NO325344B1 - Fremgangsmate for a overvake et omrade for forekomsten av brann, og anordning for deteksjon av brann i et overvaket omrade - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å overvåke et område for forekomsten av brann, og en anordning for deteksjon av brann i et overvåket område. Særlig er oppfinnelsen relatert til optisk branndetektering basert på en kombinasjon av to eller flere bølgelengder.

Det er viktig at en optisk brannvarsler er i stand til å detektere tilstedeværelsen av ulike typer flammer på en så pålitelig måte som mulig. Dette krever at flammedetektoren kan skille mellom flammer og andre kilder av infrarød stråling. Vanligvis foregår optisk flammedeteksjon i den infrarøde del av spekteret rundt 4,5 nm, som er en CO2 utstrålingstopp.

Enkle flammedetektorer benytter en enkelt føler, og varsel gis når signalet som oppfattes av detektoren overskrider et bestemt terskelnivå. Denne enkle fremgangsmåte lider av falsk utløsning, fordi man ikke er i stand til å skille mellom flammer og andre lysende objekter, som f.eks. hvitglødende lyspærer, varme industriprosesser som sveising, varme hender som viftes foran detektoren, og til og med sollys.

Det har vært gjort forsøk på å overvinne dette problemet ved å registrere stråling på to eller flere bølgelengder. En sammenligning av de relative signalstyrkene som mottas på hver bølgelengde muliggjør en større diskriminering av falske kilder enn ved registre-ring bare på en enkelt bølgelengde.

Til tross for implementeringen av detektorer som er følsomme for utstråling på flere enn en bølgelengde, vil teknikker for optisk detektering av forekomsten av flammer fortsatt være beheftet med hyppige falske alarmer, og feildiagnostisering av virkelige branner. For eksempel er det et problem å utløse riktig brannalarm når branner overvåkes over en lang avstand, eksempelvis opp til ca. 60 meter, når signal/støy-forholdet er lite. Dessuten er brannvarslere beheftet med motstridende brannvarslings-karakteristika under ulike brannforhold, f.eks. branntemperatur, størrelse, posisjon, brennstoff og forstyrr-ende bakgrunnsstråling. Som en konsekvens av dette, er det et behov for en brannvarsler som kan detektere brann på en måte som er mindre avhengig av disse faktorene.

Til belysning av kjent teknikk vises det til JP 6004780 som omhandler en fremgangsmåte og et apparat for et område for brann. Det anvendes tre sensorer som detekterer stråling i tre spektralbånd som overlapper hverandre. Korte bølgelengder for et første og tredje spektralbånd er i alt vesentlig like og lange bølgelengder for et andre og det tredje spektralbånd er i alt vesentlig like. US 4,357,534 beskriver en fremgangsmåte og anordning for å detektere brann i et område. Strålingen kan detekteres i et første spektralbånd og et andre spektralbånd som er bredere enn det første spektralbånd og som overlapper det. Det brukes to sensorer. Hvert spektralbånd har kort og lang grensebølgelengde.

Generelt er den foreliggende oppfinnelse relatert til en fremgangsmåte og anordning for å detektere forekomsten av en brann ved å anvende et antall sensorer som er følsomme overfor utstråling i overlappende spektralbånd. Nærmere bestemt kjennetegnes fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen ved å avføle utstråling i et første spektralbånd, og i et andre spektralbånd som er bredere enn, og overlappende det første spektralbåndet, der hvert av spektralbåndene har lange og korte grensebølgelengder, og å velge enten nevnte lange eller nevnte korte grensebølgelengder i nevnte første og andre spektralbånd til å være i alt vesentlig like, og å fastslå, basert på den oppfattede strålingen innenfor nevnte første og andre spektralbånd, hvorvidt en brann eksisterer i det overvåkede området.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten fremgår av de vedlagte, underordnede krav 2 -12.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes anordningen ved at den omfatter første og andre sensorer som er følsomme for utstråling i henholdsvis første og andre spektralbånd, der det andre spektralbånd er bredere enn, og overlapper det første spektralbåndet, idet hvert av spektralbåndene har lange og korte grensebølgelengder, og der enten nevnte lange eller nevnte korte grensebølgelengder i nevnte første og andre spektralbånd er hovedsakelig like, og en signalbehandlingsenhet konfigurert for å fastslå tilstedeværelsen av en brann i det overvåkede området basert på signaler mottatt fra nevnte første og den andre sensorer.

Ytterligere utførelsesformer av anordningen fremgår av de vedlagte, underordnede krav 14-22.

