sumean logiikan avulla.

Valodiodin 2 lähtösignaali joutuu kuvion 1 mukaan estimaa-tioasteeseen 4, jossa toisaalta vastaanottosignaali tasoi-15 tetaan ja toisaalta arvioidaan erilaisia vastaanottosignaa-lista johdettuja signaaliparametrejä tai signaaliominai-suuksia. Ennen tasoittamista normitetaan vastaanottosignaa-lin raaka-arvo siten, että kulloinenkin signaalimuutos Δ1 jaetaan referenssiarvolla 10. Vastaanottosignaalin tasoit->*. 20 tamiseksi tutkitaan raaka-arvon ja signaalin välistä suhdetta ja signaaliin lisätään vakio tai vähennetään siitä.

Signaaliparametrien tai signaaliominaisuuksien kohdalla kyseessä on esitetyn mukaisesti kohina, gradientti, hypyt 25 ja epäsymmetria. Nämä parametrit lasketaan tasoitetun signaalin aika-analyysin puitteissa signaalisuodattimien ja interkorrelaatiofunktioiden avulla. Kohina määritetään vertaamalla toisiaan seuraavia raaka-arvoja keskenään, gradientti useamman mittauspisteen juoksevana keskiarvona, 30 epäsymmetria vertaamalla toisaalta raaka-arvoa ja toisaalta tasoitettua signaalia ja kohinaa keskenään, ja signaalihyp- ♦ . · pyjä vastaava hyppyindikaattori vertaamalla eri pituisten välien aikana tasoitettua signaalia.

35 Gradientin arviointi tapahtuu siten, että gradientti hyvin pienen kaltevuuden tai hypyn yhteydessä on pieni ja pidemmän ajanjakson aikana tapahtuneen kasvun yhteydessä on 111666 6 suuri. Tämä vastaa toiminnallisesti kaistanpäästösuodatin-ta.

>

Estimaatioasteen 4 lähtösignaalit, so. tasoitettu signaali 5 ja signaaliparemetrit, joutuvat tällöin analysointikytken-tään (ei esitetty), jossa tasoitettua signaalia verrataan hälytyskynnykseen ja mahdollisesti kehitetään latentti hälytyssignaali, vast, sumeakontrolieriin 5, jossa tämä latentti hälytyssignaali verifioidaan ketjuttamalla signaali) liparametrien arvot sumealogiikan avulla.

Sumeakontrolieri 5 käsittää esitetyn mukaisesti kolme astetta ST1-ST3. Ensimmäisessä asteessa ST1 tapahtuu sumentaminen, so. eri signaaliparametrien pohjalta saatujen 15 terävien lukujen muuntaminen ei-teräviksi joukoiksi, nk. sumeiksi joukoiksi. Toisessa asteessa ST2 käytetään sumeiden joukkojen osalta sumeakontrollereiden sunnittelun yhteydessä määritettyjä sääntöjä, ja kolmannessa asteessa ST3 tapahtuu desumentaminen, so. terävien lähtösuureiden .* 20 laskeminen. Sumealogiikan perusteiden osalta viitataan tätä aihetta koskevaan laajaan kirjallisuustarjontaan, esimerkiksi H.J. Zimmermann'in kirjaan "Fuzzy Set Theory and its Applications", jonka julkaisija on Kluwer Academic Publishers, 1991.

25

Sumentaminen sumeakontrollerin 5 ensimmäisessä asteessa ST1 tapahtuu kuvioissa 2a-2d esitettyjen sumeiden joukkojen avulla. Kuviossa 2a on esitetty sumea joukko kohinaa, kuviossa 2b gradienttia, kuviossa 2c hyppyjä ja kuviossa 2d 30 epäsymmetrian signaaliparametriä varten. Koska kaikkien esitettyjen sumeiden joukkojen kohdalla kulloinkin ordinaa- · ; talle piirretyn yhteysfunktion tai yhteysasteen yläraja on yhtä kuin yksi, on joka tilanteessa kyseessä normaalit sumeat joukot. Yksittäiset signaaliparametrit ovat sumealo- j 35 giikan linguistiset muuttujat ja nämä linguistiset muuttujat voivat omaksua eri arvoja, jotka ovat kuvioissa 2a-2d esitettyjen sumeiden joukkojen nimiä.

