ITUB20155886A1

ITUB20155886A1 - Rilevatore d?incendio a radiazione infrarossa con funzione composta per ambiente confinato.

Info

Publication number: ITUB20155886A1
Application number: ITUB2015A005886A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Pietro Lorenzoni
Original assignee: A M General Contractor S P A
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-05-25
Also published as: ES2825720T3; HUE051281T2; KR20170061097A; CN107025428B; US10255506B2; CA2949487A1; JP6876415B2; PE20170814A1; EP3174022B1; CN107025428A; EP3174022A1; US20170147884A1; DK3174022T3; JP2017142777A

Description

"Rilevatore d'incendio a radiazione infrarossa con funzione composta per ambiente confinato"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai sistemi di rilevazione di dati di energia termica radiata in un ambiente mediante elaborazione di immagini in radiazione infrarossa.

La pubblicazione EP 2801960 della stessa Richiedente descrive un metodo di rilevazione di dati di energia termica radiata in un ambiente mediante elaborazione di immagini in radiazione infrarossa, il metodo comprendendo le fasi di:

ricevere una pluralità di serie sequenziali di immagini in radiazione infrarossa dell'ambiente, ciascuna di dette immagini comprendendo una matrice di pixel, ciascun pixel avendo un valore che è rappresentativo di una temperatura;

elaborare immagini successive di detta pluralità di serie sequenziali di immagini per determinare una variazione di almeno un parametro termico che soddisfi criteri di allarme prestabiliti; e rilevare un evento nell'ambiente sulla base della determinata variazione del parametro termico;

Uno scopo della presente invenzione è quello di rendere disponibile un sistema di rilevazione d'incendio che sia realizzabile con componenti relativamente semplici ma che permetta di raggiungere elevati livelli di precisione.

A fronte di tale scopo, forma oggetto dell'invenzione un rilevatore d'incendio a radiazione infrarossa, comprendente una superficie di supporto curva e una pluralità di sensori di radiazione infrarossa disposti sulla superficie di supporto,

in cui ciascun sensore comprende una matrice planare di elementi sensibili alla radiazione infrarossa, avente una rispettiva direzione di vista e un angolo solido di vista definito attorno alla direzione di vista, i quali definiscono un campo di vista associato al sensore, e

in cui le direzioni di vista dei sensori si intersecano l'un l'altra in corrispondenza di un punto centrale e i sensori sono separati l'uno dall'altro di una data distanza angolare riferita al punto centrale, gli angoli solidi di vista dei sensori presentando una stessa ampiezza ristretta tale per cui i campi di vista dei sensori sono non intersecantisi fra loro.

Forma inoltre oggetto dell'invenzione un metodo di rilevazione di dati di energia termica radiata in un ambiente confinato mediante elaborazione di immagini in radiazione infrarossa, il metodo comprendendo le fasi di:

il metodo essendo caratterizzato dal fatto di impiegare almeno un rilevatore d'incendio a radiazione infrarossa, comprendente una superficie di supporto curva e una pluralità di sensori di radiazione infrarossa disposti sulla superficie di supporto,

in cui ciascun sensore comprende una matrice planare di elementi sensibili alla radiazione infrarossa, avente una rispettiva direzione di vista perpendicolare alla matrice e un angolo solido di vista definito attorno alla direzione di vista, i quali definiscono un campo di vista associato al sensore,

in cui le direzioni di vista dei sensori si intersecano l'un l'altra in corrispondenza di un punto centrale e i sensori sono separati l'uno dall'altro di una data distanza angolare riferita al punto centrale, gli angoli solidi di vista dei sensori presentando una stessa ampiezza ristretta tale per cui i campi di vista dei sensori sono non intersecantisi fra loro, e

in cui ciascuna serie sequenziale di immagini è rilevata da un rispettivo sensore del rilevatore d'incendio,

In particolare, il metodo comprende inoltre identificare la posizione di una sorgente associata all'evento rilevato, una prima frazione della radiazione infrarossa emessa dalla sorgente essendo rilevata direttamente da uno solo dei sensori del rilevatore d'incendio, e una seconda frazione della radiazione infrarossa emessa dalla sorgente essendo rilevata da almeno un altro sensore del rilevatore d'incendio dopo esser stata riflessa da superfici dell'ambiente, la posizione della sorgente essendo calcolata in funzione di una relazione geometrica fra le direzioni di vista del sensore che rileva la prima frazione della radiazione infrarossa e dell' almeno un altro sensore che rileva la seconda frazione della radiazione infrarossa.

