EP0886252A1 - Optischer Rauchmelder nach dem Extinktionsprinzip - Google Patents

Optischer Rauchmelder nach dem Extinktionsprinzip Download PDF

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EP0886252A1
EP0886252A1 EP97109747A EP97109747A EP0886252A1 EP 0886252 A1 EP0886252 A1 EP 0886252A1 EP 97109747 A EP97109747 A EP 97109747A EP 97109747 A EP97109747 A EP 97109747A EP 0886252 A1 EP0886252 A1 EP 0886252A1
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EP
European Patent Office
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signal
receiver
light source
smoke detector
current
Prior art date
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EP97109747A
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Peter Kunz
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Siemens Building Technologies AG
Original Assignee
Cerberus AG
Siemens Building Technologies AG
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Priority to AT97109747T priority patent/ATE204400T1/de
Priority to US09/096,304 priority patent/US5872634A/en
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device

Definitions

  • the present invention relates to an optical smoke detector based on the extinction principle, with a light source, with one acted upon by the light source and one Measuring section having measuring receiver, with a light source acting on it and a reference link having a reference receiver, and with one to said Receiver connected evaluation circuit.
  • the extinction measurement method uses a beam of light through the ambient air and thus any smoke accessible measurement section and through the The non-accessible reference route is sent and the two received signals compared with each other. Since both the light scattering on the smoke particles as well absorption by this also contributes to extinction and the light from bright particles scattered and absorbed by dark particles has the extinction measurement method and is a relatively uniform sensitivity to different smoke particles for the detection of smoldering fires (light particles) and open fires (dark particles) equally suitable.
  • Smoke detectors based on the extinction principle are mainly used for monitoring long measuring distances, such as in tunnels or warehouses, used and exist from two separate parts, housed in separate housings are.
  • One housing contains the light source and light receiver and the other contains a reflector that reflects the beam emitted by the light source onto the receiver.
  • the light receiver emits an electrical signal with a predetermined Threshold value is compared.
  • a typical threshold is 4% / m absorbance or 96% / m of the reference transmission, the transmission being referred to as reference transmission at a reference point in time.
  • the invention is now to provide a point detector based on the extinction principle of high stability against changes in the parameters of the components, such as tolerances, aging and temperature coefficient, which prevents changes in Distribution of light intensity on the measurement and the reference path is immune, and the has the most compact possible structure.
  • this object is achieved in that the measurement receiver and the Identical reference receiver and the optical paths of the measuring and reference path are designed so that the two receivers receive the same amount of radiation from the Light source received that from the current signal of the reference receiver and from the Current signal of the measuring receiver, a difference signal is formed and the evaluation circuit is supplied, and that a zero compensation of this difference signal takes place.
  • a first preferred embodiment of the smoke detector according to the invention is thereby characterized in that the current signal of the reference receiver is a reference current is superimposed and that the light source is connected to and from a control loop is regulated so that complete compensation of the reference current by the Photo stream of the reference receiver takes place.
  • a second preferred embodiment of the smoke detector according to the invention is characterized by tracking the regulation of the zero compensation of the difference signal.
  • the tracking of the zero compensation control ensures that that in the normal operating state the current signals of both light receivers are adjusted to zero, even if the two light receivers do not perfect temperature uniformity and no identical manufacturing tolerances.
  • the block diagram shown in the figure of an optical smoke detector according to The principle of extinction essentially shows the optoelectronics and the electronics of the detector; the mechanical parts known from other point detectors, such as detector bases, Detector insert and detector hood are not shown.
  • the smoke detector essentially consists of a preferably by a light-emitting diode (LED) formed light source 1, from an ambient air shielded reference path 2 and a measuring path accessible to the ambient air 3, from one of the light pulses of the light source 1 after passing through the reference path 2 acted upon reference receiver 4, from one of the light pulses of the light source 1 after passing through the measuring section 3, the measuring receiver 5, and off an evaluation circuit 6 connected to the two receivers 4, 5.
  • LED light-emitting diode
  • the reference receiver 4 and the measurement receiver 5 are identical photodiodes, the based on a corresponding design of the reference path 2 and the measuring path 3 formed optical paths the same amount of radiation from the light source 1 receive.
  • the radiation from the light source 1 is in the two receivers 4 and 5 triggered photo streams of the same size and the difference between these two photo streams remains zero until the optical properties of the measurement section 3 remain External influence, for example, caused by smoke particles entering the measuring section will.
  • the difference in photo currents is no longer zero but increases in proportion to the turbidity or extinction.