Oppfinnelsen kan forstås mer fullstendig ved å studere den følgende detaljerte beskrivelse av ulike, kun eksemplifiserende utførelsesformer av oppfinnelsen i sammenheng med de vedlagte tegninger, der: Figur 1 illustrerer et blokkskjema for en optisk detektoranordning for å detektere forekomsten av brann; Figur 2A - 2D illustrerer kombinasjoner av smale og brede spektralfiltre; Figur 3A illustrerer en kombinasjon av filtre; Figur 3B illustrerer detektor-karakteristika som er oppnådd ved å bruke kombinasjonen av filtre som er illustrert i figur 3A; Figur 4A illustrerer en annen kombinasjon av filtre; Figur 4B illustrerer detektor-karakteristika som er oppnådd ved å bruke kombinasjonen av filtre illustrert i figur 4A; Figur SA illustrerer en annerledes kombinasjon av filtre; Figur 5B illustrerer detektor-karakteristika som er oppnådd ved å bruke kombinasjonen av filtre som er illustrert i figur 5A; Figur 6A og 6B illustrerer filterkombinasjoner og strålingsspektra for ulike typer av brann og stråling fra bakgrunnskilder; Figur 7A - 7C illustrerer detektor-karakteristika som oppnås for filtrene og emisjons-spektrene i figur 6A og 6B; og

Figur 8 viser et blokkskjema for en optisk brannvarsUngsanordning.

Selv om oppfinnelsen er anvendbar for ulike modifikasjoner og alternative utforminger, er det konkrete utforminger av oppfinnelsen som dekkes av eksemplene i tegningene og som vil bli beskrevet i detalj. Det må imidlertid understrekes at hensikten er ikke å be-grense oppfinnelsen til de spesielle utformingene som er beskrevet. Tvert imot er hensikten å dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor den idé og det gyldighetsområde for oppfinnelsen som er spesifisert i de vedlagte patentkrav.

Den foreliggende oppfinnelse er anvendbar for optiske brannvarslere. Den foreliggende oppfinnelse antas å være særlig egnet til å detektere branner der det er påkrevd med en lav grad av falske alarmer, der det er nødvendig med en ensartet respons fra detektoren over hele synsfeltet, og hvor avstanden og størrelsen på brannen kan variere over et stort område. En forståelse av de ulike aspekter ved oppfinnelsen vil bedre kunne oppnås ved å studere de eksemplene som er gitt for en slik detektor, selv om oppfinnelsen ikke er så begrenset.

Et av problemene som den foreliggende oppfinnelsen retter seg mot, er at brannvars-lingsteknikker har vist seg å produsere inkonsistente resultater for branner som oppstår på ulike punkter i synsfeltet til detektoren. Dette problemet oppstår på grunn av de in-terterensfiltrene som benyttes sammen med sensorene for å sende stråling i de ønskede spektralbåndene. Passbåndene for interferensfiltrene varierer med den vinkelen som strålingen fra en brann treffer filteret. Dette resulterer i at mengden av stråling som oppfattes er bestemt av innfallsvinkelen, og følgelig vil detektoren ikke registrere brann så effektivt når brannen befinner seg utenfor sikteaksen til føle-elementet.

Figur 1 viser et forenklet optisk brannvarslingsutstyr 100, som har en første sensor 102 og en andre sensor 104 som er følsomme overfor stråling i ulike spektralbånd. Signaler som genereres av den første og den andre sensoren 102 og 104, ledes til en sammenlig-ningskrets 106 hvor de sammenlignes, f.eks. ved at det dannes et forhold eller en diffe-ranse. Sammenligningssignalet som på den måten dannes, blir dernest målt i forhold til en terskel i terskelregistrerings-kretsen 108. Dersom en finner at signalforholdet har et forhåndsvalgt forhold med terskelen i kretsen 108, f.eks. dersom signalforholdet er større enn terskelen, vil det bli generert et utgangssignal fra utgangen 110 for å aktivere en alarm. Det er åpenbart at ulike fremgangsmåter kan benyttes for å behandle signalene som produseres av detektorene 102 og 104. Noen av disse fremgangsmåtene vil bli behandlet i det følgende. Det er også åpenbart at signalene generert av sensorene 102 og 104 kan behandles i en rekke ulike typer kretser, f.eks. fastkoblede analogkretser, eller i programmerbare digitale kretser, som f.eks. en digital signalprosessor.

Valget av de spektrale karakteristika for føleelementene er viktig. Det spektrale området der et føleelement blir påvirket, bestemmes hovedsakelig av et optisk interferens-båndpassfilter. Bølgelengdene på disse filtrene må tilsvare de bølgelengdene som sen-des fra brannene og samtidig må de unngå sterke atmosfæriske absorpsjonseffekter. Ikke bare er det en viss variasjon på de utsendte bølgelengdene, avhengig av typen brennstoff og størrelsen på brannen, men de optiske passbåndene til interferensfiltrene varierer med innfallsvinkelen til den innkommende strålingen. På den måten vil anord-ninger med et stort synsfelt ha passbåndfiltre der bølgelengdene i vesentlig grad blir endret mot en blå del av spekteret når brannen befinner seg utenfor sikteaksen til føler-elementet.