7 111666

Linguistinen muuttuja kohina (kuv. 2a) voi esitetyn mukaisesti omaksua jonkin kolmesta arvosta (pieni, keskisuuri, suuri); linguistinen muuttuja gradientti (kuv. 2b) myös jonkin kolmesta arvosta (pieni, keskisuuri, suuri); lin-5 guistinen muuttuja hypyt (kuv. 2c) jonkin neljästä arvosta (hyvin pieni, pieni, keskisuuri, suuri); ja linguistinen muuttuja epäsymmetria (kuv. 2d) jonkin vain kahdesta arvosta (pieni, suuri).

10 Kuviossa 3 on esitetty käytännössä saatujen tietojen perusteella koottu tietokanta, jossa ovat yksittäisten signaali-parametrien arvot tai linguistiset muuttujat ja näiden arvojen tyypilliset ketjuttamiset tiettyjen useasti tapahtuvien palotapahtumien ja häiriöiden osalta. Tyypillisten 15 häiriöiden kohdalla, jotka suurimmaksi osaksi ovat tallennetut myös sumeakontrollerin 5 toiseen asteeseen ST2 (kuv. 1), ovat kyseessä optiikalla oleva roiskevesi, infrapunasäteen täydellinen tai osittainen peittyminen säteen poikki liikkuvan henkilön tai esineen toimesta, kosteuden laskeu-**i 20 tuminen optiikalle suuren ilman kosteuden ja voimakkaan jäähtymisen yhteydessä, sähkömagneettinen häiriö (EMI), väreilyt, joita ilmenee suuren paikallisen lämmönkehitty-misen yhteydessä, kuten esimerkiksi tehtaiden lähistöllä tai niiden sisällä tai lämpövoimalaitoksissa, ja tes-25 tisuodattimet. Viimeksimainittuja käytetään tunnetusti hälytyksen tarkoitukselliseksi laukaisemiseksi huolto- ja tarkastustöiden yhteydessä. Tieto testisuodatin tarkoittaa tällöin, että joko on käytetty testisuodatinta, tai että säde on osittain peittynyt hyvin lyhyen aikavälin puitteis-30 sa.

Kuviossa 3 on esitetty neljä palotapahtumaa yhdessä niille tunnusomaisten signaaliparametrien kanssa: 35 - väreilevä tulipalo suurella kohinalla 111666 8 - nopea tulipalo pienellä kohinalla ja suurella gradientil-la - tulipalo ilman väreilyä pienellä kohinalla ja suurella 5 gradientilla i - hyvin hidas tulipalo pienellä kohinalla ja pienellä gradientilla ja hyvin pienellä hypyllä.

10 Asteessa ST2 (kuv. 1) tutkitaan tällöin hälytyskynnyksen alittuessa tasoitetun vastaanottosignaalin avulla kuviossa 3 esitetyn tietokannan avulla onko kyseessä todella tulipalo tai vain häiriö. Tällöin on käyttöön tulevat sumeasään-nöt muotoiltu niin, että pätee: Silloin kun (jokin maini-15 tuista neljästä ehdoista pätee ja signaali < hälytyskynnys) on kyseessä tulipalo.

Esitetty järjestelmä sopii vikahälytyksien poistamisen lisäksi myös häiriödiagnoosiin. Jo nykyiset lineaariset -» · · 20 savuhälyttimet ovat muodostetut rakenteeltaan sellaisiksi, että tietyt häiriöt, erityisesti infrapunasäteen katkeaminen tai lähettimen pettäminen katkaisevat vastaanottimen johdinpäätepinteisiin johtavan virtapiirin, mikä simuloi johdinkatkon. Kun viankorjauksen kohdalla on todettu, että 25 mainittujen pinteiden kohdalla ei ole mitään jännitettä tarkistetaan mahdolliset syyt (vastaanottimen kansi asentamatta, valosäde katkennut, lähetin pettänyt, vastaanotin-häiriö) kukin vuorollaan.

30 Keksinnön mukaisen hälyttimen kohdalla voidaan häiriödiag-noosia laajentaa koskemaan oleellisesti enemmän häiriöitä • ja se voi myös tapahtua oleellisesti yksinkertaisemmin siten, että myös häiriöitä varten määritetään sumeasäännöt, mikä mahdollistaa todennäköisen (-sten) häiriösyyn (-iden) t 35 suoran ilmaisemisen. Tällöin tulee vikojen poistaminen oleellisesti yksinkertaisemmaksi ja halvemmaksi ja lisäksi 111660 9 saadaan mahdollisuus poistaa usein esiintyvien häiriöiden syy.