  • the evaluation circuit 6 contains a digital control stage 7, which receives its clock from a clock generator 8, and which is connected to a timer 9 and a modulator 10 connected upstream of the light source 1, as well as a controller 11.
  • the modulator 10 performs a suitable modulation of the radiation emitted by the light source 1. This radiation preferably consists of a continuous series of pulses and pulse pauses, so that the reference path 2 and the measuring path 3 are irradiated with pulsating infrared light.
  • the regulator 11 is connected to a reference voltage source 12 and supplies a reference voltage U ref from it .
  • a rectangular current signal I k is superimposed on the output signal I r of the reference receiver 4 via a switch 13 controlled by the control stage 7 and a resistor 14, and the resulting current signal I * is fed to a current / voltage converter 15 and converted into a voltage.
  • the height of the square-wave pulses supplied via the switch 13 is determined by the reference voltage U ref and the size of the resistor 14, which are both very stable values.
  • the voltage generated in the current / voltage converter 15 is freed of DC voltage components and undesired frequencies in a filter 16, and the output signal of the filter 16, which is largely free of interference in this way, is alternately fed to one of two memories 18 and 18 'via a switch 17.
  • the switch 17 is controlled by the control stage 7 so that that supplied by the filter 16 Signal during the transmission duration of the pulses emitted by the light source 1 Radiation to the one memory, for example to the memory 18, and during the Duration of the pulse pauses to the other memory, for example to the memory 18 ' becomes.
  • the switch 17 is preferably formed by a controlled switch.
  • the memory 18 the signal during the transmission period, that is, the signal I * formed from the signal I r of the reference receiver 4 and from the current pulses I k supplied via the switch 13 and the resistor 14, as well as residues of interference signals, and the memory 18 ' Signal from the time of the pulse pauses, that is to say only interference signals, can be eliminated by simply forming the difference between the signals of the two memories 18 and 18 'in a subtraction stage 19 connected to them.
  • the useful signal S r obtained by the difference formation in stage 19 of the reference receiver 4 is fed to the modulator 10 controlled by the digital control stage 7, which regulates the level of the light pulses emitted by the light source 1 in such a way that the photo current I r generated by the reference receiver 4 is accurate compensates the current pulses I k supplied by the switch 13 via the resistor 14, so that the current I * is equal to zero.
  • this circuit guarantees compliance with a maximum control deviation from the photocurrent in the order of ppm.
  • the output signal I m of the measuring receiver 5 is subtracted from the output signal I r of the reference receiver 4 and the difference signal ⁇ I of the two currents I r and I m obtained thereby is fed to a current / voltage converter 20 and converted by this into a voltage.
  • This voltage is freed of DC voltage components and undesired frequencies in a filter 21, and the output signal of the filter 21, which is largely free of interference in this way, is alternately fed to one of two memories 23 and 23 'via a switch 22.
  • the switch 22 is controlled by the control stage 7 so that the one supplied by the filter 21 Signal during the transmission duration of the pulses emitted by the light source 1 Radiation to the one memory, for example to the memory 23, and during the Duration of the pulse pauses to the other memory, for example to the memory 23 ' becomes.
  • the switch 22 is preferably formed by a controlled switch.
  • the memory 23 receives the signal during the transmission period, that is from the output signal of the current / voltage converter 20 formed signal and residues of interference signals, and the memory 23 'the signal from the time of the pulse pauses, that is to say only residual interference signals contains, by simply forming the difference in the signals of the two Memory 23 and 23 'in a subtractor 24 downstream of the memory Interference signals are eliminated.
  • the controller 11, a switch or modulator 29 and a filter 25 are connected to the output of stage 24, all of which are supplied with the useful signal S m .
  • the useful signal S m Via the switch 29, the useful signal S m reaches a resistor 32, which converts the voltage S m into a current I k '. This current is superimposed on the current ⁇ I and, together with it, is led to the input of the current / voltage converter 20.
  • a control loop with negative feedback - negative feedback is formed, as a result of which the differential signal ⁇ I is zero-compensated.
  • the filter 25 is followed by a comparator 26 which, at a predetermined level of the useful signal S m, emits an alarm signal to an alarm output 27 of the detector.
  • This alarm signal can be further evaluated, for example checked for plausibility, what can be done in the detector or in the control center, or it is passed without further processing to a control center, where the alarm is then triggered.
  • a relay 28 is also provided, the contacts of which enable a potential-free evaluation of the alarm signal.
