FI63125B

FI63125B - OPTICAL BRAND DETECTOR

Info

Publication number: FI63125B
Application number: FI772470A
Authority: FI
Inventors: Erik Gustaf Lindgren
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1976-09-01
Filing date: 1977-08-18
Publication date: 1982-12-31
Also published as: DK148226C; CH621425A5; FI63125C; BE858192A; DK386877A; AU2838477A; FR2363840A2; SE395554B; DE2736224C2; NO140519C; NO773020L; FI772470A; CA1102429A; DK148226B; NL7709640A; AU510627B2; FR2363840B2; IT1088004B; NO140519B; DE2736224A1

Description

pr^rri ro KUULUTUSJULKAISU ^ 7-i o Cpr ^ rri ro KUULUTUSJULKAISU ^ 7-i o C

jSTa Lbj (11) utlAconingiskrift o ό 1 2 5 •jjSS (4S) Pr.tent irrddclat ^ ^ (51) Kv.lk.Wa3 G 08 B 17/10 SUOMI-FINLAND (21) 772*70 (22) HcJmmiMM — ΑμΜ<*>(**| l8.08.77 (23) ΑΜαφΜνΙ—QlU*h*t»du 18.08.77 (41) TuHut JtilldMlui — Mlvk oHanclii 02 03 78 ^tentti j* r*ki«t«rih*llitu* Hl****— μ .««»**« P*t«nt» oeh rmgisUretyrvitmt ' AiwMun utti** «* utUfcrifcM pttbUcr— 31.12.82 (32)(33)(31) hry4n*ye«|Wr*iort*·* oi.09.76jSTa Lbj (11) utlAconian writing o ό 1 2 5 • jjSS (4S) Pr.tent irrddclat ^^ (51) Kv.lk.Wa3 G 08 B 17/10 SUOMI-FINLAND (21) 772 * 70 (22) HcJmmiMM - ΑμΜ <*> (** | l8.08.77 (23) ΑΜαφΜνΙ — QlU * h * t »du 18.08.77 (41) TuHut JtilldMlui - Mlvk oHanclii 02 03 78 ^ tentti j * r * ki« t «rih * llitu * Hl **** - µ. «« »**« P * t «nt» oeh rmgisUretyrvitmt 'AiwMun utti ** «* utUfcrifcM pttbUcr— 31.12.82 (32) (33) (31) hry4n * ye« | Wr * iort * · * oi.09.76

Ruotsi-Sverige(SE) 760967O-ORuotsi Sweden (SE) 760967O-O

(71) Oy L M Ericsson Ab, Kyrkslätt, FI; 02*20 Jorvas, Suomi-Finland(FI) (72) Erik Gustaf Lindgren, Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (7*) Oy Kolster Ab (5*) Optisk branddetektor - Optinen palonilmaisin(71) Oy L M Ericsson Ab, Church Plain, FI; 02 * 20 Jorvas, Suomi-Finland (FI) (72) Erik Gustaf Lindgren, Stockholm, Ruotsi-Sweden (SE) (7 *) Oy Kolster Ab (5 *) Optical fire detector - Optinen palonil maisin

Uppfinningen avser en optisk branddetektor i vilken en strälningskälla är anordnad att alstra ett strälknippe och inne-fattar modulatororgan för modulering av stralknippet i ett inbör-des fasinverterat förhällande inom ett första och andra väglängds-omra.de och en stralningsdetektor är anordnad att mottaga sträl-knippet efter det att detta har passerat mellanliggande luft och innefattar första organ för en individuell mätning av intensiteten i nämnda bada väglängdsomräden och andra organ för detektering av sädana variationer i de uppmätta intensiteterna som är representative för brand.The invention relates to an optical fire detector in which a radiation source is arranged to generate a beam of radiation and includes modulator means for modulating the beam of radiation in a mutually phase inverted relationship within a first and second path length area and a radiation detector is arranged to receive radiation the bundle after passing intermediate air and includes first means for individually measuring the intensity of said bath path ranges and second means for detecting such variations in the measured intensities representative of fire.