Sumealogiikan avulla saadun tiedon eräs toinen käyttömah-5 dollisuus on hälyttimen herkkyyden automaattinen sopeutta-minen siten, että esimerkiksi väreilyjen yhteydessä valitaan korkeampi hälytyskynnys, tai ryhdytään toisiin toimenpiteisiin, jolloin esimerkiksi kasteen muodostumisen yhteydessä kytketään päälle kyseisen etukannen lämmitys.

10

Kun lineaarisen savuhälyttiraen sijasta käytetään optista hajavalohälytintä tai liekkihälytintä, muuttuu sumeakont-rollerin rakenne vain hieman. On vain määritettävä tietyt toiset sumeajoukot ja säädettävä uudet sumeasäännöt. Koska 15 mahdolliset häiriöiden syyt kuitenkin ovat hyvin samanlaisia jokaisen kolmen hälytintyypin kohdalla selviytyy asiantuntija tarpeellisista sopeuttamistoimenpiteistä.

• « # • « • ·

Claims (13)

111666 10

1. Palohälytysjärjestelmä tulipalojen varhaiseksi toteamiseksi, jossa on ainakin yksi lineaarinen savu-, hajavalo- 5 tai liekkihälytin, ja jossa on analysointikytkennän ja sumealogiikan sisältävä signaalinkäsittelyaste ainakin yhdessä hälyttimessä kehitettyjä signaaleja varten, tunnettu siitä, että signaalinkäsittelyaste (3) käsittää elimen (4) signaalien aika-analysoimiseksi ainakin kahden 10 signaaliparametrin arvioimiseksi, ja että signaaliparamet-rit muodostavat sumealogiikan linguistisia muuttujia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että signaaliparametrit muodostuvat sig- 15 naaligradienttien ja signaalikohinan avulla.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että signaaligradientin arviointi toiminnallisesti vastaa kaistanpäästöä siten, että gradientti 20 pienen kaltevuuden tai signaalin hypyn yhteydessä on pieni ja pidemmän aikavälin aikana tapahtuneen kasvun yhteydessä on suuri.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen palohälytysjärjes-25 telmä, tunnettu siitä, että signaaliparametrit muodostuvat signaaliepäsymmetrian ja signaalihyppyjen avulla.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen palohälytysjär-jestelmä, tunnettu siitä, että sumealogiikka (5) käsittää 30 tietokannan, johon sisältyy tietoja tyypillisistä palo- ja vikahälytystapahtumista ja näihin tapahtumiin liittyvistä signaaliparametrien arvoista tai näiden ketjuttamisista.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen palohälytysjärjestelmä, 35 jonka analysointikytkentä käsittää komparaattorin signaalien vertaamiseksi hälytyskynnykseen, joka tämän kynnyksen alittuessa laukaisee hälytyssignaalin, tunnettu siitä, 11 11166(5 että hälytyssignaali tarkistetaan sumealogiikassa (5) ja että se vahvistaa tämän signaalin vain siinä tapauksessa, että myös vastaavat signaaliparametrit viittaavat tulipaloon. 5

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että sumealogiikan (5) tietokanta käsittää palotapahtumaehtoina yhden tai useamman seuraavista signaa-liparametriarvoista: 10 - suuri signaalikohina - pieni signaalikohina ja suuri signaaligradientti 15. pieni signaalikohina ja keskisuuri signaaligradientti - pieni signaalikohina ja pieni signaaligradientti ja hyvin pieni signaalihyppy. *; 20 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että hälytyssignaalin tarkistuksen yhteydessä käytetty sumeasääntö kuuluu: Silloin kun (patenttivaatimuksessa 6 mainitut ehdot pätevät ja signaali < hälytyskynnys) on kyseessä tulipalo. 25

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että sumealogiikan (5) tietokantaan on tallennettu tietoja tyypillisistä häiriötapahtumista ja näihin tapahtumiin liittyvistä signaaliparametrien arvoista 30 ja näiden ketjuttamisista.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että tarkistuksen tuloksen pohjalta saatu hälytyssignaali luokitellaan joko kategoriaan tulipalo tai 35 kategoriaan häiriö. 111666 12

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen palohälytysjärjestelmä, tunnettu siitä, että kukin mainituista kategorioista on jaettu useampaan portaaseen.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen palohälytysj ärj estelmä, tunnettu siitä, että eri kategoriat indikoidaan.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen palohälytysj ärj estelmä, tunnettu siitä, että häiriön sattuessa indikoidaan sen 10 syy.