  • the difference signal ⁇ I of the photocurrents I r and I m of the reference receiver 4 and the measurement receiver 5 will be zero only rarely and at most only for a certain time, so that the desired high stability and immunity of the detector to changes in the parameters of the Components or against changes in the distribution of light intensity on the measurement and reference path is usually not achieved.
  • the controller 11 is assigned a further switch 32 which, after the Supply voltage to the detector after a start time specified by the timer 9 changes the control behavior so that a very slow fire, a so-called Smoldering fire is detected with certainty.
  • the controller 29 for the reliable detection of extreme Slowly occurring smoldering fires, it is advantageous to use the controller 29 as a digital controller to train, for example to implement in a microprocessor.
  • the described point detector based on the extinction principle is characterized by a high stability against drift and aging caused by individual components due to a high immunity to changes in the distribution of light intensity in the two optical paths, measuring and reference path.
  • the high stability against drift and the high immunity to changes in the Distribution of the light intensity are controlled by the light source and by MKessing method achieved with zero compensation, the insensitivity to Deposits on the measuring receiver through tracking with the controller 11.
  • the stability, immunity and insensitivity mentioned enable the application of the extinction principle in a point detector, and this extinction point detector has Compared to the known scattered light detectors, it has the advantage that it can both open fire as well as smoldering fires very well detected. This is because the extinction process both on the light scattering on bright smoke particles (smoldering fires) and on the Absorption of light by dark smoke particles (open fires) responds very well.

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Abstract

Der Rauchmelder enthält eine Lichtquelle (1), eine von der Lichtquelle (1) beaufschlagte und einen Messempfänger (5) aufweisende Messstrecke (3), eine von der Lichtquelle (1) beaufschlagte und einen Referenzempfänger (4) aufweisende Referenzstrecke (2) und eine an die genannten Empfänger (4, 5) angeschlossene Auswerteschaltung (6). Messempfänger (5) und Referenzempfänger (4) sind baugleich ausgebildet und empfangen die gleiche Menge von Strahlung der Lichtquelle (1). Aus dem Stromsignal (Ir) des Referenzempfängers (4) und aus dem Stromsignal (Im) des Messempfängers (5) wird ein Differenzsignal (ΔI) gebildet und der Auswerteschaltung zugeführt.
Dem Stromsignal (Ir) des Referenzempfängers (4) ist ein Referenzstrom (Ik)überlagert und die Lichtquelle (1) ist an einen Regelkreis angeschlossen und von diesem so geregelt, dass eine vollständige Kompensation des Referenzstroms (Ik) durch den Fotostrom (Ir) des Referenzempfängers (4) erfolgt. Dem Differenzsignal (ΔI) ist ein Kompensationssignal (Ik') überlagert, durch welches eine Nullkompensation von diesem erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Rauchmelder nach dem Extinktionsprinzip, mit einer Lichtquelle, mit einer von der Lichtquelle beaufschlagten und einen Messempfänger aufweisenden Messstrecke, mit einer von der Lichtquelle beaufschlagten und einen Referenzempfänger aufweisenden Referenzstrecke, und mit einer an die genannten Empfänger angeschlossenen Auswerteschaltung.
Beim Extinktionsmessverfahren wird bekanntlich ein Lichtstrahl durch die der Umgebungsluft und damit eventuellem Rauch zugängliche Messstrecke und durch die dem Rauch nicht zugangliche Referenzstrecke gesandt und es werden die beiden Empfangssignale miteinander verglichen. Da sowohl die Lichtstreuung an den Rauchpartikeln als auch die Absorption durch diese zur Extinktion beiträgt und das Licht von hellen Partikeln gestreut und von dunklen Partikeln absorbiert wird, besitzt das Extinktionsmessverfahren eine relativ gleichmässige Empfindlichkeit auf verschiedene Rauchpartikel und ist zur Detektion von Schwelbränden (helle Partikel) und von offenen Bränden (dunkle Partikel) gleichermassen geeignet.
Rauchmelder nach dem Extinktionsprinzip werden hauptsächlich zur Überwachung von langen Messstrecken, wie beispielsweise in Tunnels oder Lagerhallen, eingesetzt und bestehen aus zwei voneinander getrennten Teilen, die in separaten Gehäusen untergebracht sind. Das eine Gehäuse enthält Lichtquelle und Lichtempfänger und das andere enthält einen Reflektor, der den von der Lichtquelle ausgesandten Strahl auf den Empfänger reflektiert. Der Lichtempfänger gibt ein elektrisches Signal ab, das mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird. Ein typischer Schwellwert sind 4%/m Extinktion oder 96%/m der Referenztransmission, wobei man unter Referenztransmission die Transmission zu einem Referenzzeitpunkt versteht.