Figur 2A viser transmisjonskarakteristika for en første kombinasjon av filtrene. Transmisjonsbåndet 202 for et første filter er sentrert på ca. 4,5 |xm og har en båndbredde på ca. 0,15 |xm. Transmisjonsbåndet 204 for et andre filter 12 har en båndbredde på ca.

0,35 nm og er sentrert på ca. 4,7 [im. Selv om det første og det andre båndet 202 og 204 her er tildelt forskjellige verdier for maksimum transmisjon, er dette bare satt inn i figu-ren for å illustrere hvor deres respektive grensebølgelengder ligger. Verdiene for maksimum transmisjon for det første og det andre transmisjonsbåndet 202 og 204 kan være tilsvarende.

Det understrekes at filterpassbåndene behandlet i det følgende er idealiserte passbånd benyttet for teoretisk modulering, og at transmisjonsspektra nødvendigvis ikke er så flate som de som er vist. Det understrekes videre at teoretisk modulering av karakteristika til systemer som anvender filtre, kan utformes for å oppnå passende resultater der en antar idealiserte filterprofiler.

Transmisjonsspektrene 202 og 204 har korte grensebølgelengder med verdier på ca. 4,45 [im, og er tilnærmelsesvis sammenfallende. Det første transmisjonsspekteret 202 har en lang grensebølgelengde på ca. 4,6 |xm og det andre spekteret 204 har en lang grense-bøl-gelengde på ca. 4,8 |im. En har funnet at denne filterkonfigurasjonen øker regelmessig-heten på forholdstallene til branner beliggende over hele synsfeltet til detektoren.

Interferensfiltre som normalt brukes for å definere de spektrale deteksjonsbåndene for brannvarslere, blir utsatt for en endring i transmisjonsegenskapene når innfallsvinkelen for den innkommende strålingen øker i forhold til normal innfallsvinkel. For eksempel kan et standard interferensfilter oppvise et skift mot den blå del av spekteret på så meget som 6% i dets passbåndegenskaper for lys som treffer 45° i forhold til normalen. Filtre med høyere kvalitet oppviser et skift på rundt 2% for lys som treffer 45° i forhold til normalen. Dette skiftet mot kortere bølgelengder kan ha en betydelig virkning på sig-nalstyrken som registreres av detektoren, spesielt når viktige spektraltrekk, som f.eks. 4,4 [im spissverdien, ligger nær filterets grensebølgelengde.

En fordel som ligger i den første filterkombinasjonen som er vist i figur 2A, fremgår ved å sammenligne resultatet av denne kombinasjonen med ulike filterkombinasjoner. Figur 3-5 viser resultatene av en analyse av ulike filterkombinasjoners adferd der brannen opptrer på ulike steder innenfor synsfeltet.

Figur 3A viser passbåndet, Fl, for et første filter sentrert rundt CO2 emisjons-forekomsten. F2 er passbåndet til et andre filter som dekker et høyere bølgelengdeområde fra 4,8 (xm til 5,0 lim. I dette tilfellet er det intet overlatt mellom de to passbåndene. Den stip-lede linjen, merket AT, representerer de optiske transmisjonskarakteristika for atmosfæren, og viser at det finnes et absorpsjonsmaksimum på ca. 4,25 [im. Den stiplet-prik-kede linjen, merket FR, er et typisk emisjonsspekter fra en bensinbrann. Denne kombinasjonen av Fl og F2 er typisk for enkelte konvensjonelle branndetektorer. Figur 3B viser avhengigheten av signalforholdet fra en detektor ved at filterkombinasjonen i figur 3A benyttes som en funksjon av innfallsvinkelen på detektoren. Denne avhengigheten er plottet for tre ulike avstander mellom brannen og detektoren, nemlig 1 m, 18m og 35 m. Kurvene er normalisert til forholdet for en brann med normal innfallsvinkel for hver av disse tre avstandene. En verdi på 9 på x-aksen tilsvarer en innfallsvinkel der beliggenheten til passbåndet for hvert filter har flyttet seg 2%. Disse kurvene viser at signalforholdene detektert av Fl og F2 endres betydelig for branner som befinner seg utenfor normal innfallsvinkel. For branner i en avstand på 35 m for eksempel, reduseres forholdet fra ca. 100% til ca. 50%. Derved vil tilstedeværelsen av en brann bli fastslått med mindre pålitelighet når brannkilden beveger seg vekk fra den optiske aksen. Figur 4A viser det samme spekteret som i figur 3A bortsett fra at filter F2 har et trans-misjonspassbånd som sprer seg mellom 4 [im og 5 [im, og som fullt ut omfatter passbåndet til filter Fl. Dessuten er passbåndet til filter Fl en tanke smalere, idet det strek-ker seg ca. 4,4 [im til 4,5 [im. Brannens spekter, FR, og det atmosfæriske spekteret, AT, er de samme. Figur 4B viser igjen avhengigheten mellom signalforholdene som oppnås mellom Fl og F2 som en funksjon av innfallsvinkelen. Igjen vil forholdet minke når passbåndene til filtrene skifter mot blått med 2%. På en meters avstand vil forholdet reduseres til ca. 75% og for en brann på 35 m, vil forholdet reduseres til ca. 45%. Figur 5A viser det tilfellet der filterkombinasjonen er lik den som er vist i figur 2A. Spekteret til filter 2 har en kort grensebølgelengde like under 4,5 [im, og er sammenfallende med den korte grensebølgelengden til filter Fl. Det fremgår av figur 5B at forholdene for branner på 1,18 og 35 m avstand forblir relativt konstante over hele området av innfallsvinkler, dvs. innenfor ca. 10%. Derfor er detektoren mindre følsom overfor variasjoner i deteksjonskarakteristika når brannen er lokalisert utenfor den normale

