NO167342B - Dobbeltkanalbrannsensor. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår dobbeltkanalbrannsensor av den art som angitt i innledningen til krav 1, og nærmere bestemt systemer som er spesielt konstruert for å skille mellom stimuli fra ildkilder og ikke-ildkilder.

Avføling av tilstedeværelsen av en brann ved hjelp av en fotoelektrisk transduser er en relativt enkel oppgave. Dette blir imidlertid vanskeligere når en må skille pålitelig mellom stimuli fra en naturlig brann og en annen varme eller lysstlmull fra en kilde som ikke kommer fra en brann. Stråling fra sol-lys, ultrafiolett lys, sveising, hvitbundne kilder og lignende utgjør ofte spesielle problemer med hensyn til falske alarmer generert i brannavfølings- eller detekteringssystemer.

Det har blitt funnet at forbedret skille kan bli utviklet ved å begrense den spektrale reaksjonen på fotodetektorene anvendt ved systemet. Flere av signalkanalene med forskjellige spektrale reaksjonsbånd har blitt anvendt ved flere tidligere kjente systemer som anvender forskjellige måter på å lese problemet med å utvikle egnet følsomhet for brannav-føling samtidig som det tilveiebringes pålitelig skille 1 forhold til ikke-brannstimuli.

US-patent nr. 3.931.521 beskriver et detekteringssystem av dobbelkanaltypen for detektering av brann og eksplosjoner, som anvender en detekterlngskanal som reagerer på strålingsenergi av lang bølgelengde og en detekterlngskanal som reagerer på strålingsenergi av kort bølgelengde og har en betingelse for koinsident signaldetektering for å eliminere muligheten for feil trigging. US-patent nr. 3.825.754 beskriver dessuten i tillegg til ovenfornevnte skille mellom store eksplosive branner på den ene siden <p>g gnist/eksplosjoner av høy energi som ikke bevirker brann på den andre siden. US-patent nr. 4.296.324 beskriver et brannavfølings-system av dobbeltspektrum infrarødtypen ved hvilken en kanal for lang bølgelengde reagerer på strålingsenergi i et spektralbånd større enn omkring 4 pm til den elektromagne-tiske strålingen og en kanal av kort bølgelengde som reagerer på strålingsenergi 1 et spektralbånd mindre enn omkring 3,5 pm, med i det minste en kanal som reagerer på en atmosfærisk absorpsjonsbølgelengde som er tilknyttet med i det minste et forbrennlngsprodukt til en brann eller eksplosjon som skal bli detektert. US-patent nr. 3.665.440 beskriver en brann-detektor som anvender ultrafiolett og Infrarøde detektorer og et logisk system hvor et ultrafiolett detekterlngsslgnal blir anvendt for å undertrykke utgangssignalet fra den infrarøde detektoren. Filtre er dessuten anordnet for å tilveiebringe en serie med begge detektorene for å reagerer på brannblaf-ringsfrekvenser til tilnærmet 10 Hz. Et alarmsignal blir følgelig frembrakt kun dersom blafrende infrarød stråling er tilstede. En terskelkrets er også innbefattet for å blokkere infrarøde signaler av lavt nivå, som fra en fyrstikk eller en sigarettligther og en forslnkelseskrets er innbefattet for å forhindre at falske signaler av kort varighet utløser alarmen.

US-patentene nr. 3.739.365 og 3.940.753 beskriver et detekteringssystem av dobbelkanaltypen som anvender foto-elektrlske følere som reagerer på respektive forskjellige spektralområder til Innfallende stråling, fra hvilke signaler er filtrert for detektering av blafring innenfor et frekvensområde på tilnærmet 5 til 25 Hz. En differanseforsterker genererer et alarmsignal i et av disse systemene når signalene 1 de respektive kanalene adskiller seg med mer enn en forutbestemt størrelse fra en valgt verdi eller område-verdi. Et andre system blir utgangssignalene fra differanse-forsterkeren tilført en fasekomparator med terskelkrets og forsinkelse. Et alarmsignal blir tilført kun dersom inngangssignalene er i fase, amplituden er over terskelnivået og med tilstrekkelig varighet for å overskride forhåndsinn-stilt forsinkelse.

US-patent nr. 3.609.364 anvender flere kanaler, spesielt for detektering av hydrogenbranner ombord på en høytgående rakett med spesiell oppmerksomhet rettet mot å skille mot solstrållng og rakettmotorens røkstrålIng.

US-patent nr. 4.249.168 anvender dobbelkanaler som reagerer på respektive bølgelengder i området på 4,1 til 4,8 pm og 1,5 til 3 pm. Signalene ved begge kanalene blir utsatt for et båndpassfilter med et transmisjonsområde mellom 4 og 15 Hz for brannfrekvensflakringsreaksjon. Begge kanalen er forbundet med en OG-port slik at detekteringskoinsidens i begge kanalene er nødvendig for utvikling av et brannalarm-slgnal. Andre brannalarmer eller branndetekteringssystemer er beskrevet i US-patentene nr. 3.995.221, 4.206.454, 3.665.440, 3.122.638, 2.722.677 og 2.762.033.

På tross av alle de forskjellige tidligere kjente branndetekteringssystemer har Ingen av systemene vist seg å være fullstendig effektive ved skille mellom falske alarmer. Ved disse systemene hvor følsomheten ble øket, viser det seg at det blir en øket reduksjon i andre ytelsesparametre, slik som immuniteten mot feilaktige alarmer. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot teknikker for å forbedre små branndetekterlngsfølsomheter uten å påvirke ytelsene i andre henseender.

Kort sammenfattet angår foreliggende oppfinnelse er par detektorer respektivt reagerende på forskjellige spektralområder, hvilke utganger er tilkoplet smalbåndssignalbehand-1lngskanaler med blafrefrekvensreaksjonskarakterlstikker ved forskjellige passbånd. Ved den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen har detektoren for lang bølgelengde en spektral reaksjon på 14 til 25 pm og detektoren for kort bølgelengde har en spektralreaksjon på 0,8 til 1,1 pm.