En optisk branddetektor av ovan definierad typ beskrives i den svenska patentansökan nr. 7604502-0 där nämnda inbördes fas-inverterade modulation inom det första och andra vaglängdsomradet har ändamälet att möjliggöra att den individuella mätningen av intensiteten i de bada väglängdsomradena kan ske med utnyttjande av ett enda strälningskännande element. Branddetektorn kan uppnä en 2 63125 god diskriminering mot flimmer alstrat av omgivande elektrisk belysning genom en metod vilken är beskriven i den svenska ut-läggningsskriften nr. 7310965-4 och enligt vilken stralknippet är emitterat i form av en serie kortvariga pulser med hög puls-effekt varvid strälningsdetektorn är anordnad att vara frekvens-selektiv för stigtiden hos pulserna.An optical fire detector of the type defined above is described in the Swedish patent application no. 7604502-0, wherein said mutually phase inverted modulation within the first and second wavelength ranges is intended to enable the individual measurement of the intensity of the two wavelength ranges to be utilized by a single radiation sensing element. The fire detector can achieve a good discrimination against flicker generated by ambient electric lighting by a method described in the Swedish lay-out document no. 7310965-4 and according to which the beam is emitted in the form of a series of short duration pulses with high pulse power, the radiation detector being arranged to be frequency selective for the rise time of the pulses.

En nackdel med denna kända metod är dock att branddetektorn uppnär den önskade diskrimineringen mot flimmer alstrat av omgivande elektrisk belysning endast om säväl strälningsdetektorn som strälningskällan har en kort stigtid av storleksordningen /US. Meto-den möjliggör därför ej ett effektivt utnyttjande av strälnings-kännande element som har en hög känslighet när denna höga känslighet är uppnädd tili priset av en läng stigtid av storleksordningen 100 /US .However, a disadvantage of this known method is that the fire detector achieves the desired discrimination against flicker generated by ambient electric lighting only if both the radiation detector and the radiation source have a short rise time of the order / US. Therefore, the method does not allow for efficient utilization of radiation-sensing elements having a high sensitivity when this high sensitivity is attained at the price of a long rise time of the order of 100 / US.

Den optiska branddetektorn enligt uppfinningen ästadkommer en god diskriminering mot flimmer alstrat av omgivande elektrisk belysning utan att fordra en kort stigtid varken hos strälningsdetektorn eller hos strälningskällan och möjliggör dessutom en förbättrad diskriminering mot sädant flimmer som alstras när mekaniska vibra-tioner exempelvis orsakade av tung gatutrafik varierar strälknippets utfallsriktning frän strälningskällan.The optical fire detector according to the invention provides good discrimination against flicker generated by ambient electric lighting without requiring a short rise time neither of the radiation detector nor of the radiation source, and furthermore enables an improved discrimination against such flicker generated when mechanical vibrations caused by varying street vibrations, for example, the direction of the radiation bundle from the radiation source.

Uppfinningen vars kännetecken framgär av efterföljande pa-tentkrav skall nu närmare beskrivas under hänvisning tili bifogad ritning där fig. 1 visar en föredragen utföringsform för en optisk värme-detektor och fig. 2 visar en föredragen utföringsform för en optisk värme-och-rökdetektor.The invention, the features of which are set forth in the following patent claims, will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a preferred embodiment of an optical heat detector and Fig. 2 shows a preferred embodiment of an optical heat and smoke detector.

Fig. 1 visar en föredragen utföringsform för en optisk värme-detektor enligt uppfinningen. En strälningskälla 1 är anordnad att alstra ett utgäende strälknippe och innefattar en sinusvägoscilla-tor 2 anordnad att via en fasvändare 3 ästadkomma en inbördes fas-inverterad modulation av strälningsbidrag frän en lysdiod 4 och ett infrarött väglängdsomräde hos ett strälningsbidrag frän en lysdiod 5. En strälningsdetektor 6 är placerad pä avständ frän strälningskällan 1 för att mottaga strälknippet efter det att det-ta har passerat mellanliggande luft och innefattar tvä fototransis-torer 7 och 8 vilka är anordnade att ästadkomma en separat mätning 3 631 25 av intensiteten i det gröna respektive infraröda väglängdsomrädet i strälknippet. För detta ändamäl är ett dikromatiskt filter 9 pla-cerat framför fototransistorn 7 i banan för det mottagna strälknippet och anordnat i en vinkel av 45° relativt detta varvid den andra fototransistorn 8 är placerad i banan för en mot det dikro-matiska filtret 9 reflekterad del av det mottagna strälknippet. Filtret 9 som är i och för sig känt genomsläpper enligt exemplet strälknippets gröna del tili fototransistorn 7 och reflekterar strälknippets infraröda del tili fototransistorn 8.Fig. 1 shows a preferred embodiment of an optical heat detector according to the invention. A radiation source 1 is arranged to generate an output radiation bundle and comprises a sinusoidal oscillator 2 arranged to provide via a phase converter 3 a mutually phase inverted modulation of radiation contributions from a light emitting diode 4 and an infrared path length range of a light emitting diode 5. 6 is spaced apart from the radiation source 1 to receive the beam of radiation after it has passed through intermediate air and includes two phototransistors 7 and 8 which are arranged to provide a separate measurement of the intensity of the green and infrared wavelength range, respectively. in the beam of radiation. For this purpose, a dichromatic filter 9 is positioned in front of the phototransistor 7 in the path of the received beam and disposed at an angle of 45 ° relative thereto, the second phototransistor 8 being placed in the path of a portion reflected against the dichromatic filter 9. of the received beam of radiation. The filter 9, which is known per se, according to the example, transmits the green portion of the beam to phototransistor 7 and reflects the infrared portion of the beam to phototransistor 8.