innfallsvinkelen på detektoren. Dette gjelder når de to filtrene har et overlappende område, og der enten begge deres korte grensebølgelengder eller begge deres lange grense-

bølgelengder er hovedsakelig like. Variasjonen i forholdet øker over hele området for innfallsvinkler der grensebølgelengdene ikke er like.

De korte og lange grensebølgelengdene for et filter kan defineres til å være de bølge-lengdene der transmisjonen for det filteret er 50% av dets maksimum transmisjons-verdi. Full bredde, halv maksimum (FBHM) båndbredden for filteret utgjør skille mellom filterets lange og korte grensebølgelengde. FBHM-båndbredden for det smale filteret er typisk i området fra 0,15 |xm til 0,2 [im, selv om den kan ligge utenfor dette området. De korte grensebølgelengdene for ulike filtre er hovedsakelig like når deres separasjon er mindre enn 50% av FBHM-båndbredden til det smale filteret. Grensebølgeleng-dene er enda mer lik hverandre når de er adskilt med mindre enn 15% av FBHM-båndbredden til det smale filteret, og mest lik hverandre når de er separert med mindre enn 5% av FBHM-båndbredden til det smale filteret. Grensebølgelengdene kan også regnes som hovedsakelig like når filtrene oppviser en endring i forholdet på mindre enn 35% over hele detektorens synsfelt.

For øvrig vil variasjonen i forholdet av innfallsvinkler endre seg når grensebølgeleng-dene varierer med innfallsvinkelen på forskjellige måter. Forholdets vinkelavhengighet kan endres avhengig av om de respektive grensebølgelengdene for de to filtrene endrer seg med innfallsvinkelen i samme takt. For eksempel kan vinkelavhengigheten for forholdet være forskjellig når bølgelengdene for det ene filteret endrer seg med 6% over synsfeltet, og det andre filteret endrer seg med 2%, og hvor begge filtrene endrer seg med 2% over synsfeltet. Vinkelavhengigheten for bølgelengdene (8Å/80) for filtrene er hovedsakelig de samme når deres vinkelavhengigheter er tilpasset hverandre innenfor ± 25% over synsfeltet til detektoren, dvs. at verdien av (8X/88) for et filter ligger innenfor 25% av verdien for (8X/88) til det andre filteret. Fortrinnsvis bør filterverdiene (8Å/88) ligge innenfor ± 15% i forhold til hverandre. En annen måte å se det på er at vinkelav-hengighetene er hovedsakelig identiske når signalforholdene endrer seg med mindre enn 35% over hele synsfeltet.

Med henvisning til figur 2B vil et tredje filter 216 med bølgelengder kortere enn en

kombinasjon av de overlappende filtre 212 og 214, muliggjøre en forbedret branndetek-sjon. Kalde infrarøde kilder har mindre energi på korte bølgelengder, mens varme kilder har relativt mindre energi på lange bølgelengder. På denne måten kan en kombinasjon av tre filtre slik som vist på figur 2B være hensiktsmessig for å separere virknin-gene av både varme og kalde kilder til falsk alarm.

En annen kombinasjon av tre filtre er vist i figur 2C. Her er et første filter 222 med relativt smal båndbredde sentrert rundt 4,5 |im benyttet i kombinasjon med et annet filter 224, som overlapper det første filter 222 og er plassert på den kortbølgede side av det første filter 222. Den lange grensebølgelengden til det andre filter 224 er hovedsakelig den samme som den lange grensebølgelengden til det første filter 222. Et tredje filter 226, som ikke overlapper med noen av de to øvrige filtre 222 og 224, er plassert på en lenger bølgelengde. Denne filterkombinasjonen reflekterer generelt et speilbilde av kombinasjonen vist i figur 2B, og reduserer også effektivt antall falske alarmer.

