CH621425A5

CH621425A5 - Optical fire detector device

Info

Publication number: CH621425A5
Application number: CH994877A
Authority: CH
Inventors: Erik Gustaf Lindgren
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1976-09-01
Filing date: 1977-08-15
Publication date: 1981-01-30
Also published as: DK148226C; IT1088004B; NO140519C; CA1102429A; FI772470A7; FR2363840A2; NL7709640A; AU2838477A; DK148226B; FI63125C; BE858192A; DE2736224A1; DK386877A; FI63125B; AU510627B2; NO140519B; FR2363840B2; GB1566624A; DE2736224C2; SE395554B

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Branddetektoreinrichtung, bei der ein Strahlungssender derart angeordnet ist, dass er einen Strahl erzeugt und einen Modulator zum Modulieren dieses Strahles mit in der Phase invertierter Beziehung in einem ersten und einem zweiten Wellenlängenband umfasst, und dass der modulierte Strahl ausgesendet wird, und bei der ein Strahlungsdetektor derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er den modulierten Strahl des Senders empfängt, nachdem dieser modulierte Strahl durch einen zu überwachenden Raum gelaufen ist, und eine erste Einrichtung zum individuellen Messen der Strahlungsintensität in den zwei Wellenlängenbändern und eine zweite Einrichtung zur Ermittlung von derartigen Änderungen 5 der gemessenen Intensitäten umfasst, die für einen Brand repräsentativ sind.

Eine derartige Branddetektoreinrichtung ist in der schwedischen Patentanmeldung Nr. 7 604 502-0 beschrieben; dabei hat die gegenseitig phaseninvertierte Modulation innerhalb des io ersten und des zweiten Wellenlängenbandes den Zweck, die Durchführung einer individuellen Intensitätsmessung in den zwei Wellenlängenbändern mittels eines einzelnen strahlungsempfindlichen Elementes zu ermöglichen. Mit einer solchen Branddetektoreinrichtung lässt sich eine gute Unterdrückung 15 von Flimmern erzielen, das von der umgebenden elektrischen Beleuchtung erzeugt wird, und zwar mittels eines Verfahrens, das in der schwedischen Patentschrift 7 310 965-4 beschrieben ist, gemäss dem der modulierte Strahl in Form von dünnen Hochleistungsimpulsen ausgesendet wird, wobei der Strah-2C lungsdetektor derart ausgebildet ist, das er für die Anstiegszeit der Impulse frequenzselektiv ist.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, dass die Branddetektoreinrichtung die erwünschte Unterdrückung von Flimmern, die durch die umgebende elektrische 2f Beleuchtung verursacht wird, nur dann erreicht, wenn der Strahlungsdetektor ebenso wie der Strahlungssender eine kurze Anstiegszeit in der Grössenordnung von Mikrosekunden aufweisen. Ferner ermögücht dieses Verfahren nicht den wirksamen Einsatz con strahlungsempfindlichen Elementen, bei denen 30 eine hohe Empfindlichkeit auf Kosten einer grossen Anstiegszeit in der Grössenordnung von 100 Mikrosekunden erreicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine optische Branddetektoreinrichtung zu schaffen, mit der eine gute Unterdrückung 35 des Flimmerns, das von der umgebenden elektrischen Beleuchtung verursacht wird, erreicht wird, ohne dass eine kurze Anstiegszeit am Strahlungsdetektor oder am Strahlungssender erforderlich ist, und der einer verbesserte Unterdrückung des Flimmerns ermöglicht, das verursacht wird, wenn mechanische 40 Vibrationen, die beispielsweise durch starken Verkehr auf der Strasse verursacht werden, die Ausfallsrichtung des Strahles aus dem Strahlungssender verändert.

Diese Aufgabe wird durch eine optische Branddetektoreinrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäss der 45 Erfindung dadurch gekennzeichnet, ist, dass der Strahlungsdetektor einen Demodulator enthält, der zwischen die erste und zweite Einrichtung geschaltet ist und in welchem eine Summierungseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten strahlungsempfindlichen Element verbunden ist, welche in der ersten 50 Einrichtung enthalten sind und derart ausgebildet sind, dass sie selektiv jeweils ein Wellenlängenband der zwei Wellenlängenbänder in einem Strahl ertasten, und in welchem eine Multipliziereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Verstärkung in einem Signalweg in dem Modulator zwischen einem positiven 55 und einem negativen Wert synchron mit der gegeneinander in der Phase invertierten Modulation in den zwei Wellenlängenbändern der Strahlung verschiebt.

Weitere Vorteile und Zweckmässigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen 60 anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines optischen Hitzedetektors ; und

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines optischen Hitze- und Rauchdetektors.