I stralningskällan 1 är ett andra dikromatiskt filter 10 placerat i banan för den utgäende gröna strälningen frän lysdioden 4 och anordnat i 45° vinkel relativt denna varvid den andra lysdioden 5 är placerad sä att dess utgäende infraröda straining reflek-teras av filtret 10 ut i sarana bana som den utgäende gröna strälningen frän lysdioden 4. Den gröna strälningen frän lysdioden 4 och den infraröda strälningen frän lysdioden S genomsläppes respek-teras i huvudsak utan förlust av filtret 10. Detta ästadkommer sä-ledes en i huvudsak förlustfri sammanlagring av strälningen frän lysdioderna 4 och 5.In the radiation source 1, a second dichromatic filter 10 is placed in the path of the output green radiation from the LED 4 and disposed at a 45 ° angle relative to it, the second LED 5 being positioned so that its output infrared strain is reflected by the filter 10 into the sarana. path such as the output green radiation from the LED 4. The green radiation from the LED 4 and the infrared radiation from the LED S are respected substantially without loss of the filter 10. This also results in a substantially loss-free storage of the radiation 4 and 5.

Enligt uppfinningen innefattar strälningsdetektorn 6 en demodulator 11 i vilken ett summeringsorgan 12 enligt exemplet har en inverterande och en icke-inverterande ingäng ansluten tili fototransistorn 7 respektive tili fototransistorn 8 via var sin växel-spänningsförstärkare 13 respektive 14. Summeringsorganet 12 avger en summasignal härledd av den inbördes fasinverterade modulationen inom det gröna och infraröda väglängdsomrädet i strälknippet frän stralningskällan 1. Summasignalen tillföres en multiplikator 15 som är anordnad att skifta förstärkningen hos demodulatorn 11 mel-lan ett positivt och ett negativt värde i synkronisin med den inbördes fasinverterade modulationen inom det gröna och infraröda väglängdsomrädet i strälknippet frän strälningskällan 1. Den utnytt-jade metoden för modulation och demodulation ger den demodulerade summasignalen egenskapen av en god diskriminering mot flimmer alst-rat av omgivande elektrisk belysning.According to the invention, the radiation detector 6 comprises a demodulator 11 in which a summing means 12 according to the example has an inverting and a non-inverting input connected to the phototransistor 7 and to the phototransistor 8 via alternating voltage amplifiers 13 and 14 respectively. The summing means 12 emit a sum signal derived from the The phase signal is applied to a multiplier 15 arranged to shift the gain of the demodulator 11 between a positive and a negative value in the internal input of the green inverter, and the inter-phase modulation within the green and infrared path length range of the radiation bundle. the path length range in the beam from the radiation source 1. The modulation and demodulation method employed gives the demodulated sum signal the property of good discrimination against flicker generated by ambient electrical lighting.

Enligt exemplet har multiplikatorn 15 en styringäng ansluten tili en utgäng hos summeringsorganet 12 via ett pulsformande organ 16. En lämplig utföringsform för multiplikatorn 15 är beskriven pä . Ί 63125 sid. 113 i tidskriften Electronics av den 9 januari 1975. Det puls-formande organet 16 bestär enligt exemplet av en spänningskompa-rator med en jordad referensingäng.According to the example, the multiplier 15 has a control input connected to an output of the summing means 12 via a pulse forming means 16. A suitable embodiment of the multiplier 15 is described in FIG. Ί 63125 p. 113 in the journal Electronics of January 9, 1975. The pulse-forming member 16, according to the example, comprises a voltage comparator with a grounded reference input.