En fjerde kombinasjon av filtre er vist i figur 2D, der et smalt filter 232 er plassert nær C02 utstrålingen på 4,5 \ im. Båndbredden til det første filter 232 spenner typisk fra ca. 0,1 til 0,2 nm. Det andre filteret 234 overlapper det første filter 232 fra den langbølgede siden, slik at deres korte grensebølgelengder i det store og hele er sammenfallende. Et tredje filter 236 overlapper det første filteret 232 fra kortbølgesiden, slik at de lange grensebølgelengdene for det smale filteret 232 og det tredje filteret 236 i det store og hele er sammenfallende. Et filtersett av denne type har fordeler når det gjelder diskriminering mellom store, urene branner og sorte legemer som bakgrunnskilder. Urene branner er vanskeligere å detektere enn rene branner fordi utstråling fra varm sot produserer et emisjonsspektrum tilsvarende det en får fra et varmestrålende sort legeme. Dessuten er utstrålingen på 4,5 (im mindre fremtredende enn i renere branner.

I den følgende beskrivelse er det første filter 232 referert til som det smale filter, det andre filter 234 er referert til som langbredde-filtere, og det tredje filter 236 er referert til som kortbredde-filtere.

Figur 7A - 7C viser flere signalforhold som funksjon av innfallsvinkelen på detektoren, og viser filterkombinasjonen i figur 2D sin evne til å skille mellom de ulike brannsigna-ler som kommer fra varme, sorte bakgrunnslegemer.

Forholdene som antas å generere resultatene vist i figur 7A, er illustrert i figur 6A. Det smale filteret 402 er sentrert på ca. 4,55 nm. Det lang-bredefilteret 404 er plassert på den langbølgede siden av det smale filteret 402. Den korte grensebølgelengden til det lang-bredefilteret 404 ligger meget nær grensebølgelengden for det smale filteret 402. Det kort-bredefilteret 406 ligger på kortbølgesiden av det smale filteret 402, og dets lange grensebølgelengde er noenlunde sammenfallende med den lange grensebølgeleng-den for det smale filteret 402. Det relative emisjonsspekteret for en liten, ren brann 408 har en dominerende spissverdi nær 4,5 nm, og har en liten energimengde ved kortere bølgelengder. Det relative emisjonsspekteret 410 fra et sort legeme med temperatur på 310 K er også vist, normalisert over det aktuelle bølgelengdeområdet. Brannspekteret 408 og spekteret 410 for sortlegeme-bakgrunn viser begge en viss absorpsjon ved ca. 4,25 (Am som resultat av absorpsjon fra CO2 i atmosfæren. Det sorte legemet antas å be-finne seg i en avstand av 2 m, og brannen på en avstand av 65 m. Senteret i transmisjonsbåndet 402 for det smale filteret er plassert på den langbølgede siden av den fremtredende emisjonsspissen i brannspekteret 408 for å unngå komplikasjoner fra blåskifte over mot CO2 absorpsjonsbåndet ved 4,25 \ im når strålingen skjer utenfor sikteaksen.

Temperaturen på sortlegeme-bakgrunnen ble benyttet som en variabel i analysen. Sortlegeme-spekteret 410 kunne endres til å nærme seg virkemåten til en detektor under ulike forhold med sortlegeme-emisjonen. For eksempel vil et signal fra et sort legeme på ca. 310 K tilsvare en bakgrunn detektert fra utstråling fra vegger i et rom ved rom-temperatur. Et sortlegeme-signal på 5800 K tilsvarer virkemåten for en branndetektor i sterkt sollys.

Flere forhold er plottet i figur 7A mot skift i grensebølgelengde, SA,, i mikromillimeter som et resultat av økende innfallsvinkel på filtrene. Det er viktig å merke seg at forholdene vist i figur 7A - 7C er definert forskjellig fra forholdene vist i figur 3-5. Her er nevneren i forholdstallet det brede filtersignalet minus det smale filtersignalet. På den måten representerer det første forholdet ri forholdstallet mellom signalet fra det smale filteret 402 dividert med signalet fra kort-bredde filteret 406 minus signalet fra det smale filteret 402. Forholdet r2 er forholdstallet mellom signalet fra det smale filteret 402 dividert med signalet fra lang-bredde filteret 404 minus signalet fra det smale filteret 402. Begge forholdene ri og r2 er resultat av signal generert av brannen. Motsatt vil forholdene r3 og r4 representere signaler generert fra sortlegeme-stråling. Forhold r3 er forholdet mellom sortlegeme-signalet detektert av det smale filteret 402 dividert med sortlegeme-signalet detektert av kortbreddefilteret 406 minus sortlegeme-signalet dividert med det smale filteret 402. Dessuten er det fjerde forholdet r4 fremkommet av sortlegeme-signalet detektert gjennom det smale filteret 402 dividert med sortlegeme-signalet detektert gjennom langbreddefilteret 404 minus sortlegeme-signalet detektert av det smale filteret 402. En oppsummering av definisjonene av forholdene ri - r4 er vist i den følgende tabellen.