Tester har vist at flammene har et blafrefrekvensspektrum uten hensyn til bølgelengden. Flammene som blir blåst for en stor del av vind eller luftstrøm har generelt et blafrefrek-venslnnhold større enn flammer 1 rolig luft. Flammene 1 rolig luft har generelt en blafrefrekvens på opptil 1 det minste 4 Hz.

En kilde som ikke stammer fra en flamme er generelt kjenne-tegnet enten ved en kontinuerlig (eller likestrøm) stråling eller dersom modulert av et annet utstyr av et periodisk signal. En elektrisk varmeinnretnlng eller en lyspære kan f.eks. ha en kontinuerlig (likestrøm) stråling eller en periodisk modulert stråling dersom opphakket av en elektrisk vifte. Noen lyskilder kan også ha en vekslende (eller vekselstrøm) strållngskomponent som varierer med veksel-strømsnettfrekvensen på 60 eller 120 Hz. Andre kilder som ikke avgir flammer, slik som solstråling, kan ha et utseende som ser ut som et blaf refrekvensspektrum på grunn av atmosfærens scintillasjon.

Formålet med oppfinnelsen er å gjenkjenne fllkkerfrekvens-spektrumet til en flamme og å skille den fra periodisk eller modulerte ikke-flammende kilder. Siden blafrefrekvensspekt-ralinnholdet til en flamme dessuten er forskjellig fra spektralinnholdet til sollysets scintillasjon 1 både amplitude og frekvensspektrum, kan også foreliggende oppfinnelse skille mellom de to selv ved store flamme-til-føleravstander.

Formålet med foreliggende oppfinnelse tilveiebringes ved hjelp av en dobbeltkanalbrannsensor av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Brannfølere av høy følsomhet 1 samsvar méd foreliggende oppfinnelse anvender spektralskille, blafrefrekvensskille, automatisk forsterknlngsregulering (AGC) og forholdsdetekte-ring for å tilveiebringe et bredt dynamisk område for detekterbar inngangsstimuli uten å gå på bekostning av feilalarmimmuniteten. Detektering av stråling ved to spektralområder relativt bredt adskilt fra hverandre tjener til å øke feilalarmlmmunlteten. De fleste alarmkllder har et strålingsspektrum som er betydelig forskjellig fra det til en flamme når observert ved disse to bredt adskilte områdene. Filtrering av modulasjonen på signalene ved disse to områdene i valgte frekvenser ved blafrefrekvensspektrumet tilveiebringer ytterligere skille mot falske alarmer, av hvilke de fleste har lntensitetsflukterlngsspektrum som er forskjellig fra de til flammene som er av interesse. For å forhindre dette skillet som tillater et bredt intensitetsom-råde, blir blafremodulasjonsspektralinformasjonen detetek-tert med en forholdsmetode uavhengig av dens absolutte verdi. Ytterligere variasjon i signalnivåene blir gjort mulig ved et variabelt forsterkningstrinn i forsterkeren som ligger forut signalbehandlingen.

Flammeblaf resignalet som skal bli behandlet kan ha et spektrum som endrer seg betydelig fra ene tidsintervallet til det andre. Dette blafrespektrumet modulerer imidlertid strålingen over hele strålingsspektrumet. Signalenerglen inneholdt ved enhver bestemt blafrefrekvens varierer derfor, men er tilnærmet lik ved begge spektralområdene for frekvensene anvendt ved denne teknikken. Reaksjonsforsinkelsen på 1 sekund er Inkorporert for å eliminere muligheten for feilalarm på grunn av svært korte transienter som ikke er bevirket av brannblafring.

Blafrespektralsklllet blir tilveiebrakt ved å slippe gjennom blafresignalet gjennom mer enn et smalbåndsfilter parallelt for å utlede modulasjonsfrekvensinnholdet ved frekvensene til filteret. Smalbånd viser her til en passbåndbredde som er en del mellom 1/10 og 1/2 til frekvensen for maksimal forsterkning. En motsetning finnes mellom frekvensoppløsnin-gen (forbedret ved å redusere båndbredden) og reaksjonstiden (redusert ved økningen av båndbredden).

Visse variasjoner ved den foretrukne anordningen av oppfinnelsen kan bli foretatt for forskjellige spesifikke formål ved brannavfølIngen. En spesielle anordning tilveiebrakt for maksimal følsomhet anvender to kanaler av dobbelsmalbånd-typen, da beskrevet med utganger ført til en ELLER-port og en forslnkelseskrets. Kanalene er identiske med hverandre med unntak av frekvensområdet til brannflakkefUtrene ved kanalInngangene.

Ved en variasjon konstruert for maksimal brannalarmimmunitet er flere (1 det minste tre) kanaler av smalbåndtypen anordnet parallelt, hvis utganger er forbundet med en OG-krets og forsinkelsestrinnet. Dualkanalene er like med unntak av frekvensområdet til flammeblafrefUtrene ved deres innganger.