Demodulatorn är ansluten till en AM-detektor 17 för detekte-ring av en sadan amplitudmodulation i det mottagna strälknippet som är representativ för värme. För detta ändamäl innefattar AM-detektorn 17 ett bandpassfliter som enligt exemplet är anordnat att genom-släppa frekvensintervallet 10-100 Hz. AM-detektorn 17 är ansluten till en värmelarmutgang 18 via ett integrerande och tröskeldetek-terande organ 19.The demodulator is connected to an AM detector 17 for detecting such amplitude modulation in the received beam which is representative of heat. For this purpose, the AM detector 17 includes a bandpass flitter which, according to the example, is arranged to pass through the frequency range 10-100 Hz. The AM detector 17 is connected to a heater output 18 via an integrating and threshold detecting means 19.

Fig. 2 visar en föredragen utföringsform för en optisk värme-och-rökdetektor enligt uppfinningen. En strälningskälla 20 är an-ordnad att alstra ett utgäende strälknippe och innefattar motsvaran-de organ som strälningskällan 1 i fig. 1, nämligen en sinusväg-oscillator 21, en fasvändare 22 styrd av sinusvagoscillatorn 21 och anordnad att ästadkomma en fasinverterad modulation av sträl-ningsintensiteten hos en grönemitterande lysdiod 23 och en infra-rödemitterande lysdiod 24, och ett dikromatiskt filter 25 för sam-manlagring av strälningen frän lysdioderna 23 och 24 tili ett utgäen-de strälknippe som helt motsvarar det utgäende stralknippet i fig. 1.Fig. 2 shows a preferred embodiment of an optical heat and smoke detector according to the invention. A radiation source 20 is arranged to generate an output radiation bundle and comprises the corresponding means as the radiation source 1 in Figure 1, namely a sinusoidal oscillator 21, a phase reverser 22 controlled by the sinusoidal oscillator 21 and arranged to provide a phase inverted modulation of radiation. the intensity of a green emitting LED 23 and an infrared emitting diode 24, and a dichromatic filter 25 for co-storing the radiation from the diodes 23 and 24 to an outgoing beam of beam which completely corresponds to the output beam of Fig. 1.

En strälningsdetektor 26 är placerad sida vid sida med sträl-ningskällan 20 och är anordnad att mottaga ett inkommande strälknippe alstrat genom reflektion av det utgäende strälknippet medelst en pä avständ belägen reflektor (ej visad). Strälnings-detektorn 26 innefattar i likhet med strälningsdetektorn 6 i fig. 1 tvä fototransistorer 27 och 28, ett dikromatiskt filter 29 och en demodulator 30. I demodulatorn 30 ingär ett summeringsorgan 31 som enligt exemplet har tvä identiskt lika ingängar anslutna tili foto-transistorn 27 respektive tili fototransistorn 28 via var sin växel-spänningsförstärkare 32 respektive 33 och ett multiplikatororgan 34 som innefattar tvä likfasigt styrda multiplikatorer 35 och 36 anordnade att skifta förstärkningen mellan fototransistorerna 27 och 28 och deras respektive anslutna ingängar hos summeringsorganet 31 mellan ett positivt och ett negativt värde i synkronism med den inbördes fasinverterade modulationen inom det gröna och infraröda väglängdsomrädet i strälknippet frän strälningskällan 20.A radiation detector 26 is placed side by side with the radiation source 20 and is arranged to receive an incoming beam of light generated by reflection of the outgoing beam of beam by means of a remote reflector (not shown). The radiation detector 26, like the radiation detector 6 in Fig. 1, comprises two phototransistors 27 and 28, a dichromatic filter 29 and a demodulator 30. In the demodulator 30 there is a summing means 31 which according to the example has two identical inputs connected to the photo-transistor 27 respectively to phototransistor 28 via alternating voltage amplifiers 32 and 33, respectively, and a multiplier means 34 including two phase controlled multipliers 35 and 36 arranged to shift the gain between the phototransistors 27 and 28 and their respective connected inputs of the summing means 31 between a positive and a negative value. in synchronism with the mutually phase inverted modulation within the green and infrared path length range of the radiation bundle from the radiation source 20.

Enligt exemplet har multiplikatorerna 35 och 36 var sin .1 5 63125 styringäng ansluten till sinusvägoscillatorn 21 i strälningskällan 20 via ett gemensamt pulsformande organ 37 som ingär i demodulatorn 30 och utgöres av en spänningskomparator med en jordad referens-ingäng.According to the example, the multipliers 35 and 36 each have a control input connected to the sinusoidal oscillator 21 in the radiation source 20 via a common pulse forming means 37 which is part of the demodulator 30 and is a voltage comparator with a grounded reference input.