65 Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines optischen Hitzedetektors nach der Erfindung. Ein Strahlungssender 1 ist derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass er einen auslaufenden Strahl erzeugt; der Strahlungssender enthält einen

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Sinuswellenoszillator 2, der so ausgebildet ist, dass er über einen Phaseninverter 3 eine gegeneinander phaseninvertierte Modulation der Strahlungsintensität innerhalb des grünen Wellenlängenbandes des Strahlungsbeitrages aus einer Lichtemissionsdiode 4 bzw. in einem Infrarot-Wellenlängenband eines Strahlungsbeitrags aus einer Lichtemissionsdiode 5 bewirkt. Ein Strahlungsdetektor 6 ist im Abstand von dem Strahlungssender 1 angeordnet, um den Strahlungsstrahl zu empfangen, nachdem dieser durch einen Luftzwischenraum gelaufen ist ; er enthält zwei Phototransistoren 7, 8, die so angeordnet sind, dass sie jeweils eine getrennte Messung der Intensität im grünen bzw. im infraroten Wellenlängenband des Strahls ermöglichen. Zu diesem Zweck ist ein dichroitisches Filter 9 vor dem Phototransistor 7 in den Weg des empfangenen Strahles gestellt und unter einem Winkel von 45° zu diesem Weg geneigt, während der zweite Phototransistor 8 in den Weg eines Teiles des empfangenen Strahles, der von dem dichroitischen Filter 9 reflektiert wird, gestellt ist. Das an sich bekannte Filter 9 laässt bei diesem Ausführungsbeispiels den grünen Anteil des Strahles zu dem Phototransistor 7 durch und reflektiert den infraroten Teil des Strahles zum Phototransistor 8.

In dem Strahlungssender 1 ist ein zweites dichroitisches Filter 10 in den Weg der aus der Lichtemissionsdiode 4 austretenden grünen Strahlung gestellt und unter einem Winkel von 45° zu diesem Weg angeordnet, während die zweite Lichtemissionsdiode 5 so angeordnet ist, dass ihre auslaufende infrarote Strahlung von dem Filter 10 über denselben Weg herausreflektiert wird wie die auslaufende grüne Stralhlung aus der Lichtemissionsdiode 4. Die grüne Strahlung aus der Lichtemissionsdiode 4 und die Infrarotstrahlung aus der Lichtemissionsdiode 5 werden jeweils von dem Filter 10 praktisch ohne irgendwelche Verluste durchgelassen bzw. reflektiert. Dadurch wird eine praktisch verlustlose Summierung der Strahlungen aus den Lichtemissionsdioden 4 und 5 erreicht.

Gemäss der Erfindung enthält der Strahlungsdetektor 6 einen Demodulator 11, in dem eine Summierungseinrichtung 12 bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel einen invertierenden, über einen Wechselspannungsverstärker 13 an den Phototransistor 7 angeschlossenen Eingang und einen nicht invertierenden, über einen Wechselspannungsverstärker 14 an den Phototransistor 8 angeschlossenen Eingang aufweist. Die Summierungseinrichtung 12 erzeugt ein Summierungssignal, das von der gegeneinander in der Phase invertierten Modulierung im grünen und infraroten Wellenlängenband des Strahles aus dem Strahlungssender 1 abgeleitet ist. Das Summierungssignal wird einem Multiplizierer 15 zugeführt, der derart ausgebildet ist, dass er die Verstärkung des Demodulators 11 zwischen einem positiven und einem negativen Wert synchron mit der gegeneinander in der Phase invertierten Modulation im grünen und infraroten Wellenlängenband des Strahles aus dem Strahlungssender 1 verschiebt.

Durch das hier verwendete Verfahren zur Modulation und Démodulation erhält das demodulierte Summierungssignal die Eigenschaft dass es eine gute Unterdrückung von Flimmern, das von der umgebenden elektrischen Beleuchtung verursacht wird, gewährleistet.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält der Multiplizierer 15 einen Steuereingang, der mit einem Ausgang der Summierungseinrichtung 12 über eine Impulsformeinrichtung 16 verbunden ist. Ein geeigneter Multiplizierer 15 ist in Electronic 9. Januar 1975, Seite 113 beschrieben. Die Impulsformeinrichtung 16 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Spannungsvergleicher mit einem geerdeten Referenzeingang.

Der Demodulator ist an einen AM-Detektor 17 angeschlossen, um eine Amplitudenmodulation des empfangenen Strahles zu ermitteln, die Hitze bedeutet. Hierfür enthält der AM-Detektor 17 ein Bandfilter, das bei diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet ist, dass ein Frequenzintervall von 10-100 Hz durchgelassen wird. Der AM-Detektor 17 ist über eine Intégrations- und Schwellendetektoreinrichtung 19 mit einem Hitze-alarm- Ausgang 18 verbunden.

Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines optischen Hitze- und Rauchdetektors nach der Erfindung. Ein Strahlungssender 20 sendet einen auslaufenden Strahl aus und enthält gleiche Einrichtungen wie der Strahlungssender 1 in Figur 1, nämlich einen Sinuswellenoszillator 21, einen Phaseninverter 22, der von dem Sinuswellenoszillator 21 gesteuert wird und derart ausgebildet ist, dass er eine in der Phase invertierte Modulation der Strahlungsintensität einer grünen Lichtemissionsdiode 23 und einer Infrarot-Lichtemissionsdiode 24 bewirkt, sowie ein dichroitisches Filter 25 zur Summierung der Strahlung aus den Lichtemissionsdioden 23 und 24 zu einem auslaufenden Strahl, der vollständig demjenigen bei der Ausführungsform nach'Figur 1 entspricht.

Ein Strahlungsdetektor 26 liegt Seite an Seite mit dem Strahlungssender 20 und ist derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass er einen ankommenden Strahlungsstrahl empfängt, der durch Reflektion des auslaufenden Strahls mittels eines entfernt angeordneten Reflektors (nicht dargestellt) erzeugt wird. Der Strahlungsdetektor 26 enthält wie der Strahlungsdetektor 6 in Figur 1 zwei Phototransistoren 27 und 28, ein dichroitisches Filter 29 und einen Demodulator 30. In dem Demodulator 30 ist eine Summierungseinrichtung 31 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel zwei identisch gleiche Eingänge aufweist, die jeweils mit dem Phototransistor 27 bzw. 28 über Wechselspannungsverstärker 32 bzw. 33 und eine Multipliziereinrichtung 34 verbunden sind, die zwei Multiplizierer 35 und 36 enthält, welche miteinander in Phase gesteuert werden und so ausgebildet sind, dass sie die Verstärkung zwischen den Phototransistoren 27 und 28 und ihren jeweiligen Eingangsanschlüssen der Summierungseinrichtung 31 zwischen einem positiven und einem negativen Wert verschieben, und zwar synchron mit der gegeneinander in der Phase invertierten Modulation im grünen und infraroten Wellenlängenband des Strahles aus dem Strahlungssender 20.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Multiplizierer 35 und 36 jeweils einen Steuereingang auf, der mit dem Sinuswellenoszillator 21 im Strahlungssender 20 über eine gemeinsame Impulsformeinrichtung 37 verbunden ist, die in dem Demodulator 30 enthalten ist und aus einem Spannungsvergleicher mit einem geerdeten Referenzeingang besteht.

Der Strahlungsdetektor 26 enthält einen AM-Detektor 38 zur Ermittlung vom Amplitudenänderungen in dem empfangenen Strahl, die Hitze bedeuten bzw. repräsentieren. Der AM-Detektor 38, der bei diesem Ausführungsbeispiel mit den Phototransistoren 27 und 28 über die Multiplizierer 35 bzw. 36 der Multipliziereinrichtung 34 und über die identisch gleichen Eingänge der Summierungseinrichtung 31 verbunden sind, wird mit einem Differenzsignal gespeist, das von der gegeneinander in der Phase invertierten Modulation im grünen und infraroten Wellenlängenband im Strahl aus dem Strahlungssender 20 abgeleitet wird. Der AM-Detektor 38 enthält naben einem Bandfilter für das Frequenzintervall von 10-100 Hz eine Verstärkereinrichtung zum Anheben des Signalpegels vor der De-tektion.

Der AM-Detektor 38 ist über aeine Intégrations- und Schwellendetektoreinrichtung 40 an einen Hitzealarm-Ausgang 39 angelegt.

In dem Strahlungsdetektor 26 ist die Summierungseinrichtung 31 ferner mit einem Rauchalarm-Ausgang 41 verbunden, und zwar über eine Intégrations- und Schwellendetektoreinrichtung 42, die mit demselben Differenzsignal gespeist wird wie der AM-Detektor 38. Die Polarität des Differenzsignals für Rauchalarm ist normalerweise vorbestimmt ; wenn dies jedoch nicht der Fall ist, so kann die Schwellenwertermittlung mittels eines

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«Fenster»-Vergleichers erfolgen, wovon eine geeignete Ausführung in Electronics, 5. September 1974, Seite 113-114 beschrieben ist.

