CH648129A5

CH648129A5 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen der aenderung eines signals.

Info

Publication number: CH648129A5
Application number: CH4046/79A
Authority: CH
Inventors: Bernardus Johannes Bout; Wyk Jacobus Petrus Van
Original assignee: Anglo Amer Corp South Africa
Priority date: 1978-05-01
Filing date: 1979-04-30
Publication date: 1985-02-28
Also published as: IT1112775B; GB2020042A; BE875952A; AU4652279A; DK177479A; JPS5530794A; US4309663A; CA1140219A; ZA782493B; NO151514B; IT7922288A0; DK156780B; NO791419L; NL7903362A; LU81203A1; FR2425076A1; DK156780C; BR7902684A; FR2425076B1; IN152221B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen der Änderung eines Signals. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtungfindet insbesondere bei Brandmeldern Anwendung, ist io jedoch nicht auf diese beschränkt.

Bei Brandmeldeanlagen werden die Signalamplituden überwacht, die in Abhängigkeit der Konzentration der Brandprodukte bzw. von Gasen wie Kohlendioxyd erzeugt werden. Der Brandmelder erzeugt den Alarm, sobald das 15 überwachte Signal einen bestimmten Schwelwert überschreitet. Normalerweise ist das überwachte Signal den Einwirkungen von Temperatur und Alterung unterworfen. Seine Amplitude kann daher abweichen. Ferner kann die Amplitude durch Dinge, die mit Brand nichts zu tun haben, beeinflusst 2a werden. Zum Beispiel wird der Brandmelder, der die Konzentration von Kohlendioxyd in der Atmosphäre überwacht, Kohlendioxyd feststellen, das von mehreren Menschen ausgeatmet wird. Ein solcher Brandmelder erzeugt ein Alarmsignal.

25 Es ist daher notwendig, den Schwelwert genügend weit entfernt von der normalen Amplitude des überwachten Signals zu legen, und hierdurch werden falsche Alarme vermieden. Allerdings wird hierdurch die Empfindlichkeit des Brandmelders unterdrückt. In diesem Fall besteht die Mög-3o lichkeit, dass schwelendes Feuer, bei dem nur gradiell der Pegel des Kohlendioxyds ansteigt, nur dann festgestellt wird, wenn eine Flamme entsteht. Hierdurch wird der Kohlendioxyd-Pegel unter den Schwellenwert gedrückt. Die Wirkungsweise eines solchen Brandmelders ist natürlich stark begrenzt. 35 Im Gegensatz hierzu ist es erwünscht, einen Brand in seinem Anfangszustand zu erfassen und zu bekämpfen.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Brandmelder und anderer Detektoren zu beseitigen.

40 Das erfindungsgemässe Verfahren ist gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 definiert.

Wesentlich ist die Wahl der Periode der Abtastung und 45 der vorbestimmte Betrag, so dass die Änderungen der Amplitude des ersten Signals, die durch die bekannten Fluktuationserscheinungen und Abweichungen entstehen, nicht mehr beachtet werden müssen.

In einem solchen Fall können die Abtastmittel ein Zeit-50 glied enthalten, welches ein Zeitsignal pro Periode erzeugt. Ferner ist ein Oszillator vorgesehen, der Impulse erzeugt, deren Wiederholungsfrequenz proportional der Amplitude des ersten Signals ist. Ein Zähler ist für einen bestimmten Zeitintervall in Betrieb. Seine Inbetriebsetzung erfolgt durch das ss Zeitsignal. Der Zähler zählt die Impulse des Oszillators. Ferner ist ein Umwandler vorgesehen, der den digitalen Inhalt des Zählers in ein analoges Signal umwandelt. Alternativ hierzu kann auch ein Zeitglied für den Betrieb des Abtastmittels vorgesehen sein. Das Abtastmittel kann einen Zeittaktge-6o ber enthalten, der Impulse mit einer festen Wiederholungsfrequenz erzeugt. Der Zähler zählt diese Impulse. Ein Umwandler wandelt den digitalen Inhalt des Zählers in ein analoges Signal um. Eine Vergleichsschaltung vergleicht das analoge Signal mit dem ersten Signal und erzeugt ein Ausgangssignal, es das den Betrieb des Zählers unterbricht, sobald das analoge Signal und das erste Signal in einer bestimmten Beziehung zueinander stehen. Hierdurch wird das analoge Signal für eine Periode konstant gehalten.

