CH554571A

CH554571A - Verfahren und anordnung zur branddetektion.

Info

Publication number: CH554571A
Application number: CH1168873A
Authority: CH
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1973-08-14
Filing date: 1973-08-14
Publication date: 1974-09-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Branddetektion, bei welchem das Auftreten von Kohlenmonoxyd in der Luft als Kriterium für das Auftreten eines Brandes benutzt und dadurch festgestellt wird, dass elektromagnetische Strahlung zumindest zeitweise durch die zu untersuchende Luft und durch ein Vergleichsgas geleitet wird.

Es ist bekannt, dass das Auftreten von Kohlenmonoxyd in der Luft ein sehr spezifisches und unverwechselbares Anzeichen für das Auftreten eines Brandes ist. Kohlenmonoxyd entsteht fast ausschliesslich bei Verbrennungsvorgängen organischer Materialien und tritt in der Regel bereits im frühesten Stadium eines Brandes auf. Das Vorhandensein von Kohlenmonoxyd in der Luft ist also ein sehr sicheres Anzeichen für den Ausbruch eines Feuers.

Es ist bereits verschiedentlich versucht worden, den Nachweis von Kohlenmonoxyd zur Branddetektion zu verwenden. Bekannte Kohlenmonoxyd-Detektoren sind jedoch entweder relativ unempfindlich oder sie reagieren nicht spezifisch allein auf Kohlenmonoxyd, d. h. sie reagieren auch auf die Anwesenheit anderer Gase, welche nicht von einem Brand herrühren und sind daher sehr störanfällig. Auch bekannte mit Infrarotabsorption im Bereich von Spektralbanden oder -linien des nachzuweisenden Gases arbeitende Gasanalysatoren haben sich aus diesen Gründen für die Anwendung zur Branddetektion nicht bewähren können, da sie zu unempfindlich sind, zu langsam ansprechen und zu Fehlalarm bei Auftreten anderer Gase neigen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Branddetektion, welche die genannten Nachteile vermeiden und insbesondere eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen, schneller auf das Auftreten eines Brandes ansprechen und sehr selektiv in Gegenwart anderer Gase einen beginnenden Brand nachzuweisen gestattet.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichsgas Kohlenmonoxyd-haltiges Gas verwendet wird, welches Strahlung im Bereich von Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmonoxyd absorbiert und dass festgestellt wird, ob die zu untersuchende Luft ebenfalls Strahlung im Bereich dieser Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmonoxyd absorbiert.

Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur periodischen Intensitätsmodulation der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlung bei wenigstens einer Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd vorgesehen ist und dass an den Strahlungsempfänger ein Wechselspannungsdetektor angeschlossen ist, welcher ein Signal auszulösen vermag, wenn der Wechselanteil des elektrischen Signales des Strahlungsempfängers einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.

Besonders zweckmässig ist es, die Strahlung periodisch abwechselnd durch die zu untersuchende Luft und das COhaltige Vergleichsgas zu leiten und nach Passieren der zu untersuchenden Luft bzw. des Vergleichsgases in ein gemeinsames Signal umzuwandeln und festzustellen, ob der Wechselanteil dieses Signales unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt. Da bei diesem Verfahren lediglich die durch CO absorbierten Frequenzen des Spektrums durch das periodische Abwechseln der Bestrahlung von Luft und Vergleichsgas intensitätsmoduliert werden, kann durch die weitere Auswertung nur des Wechselsignales eine stark verbesserte Empfindlichkeit und zugleich eine ausserordentliche Selektivität für Kohlenmonoxyd erreicht werden. Zweckmässigerweise wird die Lichtquelle so gewählt, dass sie vorzugsweise Strahlung im Bereich einer Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd aussendet, z.

B. im Bereich um 4,7cm, was beispielsweise durch Verwendung eines schwarzen Strahlers entsprechender Temperatur und durch Verwendung eines geeigneten Interferenzfilters, oder durch eine Infrarot-emittierende Halbleiterdiode mit einem Strahlungsmaximum bei 4,7,u erreicht werden kann.