Bei dem Hitze- und Rauchdetektor nach Figur 2 basieren die Funktionen des Hitzealarms und des Rauchalarms auf der Erfahrung, dass Feuer einen Strahl in zwei verschiedenen Wellenlängenbändern in verschiedenem Masse beeinflusst und daher durch eine Differenzmessung ermittelt werden kann. Diese grundlegende Funktion ermöglicht einen Hitze- und Rauchalarm mit sehr guter Unterdrückung von Flimmern, das durch die umgebende elektrische Beleuchtung verursacht wird, und gibt ferner eine gute Unterdrückung von Flimmern, das verursacht wird, wenn mechanische Vibrationen, die beispielsweise durch starken Strassenverkehr verursacht werden, die Ausfallsrichtung des Strahles aus dem Strahlungssender 20 ändern.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern kann vielfach abgewandelt werden. Beispielsweise kann es sich bei den Phototransistoren 7 und 8 in

Figur 1 bzw. 27 und 28 in Figur 2 um Darlington-Phototransi-storen handeln, mit zwei oder auch drei Transistorelementen, und zwar aufgrund der Tatsache, dass das angewendete Modulations- und Demodulationsprinzip eine gute Unterdrückung 5 von Flimmern ermöglicht, das durch die umgebende elektrische Beleuchtung verursacht wird, selbst bei einer niedrigen Modulationsfrequenz beispielsweise in der Grössenordnung von 1 kHz, was bedeutet, dass die gesamte Anstiegszeit die Grössenordnung von 100 Mikrosekunden aufweisen kann. Die Integra-10 tions- und Schwellwertdetektoreinrichtung 19 in Figur 1 bzw. 40 in Figur 2 kann mit einer Einrichtung versehen sein, die eine wirksamere Hitzeermittlung ermöglicht, wie sie in der deutschen Patentschrift 2 051 640 beschrieben ist. Bei niedriger Intensität des Strahles, der von dem Strahlungsdetektor 6 in 1S Figur 1 empfangen wird, kann die Impulsformeinrichtung 16 zweckmässigerweise an den Ausgang der Summierungseinrichtung 12 über einen phasenstarren Oszillator herkömmlicher Ausbildung angeschlossen sein, um eine Phasenverschiebung von 0 Grad zwischen dem auslaufenden und dem ankommen-20 den Signal zu gewährleisten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Optische Branddetektor-Einrichtung, bei der ein Strah-lungssender (1,20) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er einen Strahl erzeugt und einen Modulator (3,22) zum Modulieren dieses Strahles mit in der Phase invertierter Beziehung in einem ersten und einem zweiten Wellenlängenband umfasst, und dass der modulierte Strahl ausgesendet wird, und bei der ein Strahlungsdetektor (6,26) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er den modulierten Strahl des Senders empfängt, nachdem dieser modulierte Strahl durch einen zu überwachenden Raum gelaufen ist, und eine erste Einrichtung (7, 8, 27, 28) zum individuellen Messen der Strahlungsintensität in den zwei Wellenlängenbändern und eine zweite Einrichtung (17,19,38, 40,42) zur Ermittlung von derartigen Änderungen der gemessenen Intensitäten umfasst, die für einen Brand repräsentativ sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (6,26) einen Demodulator (11,30) enthält, der zwischen die erste und zweite Einrichtung (7,8,27,28 bzw. 17,19,38,40,42) geschaltet ist und in welchem eine Summierungseinrichtung (12,31) mit einem ersten und einem zweiten strahlungsempfindlichen Element (7,8,27,28) verbunden ist, welche in der ersten Einrichtung enthalten sind und derart ausgebildet sind, dass sie selektiv jeweils ein Wellenlängenband der zwei Wellenlängenbänder in dem Strahl ertasten, und in welchem eine Multipliziereinrichtung (15,34) derart ausgebildet ist, dass sie die Verstärkung in einem Signalweg in dem Modulator zwischen einem positiven und einem negativen Wert synchron mit der gegeneinander in der Phase invertierten Modulation in den zwei Wellenlängenbändern der Strahlung verschiebt.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierungseinrichtung (12,31) jeweils mit dem ersten und zweiten strahlungsempfindlichen Element (7,8, 27, 28) über einen invertierenden und einen nicht invertierenden Eingang verbunden ist und die Multipliziereinrichtung (15, 34) in Kaskade mit der Summierungseinrichtung (12, 31) geschaltet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summierungseinrichtung (31) mit dem ersten und zweiten strahlungsempfindlichen Element (27,28) über zwei identisch gleiche Eingänge und zwei in der Multipliziereinrichtung (34) enthaltene und in der Phase miteinander geregelte Multiplizierelemente (35, 36) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipliziereinrichtung (15) einen Steuereingang aufweist, der über eine Impulsformeinrichtung (16) mit der ersten Strahlungsmessungseinrichtung (7, 8) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipliziereinrichtung (15) einen Steuereingang aufweist, der über eine Phasenstarre Oszillatorschaltung mit der Summierungseinrichtung (12) verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipliziereinrichtung (34) einen Steuereingang aufweist, der mit einem Steueroszillator (21) verbunden ist, welcher so angeordnet bzw. ausgebildet ist, dass er den Modulator (22) des Strahlungssenders (20) treibt.