Med denne definisjonen av forhold, vil forhold r2 minke når innfallsvinkelen på detektoren minker. På den annen side vil forholdet ri øke med økende innfallsvinkel. Imidlertid vil alltid r2 holde seg betydelig over bakgrunnsforholdet r4. Når brannen er liten og ren, og emisjonsforekomsten på 4,5 nm er fremtredende, vil det derfor være enkelt å fastslå forekomsten av brann for alle innfallsvinkler som resulterer i et blåskift i filteret på opp til ca. 0,1 \ im. Figur 6B viser transmisjonsspektrene for de tre filtrene 422,424 og 426, et brannspek-trum 428 generert av en uren brann, og to normaliserte sortlegeme-spektre 430 og 432. Det smale filteret 422 er plassert nær 4,55 \ im. Det lang-brede filteret 424 er plassert på den langbølgede siden av det smale filteret 422 og deres respektive korte grensebølge-lengder er omtrentlig sammenfallende. Det kort-brede filteret 426 er plassert på kortbøl-gesiden av det smale filteret 422 og deres respektive lange grensebølgelengder er omtrentlig sammenfallende. Emisjonsspekteret 428 fra den store, urene brannen 428 ligner mer på emisjonsspekteret fra den varme, sortlegeme-strålekilden enn på emisjonsspekteret 408 fra den rene brannen, men den inneholder fortsatt en spissverdi på ca. 4,4 [im. Et normalisert spekter 430 for en sortlegeme-strålingsbakgrunn er vist for et sort legeme med temperatur på 310 K. Nok et normalisert spekter 432 for en sortlegeme-strålingsbakgrunn er vist for et sort legeme ved 5800 K. Figur 7B og 7C viser hvordan forholdene ri til og med r4 fungerer som en funksjon av skift i grensebølgelengde, SK, for de to ulike spektrene 430 og 432 for ulik sortlegeme-bakgrunn. I figur 7B er sortlegeme-bakgrunnen antatt å tilhøre spekteret 430, dvs. et sort legeme med temperaturen ca. 310 K. Her er forholdet r2 betydelig redusert i forhold til slik det er vist i figur 7 A. Dette skyldes at spekteret 428 fra den urene brannen har en bred bakgrunn og det lang-brede filteret 424 detekterer mer energi enn når brannen er ren. Forholdet r2 reduseres når innfallsvinkelen på detektoren øker. Ved store innfallsvinkler vil forholdet r2 nærme seg forholdet r4, dvs. signal/støy-forholdet blir meget lite. Dersom de smale og lang-brede filtere ble benyttet alene, ville derfor påvis-ningen av en brannforekomst bli vanskeligere ved større innfallsvinkler.

Motsatt vil forholdet ri øke til maksimumsverdi når innfallsvinkelen øker i forhold til normalen. Et viktig trekk påvist i den ovenfor nevnte analyse er at forholdet ri vil alltid holde seg betydelig over forholdet r3 i hele området for innfallsvinkler som er under-søkt. På denne måten muliggjør resultatene fra de smale og kort-brede filtrene en økt evne til å skille ut forekomsten av en stor, uren brann med en stor innfallsvinkel på detektoren.

Denne effekten blir i økende grad viktig når sortlegeme-bakgrunnen stammer fra en

varm strålingskilde som solen. Figur 7C viser resultatene der sortlegeme-bakgrunnen er antatt å være skarpt sollys, dvs. ved en temperatur på 5800 K. I dette tilfellet faller forholdet r2 til et nivå tilsvarende r4 med en stor innfallsvinkel, som produserer et signal/- støy-forhold på 1. Forholdet ri vil imidlertid holde seg betydelig over forholdet r3, særlig ved store innfallsvinkler. Denne effekten kan utnyttes av detektoren for å fastslå forekomsten av brann selv ved store innfallsvinkler og under forhold med varm, skinn-ende bakgrunnsstråling og der brannen er uren og produserer et bredt emisjonsspekter.