En annen utførelsesform kan bli anvendt ved hvilke et par smalbåndkanaler med flammeblafrefiltre av forskjellig frekvens blir drevet parallelt med periodiske signaldetektorer. Utgangene til de periodiske signaldetektorene er Invertert og tilført en OG-port sammen med utgangssignalene fra smalbåndkanalene. Ved detektering av et periodisk signal fra en av de to forskjellige spektraldetektorene blir således totalavføllngskretsen sperret. Den periodiske slgnaldetekto-ren er basert på matematiske behandlinger av autokorrela-sjon. Et strållngssignal blir kontinuerlig sammenlignet med seg selv etter forskjellig forsinkelser som strekker seg fra null til 2 sekunder. Sammenligningen består av å utføre eksklusive ELLER-funksjoner på polarltetene til foreliggende 1 forhold til forsinkede signalsampler, dvs. like polaritet-er generert ved en logisk 1 og motsatte polarlteter generert ved en logisk null. For hvert forsinkelsesintervall blir et gjennomsnitt av eksklusive ELLER-utganger frembrakt. Dette utvalget av gjennomsnitt, som hver representerer korrelasjo-nen av slgnalpolariteten med seg selv etter en annen forsinkelse, kan lett bil tilveiebrakt elektronisk for å bestemme graden av periodisitet ved det innkommende signalet. Et vilkårlig signal vil f.eks. være like sannsynlig som vist likt motsatt polariteten og sammenlignet med seg selv etter en forsinkelse som er lang sammenlignet med det resiproke av dens båndbredde. Den gjennomsnittlige korrela-sjonen vil derfor være null. Et periodisk signal vil imidlertid vise identisk polaritet når forsinket med en periode. Dens korrelasjon vil derfor være høy etter denne forsinkelsen. Ved å teste med hensyn til en korrelasjon som avtar til null for økende forsinkelse da motsatt til en som avtar og så stiger igjen, kan skillet bli gjort mellom uregelmessige og periodiske signaler. Andre variasjoner i kombinasjon av periodiske slgnaldetektorer med smalbåndkanaler er også tilveiebrakt i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et forenklet blokkdiagram over en spesiell anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Fig. la viser et skjematisk diagram over en kretsdetalj

ved en del av anordningen på fig. 1.

Flg. 2 viser et mer detaljert blokk- og skjematisk diagram av en annen anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Flg. 3(A-C) viser en rekke bølgeformer som kan bil påtruffet ved forskjellige punkter i diagrammet vist på flg. 2 og følgende figurer som viser andre spesielle anordninger i samsvar med foreliggende oppfinnelse for forskjellige typer av innfallende stråling.

Fig. 4 viser et forenklet blokkdiagram over en variasjon ved anordningen på flg. 2. Fig. 5 viser et forenklet blokkdiagram over en annen utførelsesform av anordningen vist på fig. 2. Fig. 5A viser et forenklet blokkdiagram over en utførel-sesform av detektorene for periodiske signal på fig. 5. Fig. 5B viser et flytdiagram over hvorledes detektorene for periodiske signal på fig. 5 kan være utført ved å anvende en mikroprosessor. Fig. 6 viser et forenklet blokkdiagram over en utførel-sesform av anordningen på fig. 5. Fig. 7 viser et forenklet blokkdiagram over en annen anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse . Fig. 1 viser et blokkdiagram som danner et hovedprinsipp av anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse. Systemet 10 på fig. 1 innbefatter et par med separate strållngskanalslgnal-er 12, 14, som hver er koplet med en korresponderende strålingsdetektor og tilveiebringer et utgangsslgnal til en OG-port 16 som utvikler et utgangsvarselsignal for sammen-fallende signaler ved OG-portinngangen.

Strålingsdetektoren 18 til kanalen 12 er en detektor for lang bølgelengde som reagerer på strålingen i området på 7 til 25 pm. Detektoren 20 i kanalen 14 reagerer på strålingen i området på 0,8 til 1,1 pm. Signalene fra detektoren for lang bølgelengde 18 blir forsterket ved et forsterkertrinn 22 og tilført et båndpassfilter 24 som har et passbånd i området på 2 til 5 Hz for f lammeblaf redetektering i det frekvensområdet. Signaler fra filteret 24 blir rettet mot en terskelkrets 26, hvilken utgang blir tilført en inngang til OG-porten 16.

Kanalen 14 er som kanalen 12 med unntak av spektralreaksjon-en til detektoren 20 for kort bølgelengde og frekvensområdet til dens båndpassfilter 34, som blir sett til et passbånd for 6 til 12 Hz for å tilveiebringe en reaksjon på flamme-blafresignalene 1 det frekvensområdet. Kanalen 14 er utført med en forsterker 32 anbrakt mellom kortbølgedetektoren 20 og båndpassfilteret 34 og en terskelkrets 36 anbrakt mellom filteret 34 og den andre inngangen til OG-porten 16.

Terskelkretsen 26, 36 har en hurtigladende, langsomt avtagende krets forutgående terskelkomparatoren som vist på fig. IA. Dette krever at flere sykluser av blafrefrekvensen passerer gjennom filteret over den nødvendige amplituden innstilt av komparatoren. Kretsen på fig. IA innbefatter et nettverk ved inngangen til en forsterker 30 som innbefatter en diode 25 i serie med en motstand 27 og et parallellnett-verk til en motstand 28 og en kondensator 29 forbundet med Jord. Signaler av positiv polaritet tilført dioden 25 har en tendens til å lade kondensatoren 29. På grunn av at spen-ningsdeleren bestående av motstandene 27, 28 lades imidlertid ikke kondensatoren umiddelbart til full amplitude for den positive pulsen. RC-nettverket til motstanden 28 og kondensatoren 29 har en tidskonstant som overskrider mellompulsintervallet til tilførte pulssignaler. Påfølgende pulser er tillagt ladningen på kondensatoren 29 før den kan fullstendig utlades bygger derfor opp nivået til spenningen tilført forsterkeren 30.

Teknikken med å bruke mer enn et passbånd for filtrering av blafrefrekvensspektralfordelIngen kan bli generalisert slik at samme bølgelengde eller også samme detektor kunne bli anvendt for hver av de to båndpasskretsene. En slik anordning er vist ved kombinasjonsblokken og det skjematiske diagrammet på fig. 2. Anordningen 40 på fig. 2 er vist Innbefattende et par med dobbelt smalbåndkanaler 42, 44, som begge er forbundet på lik måte med detektorforsterkerkret-sene som har forskjellige spektralreaksjoner. En detektor med lang bølgelengde 46 reagerer på strålingen 1 14-25 pm området og er forbundet med en forsterker 47, hvilken utgang blir tilført den øvre signalbanen til kanalene 42, 44. En detektor 48 for kort bølgelengde reagerer likeledes på bølgelengdene i området av 0,8-1,1 pm forbundet med en forsterker 49, hvilken utgang blir tilført den nedre signalbanen til hver av de to kanalene 42, 44.