Con il rivelatore e il metodo secondo 1'invenzione è possibile rilevare prontamente e con altro grado di affidabilità i principi di incendio scongiurando i falsi allarmi (è possibile una valutazione dell'entropia in termini quantistici con errore inferiore a 10<-s>e tale da garantire dei livelli di sicurezza funzionale superiori a IO<-6>). Inoltre è possibile localizzare in modo sicuro il principio d incendio, permettendo di conseguenza l'attivazione efficace di azioni atte a contrastare il fenomeno rilevato (attivazione diretta di dispositivi di estinzione, trasmissione delle segnalazioni di allarme sia locale che remota con entità del rischio) .

Il rilevatore secondo 1'invenzione è adattabile a qualsiasi configurazione di sistemi in ambienti delimitati, e può arrivare a monitorare aree con angolo a 360°.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del rilevatore e del metodo secondo l'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui;

la figura 1 illustra lo schema di principio di un rilevatore secondo 1'invenzione;

la figura 2 illustra schematicamente la struttura di un esempio di un rilevatore secondo 1'invenzione;

la figura 3 illustra schematicamente l'architettura di un sensore a matrice di termopila utilizzabile per il rilevatore di figura 2;

la figura 4 illustra schematicamente l'architettura di un esempio di rilevatore secondo 1'invenzione;

le figure 5 e 6 illustrano due differenti modalità di comunicazione fra le unità del rilevatore;

le figure 7 e 8 illustrano due differenti modalità di funzionamento per un sistema comprendente una pluralità di rilevatori;

le figure 9 a 13 illustrano i principi geometrici di localizzazione di sorgenti di energia con il rilevatore secondo 1'invenzione;

le figure 14 a 16 sono diagrammi di flusso che illustrano una forma di attuazione del metodo di rilevazione secondo l'invenzione.

Con riferimento alla figura 1, è rappresentato schematicamente un rilevatore d'incendio a radiazione infrarossa secondo 1'invenzione, indicato con 10. Il rilevatore 10 comprende essenzialmente una superficie di supporto 12 curva e una pluralità di sensori di radiazione infrarossa 14 disposti sulla superficie di supporto 12. La superficie di supporto 12 può avere ad esempio una forma cilindrica o a calotta sferica. I sensori 14 sono sostanzialmente puntiformi, e possono essere ad esempio del tipo a matrice di termopile. Ciascun sensore 14 comprende una matrice planare 15 formata da elementi 16 sensibili alla radiazione infrarossa (rappresentati in figura 3). La matrice 15 e l'ottica di ciascun sensore individuano una rispettiva direzione di vista SD (figura 1) del sensore, perpendicolare alla matrice 15, e un angolo solido di vista β definito attorno alla direzione di vista SD. Per ciascun sensore 14 è quindi definito un campo di vista associato al sensore 14. Per semplicità, in figura 1 1'angolo β è rappresentato come un angolo piano, mentre i sensori 14 sono rappresentati solo in una distribuzione unidimensionale.

Le direzioni di vista SD dei sensori 14 si intersecano l'un l'altra in corrispondenza di un punto centrale G e i sensori 14 sono separati l'uno dall'altro di una data distanza angolare riferita al punto centrale C. Gli angoli solidi di vista β dei sensori 14 presentando una stessa ampiezza ristretta, tale per cui i campi di vista dei sensori 14 sono non intersecantisi fra loro.

Il numero N di sensori, il loro orientamento, la loro reciproca posizione all'interno del rilevatore 10 sono dimensionati per garantire la copertura totale dell'ambiente da monitorare.

Tramite la disposizione sopra indicata si ottiene che a ciascun sensore è associata una sola regione del volume di controllo complessivo. Ciascun sensore 14 cattura quindi, nel corso del tempo, una sequenza di immagini in radiazione infrarossa (ciascuna immagine essendo formata da una matrice di pixel) della regione dell'ambiente ad esso associata.

L'adozione di sensori singoli a visione "ristretta", ovvero con un ridotto numero di elementi sensibili (pixel), permette di effettuare delle valutazioni esenti dagli errori di rifrazione e compensazione che normalmente si hanno tra elementi sensibili adiacenti a causa degli effetti di interferenza tipici sia delle lenti di focalizzazione e/o di filtraggio delle onde radiometriche, sia delle condizioni al bordo.