Ovenfor nevnte redegjørelse har omhandlet valget av utstrålingsbånd utvalgt for å generere signaler fra ulike sensorer i branndetektoren. Disse utvalgte strålingsbåndene kan anvendes med ulike typer signalanalyser for å produsere en detektert brannalarm. For eksempel kan den enkle kretsen vist i figur 1 benyttes. Det er åpenbart at også andre metoder for signalanalyse kan anvendes. En slik metode er lagt fram i U.S. patent-5,850,182. Teknikkene i dette US-patent er inkludert i en utforming av brannvarsleren vist i figur 8. Denne utfonningen anvender sensorer som fungerer ved tre bølgelengde-områder. Sensor A 602 tilsvarer det lang-brede filteret, sensor B 604 tilsvarer det smale filteret, og sensor C 606 tilsvarer det kort-brede filteret. Utgangssignalene fra sensorene 602,604 og 606 kan analyseres på en rekke ulike måter for å generere en pålitelig indi-kasjon på at en brann har oppstått.

Først blir signalene ledet igjennom flimmer-filtrene 608, 610 og 612 for å fastslå sek-venskomponenten som er tilstede i de amplitudene som er detektert. Typisk vil en flamme inneholde flimmer-komponenter i. området 1 til 10 Hz. Flimmer-filtrene 608, 610 og 612 velger ut sekvenskomponenter innenfor det området. Flimmer-filtrene 608, 610 og 612 kontrolleres av flimmer-frekvens generatoren 616.

Utgangssignalene fra hvert av flimmerfiltrene 608,610 og 612 ledes gjennom filtervel-gerne 618 og 620, som leverer et utgangsforhold henholdsvis 622 og 624. Utgangssignalet levert fra kretsen 622 er forholdet mellom signalet fra sensor B dividert med forholdet på signalet fra sensor A minus signalet fra sensor B, alt sammen på den utvalgte frekvenskomponenten. På samme måte er utgangssignalet levert fra kretsen 624 forholdet mellom signalet produsert av sensor B dividert med signalet produsert av sensor C minus signalet produsert av sensor B, alt sammen på den utvalgte frekvenskomponenten.

Ved å analysere utmatningene fra hver av sensorene 602 604 og 606 over et område av flimrmgs-frekvenser, kan detektoren på den måten skille ut en umodulert sortlegeme-kilde, eller en kilde med konstant modulasjon, f.eks. en lyskilde bak en roterende vifte med en modulasjonsfrekvens på 5 Hz.

I tillegg gjennomføres en kryssfase-korrelasjon mellom signalene A og B og signalene B og C for ytterligere å skille ut bakgrunnseffekter. Derfor leverer kryssfase-korrelasjons-kretsen 626 en samordning av signalene fra sensor A 602 og sensor B 604. Kryssfase-korrelasjonskretsen 628 leverer tilsvarende et korrelasjonssignal fra signalene produsert av sensor B 604 og sensor C 606.

Forholdene som fremkommer fra kretsene 622 og 624, og korrelasjonssignalene fra kretsene 626 og 628 sammenlignes i komparatorenheten 630 mot forhåndsfastsatte brannforhold 1 og 2. Utgangssignalet fra komparatorenheten er analysert i analysenum-mer-frekvensenheten 632, og dersom detektoren finner at det har oppstått en brann, vil et alarmsignal bli sendt til utgangen 634.

Som nevnt ovenfor, er den foreliggende oppfinnelse anvendbar for optisk deteksjon av branner. Den vurderes som særlig nyttig ved brannvarsling i et miljø med et antall falske brannkilder, herunder deteksjon av små og store branner under ulike forhold med bakgrunnsstråling. Oppfinnelsen antas også å være nyttig når det gjelder å utvide synsfeltet innenfor hvilket detektoren skal generere et pålitelig brannvarslingssignal. Den foreliggende oppfinnelse er derfor ikke begrenset til de spesielle eksemplene som er beskrevet ovenfor, men er å regne som dekkende for alle de aspektene av oppfinnelsen som er berørt i de vedlagte patentkrav.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for å overvåke et område for forekomsten av brann- karakterisert ved: a) å avføle utstråling i et første spektralbånd, og i et andre spektralbånd som er bredere enn, og overlappende med, det første spektralbåndet, der hvert av spektralbåndene har lange og korte grensebølgelengder, og å velge enten nevnte lange eller nevnte korte grensebølgelengder i nevnte første og andre spektralbånd til å være i alt vesentlig like, og b) å fastslå basert på den oppfattede utstrålingen innenfor nevnte første og andre spektralbånd hvorvidt en brann eksisterer i det overvåkede området.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en separasjon mellom den ene av de lange grensebølgelengdene tilhørende det første og det andre spektralbåndet og de korte grensebølgelengdene tilhørende dét første og det andre spektralbåndet er mindre enn ca. 50% av båndbredden tilhørende det første spektralbåndet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at separasjonen er mindre enn ca. 15% av båndbredden tilhørende det første spektralbåndet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at separasjonen er mindre enn ca. 5% av båndbredden tilhørende det første spektralbåndet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det andre spektralbåndet har en båndbredde på ca. tre ganger båndbredden tilhørende det første spektralbåndet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første spektralbåndet inneholder minst en del av en CO2 utstrålingstopp på ca. 4,5 |xm og har en båndbredde på mindre 0,2 \ im.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter å avføle utstråling i et tredje spektralbånd som er bredere enn, og overlapper det første spektralbåndet, en kort grensebølgelengde tilhørende det tredje spektralbåndet er i hovedsak lik den korte grensebølgelengden tilhørende det første spektralbåndet der det første og det andre spektralbåndet har i alt vesentlig de samme lange grensebølgelengder, og idet en lang grensebølgelengde tilhørende det tredje spektralbåndet hovedsakelig lik den lange grensebølgelengden tilhørende det første spektralbåndet der det første og det andre spektralbåndet har i hovedsak de samme korte grense-bølgelengder.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter å avføle utstråling i et tredje spektralbånd hvis midtre bølgelengde er lenger enn en midtre bølgelengde tilhørende det første spektralbåndet, der den midtre bølgelengden tilhørende det første spektralbåndet er lenger enn en midtre bølgelengde tilhørende det andre spektralbåndet, og hvis midtre bølgelengde er kortere enn den midtre bølgelengden tilhørende det første spektralbåndet, der den midtre bølgelengden tilhørende det første spektralbåndet er kortere enn den midtre bølgelengden tilhørende det andre spektralbåndet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det tredje spektralbåndet ikke overlapper det første eller det andre spektralbåndet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at avklaringen hvorvidt en brann eksisterer innebærer å ekstrahere flimringsfrekvenskom-ponenter i utstrålingen registrert i det første og det andre spektralbåndet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at avklaringen om hvorvidt brann er tilstede, innebærer analyse av relative mengder av utstråling registrert i det første og det andre spektralbåndet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at innfallsvinkelavhengigheter for den første og den andre korte grensebølgelengden er hovedsakelig like.