Wenn jedoch bei einem anderen Ausführungsbeispiel eine relativ kurze Abtastperiode tolerierbar ist, kann das Abtastmittel einen Integrator enthalten, der die Amplitude des ersten Signals für jede Periode integriert.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung,

Fig. 2-4 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfin-dungsgemässen Vorrichtung.

In der Fig. 1 ist die Amplitude des Signals 10 als Zeitfunktion aufgetragen. Auf der Abszisse ist die Zeit t eingetragen. Die Ordinate gibt die jeweilige Amplitude wieder. Die Amplitude des Signals 10 vermindert sich mit der Zeit. Die Geschwindigkeit, mit der das Signal sich vermindert, steigt an. Gemäss der Erfindung wird die Amplitude des Signals 10 periodisch an den Punkten 12 abgetastet. Hierdurch wird das Bezugssignal 14 stufenweise erzeugt, das eine bestimmte Amplitude für jede Periode T hat. Diese Periode T ist der Abstand zweier Abtastpunkte. Das Bezugssignal 14 unterscheidet sich von der abgetasteten Amplitude des Signals 10 zu Beginn der Periode durch die Spannung 16. Die Amplitude des Bezugssignals 14 folgt der Amplitude des Signals 10 treppen-förmig und wird mit Rücksicht auf die Signale nach jeder Periode T aufsummiert. Wenn daher während der Periode T die Änderung des Signals 10 eine mittlere Maximumschleife des Bezugssignals übersteigt, wird die Spaltspannung 16 durch die Periode T dividiert. Das Signal 10 wird das Bezugssignal 14 überschreiten. Bei ständigem Vergleich der beiden Signale 10 und 14 folgt ein Alarmsignal bei einer solchen Übersteigung.

In der Figur 2 ist ein Operationsverstärker 18 mit einem Widerstand R und einem Kondensator C verbunden. Eine solche Schaltung arbeitet als Integrator. Diesem sind ein Differenzverstärker 20 und ein Vergleicher 24 nachgeordnet. Der invertierte Eingang des Differenzverstärkers 20 ist mit einer variablen Spannungsquelle 26 verbunden. Das erste Signal 10 ist am Eingang der in Fig. 2 gezeigten Schaltung vorgesehen. Die variable Spannungsquelle 26 liefert die Spaltspannung 16. Der Differenzverstärker 20 liefert das Bezugssignal 14 für den Vergleicher 24. Die Zeitkonstante RC des Integrators 18 ist so gewählt, dass sie der Abtastperiode des Signals 10 entspricht. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 20, der auch als Subtrahierer arbeitet, entspricht dem Signal 10, das während der Periode T integriert wurde, wobei die Spaltspannung 16 abgezogen ist. Diese Spannung wird im Kompe-rator 24 mit dem Signal 10 verglichen. Wenn diese Signale sich gegenseitig überschreiten, erzeugt der Vergleicher ein Alarmsignal an seinem Ausgang.