Ogni singolo sensore 14 di J x K elementi sensibili, posto all'interno del rilevatore 10, è disposto angolarmente in modo che la sua direzione di vista SD abbia una distanza angolare a dal successivo e copre un angolo di vista β. Con γ è indicato un angolo interstiziale fa campi di vista adiacenti. Tale angolo γ è direttamente proporzionale all'angolo di rifrazione dell'onda radiometrica nell'attraversamento dell'ottica (generalmente di cristallo di germanio), ed è rappresentativo della funzione di correzione dell'errore di lettura legato sia all'errore di riflessione associato ai piani reticolari del cristallo, sia all'errore ai bordi che è proporzionale alla lunghezza d'onda rapportata alla dimensione della cella di lettura.

L'angolo γ è caratterizzato dalla rifrazione e dalla dimensione della cella di lettura (singolo elemento sensibile), quindi dipendente dalla curvatura dell'ottica convergente del sensore e dalla lunghezza d'onda. Valori grandi di y comportano l'effetto noto come aberrazione cromatica dovuto allo spostamento del fuoco. Applicando la legge della rifrazione di Snell si ottiene γ = [arcsin(n*sin (δ-arcsin((1/n)*sin a))) dove n=l per l'aria, et è l'angolo di rifrazione del materiale e δ=(Δ)/R*sin((ψ+θη)/2)/sin (ψ/2), ottenuta interpolando l'equazione del diottro sferico.

Utilizzando una lente al germanio, caratterizzata da un indice di rifrazione di 4,0026, un raggio di curvatura R=10mm, nell'ipotesi di angolo coperto da singolo pixel β=(15/χ)° si ottiene un valore di γ pari a 1,82°, valore limite per evitare che il pixel adiacente, posto ad un angolo β1= ((15/x)*(x+1)) sia affetto da interferenza.

L'angolo γ è inoltre dimensionato in modo tale che la aree non coperte dai sensori siano di dimensioni tali da poter dare origine, al limite, solamente a eventi irrilevanti dal punto di vista del monitoraggio antincendio.

Inoltre, 1'adozione di sensori a visione ristretta permette di eliminare, o almeno ridurre, l'effetto di amplificazione degli errori associato all'angolo, che normalmente è particolarmente importante sulle misurazioni effettuate in punti lontani dall'asse ottico del sensore.

In virtù degli effetti suddetti è possibile contenere l'errore totale da parte dei sensori, che in prima approssimazione può essere dell'ordine di ÌCT<8>.

Come sopra indicato, ciascun sensore 14 del rilevatore 10 può essere del tipo ad array di termopile, una cui architettura consueta è rappresentata in figura 3. A ciascun elemento sensibile 16 della matrice 15 è associata la temperatura media di tutto ciò che rientra nel proprio campo di vista; il sensore è quindi in grado di riprodurre in tempo reale una mappa delle temperature osservate evitando l'uso di costosi dispositivi bolometrici.

Nell'architettura rappresentata in figura 3, ciascun elemento sensibile 16 integra uno stadio amplificatore, un convertitore analogico-digitale (ADC) e un sensore con uscita proporzionale alla temperatura assoluta (PTAT) per misurare la temperatura del chip. Le uscite degli elementi 16 e dei sensori PTAT sono memorizzate in una memoria RAM e accessibili via interfaccia I2C da un microcontrollore esterno che può quindi calcolare le temperature di ogni pixel.

Con riferimento alla figura 4, il rilevatore 10 integra un microcontrollore dimensionato per poter acquisire con una frequenza prestabilita e configurabile i dati salvati nella RAM dei sensori 14, calcolare la temperatura di ciascun pixel, identificare l'eventuale presenza di anomalie termiche sulla base di un algoritmo predefinito, trasferire i risultati a un'unità centrale antincendio.

Di principio funzionale, la presenza di un'anomalia termica, di uno stato di preallarme o allarme, deve essere trasferito in tempo reale all'unità centrale antincendio. Eventuali dati di diagnostica (cambiamenti di stato rilevanti) devono essere trasferiti anch'essi in tempo reale all'unità centrale antincendio su richiesta o in modalità unsolicited con periodo configurabile. L'unità centrale antincendio può richiedere il trasferimento di ulteriori informazioni quali per esempio la temperatura di un singolo pixel o i dati di configurazione.

Per la comunicazione con l'unità centrale antincendio è prevista 1'implementazione su due canali ethernet ridondati che consentono la configurazione a ring e a daisy chain.