13. Anordning for deteksjon av brann i et overvåket område, karakterisert ved at den omfatter: a) første og andre sensorer som er følsomme for utstråling i henholdsvis første og andre spektralbånd, der det andre spektralbånd er bredere enn, og overlapper det første spektralbåndet, idet hvert av spektralbåndene har lange og korte grense-bølgelengder, og der enten nevnte lange eller nevnte korte grensebølgelengder tilhørende det første og det andre spektralbåndet er hovedsakelig like, og b) en signalbehandlingsenhet konfigurert for å fastslå tilstedeværelsen av en brann i det overvåkede området basert på signaler mottatt fra nevnte første og den andre sensorer.

14. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved en separasjon mellom den ene av de lange grensebølgelengdene tilhørende det første og det andre spektralbåndet og de korte grensebølgelengdene tilhørende det første og det andre spektralbåndet er mindre enn ca. 50% av båndbredden tilhørende det første spektralbåndet.

15. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved at separasjonen er mindre enn ca. 15% av båndbredden for det første spektralbåndet.

16. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved at separasjonen er mindre enn ca. 5% av båndbredden tilhørende det første spektralbåndet.

17. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at sig-nalbehandlingsenheten behandler et signal som representerer forholdet mellom signalene mottatt fra den første og den andre sensoren.

18. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at sig-nalbehandlingsenheten sammenholder signalene mottatt fra den første og den andre sensoren.

19. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at sig-nalbehandlingsenheten analyserer midlertidig avhengighet i amplitudevariasjonen i utstrålingen i det første og det andre spektralbåndet.

20. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at det første spektralbåndet inneholder i det minste en del av en CO2 utstrålingstopp på ca. 4,5 (im og har en båndbredde på mindre enn 0,2 (Am.

21. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at den videre inneholder en tredje sensor som er følsom for utstråling innen et tredje spektralbånd hvis midtre bølgelengde er lenger enn en midtre bølgelengde tilhørende det første spektralbåndet, der den midtre bølgelengde tilhørende det første spektralbåndet, og hvis midtre bølgelengde er kortere enn den midtre bølgelengde tilhørende det første spektralbåndet, der den midtre bølgelengde tilhørende det første spektralbåndet er kortere enn den midtre bølgelengde tilhørende det andre spektralbåndet.

22. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at den videre inneholder en tredje sensor som er følsom overfor utstråling i et tredje spektralbånd som er bredere enn, og overlapper, det første spektralbåndet, der en kort grensebøl-gelengde tilhørende det tredje spektralbåndet er i hovedsak lik den korte grensebølge-lengden tilhørende det første spektralbåndet, der det første og det andre spektralbåndet har lange grensebølgelengder som er hovedsakelig like, og en lang grensebølgelengde tilhørende det tredje spektralbåndet som i hovedsak er lik den lange grensebølgelengden tilhørende det første spektralbåndet, der det første og det andre spektralbåndet har korte grensebølgelengder som i hovedsak er like.