Anhand der Fig. 1-3 werden drei verschiedene Ausführungsbeispiele für Anordnungen zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines kohlenmonoxyd-empfindlichen Infrarot-Detektors mit einer rotierenden Kammer 1, welche aus zwei Kammerhälften besteht, von denen die eine gegen aussen abgeschlossen ist und mit einem stark kohlenmonoxydhaltigen Gas, vorzugsweise mit reinem Kohlenmonoxyd von Atmosphärendruck, gefüllt ist, und die andere gegen die Aussenatmosphäre offen ist, d. h. die zu untersuchende Luft enthält. Die von einer vorzugsweise Infrarotstrahlung aussendenden Strahlungsquelle 2 ausgehende Strahlung passiert ein Interferenzfilter 3 mit einem spektralen Durchlässigkeitsmaximum von 4,7y und durchsetzt daraufhin die rotierende Kammer 1 und wird von einem Infrarot-Detektor, z. B. von einem Infrarot-empfindlichen Halbleiter 4, aufgenommen und dessen Ausgangssignal einer Auswerte- und Signaleinrichtung 5 zugeführt.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist die folgende: Sobald die rotierende Kammer 1 durch den Motor 6 in Rotation versetzt wird, so durchsetzt der Infrarotstrahl periodisch abwechselnd die kohlenmonoxydgefüllte Hälfte der Kammer 1 und dann wieder mit den mit der zu untersuchenden Luft gefüllten Teil der Kammer 1. Während der Vergleichsphase, also wenn die Strahlung den CO-gefüllten Kammerteil durchsetzt, wird aus der Strahlung derjenige Teil des Spektrums nahezu vollständig herausgefiltert, in welchem Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmonoxyd liegen, besonders die Absorptionslinie bei 4,7cm. Während der Testphase, also wenn die Strahlung den luftgefüllten Teil der Kammer passiert, erfolgt dagegen im Normalfall, d. h. wenn kein Kohlenmonoxyd in der Luft vorhanden ist, keine Absorption bei dieser Wellenlänge.

Am Ausgang des Infrarot-Detektors 4, durch welchen Prüf- und Vergleichstrahlung wieder zu einem gemeinsamen Signal zusammengesetzt wird, erscheint also infolge der Absorption bei 4,7cm ein Signal mit einem Wechselanteil. Sobald nun jedoch Spuren von Kohlenmonoxyd in der Luft auftreten, erfolgt auch während der Prüfphase, also wenn die Strahlung den luftgefüllten Kammerteil passiert, eine Absorption der Strahlung bei einer Wellenlänge von 4,7. Der Wechselanteil des Ausgangssignales des Infrarot-Detektors 4 wird also kleiner. Die Auswerte- und Signaleinrichtung S ist nun zweckmässigerweise so eingerichtet, dass sie ein Signal gibt, sobald der Wechselanteil kleiner wird als ein vorgegebener Schwellenwert.

Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass nur diejenigen Frequenzen des Spektrums intensitätsmoduliert werden, welche selektiv durch Kohlenmonoxyd absorbiert werden. Da die Auswerteeinrichtung nur den Wechselanteil verstärkt und zur Signalgabe verwertet, kann gleichzeitig eine ausserordentlich hohe Selektivität und eine erheblich verbesserte Empfindlichkeit erreicht werden. Der Umstand, dass im Vergleichspfad das nachzuweisende Gas selbst enthalten ist, lässt die Durchführung einer solchen selektiven Modulation auf einfache Weise zu, indem wechselweise Vergleichs- und Prüfstrecke in den Strahlengang gebracht werden. Um eine genügende Modulation zu erhalten, genügt für die Vergleichsstrecke bei einer Füllung mit Kohlenmonoxyd mit Atmosphärendruck bereits eine Länge von einem Zentimeter, für die luftgefüllte Prüfstrecke empfiehlt sich eine Länge von etwa zehn Zentimeter.

Als praktische Rotationsgeschwindigkeit haben sich beispielsweise sieben bis dreizehn Umdrehungen pro Sekunde erwiesen, jedoch können gegebenenfalls auch höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten benützt werden.

Besonders zweckmässig ist bei dem beschriebenen Verfahren, dass bei Auftreten von CO in der Luft sich das Vergleichs signal und das Prüfsignal annähern, der Wechselanteil also kleiner wird. Beim Verschwinden des Wechselanteils aus anderen Gründen, z. B. infolge eines Fehlers oder einer Störung, wird daher ebenfalls ein Signal gegeben. Die Anordnung ist daher weitgehend selbstüberwacht. Der Gleichanteil des Signals kann ebenfalls zu Überwachungszwecken dienen, z. B. zur Kontrolle der Intensität der Strahlungsquelle, der Detektorempfindlichkeit und von Lichtverlusten entlang des Strahlungspfades, welche durch Rauch, Staub, Ozon usw.