È inoltre previsto che il rilevatore 10 supporti un'area di memoria non volatile per il salvataggio dei dati di configurazione e inventory.

Il NETD (risoluzione termica) dei sensori cambia in funzione della frequenza di aggiornamento della RAM che è impostabile tra 0,5 Hz e 512 Hz. Il NETD a 4 Hz vale 0,2K (0,2°C). Frequenze più elevate significano livelli di rumore più elevati: la frequenza può essere impostata per raggiungere il desiderato compromesso tra refresh rate e risoluzione della misura.

Ogni singolo sensore a matrice di termopile ipotizzato del tipo indirizzo fisso non configurabile sul bus I2C rende necessario utilizzare uno switch/mux I2C di adattamento tra microcontrollore e sensori.

Con riferimento alla figura 2, il rilevatore 10, come dispositivo elettronico che implementa una funzione di sicurezza nella rilevazione di incendi, può essere concettualmente equipaggiato con:

due porte Ethernet isolate 10-100Mbit/sec Base-T (X) con supporto PoE su connettori (del tipo a vite) IEEE std 802.3 per 10Base-T, IEEE std 802.3u per 100Base-TX, IEEE std 802.3af per PoE

una porta di alimentazione (con connettore a vite)

una porta opzionale per I/O (con connettore std).

Il rilevatore 10 deve essere realizzato in una forma compatta e deve poter essere installato sul cielo o su pareti laterali di un ambiente generico.

Per rispettare i requisiti di sicurezza e affidabilità il rilevatore deve essere provvisto di connettori adeguati a garantire connessioni robuste e stabili anche nelle condizioni di urto e vibrazioni secondo le più restrittive normative europee (ad es. EN50155).

La figura 2, in forma puramente indicativa, riporta un'idea della meccanica con l'orientamento e posizione dei sensori 14. A titolo orientativo la dimensione massima del rilevatore è ipotizzabile pari a circa 100 mm, mentre i sensori sono dell'ordine di 5 mm.

I sensori 14 possono essere montati su un circuito stampato 17 di tipo flessibile o semiflessibile che ne consente l'orientamento desiderato. Il circuito stampato sarà dipendente dall'applicazione in funzione del numero di sensori, del loro orientamento e della loro posizione reciproca. In figura 2, con 18 è indicata una scheda del microcontrollore, e con 19 è indicata una scheda di adattatore e interfaccia. Le schede sono connesse l'una all'altra tramite un connettore 20.

Una valutazione effort-beneficio è la possibilità di supportare una funzionalità di Hardware Bypass tra le due porte Ethernet: il bypass è attivato automaticamente in presenza di un power fail, un malfunzionamento hardware o software (un esempio di configurazione con bypass disattivo è rappresentato in figura 5; un esempio di configurazione con bypass attivo è rappresentato in figura 6). La funzione di bypass, realizzata con dei relè, garantisce 1'attivazione anche in assenza di alimentazio ne.

Tale funzione risulta particolarmente utile nelle configurazioni daisy-chain (figura 7). In una configurazione a ring (figura 8), quando un rilevatore del loop è guasto o un link è interrotto, gli altri continuano a essere raggiungibili (non è necessario 1'hardware bypass).

Il singolo rilevatore può inoltre funzionare in una configurazione stand-alone; un set di segnali I/O che identificano gli stati preallarme, allarme e diagnostica saranno disponibili su connettore dedicato.

Il rilevatore sopra descritto è programmabile, aggiornabile e configurabile via Ethernet.

Nelle figure 9 a 13 sono rappresentati i principi geometrici alla base della localizzazione di una sorgente termica nell'ambiente monitorato. In tali figure è rappresentato schematicamente un ambiente o volume confinato da monitorare, ad esempio una parte dell'ambiente interno di un vagone W. Ai fini della presente invenzione, per ''ambiente confinato" si intende un volume di dimensioni finite, almeno in parte delimitato da un insieme di superfici solide, indicate con Sa, Sb e Se nelle figure. Il rilevatore 10 è applicato a un cielo R dell'ambiente confinato. Nelle figure 9-13, con 20 è indicata una sorgente di energia termica, con I è indicata una prima frazione della radiazione infrarossa emessa dalla sorgente 20 che viene rilevata direttamente da un sensore 14 del rilevatore 10, e con II è indicata una o più seconde frazioni della radiazione infrarossa emessa dalla sorgente 20 che viene rilevata da almeno un altro sensore 14 del rilevatore 10 dopo esser stata riflessa da almeno una delle superfici Sa, Sb e Se dell'ambiente.