Bei Anwendung des Extinktionsmessverfahrens bei Punktmeldern, das sind Rauchmelder, die vollständig in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, kann die Extinktion der Luft nur über eine sehr kurze Messstrecke bestimmt werden, wodurch die Anforderungen an die Empfindlichkeit der Transmisionsmessung entsprechend steigen. So liegt bei einer Messstrecke von 10cm die Alarmschwelle von 4%/m bei einer Transmission von 99.6% der Referenztransmission. Sollen Transmissionswerte unterhalb der Alarmschwelle ausgelöst werden, müssen Werte von beispielsweise 99.96% Transmission erkennbar sein, was seitens der Elektronik, der Optoelektronik und der Mechanik des Melders eine ausserordentlich hohe Stabilität erfordert.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Stabilität des Melders einerseits eine Referenzmessung der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtintensität durch einen zweiten Lichtempfänger vorzunehmen, wodurch Änderungen der Lichtintensität festgestellt werden können, und andererseits zusätzlich eine zweite Lichtquelle vorzusehen, wodurch bei der Berechnung der Messgrösse die Empfindlichkeit der beiden Lichtempfänger keinen Einfluss hat. Eine Anordnung dieser Art wird beispielsweise durch eine im wesentlichen zwei Lichtquellen und zwei Lichtempfänger aufweisende optische Brücke realisiert, wobei das Licht beider Lichtquellen jeweils auf beide Lichtempfänger gelenkt wird. Derartige optische Brücken sind beispielsweise in der US-A-4,017,193 und in der CH-A-643 061 beschriebenen.
Diese optischen Brücken gehen von der Annahme aus, dass das von den beiden Lichtquellen ausgesandte Licht gleichmässig verteilt über beide Luftstrecken auf die Lichtempfänger gelangt, was aber nur in seltenen Idealfällen zutrifft. In der Praxis wird sich die Verteilung der Lichtintensitäten auf die beiden Luftstrecken durch Verschmutzung des Gerätes, durch Temperaturschwankungen und insbesondere durch Veränderungen der Abstrahlcharakteristik der Lichtquellen so stark ändern, dass eine Veränderung der Transmission der Luft vorgetäuscht wird.
Durch die Erfindung soll nun ein Punktmelder nach dem Extinktionsprinzip angegeben werden, der eine hohe Stabilität gegenüber Änderungen der Parameter der Komponenten, wie Toleranzen, Alterung und Temperaturbeiwert aufweist, der gegen Änderungen der Verteilung der Lichtintensität auf Mess- und die Referenzstrecke immun ist, und der einen möglichst kompakten Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Messempfänger und der Referenzempfänger baugleich und die optischen Pfade von Mess- und Referenzstrecke so ausgebildet sind, dass die beiden Empfänger die gleiche Menge von Strahlung der Lichtquelle empfangen, dass aus dem Stromsignal des Referenzempfängers und aus dem Stromsignal des Messempfängers ein Differenzsignal gebildet und der Auswerteschaltung zugeführt wird, und dass eine Nullkompensation dieses Differenzsignals erfolgt.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet dass dem Stromsignal des Referenzempfängers ein Referenzstrom überlagert ist, und dass die Lichtquelle an einen Regelkreis angeschlossen und von diesem so geregelt ist, dass eine vollständige Kompensation des Referenzstroms durch den Fotostrom des Referenzempfängers erfolgt.
Durch die konsequente Nullkompensation wird der Einfluss der genannten Komponentenparameter auf das kleinstmögliche Mass gebracht. Das durch die Verwendung von nur einer Lichtquelle ohnehin schon reduzierte Risiko von Änderungen der Verteilung der Lichtintensität auf Mess- und Referenzstrecke wird durch die Nullkompensation noch weiter reduziert. Ausserdem kann aufgrund des erfindungsgemässe Konzepts auf optische Hilfsmittel, wie Spiegel oder Linsen verzichtet werden und es wird kompakter Aufbau erreicht.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Rauchmelders ist gekennzeichnet durch eine Nachführung der Regelung der Nullkompensation des Differenzsignals.