Die Fig. 3 zeigt eine Schaltung der Erfindung, die dann verwendet werden kann, wenn die Periode T ziemlich lang ist. Diese Schaltung besteht aus einem spannungsgesteuerten Oszillator 28, einer UND Torschaltung 30, einem Zeittaktgeber 32, einem Zähler 34, einem digitalen/analogen Umwandler 36, einer variablen Spannungsquelle 38, einem Subtrahierer 40 und aus einer Vergleichschaltung 42. Zu Beginn jeder Periode T setzt der Zeittaktgeber 32 die UND Torschaltung 30 für eine bestimmte feste kurze Zeit in Betrieb. Das Ausgangssignal des Oszillators 28 hat eine Frequenz, die direkt proportional der Amplitude des Signals 10 ist. Dieses Ausgangssignal gelangt während dieser kurzen Zeit auf den Zähler 34. Der Zähler erzeugt eine Zählung, die von der Frequenz des Signals des Oszillators 28 abhängig und daher direkt proportio3 648129

nal der Amplitude des Signals 10 ist. Diese Zählung bzw. der Zählerinhalt wird in ein analoges Signal umgewandelt. Diese digitale/analoge Umwandlung wird im Umwandler 36 durchgeführt. Die Spaltspannung 16, die von der variablen Span-5 nungsquelle 38 abgegriffen wird, wird vom analogen Signal im Subtrahierer 40 subtrahiert. Hierdurch wird das Bezugssignal 14 erzeugt. Da der Zählerinhalt des Zählers 34 während jeder Periode T aufsummiert wird und dies in einer ziemlich kurzen Zeit geschieht, hat das Bezugssignal 14 eine feste Am-loplitude in jeder Periode T. Der Oszillator 28, der Zähler 34 und der digitale/analoge Umwandler 36 arbeiten daher als eine Abtast- bzw. Halte-Schaltung. Die Signale 10 und 14 werden im Vergleicher 42 miteinander verglichen. Das Alarmsignal wird dann erzeugt, wenn die beiden Signale sich über-15 schneiden. In der Fig. 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung gezeigt. Sie stellt eine Änderung des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 dar. Daher sind für die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszahlen gewählt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 28 und die UND 2oTorschaltung 30 des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 sind in der Fig. 4 durch den Vergleicher 44 und durch ein Flip-Flop 46 und durch einen Zeittaktgeber 48 ersetzt. Der Vergleicher 44 vergleicht das Signal 10 und das Ausgangssignal des digitalen/analogen Umwandlers 36. Zu Beginn einer jeden Periode 25 T setzt der Zeittaktgeber 32 das Flip-Flop 46 in den Betriebszustand. Der Zeittaktgeber 48 ist hierdurch ebenfalls in Funktion gesetzt. Der Zeittaktgeber 48 ist freischwingend. Die Impulse des Zeittaktgebers werden im Zähler 34 akkumuliert. Der Zählstand bzw. der Inhalt des Zählers wird durch den di-30 gitalen/analogen Umwandler 36 in ein analoges Signal umgewandelt. Das Ausgangssignal des Umwandlers 36 wird im Vergleicher 44 mit dem Signal 10 verglichen. Wenn die beiden Signale gleich sind, setzt das Ausgangssignal des Vergleichers 44 das Flip-Flop 46 zurück. Hierdurch wird der Zeittaktgeber 35 48 gestoppt bzw. gesperrt. Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 arbeitet sonst in gleicher Weise wie das der Fig. 3.