Smalbåndkanalen 42 er vist som en symmetrisk konfigurasjon av to slgnalbaner 50, 52, som hver Innbefatter smalbåndfilt-er 54, en helbølgelikeretter 56, et lavpassfilter 58 og et forholdskomparatortrinn 60 forbundet i serie. Hver bane innbefatter også en terskelkomparator, slik som 62 som er forbundet parallelt med forholdskomparatoren 60. De to forholdskomparatorene 60, 60a til signalbanene 50, 52 er forbundet sammen ved deres inngangsterminaler via et dempenettverk 64. Utgangene til de to forholdskomparatorene 60, 60a og de to terskelkomparatorene 62, 62a er forbundet som innganger med en OG-port 66 som utgjør dobbeltsmalbåndkanalen 42. Dobbeltsmalbåndkanalen 44 er nøyaktig lik kanalen 42 med unntak av at passbåndet til inngangsfUtrene 54, 54a er forskjellige for kanalene 42, 44. Det skal også bemerkes at den variable forsterkningen til forsterkerne 47, 49 blir styrt fra punkter ved inngangene til de to forholdskomparatorene 60, 60a 1 kanalen 42.

Detektoren 46 er en termosøyledetektor som reagerer på innfallende stråling innenfor området på 14-25 pm bølge-lengde over i det minste et 90° kjeglevinkelsynsfelt. Det elektriske signalet fra termosøyledetektoren 46 blir forsterket av en vekselstrømskoplet forforsterker 47 som har et forsterkningsområde fra 760 til 19.000 som en funksjon av forsterkningsreguleringsspenningen.

Detektoren 48 innbefatter en sillslumdiode i fotoledende modus som tilveiebringer en detektering av stråling som har bølgelengder i 0,8 til 1,1 pm området. Forsterkeren 49 er en ikke-inverterende operasjonsforsterker som anvender samme forsterknlngsreguleringskrets som beskrevet for forsterkeren 47. For forsterkeren 49 er den totale signalforsterkningen variabel mellom 7 og 174.

SmalbåndfUtrene 54, 54a kan innbefatte en eller flere individuelle filtertrlnn for utledelse av blafrespektralin-formasjonen. Ved en anordning innbefatter disse filtrene to operasjonsforsterkere som hver Inneholder tre nuller og fire poler. En aktiv likeretter for å eliminere fall i diodens lederetnlng er anordnet for likeretterne 56, 56a. Disse er fulgt av et 0,4 Hz topols lavpassglattfiltre for å utlede gjennomsnlttsutgangsslgnalet til smalbåndsfUtrene 54, 54a.

Sammenligningen av signalene fra de to spektralkanalene blir utført på en forholdsmålende måte med to komparatorer 60 og 60a og den logiske porten 66. Hver komparator tester et signal for å se om det er større enn et fast forhold til det andre 1 dette tilfellet 6056. Begge komparatorene vil gi sanne utgangssignaler kun dersom det mindre signalet er omkring 6096 av det større uten hensyn til hvilket som er større. Porten 66 vil således gl et sant utgangssignal kun dersom begge signalene er over en forutinnstilt terskel (bestemt av komparatorene 62 og 62a) og signalamplitudene er innenfor et forhold av 0,6:1,0 i forhold til hverandre. Den nøyaktige verdien for forholdet kan bli modifisert for å tilveiebringe en motsétning mellom feilaktig alarmimmunitet og utskilling. Et mindre nummerisk forhold (f.eks. 0,5) ville øke sannsynligheten for å gjenkjenne en brann innenfor et gitt tids-intervall, men ville også øke muligheten for at en ikke-brannkilde ville gl falsk alarm.

Utgangssignalene fra OG-portene 66 til de to kanalene 42, 44 blir tilført en ELLER-port 68 og så tilført et forsinkelsestrinn 70. Multippelfrekvensene til blafringen kan bli sammenlignet og et totalt brannutgangssignal generert fra enten en logisk OG- eller en logisk ELLER-kombinasjon av porten 68 til de Individuelle forholdsammenllgnlngsut-gangene. En logisk Inngang OG (og alle individuelle sammen-ligningsverdier for et utgangsslgnal) minimaliserer falsk alarm med den muligheten for at en brann ikke blir regist-rert. Bruk av en logisk ELLER (enhver individuell sammenllg-nlngsverdi bevirker et utgangsslgnal) øker sannsynligheten av å se en brann med sannsynligheten for en falsk alarm. Motsetningene mellom den falske alarmimmuniteten og detekte-ringsfølsomheten kan bli tilveiebrakt ved kretsanordningen på fig. 2 ved å velge komponentverdier ved forholdskomparatorer eller ved en logisk portkonfigurasjonsendring. Forsinkelsestrinnet 70 ved utgangen til porten 68 tjener til å tilveiebringe øket falsk alarmimmunitet med hensyn til korte svingninger av ikke-brannmessig art. Forslnkelsestidskon-stanten til forsinkelsestrinnet 70 er fortrinnsvis Innstilt for tilnærmet 1 sekund slik at et brannsignal må være tilstede ved utgangen til porten 68 for den tidslengden før et endelig utgangssignal blir generert fra forsinkelsestrinnet 70.