Strälningsdetektorn 26 innefattar en AM-detektor 38 för detektering av sädana amplitudvariationer i det mottagna sträl-knippet som är representative för värme. AM-detektorn 38 som enligt exemplet är ansluten till fototransistorerna 27 och 28 via nämnda likfasigt styrda multiplikatorer 35 och 36 hos multiplikatororganet 34 och via nämnda identiskt lika ingängar hos sumraeringsorganet 31 mätäs med en skillnadssignal härledd av den inbördes fasinver-terade modulationen inom det gröna och infraröda väglängdsomrädet i strälknippet frän strälningskällan 20. AM-detektorn 38 inne-fattar förutom ett bandpassfilter för frekvensintervallet 10-100 Hz ett förstärkarorgan för att höja signalnivän före detektering. AM-detektorn 38 är ansluten tili en värmelarmutgang 39 via ett integrerande och tröskeldetekterande organ 40.The radiation detector 26 includes an AM detector 38 for detecting such amplitude variations in the received radiation bundle representative of heat. The AM detector 38 connected to the phototransistors 27 and 28, by the example, via said uniformly controlled multipliers 35 and 36 of the multiplier means 34 and via said identically equal inputs of the summing means 31 is measured with a difference signal derived from the mutually phase inverted modulation within the green and the infrared path length range of the beam from the radiation source 20. The AM detector 38 includes, in addition to a bandpass filter for the frequency range 10-100 Hz, an amplifier means to raise the signal level before detection. The AM detector 38 is connected to a heater output 39 via an integrating and threshold detecting means 40.

I strälningsdetektorn 26 är summeringsorganet 31 vidare anslu-tet tili en röklarmutgäng 41 via ett integrerande och tröskeldetekterande organ 42 som säledes mätäs med samma skillnadssignal som AM-detektorn 38. Skillnadssignalens polaritet vid röklarm är nor-malt förutbestämd men om sä ej är fallet kan nämnda tröskeldetek-tering utföras medelst en fönsterkomparator för vilken en lämplig utföringsform är beskriven pä sid. 113 och 114 i tidskriften Electronics av den 5 September 1974.In the radiation detector 26, the summing means 31 is further connected to a smoke alarm output 41 via an integrating and threshold detecting means 42 which is thus measured with the same difference signal as the AM detector 38. The difference signal polarity of the smoke alarm is normally predetermined, but if not the case can be mentioned. threshold detection is performed by a window comparator for which a suitable embodiment is described on page. 113 and 114 in the journal Electronics of September 5, 1974.

I värme-och-rökdetektorn i fig. 2 bygger funktionen vid säväl värmelarm som röklarm pä erfarenheten att brans päverkar ett stral-knippe olika starkt inom tvä skilda väglängdsomraden och därför kan detekteras genom en skillnadsmätning. Denna principiella funktion möjliggör värme- och röklarm med en mycket god diskriminering mot flimmer alstrat av omgivande elektrisk belysning och ger des-sutom en god diskriminering mot sädant flimmer som alstras när meteriska vibrationer orsakade av exempelvis tung gatutrafik varierar strälknippets utfallsriktning frän strälningskällan 20.In the heat-and-smoke detector in Fig. 2, the function of both heat alarm and smoke alarm is based on the experience that fire affects a beam of different strongly within two different path length areas and can therefore be detected by a difference measurement. This principle function enables heat and smoke alarms with a very good discrimination against flicker generated by ambient electric lighting and also provides a good discrimination against such flicker generated when metric vibrations caused by, for example, heavy street traffic vary the direction of radiation of the beam from the source of radiation 20.

Uppfinningen är ej begränsad tili de beskrivna utförings-formerna utan kan modifieras pä mänga sätt inom ramen för efter-följande patentkrav. Exempelvis kan fototransistorerna 7 och 8 i fig.The invention is not limited to the embodiments described but can be modified in many ways within the scope of the following claims. For example, the phototransistors 7 and 8 of FIG.

Claims

1 and 27 and 28 in FIG. three transistor elements thanks to the fact that the principle used for modulation and demodulation enables good discrimination against flicker generated by ambient electrical lighting even at a low modulation frequency, e.g. of the order of 1 kHz, which means that the total ascent time can reach the order of 100 µs. Furthermore, the integrating and threshold detecting means 19 of Figs. 1 and 40 of Fig. 2 can be supplemented with such means for a more efficient heat detection as described in German patent specification no. At low intensity of the beam of radiation received by the radiation detector 6 of Fig. 1, the pulse-shaped member 16 may conveniently be connected to the output of the summing means 12 via a phase-read oscillator of known embodiment for 0 ° phase rotation between the output and the incoming signal.