Durch die erfindungsgemässe Nachführung der Regelung der Nullkompensation ist sichergestellt, dass im normalen Betriebszustand die Stromsignale beider Lichtempfänger auf Null ausgeregelt sind, und zwar selbst dann, wenn die beiden Lichtempfänger keine perfekte Temperaturgleichheit und keine identischen Fabrikationstoleranzen aufweisen.
Selbst Ablagerungen von Schmutz oder Staub auf dem Messempfänger der der Umgebungsluft zugänglichen Messstrecke können die Messung nicht nachteilig beeinflussen und können keine Veränderung der Transmision der Luft vortäuschen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Rauchmelders nach dem Extinktionsprinzip zeigt.
Das in der Figur dargestellte Blockschaltbild eines optischen Rauchmelders nach dem Extinktionsprinzip zeigt im wesentlichen die Optoelektronik und die Elektronik des Melders; die von anderen Punktmeldern her bekannten mechanischen Teile, wie Meldersockel, Meldereinsatz und Melderhaube, sind nicht dargestellt.
Darstellungsgemäss besteht der Rauchmelder im wesentlichen aus einer vorzugsweise durch eine Leuchtdiode (LED) gebildeten Lichtquelle 1, aus einer gegen Umgebungsluft abgeschirmten Referenzstrecke 2 und einer der Umgebungsluft zugänglichen Messstrecke 3, aus einem von den Lichtpulsen der Lichtquelle 1 nach Durchlaufen der Referenzstrecke 2 beaufschlagten Referenzempfänger 4, aus einem von der Lichtpulsen der Lichtquelle 1 nach Durchlaufen der Messstrecke 3 beaufschlagten Messempfänger 5, und aus einer an die beiden Empfänger 4, 5 angeschlossenen Auswerteschaltung 6.
Der Referenzempfänger 4 und der Messempfänger 5 sind baugleiche Fotodioden, die aufgrund einer entsprechenden Auslegung der durch die Referenzstrecke 2 und die Messstrecke 3 gebildeten optischen Pfade die gleiche Menge von Strahlung der Lichtquelle 1 empfangen. Somit sind die durch die Strahlung der Lichtquelle 1 in den beiden Empfängern 4 und 5 ausgelösten Fotoströme gleich gross und die Differenz dieser beiden Fotoströme bleibt so lange null bis die optischen Eigenschaften der Messstrecke 3 durch Fremdeinfluss, beispielsweise durch in die Messstrecke eindringende Rauchpartikel, verändert werden. In einem solchen Fall ist die Differenz der Fotoströme nicht mehr null sondern steigt proportional zur Trübung oder Extinktion an.
Der Temperaturbeiwert des Konversionsfaktors der beiden Empfänger 4, 5, der unter anderem von der Wellenlänge des von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtes abhängig ist, soll für den Fall, dass die beiden Empfänger 4, 5 nicht ganz gleiche Temperatur aufweisen, möglichst klein sein. Praktische Versuche haben gezeigt, dass je nach Diffusionsprofil der die Empfänger 4, 5 bildenden Fotodioden eine kürzere Wellenlänge, beispielsweise rot, zu besseren Resultaten führt als eine längere, beispielsweise infrarot.
Die Auswerteschaltung 6 enthält darstellungsgemäss eine digitale Steuerstufe 7, die ihren Takt von einem Taktgeber 8 erhält, und die mit einem Timer 9 und einem der Lichtquelle 1 vorgeschalteten Modulator 10 verbunden ist, sowie einen Regler 11. Durch den Modulator 10 erfolgt eine geeignete Modulation der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Strahlung. Vorzugsweise besteht diese Strahlung aus einer fortlaufenden Reihe von Pulsen und Pulspausen, so dass die Referenzstrecke 2 und die Messstrecke 3 mit pulsierendem Infrarotlicht bestrahlt werden. Der Regler 11 ist an eine Referenzspannungsquelle 12 angeschlossen und befleht von dieser eine Referenzspannung Uref.
Dem Ausgangssignal Ir des Referenzempfängers 4 wird über einen von der Steuerstufe 7 gesteuerten Schalter 13 und einen Widerstand 14 ein rechteckförmiges Stromsignal Ik überlagert, und das daraus resultierende Stromsignal I* wird einem Strom/Spannungswandler 15 zugeführt und in eine Spannung umgewandelt. Die Höhe der über den Schalter 13 zugeführten Rechteckimpulse ist durch die Referenzspanng Uref und die Grösse des Widerstands 14, das sind beides sehr stabile Werte, bestimmt. Die im Strom/Spannungswandler 15 erzeugte Spannung wird in einem Filter 16 von Gleichspannungsanteilen und unerwünschten Frequenzen befreit, und das auf diese Weise von Störungen weitgehend befreite Ausgangssignal des Filters 16 wird über eine Weiche 17 abwechselnd einem von zwei Speichern 18 und 18' zugeführt.