Et utall bølgeformer er vist på fig. 3(A-C) som korresponderer med forskjellige nummererte punkter ved kretsanordningen på fig. 2 for forskjellige typer inngangsstimuli. For tilfellet 1 hvor strålingen kommer fra en virkelig brannkilde, gjelder bølgeformene på fig. 3(A). Bølgeformene 1 og 2 tatt ut fra respektive utganger til forsterkerne 47, 49 er i hovedsaken uregelmessige. Bølgeformen 2 viser litt høyere frekvensinnhold enn bølgeformen 1.

Bølgeformen 3 og 4 viser ved utgangene til respektive blafrefiltre 54, 54a lignende forløp, men er ikke nøyaktig duplikat av hverandre. Trekken ved disse bølgeformene 3 og 4 er at de er dominert av et mindre frekvensområde med varierende amplitude.

Bølgeformen 5 mellom lavpassfllteret 58 og forholdskomparatoren 60 til banen 50 er en glatt enpolarltetsbølgeform som følger amplituden til bølgeformen 3. Bølgeformen 6 ved sammenllgnlngspunktet i signalbanen 52 er svært lik bølge-formen 5.

Med henvisning til flg. 3(B) som viser bølgeformer fremkommet av ikke-brannstråling av uregelmessig art, slik som direkte sollys viser at bølgeformen 1 og 2 er begge nesten uregelmessig. Bølgeformen 2 er av større amplitude enn bølgeformen 1 på grunn av mer fremherskende spektral fordeling i det kortere bølgelengdeområdet, men har ingen likhet med bølgeformen 1. Bølgeformene 3 og 4 på fig. 3(B) er sinusfrekvenser av varierende amplitude. Variasjonene er imidlertid forskjellig for disse to bølgeformene. For uregelmessig ikke-branninngangsstrållng er bølgeformen 5 og 6 langsomt varierende i amplitude i det vesentlige uregelmessig og av en polaritet. Bølgeformen 5 følger bølgeformen 3 og bølgeformen 6 følger omhyllingen til bølgeformen 4. Bølgeformen 6 følger imidlertid Ikke bølgeformen 5 og er sammenfall ingen som er nødvendig for å utvikle en sann utgang fra OG-porten 66 mangler, og utelukker således falsk alarm for denne strålingen.

Fig. 3(C) viser bølgeformene for en tredje type inngangs-stråling, dvs. den fra en periodisk ikke-brannsignalkilde, slik som hakket sollys. Denne typen stråling kan fremkomme naturlig fra en vifte i foran et solbelyst vindu eller fra sollys reflektert av bølgene i en dam etc. I dette tilfellet blir bølgeformen 1 repeterende, men ikke rent sinusformet. Bølgeformen 2 er svært lik bølgeformen 1, men har en annen amplitude. Bølgeformen 3 og 4 er versjoner av bølgeformene 1 og 2 hhv. med mindre amplitude. Bølgeformene 5 og 6 er langsomt stigende signaler som kunne feile til å frembringe sanne utgangssignåler fra forholdskomparatorene 60, 60a.

Ved avføllngssystemet 80 på flg. 4 lignende systemet 40 på flg. 2 med unntak av at et antall n smalbåndkanalpar 82, 84, 86, ...86n er Innbefattet I parallelt Istedenfor enkelt par med slike kanaler Innbefattet i anordningen 40. De samme to detektorene og forforsterknlngstrlnnene 46, 47, 48, 49 er anvendt for å tilveiebringe Inngangssignalene til alle smalbåndkanalene 82 og følgende. Hver av de enkelte smalbåndkanalene 1 anordningen 80 på flg» 4 er forsynt med smalbåndfiltre av forskjellige passbånd ved deres respektive innganger. Utgangene til de respektive smalbåndkanaler er også kombinert i en OG-port 88, fra hvilken et sant utgangssignal blir tilført forsinkelsestrlnnet 90 for å generere utgangsvarselsignalet etter tilnærmet 1 sekunds forsinkelse for å vokte mot falské alarmer fra translentforhold.

På grunn av øket antall smalbåndkanaltrlnn og kravet at utgangssignalet fra hver smalbåndkanal må være sann før et sant signal kan bli sluppet gjennom av OG-porten 88, er denne anordningen 80 foretrukket for de anvendelser hvor maksimal falsk alarmimmunltet er ønsket.

Bølgeformene på fig. 3(A-C) er fremkommet ved anordningen på fig. 4, som ved anordningen på fig. 2. Punktene 1 og 2 ved utgangen til forsterkeren 47, 49 er vist på fig. 4 korresponderende med fig. 2.

Fig. 5 viser en anordning 100 som korresponderer med anordningen 40 på fig. 2 med tillegg av to kanaler med periodiske signaldetektorer 106, 108 i serie med signal-invertere 110, 112. Utgangene til alle fire banene i anordningen 100 på fig. 5 er koplet med en OG-port 116 som er i serie med et forsinkelsestrinn 118. Anordningen 100 på flg. 5 utfører på lignende måte som anordningen 40 på flg. 2 med tillegg til beskyttelse gitt av periodiske signal-detektorbaner. Det skal bemerkes at bunnbølgeformen vist på fig. 3(C) er betegnet med 7 eller 8. Bølgeformen er vist ved punktet 7 og 8 ved utgangen til de periodiske signaldetektorene 106, 108 på fig. 5 når en periodisk lkke-brannkilde er detektert. Når bølgeformen 7 eller 8 går til høyt nivå, blir tilstanden invertert ved de anbrakte inverterne 110 eller 112 slik at inngangssignalet til OG-porten 116 er lavt således sperres ethvert sant utgangsslgnal som kan bli utviklet fra en av smalbåndkanalene 102, 104. Når et periodisk signal er enten detektoren 46 for lang bølgelengde eller detektoren 48 ved kort bølgelengde, kan ikke noen brannalarmvarsel har mulighet for å gå gjennom OG-porten 116.