Wie bereits erwähnt, findet die Erfindung besondere Anwendung bei Brandmeldern, sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Wenn auch die Periode T und die Spaltspannung 16 40 so gewählt sind, dass eine Zählung der bekannten Schwankungen des Signals 10 stattfinden kann, besteht bei einem Brandmelder auch die Möglichkeit, dass die Änderung der Geschwindigkeit des Signals 10 so klein ist, dass das Bezugssignal 14 niemals das Signal 10 überschreiten kann. In solch ei-« nem Falle ist ein festes Schwelwertsignal notwendig, wie es z.B. durch die Bezugszahl 50 der Fig. 1 angedeutet ist. Dies wird kontinuierlich mit der Amplitude des Signals 10 verglichen. Ein Alarmsignal wird erzeugt, wenn die Signale 10 und 50 sich überschneiden. Die Art und Weise, in der dies durch-50 geführt werden kann, ist in der Fig. 4 gezeigt. Diese Figur zeigt den Brandmelder 52 und einen Vergleicher 54. Der Brandmelder, der allgemein bekannt ist und z.B. als Ionisa-tionsmelder mit einer oder zwei Ionisationskammern oder als Gasanalysiergerät ausgebildet sein kann, erzeugt das Aus-55 gangssignal 10, dessen Amplitude von der Konzentration eines oder mehrerer Verbrennungsprodukte in der Atmosphäre abhängig ist. Das Signal 10 gelangt auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und wird in der bereits beschriebenen Art und Weise überwacht. Es wird auch im Vergleicher 54 mit der fe-60 sten Amplitude des Signals 50 verglichen. Das Alarmsignal wird dann erzeugt, wenn die Signale 10 und 50 sich überschneiden.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims

648129 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Überwachen der Änderung eines Signals, dadurch gekennzeichnet:

- dass Amplitudenwerte des Signals (10) periodisch abgetastet werden;

- dass ein Bezugssignal (14) erzeugt wird, das in jeder Periode (T) konstant bleibt und am Anfang der Periode (T) von der abgetasteten Amplitude des Signals um einen vorbestimmten Betrag (16) abweicht;

- dass das Signal und das Bezugssignal kontinuierlich miteinander verglichen werden;

- dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, wernn die Differenz der Amplitude des Signals und der Amplitude des Bezugssignals das Vorzeichen wechselt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (10) mit einem zweiten Bezugssignal (50) konstanter Amplitude verglichen wird und ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Differenz der Amplitude des Signals und der Amplitude des zweiten Bezugssignals das Vorzeichen wechselt.

3. Vorrichtung zur Durchführimg des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Anordnung:

- Abtastmittel (28,30,32,34,36,44,46,48) zum periodischen Abtasten von Amplitudenwerten des Signals;

- Erzeugungsmittel (38,40) zum Erzeugen des Bezugssignals, das in jeder Periode konstant bleibt und am Anfang der Periode von der abgetasteten Amplitude um einen vorbestimmten Betrag abweicht;

- Vergleichsmittel (24,42) zum kontinuierlichen Vergleichen der beiden Signale und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn die Differenz der beiden Signale das Vorzeichen wechselt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel enthalten:

- ein Zeitglied (32) zum Erzeugen eines Zeitsignals pro Periode;

- einen Oszillator (28), dessen Wiederholungsfrequenz der Ausgangsimpulse proportional der Amplitude des Signals ist;

- ein Zähler (34), der durch jedes Zeitsignal während einer festen Zeit in Betrieb gesetzt ist und die Impulse des Oszillators zählt;

- einen Digital-Analog-Wandler (36), der den Zählerinhalt in ein Analogsignal umwandelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel enthalten:

- ein Zeitglied (32) zum Erzeugen eines Zeitsignals pro Periode;

- einen Zeittaktgeber (48) zur Erzeugung von Impulsen fester Wiederholungsfrequenz; der vom Zeitsignal in Betrieb gesetzt ist;

- einen Zähler (34) zum Zählen der Impulse des Zeittaktgebers;

- einen Digital-Analog-Wandler (36), der den Inhalt des Zählers in ein Analogsignal umwandelt;

- einen Vergleicher (44,46) zum Vergleichen des Analogsignals mit dem Signal, der bei einer vorbestimmten Beziehung des Analogsignals und des Signals zueinander ein den Zeittaktgeber (48) unterbrechendes Signal erzeugt, so dass das Analog-Signal für die laufende Periode konstant bleibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleicher (54), der das Signal mit einem zweiten Bezugssignal konstanter Amplitude vergleicht, ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Differenz der Amplituden des Signals und des zweiten Bezugssignals das Vorzeichen wechselt.

7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Brandmeldeanlagen.