Dabei ist die Weiche 17 von der Steuerstufe 7 so gesteuert, dass das vom Filter 16 gelieferte Signal während der Sendedauer der Pulse der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Strahlung an den einen Speicher, beispielsweise an den Speicher 18, und während der Dauer der Pulspausen an den anderen Speicher, beispielsweise an den Speicher 18', geleitet wird. Die Weiche 17 ist vorzugsweise durch einen gesteuerten Schalter gebildet.
Da der Speicher 18 das Signal während der Sendedauer, also das aus dem Signal Ir des Referenzempfängers 4 und aus den über den Schalter 13 und den Widerstand 14 zugeführten Stromimpulsen Ik gebildete Signal I* sowie Reste von Störsignalen, und der Speicher 18' das Signal aus der Zeit der Pulspausen, also nur Störsignale, enthält, können durch eine einfache Differenzbildung der Signale der beiden Speicher 18 und 18' in einer diesen nachgeschalteten Subtrahierstufe 19 die Störsignale eliminiert werden.
Das durch die Differenzbildung in der Stufe 19 gewonnene Nutzsignal Sr des Referenzempfängers 4 wird dem von der digitalen Steuerstufe 7 gesteuerten Modulator 10 zugeführt, der die Höhe der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtimpulse derart regelt, dass der vom Referenzempfänger 4 erzeugte Fotostrom Ir genau die vom Schalter 13 über den Widerstand 14 gelieferten Stromimpulse Ik kompensiert, so dass der Strom I* gleich null wird. Diese Schaltung garantiert für eine Alterung der Komponenten einschliesslich Einflüssen der Temperaturbeiwerte um 10% die Einhaltung einer maximalen Regelabweichung vom Fotostrom in der Grössenordnung von ppm.
Das Ausgangssignal Im des Messempfängers 5 wird vom Ausgangssignal Ir des Referenzempfängers 4 subtrahiert und das dadurch gewonnene Differenzsignal ΔI der beiden Ströme Ir und Im wird einem Strom/Spannungswandler 20 zugeführt und von diesem in eine Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird in einem Filter 21 von Gleichspannungsanteilen und unerwünschten Frequenzen befreit, und das auf diese Weise von Störungen weitgehend befreite Ausgangssignal des Filters 21 wird über eine Weiche 22 abwechselnd einem von zwei Speichern 23 und 23' zugeführt.
Dabei ist die Weiche 22 von der Steuerstufe 7 so gesteuert, dass das vom Filter 21 gelieferte Signal während der Sendedauer der Pulse der von der Lichtquelle 1 ausgesandten Strahlung an den einen Speicher, beispielsweise an den Speicher 23, und während der Dauer der Pulspausen an den anderen Speicher, beispielsweise an den Speicher 23', geleitet wird. Die Weiche 22 ist vorzugsweise durch einen gesteuerten Schalter gebildet.
Da der Speicher 23 das Signal während der Sendedauer, also das aus dem Ausgangssignal des Strom/ Spannungswandlers 20 gebildete Signal sowie Reste von Störsignalen, und der Speicher 23' das Signal aus der Zeit der Pulspausen, also nur Reste von Störsignalen enthält, können durch einfache Bildung der Differenz der Signale der beiden Speicher 23 und 23' in einer den Speichern nachgeschalteten Subtrahierstufe 24 die Störsignale eliminiert werden.
An den Ausgang der Stufe 24 sind der Regler 11, ein Schalter oder Modulator 29 und ein Filter 25 angeschlossen, denen allen das Nutzsignal Sm zugeführt wird. Über den Schalter 29 gelangt das Nutzsignal Sm an einen Widerstand 32, der die Spannung Sm in einen Strom Ik' verwandelt. Dieser Strom wird dem Strom ΔI überlagert und gemeinsam mit diesem an den Eingang des Strom/Spannungswandlers 20 geführt. Entsprechend der Phasenlage von Ik' bildet sich eine Regelschlaufe mit negativer Rückkopplung - Gegenkopplung, wodurch eine Nullkompensation des Differenzsignals ΔI erfolgt.