Ved en analog utførelsesform av detektoren for periodisk signal, flg. 5A, blir inngangssignalet tilført komparatoren 71 forbundet med inngangen til et skiftregister 72 drevet av en klokke 73 og flere eksklusive ELLER-porter 74, som også er forbundet med respektive utganger til skiftregisteret 72. Hver ports 74 utgang er forbundet via et glattefilter 75 med summeringstrinn 76 og også med inngangen til den korresponderende dlfferanseforsterkeren 77, idet andre inngangssignal til hver forsterker 77 er tatt fra utgangen til summerings-trinnet 76. Presisjonslikerettere 78 er anordnet for å forbinde individuelle utganger til dlfferanseforsterkeren 77 med en andre summeringsforsterker 79, som utvikler et utgangsslgnal gjennom en differanseforsterker 81. Ved kretsen på fig. 5A blir signalpolariteten etablert med komparatoren 71 henvist til null og periodisk entret i skiftregisteret 72 (ved hjelp av klokken 73) samtidig med skifting av registeret med en posisjon. Den siste signalpolariteten blir kontinuerlig sammenlignet (eksklusivt ELLER-ført) med hver av de skiftede polaritetene. Etter neglisjeringen av første par gjennomsnittene (opptil fire) som alltid vil være høye på grunn av at et signal alltid vil være korrelert med seg selv for små forsinkelser, hvor de øvrige korrelasjonstidsgjennomsnittene blir vurdert for deres spredning, dvs. gjennomsnittsavvik. Dette blir utført med hjelp av en summerer 76, absoluttverdifunksjonen fra presisjonslikeretteren 78, en andre summerer 79, og en differanseforsterker 81. Korrelasjonsslgnalene som skal bli behandlet blir først kombinert og glatt for å etablere deres sammensatte gjennomsnitt. Hver Individuell (glattet) korrelasjonsslgnal blir så subtrahert fra sammensatt _.. gjennomsnitt og differansen gir en positiv polaritet ved hjelp av en absolutt verdikrets (preslsjonsllkeretteren 81). Summen av disse absolutte avvikene blir til slutt sammenlignet med en fast referanse og et avgjørelsesresultat med hensyn til om Innkommende signaler er periodiske eller Ikke. Kun dersom signalet viser periodisitet vil de individuelle korrelasjonssignaler vise tilstrekkelig spredning for å heve deres gjennomsnittlige avvik over terskelen til dlfferanseforsterkeren 81.

Ved en utførelsesform blir ovenfornevnte prosess utført av en mikroprosessor, for hvilken er vist et flytdiagram på fig. 5B. Ved mikroprosessorutførelsesformen utformer en analog-til-digital (A/D) omformer det Innkommende signalet til en form som kan bli filtrert, sammenlignet, gjennom-snittsberegnet etc, "alle med et fast program inneholdt i et leselager (ROM).

De anvendte variablene ved flytdiagrammet på fig. 5B er definert som følgende:

x(i) - fortegnsbltanalogslgnal samplet ved 1

i sampelvariabel; x(i) - l(th) sampel av x

Innenfor området fra 0 til 31

J - variabel for å operere på siste 32 sampler av x Y(j) - eksklusiv ELLER til x(l) med tidligere 31

sampler

Y(j) » glattet Y(j). Analog fremstilling er lavpassfli-ter , digital fremstilling tatt 9056 av tidligere Y(J) og tillagt 10* strøm Y(j).

Y - gjennomsnittet av siste 31 Y(J)'er

AY(j)- spredning av Y(j)'er, dvs. absolutt differanse

mellom Y(J) og Y.

gjennomsnittet av siste Y(J)'er T - terskel for aT for å kvalifisere periodisiteten.

Ved drift dupliserer flytdiagrammet på fig. 5 hardwarefrem-stilllngen på fig. 5A svært likt. Fortegnbiten x(i) blir først tilveiebrakt fra A/D-omformeren og fastholdt i et 32 bits skiftregister. Den i(te) sampelen til x, x(i) blir så eksklusivt ELLER ført med et tidligere 31 sampler av x lokalisert i skiftregisteret. Resultatet Y(J ) er et digital-slgnal, enten 1 eller 0.

Som en glattefunksjon blir et 32 ords lagersted Y(j) etablert slik at 10* av Y(j) blir tillagt 90* av Y(j ) blivende fra (i-l)te sampel av x. Totalen blir så endret i Y(j) lager-stedet i stedet for tidligere Y(j). Dersom Y(J ) endres fra 0 til 1 og forblir så langt 10 samplinger av x, Y(j) vil som et resultat ikke nå et nivå på 1 før den lOnde sampelen har blitt tatt.

En gjennomsnitt T blir så tatt for alle Y(J)'er. Fra oppstartingen vil Y Ikke nå dens stabile tllstandsverdien inntil 32 sampler har blitt tatt. Fra Y"(j ) og Y blir den absolutte spredningen AY(J) beregnet ved å ta den absolutte verdien for differansen. I dette programmet ble den enkle differansen anvendt. Ved mer kompliserte program kunne bruken av standardavvik (effektivverdien til differansene) med lik effektivitet.

Den sløyfekonstruerte j oppdaterer alle 32 av verdiene Y(j), AY( j ) med hver ny sampel x(i). Så snart j sløyfen er fullført blir kun siste 20 verdier av AY( j ) anvendt for å beregne gjennomsnittlig spredning, aT. Som nevnt tidligere vil et signal alltid bli korrelert med seg selv for små forsinkelser. Ved å kun ta de siste 20 verdiene for AY(j) motvirkes den virkningen.

Gjennomsnittsspredningen AY blir til slutt sammenlignet med en terskel T for å bestemme om spredningen er tilstrekkelig for å merke Inngangen x som et "periodisk" signal.