Per meglio descrivere la particolarità del metodo nelle sue funzioni composte, vengono considerate separatamente due logiche fondamentali: determinazione della variazione quantitativa (rilevazione) e determinazione della disposizione spaziale (localizzazione) .

Rilevazione

La correlazione tra irraggiamento e temperatura è fornita dalla legge di Stefan-Boltzmann, che esprime il legame tra la densità di energia q e la temperatura T con la relazione q = εσΤ<4>, dove ε è l'emissività della superficie emittente (variabile tra i limiti teorici 0 e 1), σ è la costante (universale) di Stefan-Boltzmann e vale 5,6703 x 10<-s>W x m<-2>x K<-4>, e T è la temperatura assoluta.

Ovvero, il rilevamento della radiazione infrarossa permette di visualizzare i valori assoluti e le variazioni di temperatura degli oggetti, indipendentemente dalla loro illuminazione nel campo del visibile. La quantità di radiazioni emessa aumenta proporzionalmente alla quarta potenza della temperatura assoluta di un oggetto.

Ciò permette 1'individuazione di "anomalie" nell'emissione dell'energia e quindi, a parità di emissività, di anomalie termiche.

Interpretando la suddetta legge con i principi della termodinamica, considerando una variazione infinitesima di entropia si può scrivere

dQ / T = (dq+p dV) / T = 1 / T [d (q(T) V)+p(T) dV] = 1/T [q(T)+p (T)] dV [(V / T)*(dq(T)/dT)] dT Da cui

dS / dV = (q p) /T = 4 u / 3 T

Poiché dS è un differenziale esatto,

dS / dT = (V / T) dq/dT

Essendo che

d / dT (dS/dV) - d / dv (dS/dV)

- 4/3 q / T<2>+ 4/3 q' / T = q' / T

q = ε σ T<4>

Quindi, in termini di entropia S = 4/3 c o T<3>V costante

Questa equazione è alla base di una delle funzioni di calcolo presenti nell'algoritmo di valutazione e mette in relazione la temperatura rilevata dal sensore con la porzione di volume da esso controllato .

I valori delle temperature e 1 valori delle variazioni entropiche integrate nel tempo e valutate secondo la derivata relativa alla sola variazione energetica, nel campo dei valori significativi, determinano la condizione di un evento ''classificabile" che serve a generare le funzioni di riconoscimento "preallarme" e "allarme" per 1'intervento di dispositivi di estinzione.

II parametro fondamentale della variazione entropica, che rappresenta l'elemento caratterizzante della funzione di rilevazione, è la variazione dell'entropia nell'unità di tempo che è uguale per ogni rilevazione diretta o indiretta della stessa sorgente e che si può definire con qx= m * (ε σ T<4>) dove m è il coefficiente determinato dalla "riflessione" della sorgente, individuabile anche come coefficiente caratteristico di dS/dT (dt). Quindi la sorgente diventa localizzabile attraverso la sua emissione di energia diretta e riflessa.

Localizzazione

Preso a riferimento un elemento "sorgente" di energia posto in posizione generica P nello spazio controllato dal rilevatore (vedi fig. 9), se ci si pone nel punto P, è possibile definire una serie di ''vettori" di energia radiata dalla sorgente ed appartenenti allo stesso piano a cui appartengono sia la sorgente che il rilevatore, ovvero il piano Span (v_l, v_2, ...) che rappresenta una combinazione lineare di vettori indipendenti.

Questa combinazione di vettori permette di identificare e localizzare la sorgente.

Al solo scopo di semplificare la modalità interpretativa della logica di calcolo si farà temporaneamente riferimento al caso limite di fig. 10 ove la sorgente è posta su una parete di delimitazione del volume . In questo modo viene esclusivamente limitato solo il numero delle "riflessioni" di energia, che al minimo è una ed è sufficiente a definire il procedimento di elaborazione.

Esaminando i due vettori indipendenti u e v ed il triangolo da essi formato, ed essendo noti i valori di Θ e ψ (dati dal rilevatore) si ha: b=L/sin0; a= L ctg ξ; e/sin (180-2ξ')=b/sin (180-2ξ ") (Eulero); c<2>+d<2>=e<2>+b<2>-2e*b*cosi|i (Carnot) Quindi si possono determinare a e L (qualora L non fosse noto).