Dem Filter 25 ist ein Komparator 26 nachgeschaltet, der bei einem vorgegebenen Pegel des Nutzsignals Sm ein Alarmsignal an einen Alarmausgang 27 des Melders abgibt. Dieses Alarmsignal kann weiter ausgewertet, beispielsweise auf Plausibilität überprüft werden, was im Melder oder in der Zentrale erfolgen kann, oder es wird ohne Weiterverarbeitung an eine Zentrale geleitet, wo dann Alarm ausgelöst wird. Darstellungsgemäss ist ausserdem ein Relais 28 vorgesehen, dessen Kontakte eine potentialfreie Auswertung des Alarmsignals ermöglichen.
Auch wenn es gelingt, den Temperaturbeiwert der Umwandlung von Strahlung in Fotostrom durch geeignete Wahl der Wellenlänge der Lichtquelle 1 auf nahezu null einzustellen und dadurch Temperaturgleichheit von Referenz- und Messempfänger 4 bzw. 5 zu erreichen, bleiben immer noch die Probleme der Tolerenzen der mechanischen Teile des Melders und die Fabrikationstolerenzen der Komponenten. Dazu kommt, dass Ablagerungen von Staub und Schmutz auf dem Messempfänger 5, der im Unterschied zum geschützten Referenzempfänger 4 der Umgebungsluft frei zugänglich ist, die Spezifkationen des Messempfängers 5 merklich beeinflussen können.
Wegen der geschilderten Probleme wird das Differenzsignal ΔI der Photoströme Ir und Im des Referenzempfängers 4 bzw. des Messempfängers 5 nur selten und höchstens nur für eine gewisse Zeit null sein, so dass die angestrebte hohe Stabilität und Immunität des Melders gegenüber Änderungen der Parameter der Komponenten bzw. gegen Änderungen der Verteilung der Lichtintensität auf Mess- und Referenzstrecke in der Regel nicht erreicht wird.
Die geschilderten Probleme werden durch die nachfolgend beschriebene Nachführung mit dem Regler 11 beseitigt: Dieser überlagert über einen von der Steuerstufe 7 kontrollierten Schalter 30 mit nachgeschaltetem Widerstand 31 dem Fotostrom ΔI einen zusätzlichen Strom Ik'' derart, dass der dem Strom/Spannungswandler 20 zugeführte Strom in jedem Fall gleich null ist.
Dem Regler 11 ist ein weiterer Schalter 32 zugeordnet, der nach dem Zuschalten der Speisespannung an den Melder nach einer durch den Timer 9 vorgegebenen Aufstartzeit das Regelverhalten so ändert, dass auch ein sehr langsam entstehendes Feuer, ein sogenannter Schwelbrand, mit Sicherheit detektiert wird. Zur sicheren Detektion von extrem langsam entstehenden Schwelbränden ist es vorteilhaft, den Regler 29 als digitalen Regler auszubilden, beispielsweise in einen Mikroprozessor zu implementieren.
Der beschriebene Punktmelder nach dem Extinktionsprinzip zeichnet sich durch eine hohe Stabilität gegenüber durch Alterung einzelner Komponenten verursachte Drift und durch eine hohe Immunität gegenüber Änderungen m der Verteilung der Lichtintensität in den beiden optischen Pfaden, Mess- und Referenzstrecke, aus. Ausserdem ist der Melder gegenüber Staub- und Schmutzablagerungen auf dem der Umgebungsluft zugänglichen Messempfänger praktisch unempfindlich.
Die hohe Stabilität gegen Drift und die hohe Immunität gegenüber Änderungen in der Verteilung der Lichtintensität werden durch Regelung der Lichtquelle und durch die MKessmethode mit der Nullkompensation erzielt, die Unempfindlichkeit gegenüber Ablagerungen auf dem Messempfänger durch die Nachführung mit dem Regler 11.
Die genannte Stabilität, Immunität und Unempfindlichkeit ermöglichen die Anwendung des Extinkionsprinzips in einem Punktmelder, und dieser Extinktions-Punktmelder hat gegenüber den bekannten Streulichtmeldern den Vorteil, dass er sowohl offene Brände als auch Schwelbrände sehr gut detektiert. Dies deswegen, weil das Extinktionsverfahren sowohl auf die Lichtstreuung an hellen Rauchpartikeln (Schwelbrände) als auch auf die Absorption des Lichts durch dunkle Rauchpartikel (offene Brände) sehr gut anspricht.