Dette autokorrelasjonsskjemaet kan i praksis gjenkjenne et periodisk signal tilstedeværelsen av et uregelmessig signal (slik som støy) forutsatt at amplituden til det periodiske signalet ér omkring en faktor lik 2 større enn det til det uregelmessige signalet.

Fig. 6 viser en variasjon ved anordningen 120 relativt i forhold til anordningen 100 på fig. 5. Periodiske signaldetektorer 126, 128 (som er lik 106, 108 på fig. 5) er vist forbundet i serie med invertere.130, 132 og er i forbindelse med smalbåndskanaler 122, 124 som på flg. 5 med unntak av at utgangene til de periodiske signaldetektorene 126, 128 er krysskoplet med en forholdsdetektor 60 og en terskeldetektor 62 1 korrespondanse med smalbåndskanalene. Alle fire utgangene blir tilført 0G-portene 138, 139 ved hjelp av par og OG-portutgangene blir igjen tilført en ELLER-port 140, hvilken utgang driver forsinkelsestrinnet 142. Anordningen 120 på fig. 6 gir god følsomhet med øket beskyttelse mot falske alarmer på grunn av at det periodiske signalet ved et område til inngangsstrålingsbølgelengdene sperrer smalbåndskanalen for den strålingsdetektoren og anbringer den andre smalbåndskanalen i en terskelmodus med forhøyet terskel. Når et periodisk signal således blir detektert ved en kanal, krever den økede terskelen umiddelbart et sterkere signal en den andre kanalen for å bil presentert for ethvert utgangsslgnal som skal bli utviklet.

Hakket sollys vil f.eks. sperre kortbølgekanalen, men ikke langbølgekanalen. Forholdskomparatorene 60 vil bli sperret som terskelkomparatoren 62 ved kanalen 124 mens terskelkomparatorene 62 ved kanalen 120 vil ha dens terskel hevet.

Selv om anordningen 100 på fig. 5 effektivt beskytter mot falske alarmsignaler som ellers ville blitt utviklet som reaksjon på periodisk stråling, har den denne ulempen at den Ikke vil kunne utvikle noe varselsignal i hele tatt ved tilstedeværelsen av en brann når den periodiske strålingen også er tilstede. Med andre ord er anordningen 100 på fig. 5 i hovedsaken alltid sperret når periodisk stråling er tilstede. (Dvs., hakket sollys ville blinde anordningen 100 for en brann som også er tilstede). Denne ulempen blir overvunnet i en viss grad med anordningen 120 på flg. 6 som, mens tilsvarende smalbåndskanal sperre for samme område for bølgelengden når periodiske signal blir detektert ved det spektrale området, tillates fremdeles smalbåndskanalen for det andre spektralområdet å fortsette å funksjonere selv om med en øket terskel og derved en redusert følsomhet.

Flg. 7 viser en annen anordning 1 samsvar med foreliggende oppfinnelse i blokkdiagramform. Anordningen 140 på fig. 7 viser spektrumanalysatoren 142, 144 1 serie med respektive detektorforsterkere 46, 47 av lang bølgelengdetype og detektorforsterkere 48, 49 av kort bølgelengdetype. Denne anordningen anvender trekket med gjenkjenning av individuelle spektrumlinjer i motsetning til bred spektral frekvens-fordeling av anordningen beskrevet ovenfor. Utgangen til en spektrumanalysator, slik som 142, vil sørge for signaler på en eller flere av utgangslinjene som korresponderer med frekvensene f(l)-f(4). Korresponderende frekvensutganger for den kortbølgede kanalspektrumanalysatoren 144 blir rettet med par med de fra analysatoren 142 til en gruppe med forholdskomparatorer 146, hvilke utgangssignaler blir tilført via et komblnerlngstrlnn 148 til en felles linje rettet til en ELLER-port 150. Kombineringstrinnet 148 kan være en enkel ELLER-port for maksimal følsomhet som ved anordningen 40 på fig. 2 eller en enkelt OG-port for maksimal adsklllelse som ved anordningen 80 på fig. 4. Det kan også være en mer komplisert portrekke som tillater et mellomnivå for utskillelsen (slik som ethvert to av fire innganger for å frembringe et utgangsslgnal). Utgangssignalene fra spektrumanalysatoren blir også tilført korresponderende blafre-spektrumskillere 152, 154 som også er lik trinnene 122, 124 på fig. 6. Utgangene til blafrespektrumskilletrinnene 152, 154 blir tilført gjennom en ELLER-port 156, hvilken utgang blir tilført som den andre Inngangen til ELLER-porten 150.

Spektrumanalysatorene 142, 144 tilfører også et signal til en periodisk signaldetektor 160 eller 162 som blir anvendt for å sperre blafrespektrumdiskriminatoren 152 eller 154 for korresponderende infrarød detektor, som etterlater den delen av kretsen som opereres fra den andre infrarøde detektoren fremdeles effektiv. De periodiske signaldetektorene 160, 162 er lik de periodiske signaldetektorene 106, 108 på fig. 5. Det er imidlertid nødvendig når periodisk stråling blir detektert å tilveiebringe et signal til en ELLER-port 164 ved en sperreinngang til kombineringstrinnet 148, siden med en av kanalene sperret vil forholdskomparatoren 146 mangle dobbeltinngangssignaler for å tilveiebringe forholdssammen-ligning. Dersom f.eks. et periodisk signal blir detektert ved langbølgegrenen via detektoren 46 gis det et sperreslgnal fra den periodiske signaldetektoren 160 som vil sperre den grenen, idet den andre grenen innbefatter kortbølgedetektor-en 48 fremdeles kan virke ved å tilveiebringe i tilfelle av detektering av et brannslgnal i det kortbølgede området et aktiviserlngssignal ved utgangen til blafrespektrumdiskriminatoren 154 som når utgangen gjennom ELLER-porten 156 og 150.

Anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse som er vist og beskrevet ovenfor tilveiebringer fordelaktig et brannavfølingssystem med øket følsomhet og forbedret immunitet mot falsk alarm. Noen av disse anordningene har vist evnen av å kunne avføle en 12,7 cm i diameter panne-brann til brennende brennstoff i en avstand på 9 m i motsetning til at samme brann kun har kunnet blitt detektert i en avstand på 1,5 m ved visse tidligere kjente detekteringssystemer. Samtidig var denne anordningen mer immun mot tilstedeværelsen av en ikke-brannkilde enn tidligere kjente avfølingssystemer. Forbedret immunitet mot periodiske bakgrunnssignaler, slik som hakket sollys blir tilveiebrakt med henseende av separering av to spektralområder i motsetning til de detektorer ved tidligere kjente anordninger som har spektralområder tett tilliggende hverandre. Med hensyn til at noen av kretsanordningene kan virke kompliserte slik som vist på tegningene er det nå mulig med moderne mikro-chipteknologi og svært kompakte mikroprosessorer og redusere størrelsen på slike kretser til et fornuftig nivå.

Selv om det har blitt beskrevet bestemte anordninger av dobbeltspektrumfrekvensreagerende brannsensorer i samsvar med oppfinnelsen for å forklare dette nærmere, skal det bemerkes at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse. Enhver og annen modifikasjon, variasjon eller lignende anordninger som kan fremkomme for fagmannen på området skulle anses som å ligge innenfor rammen av oppfinnelsen slik som definert i kravene.

Claims (10)

1. Dobbeltkanalbrannsensor Innbefattende en første detektor (46) for generering av et elektrisk signal som reaksjon på langbølgestråling, en andre detektor (48) for å generere et elektrisk signal som reaksjon på kortbølgestråling, en første og andre signalkanal koblet henholdsvis til den første (40) og den andre (48) detektor, idet hver av kanalene har et båndpassf ilter (24, 34; 54, 54a) og en terskelkrets (26,36;62,62a) i serie med utgangen til korresponderende detektor, og en innretning (16;66,68,70;88,90;116,118;139, 140,142;150,156) for å tilveiebringe et signal indikativt for detekteringen av stråling som reaksjon på tilsvarende elektriske signaler ved utgangen til terskelkretsen (26,36;62,62a) for begge kanalene, hvor passbåndene til båndpassfUtrene (24,34,54a) 1 respektive kanaler er forskjellige og overlapper ikke hverandre, karakterisert ved et par med periodiske signaldetektorer (106,108;126, 128;160,162) forbundet med første og andre detektorer (46,48) parallelt med signalkanalene og koblet for å sperre signal-tilveiebringelseslnnretningen (16;66,68,70;88,90;116,118;

138,139,140,142;150,156) i tilfelle av detektering av periodiske signaler ved en av de periodiske signaldetektorene.

2. Sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at passbåndene til båndpassfUtrene (24,34,54,54a) er Innenfor et forutbestemt område ved hvilket flammeflikkerfrekvenser finnes.

3. Sensor ifølge krav 2, karakterisert ved at båndpassfilteret (24;54) i langbølgedetekteringskanalen har et passbånd lik tilnærmet 2 til 5 Hz og at båndpassf ilteret (34,54a) i kortbølgedetekterlngskanalen har et passbånd lik tilnærmet 6 til 12 Hz.

4. Sensor ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at bølgelengdestrålingsområdet som den første detektoren (46) reagerer innenfor er betydelig forskjøvet fra bølgelengdestrålingsområdet som den andre detektoren (48) reagerer på.

5. Sensor ifølge krav 4, karakterisert ved at den første detektoren (46) reagerer på stråling som har bølgelengder innenfor området 14 til 25 pm og at den andre detektoren (48) reagerer på stråling med bølgelengder i området 0,8 til 1,1 pm.

6. Sensor ifølge krav 2, karakterisert ved at deninnbefatter et antall dobbelte smalbåndkanaler (42,44;82, 84,86,8{,2 5102 »104 J122 1124) med et par med signalbaner (50,52), idet hver smalbåndkanal (42,44;82,84,862;102,104;

122,124) innbefatter en forholdskomparator (60,60b,64) forbundet i serie med signalbanene (50,52) til dobbeltsmalbåndkanalen og sammenkoblet for å etablere et forholdsvindu, og under hvilket kort- til langbølgesignalamplitudeforholdet ikke utvikler et branndetekteringsslgnal.

7. Sensor ifølge krav 6, karakterisert ved at hver dobbeltsmalbåndkanal (42,44;82,84,86,862;102,104;

122,124) har en terskelkomparator (62,62a) for hver signal-bane (52 eller 50), idet terskelkomparatoren er forbundet i nevnte baner parallelt med en tilsvarende forholdskomparator (60,60a).

8. Sensor Ifølge krav 7, karakterisert ved at den Innbefatter logiske kretsporter (60,68;83;116) forbundet for å motta utgangsslgnaler fra forholdskomparatorene (60,60a) og terskelkomparatorene (62,62a) og generere et brannslgnal som reaksjon på forutbestemte utgangstllstander fra komparatorene (60,60a,62,62a).

9. Sensor Ifølge krav 2, karakterisert ved at den innbefatter er par med forforsterkere forbundet respektivt i serie med tilknyttet detektor for å forsterke elektriske signaler generert derved, idet hver av for-forsterkerne har en forsterkning som er variabel over et vesentlig område, og en innretning koblet med slgnalbanene innenfor en av kanalene for å styre forsterkningen til respektive forforsterkere i samsvar med signalnivået for å øke den maksimale følsomheten til sensoren.

10. Sensor Ifølge krav 2, karakterisert ved en periodisk detekteringsinnretnlng koblet med strålingsdetek-torene og selektivt forbundet for å sperre en eller flere av smalbåndkanalene ved detektering av periodisk signalstrållng.