Ritornando alla configurazione generica, identiche considerazioni si effettuano per la determinazione dei valori di h e d che identificano la posizione nell'ambiente della sorgente. Per ottenere questi valori è necessario che il rilevatore sia in grado di leggere avere almeno due valori di riflessione, ovvero almeno due dei vettori vl,v3,v4 di fig. 10. Questa condizione è sempre verificabile.

Si noti che la logica di valutazione identifica un piano (il piano dei vettori u e v) nel riferimento spaziale assoluto. Identificato questo piano ci si riporta al sistema relativo, considerando il solo piano contenete i vettori considerati in quanto è solo su questo piano di dimensione finita che si eseguono le successive valutazioni. Qualora subentrino valori di energia maggiori afferenti ad altri vettori giacenti su altro piano, sarà questo il piano di riferimento e l'elaborazione proseguirà su tale piano. Questo permette di ridurre in modo drastico il numero di dati e delle relazioni da elaborare.

A completamento di quanto sopra enunciato, al fine di trascrivere in forma finale le equazioni di riferimento dell'algoritmo primario, occorre integrare un nuovo concetto sulle grandezze rilevate.

Si assume a riferimento il sistema dal punto di vista della sorgente di radiazione.

Facendo riferimento alla fig. 11, relativa alle emissioni della sorgente generica, si ha che la radiazione emessa in ogni direzione (e in tutte le direzioni) è omogenea (vettori di pari intensità) , e come precedentemente enunciato corrispondente a qx= m * (ε σ T<4>) dove m rappresenta il coefficiente proporzionale alla eventuale riflessione e che è caratteristico del materiale costituente la superficie riflettente. Per l'energia diretta m=l (non riflessa) mentre per le altre superfici, costituite comunque da materiali solidi, m avrà valori compresi tra 0,5 e 0,95. Da considerare che il valore di m non influenza il calcolo di valutazione energetica in quanto è la variazione di energia che interessa e non il suo valore assoluto.

Assumendo quale riferimento il punto di vista del rilevatore, come illustrato nella figura 11, la visione da parte dei singoli sensori del rilevatore è un cono di apertura β. Considerando come riferimento l'angolo di un singolo pixel, che è pari a β/Ν, dove N è il numero di pixel del sensore nella direzione di riferimento, la visione di una sorgente radiante è identificabile dall'intersezione di tutti i coni.

Trattandosi di sensori tutti uguali l'angolo di vista β/Ν è uguale in tutte le direzioni. Se osserviamo la sorgente dal punto di vista dei sensori, nelle direzioni delle radiazioni dirette e riflesse, otteniamo che l'intersezione dei vari fasci conici racchiude la nostra sorgente, ed il volume identificato è proporzionale alla distanza effettiva tra sensore ed elemento radiante. Il volume risulta quindi determinato.

Si descrive ora un algoritmo di rilevazione dei dati termici, localizzazione di sorgenti termiche ''anomale" e comando di estinzione, facendo riferimento ai diagrammi di flusso illustrati nelle figure 14-16, che rappresentano rispettivamente un algoritmo composto, un algoritmo composto con comando di estinzione e un algoritmo semplice di sola rilevazione termica.

Diagramma di flusso logico-funzionale del rilevatore

Il diagramma prevede 4 Stati Funzionali relativi a condizioni ambientali particolari e/o in evoluzione.

I valori di temperatura vengono letti ad intervallo di tempo (t):

IDLE per ciascun pixel il valore di temperatura rilevato viene confrontato nell'intervallo di tempo (t) con un valore di soglia Twrn, se tale soglia viene superata si passa allo stato successivo.

WARWING per ogni singolo pixel in warning il valore di temperatura viene memorizzato in un buffer FIFO di dimensione ηχ (il cui valore determina anche 1'intervallo di tempo di osservazione), se il buffer risulta pieno vengono calcolati e memorizzati i seguenti valori

ΔΤ = Tni- TQw: Differenza di Temperatura tra l'ultimo valore presente nel buffer ed il primo

Tmp= ∑niTbuf: Temperatura media dei valori presenti

q = εσΤ<4>: Densità di energia dei valori presenti

Sn= 4/3 ε σ Tn<3>V: Entropia dei valori presenti

dSn/dT = kn ;Variazione entropica nel periodo di osservazione

Il valore ΔΤ viene confrontato con un valore di soglia ATpre.

Il valore knviene confrontato con un valore di soglia kpre.