Claims (10)

  1. Optischer Rauchmelder nach dem Extinktionsprinzip, mit einer Lichtquelle (1), mit einer von der Lichtquelle (1) beaufschlagten und einen Messempfänger (5) aufweisenden Messstrecke (3), mit einer von der Lichtquelle (1) beaufschlagten und einen Referenzempfänger (4) aufweisenden Referenzstrecke (2), und mit einer an die genannten Empfänger angeschlossenen Auswerteschaltung (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Messempfänger (5) und der Referenzempfänger (4) baugleich und die optischen Pfade von Mess- und Referenzstrecke (3 bzw. 2) so ausgebildet sind, dass die beiden Empfänger (5, 4) die gleiche Menge von Strahlung der Lichtquelle (1) empfangen, dass aus dem Stromsignal (Ir) des Referenzempfängers (4) und aus dem Stromsignal (Im) des Messempfängers (5) ein Differenzsignal (ΔI) gebildet und der Auswerteschaltung (6) zugeführt wird, und dass eine Nullkompensation des Differenzsignals (ΔI) erfolgt.
  2. Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stromsignal (Ir) des Referenzempfängers (4) ein Referenzstrom (Ik) überlagert ist, und dass die Lichtquelle (1) an einen Regelkreis angeschlossen und von diesem so geregelt ist, dass eine vollständige Kompensation des Referenzstroms (Ik) durch den Fotostrom (Ir) des Referenzempfängers (4) erfolgt.
  3. Rauchmelder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Nachführung der Regelung der Nullkompensation des Differenzsignals (ΔI).
  4. Rauchmelder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullkompensation des Differenzsignals (ΔI) durch Überlagerung des Differenzsignals (ΔI) mit einem aus dem Nutzsignal (Sm) des Messempfängers (5) abgeleiteten ersten Kompensationssignal (Ik') erfolgt.
  5. Rauchmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Nutzsignal (Sm) in einer Regelschlaufe an den entsprechenden Eingang der Auswerteschaltung (6) zurückgeführt ist.
  6. Rauchmelder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Nachführung durch Überlagerung des Differenzsignals (ΔI) mit einem zweiten Kompensationssignal (Ik'') erfolgt, wobei diese Überlagerung durch einen Regler (11) so gesteuert ist, dass der dem betreffenden Eingang der Auswerteschaltung (6) zugeführte resultierende Strom gleich null ist.
  7. Rauchmelder nach den Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (6) einen an eine Steuerstufe (7) angeschlossenen Modulator (10) zur impulsförmigen Modulation der Lichtquelle (1) und drei an die Steuerstufe (7) angeschlossene Schalter (13, 29, 30) zur Überlagerung des Stromsignals (Ir) des Referenzempfängers (4) mit dem Referenzsignal (Ik) beziehungsweise des Differenzsignals (ΔI) mit dem ersten und dem zweiten Kompensationssignal (Ik' bzw. Ik'') aufweist.
  8. Rauchmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Stromsignal (Ir) des Referenzempfängers (4) und dem Referenzsignal (Ik) gebildete Signal (I*) über eine an die Steuerstufe (7) angeschlossene, gesteuerte erste Weiche (17) zwei Speichern (18, 18') zugeführt, dass den Speichern eine Subtrahierstufe (19) nachgeschaltet, und dass der Ausgang der Subtrahierstufe mit dem Modulator (10) verbunden ist.
  9. Rauchmelder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Differenzsignal (ΔI) und den diesem überlagerten beiden Kompensationssignalen (Ik', Ik'') gebildete Signal über eine an die Steuerstufe (7) angeschlossene, gesteuerte zweite Weiche (22) zwei Speichern (23, 23') zugeführt, dass den Speichern eine Subtrahierstufe (24) nachgeschaltet, und dass der Ausgang der Subtrahierstufe mit einem Alarmausgang (27) des Melders, mit einem Regler (11) und mit dem zur Überlagerung des ersten Kompensationssignals (Ik') vorgesehenen Schalter (29) verbunden ist.
  10. Rauchmelder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aus dem Stromsignal (Ir) des Referenzempfängers (4) und dem diesem überlagerten Referenzsignal (Ik) einerseits und aus dem Differenzsignal (ΔI) und den diesem überlagerten Kompensationssignalen (Ik', Ik'') andererseits gebildeten Signale ihren Speichern (18, 18'; 23, 23') über die jeweilige Weiche (17 bzw. 22) synchron mit der Modulation der Lichtquelle (1) zugeführt sind, so dass in dem einen Speicher (18, 23) eine Speicherung der Signale über die Impulsdauer und in dem anderen (18', 23') eine Speicherung über die Impulslücken erfolgt.
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