hervorgerufen sein können.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine feststehende, luftzugängliche Prüfkammer 10 und eine gleichfalls feststehende CO-haltige Vergleichskammer 11 mit transparenten Wänden vorgesehen. Die abwechselnde Führung der vom Detektor 15 ausgehenden Strahlung erfolgt mittels rotierender Prismen 13, die von einem Motor 14 bewegt werden, über Umlenkspiegel 12 abwechselnd durch die beiden Kammern 10 und 11 auf den Detektor 16. Als Strahlungsquelle
15 wird hier eine lichtimitierende Diode mit einem Strahlungsmaximum im Spektralbereich um 4,7y verwendet.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich wie in Fig. 3 dargestellt auch ohne rotierende Teile anwenden. Die von der Strahlungsquelle 21 ausgehende Infrarotstrahlung durchsetzt nur eine einzige feststehende Kammer 20, bevor sie auf den Infrarot-Detektor 22 trifft. Die notwendige Modulation bei 4,7y wird in diesem Fall dadurch erreicht, dass durch geeignete Pumpvorrichtungen der Druck in der CO-gefüllten Kammer rasch periodisch geändert wird. Auch hier erscheint am Ausgang des Detektors 22 ein Wechselsignal, solange die zu untersuchende Luft kein Kohlenmonoxyd enthält. Dieses Wechselsignal wird sich vermindern, sobald auch in der Luft
Kohlenmonoxyd-Spuren vorhanden sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Verfahren zur Branddetektion, bei welchem das Auftre ten von Kohlenmonoxyd in der Luft als Kriterium für das Auftreten eines Brandes benutzt und dadurch festgestellt wird, dass elektromagnetische Strahlung zumindest zeitweise durch die zu untersuchende Luft und durch ein Vergleichsgas geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergleichsgas Kohlen monoxyd-haltiges Gas verwendet wird, welches Strahlung im Bereich von Absorptionsbanden oder -linien von Kohlenmono xyd absorbiert und dass festgestellt wird, ob die zu untersuchen de Luft ebenfalls Strahlung im Bereich dieser Absorptions banden oder -linien von Kohlenmonoxyd absorbiert.

II. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I mit einer Strahlungsquelle, deren Strahlung die zu untersuchende Luft und eine Kohlenmonoxyd enthalten de Referenzkammer wenigstens zweitweise durchsetzt, und einem Strahlungsempfänger zur Abgabe eines elektrischen Signales, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur periodischen Intensitätsmodulation der auf den Strahlungsemp fänger auftreffenden Strahlung bei wenigstens einer Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd vorgesehen ist und dass an den Strahlungsempfänger ein Wechselspannungsdetektor angeschlossen ist, welcher ein Signal auszulösen vermag, wenn der Wechselanteil des elektrischen Signales des Strahlungsempfängers einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung periodisch abwechselnd durch die zu untersuchende Luft und durch das Kohlenmonoxyd-haltige Vergleichsgas geleitet wird, dass die Strahlung nach Passieren der zu untersuchenden Luft bzw. des Vergleichsgases zusammengeführt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und dass festgestellt wird, ob der Wechselanteil dieses Signales unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlung im Bereich einer Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd verwendet wird.

3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlung im Bereich der Absorptionslinie von Kohlenmonoxyd bei 4,7,u verwendet wird.

4. Anordnung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur periodisch abwechselnden Leitung der Strahlung durch die zu untersuchende Luft und durch eine Kohlenmonoxyd-haltige Vergleichskammer vorgesehen ist, wobei die Vergleichskammer als rotierende Kammer ausgebildet ist, deren einer Teil abgeschlossen ist und das Kohlenmonoxyd-haltige Vergleichsgas enthält und deren anderer Teil gegen die zu untersuchende Luft offen ist und welche so angeordnet ist, dass bei der Rotation abwechselnd beide Kammernteile durchstrahlt werden.

5. Anordnung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass drehbare Spiegel bzw. Prismen vorgesehen sind, mittels deren Rotation die Strahlung periodisch abwechselnd die zu untersuchende Luft und eine mit Kohlenmonoxydhaltigem Gas gefüllte Vergleichskammer durchsetzt.

6. Anordnung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zu untersuchende Luft kontinuierlich von der Strahlung durchsetzt wird und dass im Strahlengang zusätzlich eine Vergleichskammer mit sich periodisch änderndem Kohlenmonoxyd-Druck vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Patentanspruch II, dass im Strahlengang ein vorzugsweise im Gebiet um 4,7,u durchlässiges Filter vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter als Interferenzfilter mit einem Durchlässigkeitsmaximum bei 4,7,u ausgebildet ist.

9. Anordnung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle als licht-emittierende Diode mit einem Strahlungsmaximum im Gebiet um 47M ausgebildet ist.

10. Anordnung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsempfänger wenigstens einen Infrarot-empfindlichen Halbleiter aufweist.