In caso di soglia superata da parte di entrambi i valori verrà svuotato il buffer e si passerà allo stato di PREALLARME effettuando le eventuali operazioni necessarie associate al sistema antincendio (taglio MT, blocco ventilazione, chiusura porte, ecc.) .

In caso il valore di soglia non sia stato superato verrà fatto un ulteriore confronto per valutare se rimanere nello stato WAR-NING o tornare in IDLE, se Tmpo knrisultano maggiori del valore di soglia si rimane in WARNING e viene sovrascritto il valore di temperatura più vecchio, altrimenti si svuota il buffer e si ritorna in IDLE In presenza del superamento del valore di soglia di Tmpo knsi effettua un ulteriore controllo su tutti i valori delle aree circostanti alla zona relativa alla condizione di WARNING, ovvero vengono trascritte, monitorate e ricalcolate con identiche procedure anche i valori delle otto aree adiacenti allo scopo di calcolare e controllare la propagazione dell'evento, anche se tali valori non hanno raggiunto la soglia. Lo stato di osservazione permane sino al rientro dei valori di WARNING, Questa implementazione dell'algoritmo serve al calcolo della quantità di estinguente qualora venga attivata.

PREALARM per ciascun pixel in prealarm il valore di temperatura viene memorizzato in un buffer FIFO di dimensione n2, se il buffer risulta pieno vengono calcolati e memorizzati i seguenti valori

ΔΤ = Tn2 - Top: Differenza di Temperatura tra l'ultimo valore presente nel buffer ed il primo

Tma = ∑n2Tbuf: Temperatura media dei valori presenti nel buffer

Il valore ΔΤ viene confrontato con un valore di soglia ATaim.

Se persistono per un tempo tki valori di superamento soglia ATaime kn

verrà svuotato il buffer e si passerà allo Stato AT.ARM.

In caso il valore di soglia non sia stato superato verrà fatto un ulteriore confronto per valutare se rimanere nello stato PREALARM o tornare in WARNING, se Tmarisulta maggiore di Tmprimane in PREALARM e viene sovrascritto il valore di temperatura più vecchio, altrimenti si eseguono le eventuali azioni relative all'uscita dallo stato di PREALARM (consenso MT, accensione ventilazione, apertura porte, ecc.), viene sovrascritto il valore di temperatura più vecchio e si ritorna allo stato WARNING.

In ogni caso il valore di soglia non sia stato superato verrà fatto un ulteriore confronto per valutare se rimanere nello stato PREALARM o tornare in WARNING, se Tmarisulta maggiore di Tmprimane.

Con il passaggio alla condizione di PREA-LARM si attivano tutte le funzioni che determinano la localizzazione e l'entità dell'evento in modalità precisa

IdSn/dT = knI dt -> determinazione delle radiazioni più significative che portano valori di m proporzionali ovvero mn= kn* m (il calcolo può essere troncato ai primi tre valori significativi)

Determinazione degli angoli caratteristici delle sorgenti secondo i sensori: angoli ψ, Θ, x, 6

Calcolo degli angoli di riflessione ξ', ξ", .. ξ<η>mediante le equazioni di Eulero e Carnot per ogni singola riflessione

Ie/sin (180-2ξ')=b/sin(180-2ξ")|

|c<2>+d<2>=e<2>+b<2>-2e*b*cosi|/11, n

Sulla base di questi valori è possibile ricavare le distanze effettive di ogni singola radiazione emessa (fig. 13)

Li = Lal+Lbx —> Ln= Lan+ Lbn

Il volume derivato dall'intersezione dei vari coni risulta

V- ( L<1>!+ 1/2 LS )* tg (p/n)

Detto volume si ipotizza sia costituito da una composizione di materiali combustibili generici, quali quelli normalmente presenti negli ambienti di utilizzo civile, e quindi costituito da identiche percentuali di carta (legno), cotone e poliestere. Detti materiali hanno un potere calorifico pari a Q= 18 MJ/kg ed una densità media pari a 6= 0,8 kg/dm<3>. Pertanto il potenziale energetico che detto materiale può sviluppare è pari a E= Q* δ * V

La quantità di estinguente (ad es. acqua) necessaria risulta pari a E / 2,272 (kg) (il valore 2,272 è dato dal calore latente di vaporizzazione dell'acqua), valore che deve essere cautelativamente moltiplicato per un fattore di sicurezza pari a 3.

ALARM il principio d'incendio è rilevato e vengono eseguite le relative azioni (attivazione segnalazioni ottiche/acustiche, azionamento estinzione, ecc.).

La logica sopra descritta permette di eseguire il rilevamento in 2 fasi a partire da un valore di soglia iniziale. Tale valore è necessario per alleggerire il più possibile il peso computazionale del microcontrollore in fase IDLE.

I confronti (e le bufferizzazioni in RAM) necessari per valutare il passaggio al Preallarme o all'Allarme avvengono solo sui pixel che si trovano rispettivamente in stato di Warning e Preallarme.

II modello permette di gestire anche andamenti non prettamente uniformi dei principi d'incendio.

I valori di ni, n2, Twrn, ATpree ATaimsono di tipo parametrico in modo da poter variare la configurazione di esercizio su zone differenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Rilevatore d'incendio a radiazione infrarossa, comprendente una superficie di supporto curva (12) e una pluralità di sensori di radiazione infrarossa (14) disposti sulla superficie di supporto (12), caratterizzato dal fatto che ciascun sensore (14) comprende una matrice planare (15) di elementi sensibili alla radiazione infrarossa (16), avente una rispettiva direzione di vista (SD) e un angolo solido di vista (β) definito attorno alla direzione di vista (SD), i quali definiscono un campo di vista associato al sensore (14), in cui le direzioni di vista (SD) dei sensori (14) si intersecano l'un l'altra in corrispondenza di un punto centrale (C) e i sensori (14) sono separati l'uno dall'altro di una data distanza angolare riferita al punto centrale (C), gli angoli solidi di vista (β) dei sensori (14) presentando una stessa ampiezza ristretta tale per cui i campi di vista dei sensori sono non intersecantisi fra loro.
2. Rilevatore secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun sensore è un sensore a matrice di termopile.
3. Metodo di rilevazione di dati di energia termica radiata in un ambiente confinato mediante elabo razione di immagini in radiazione infrarossa, il metodo comprendendo le fasi di: ricevere una pluralità di serie sequenziali di immagini in radiazione infrarossa dell'ambiente, ciascuna di dette immagini comprendendo una matrice di pixel, ciascun pixel avendo un valore che è rappresentativo di una temperatura; elaborare immagini successive di detta pluralità di serie sequenziali di immagini per determinare una variazione di almeno un parametro termico (ΔΤ, kn)che soddisfi criteri di allarme prestabiliti; e rilevare un evento nell'ambiente sulla base della determinata variazione del parametro termico (ΔΤ, kn ); il metodo essendo caratterizzato dal fatto di impiegare almeno un rilevatore d'incendio a radiazione infrarossa (10), comprendente una superficie di supporto curva (12) e una pluralità di sensori di radiazione infrarossa (14) disposti sulla superficie di supporto (12), in cui ciascun sensore comprende una matrice planare (15) di elementi sensibili alla radiazione infrarossa (16), avente una rispettiva direzione di vista (SD) e un angolo solido di vista (β) definito attorno alla direzione di vista (SD), i quali definiscono un campo di vista associato al sensore (14), in cui le direzioni di vista (SD) dei sensori (14) si intersecano l'un l'altra in corrispondenza di un punto centrale (C) e i sensori (14) sono separati l'uno dall'altro di una data distanza angolare riferita al punto centrale (C), gli angoli solidi di vista (β) dei sensori (14) presentando una stessa ampiezza ristretta tale per cui i campi di vista dei sensori sono non intersecantisi fra loro, e in cui ciascuna serie sequenziale di immagini è rilevata da un rispettivo sensore (14) del rilevatore d'incendio (10).
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre identificare la posizione (P) di una sorgente (20) associata all'evento rilevato, una prima frazione (I) della radiazione infrarossa emessa dalla sorgente (20) essendo rilevata direttamente da uno solo dei sensori (14) del rilevatore d'incendio (10), e una seconda frazione (II) della radiazione infrarossa emessa dalla sorgente (20) essendo rilevata da almeno un altro sensore (14) del rilevatore d'incendio (10) dopo esser stata riflessa da almeno una superficie (Sa, Sb, Se) dell'ambiente, la posizione (P) della sorgente (20) essendo calcolata in funzione di una relazione geometrica fra le direzioni di vista del sensore (14) che rileva la prima frazione (I) della radiazione infrarossa e dell'almeno un altro sensore (14) che rileva la seconda frazione (II) della radiazione infrarossa.