ES2215499T3 - Detector de incendios por luz dispersa. - Google Patents
Detector de incendios por luz dispersa.Info
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Abstract
Procedimiento para la evaluación de señales de dispersión medidas en un sistema de luz dispersa de un detector de incendios desde un ángulo de dispersión de retorno y desde un ángulo de dispersión de avance, a partir de las cuales se obtiene un valor de medición que se compara con un umbral de alarma, caracterizado porque el valor de medición se pondera en función de la relación de las señales de dispersión y se compara con un umbral de alarma fijo.
Description
Detector de incendios por luz dispersa.
La invención se refiere a un procedimiento para
evaluar señales de luz dispersa medidas en un sistema de luz
dispersa de un detector de incendios y a un detector de incendios
por luz dispersa adecuado para la realización de dicho
procedimiento.
Los detectores de incendios por luz dispersa
funcionan en general con luz infrarroja suministrada por un diodo
emisor, que tiene una longitud de onda entre 800 nm y 1 \mum. La
luz dispersa en un aerosol de incendio en caso dado existente en el
volumen de medición del detector se mide desde un ángulo de
dispersión de retorno, es decir, un ángulo entre 0º y 90º, y/o desde
un ángulo de dispersión de avance, es decir, un ángulo de dispersión
entre 90º y 180º. Estos ángulos se refieren al eje que une el emisor
con el receptor.
La medición de aerosoles claros desde un ángulo
de dispersión de avance suministra una señal relativamente grande.
La medición de aerosoles oscuros en el área de dispersión de avance
suministra una señal de medición aproximadamente 10 veces menor. La
magnitud de las señales de medición aumenta cuanto mayor es el
ángulo de dispersión de avance. En el área de dispersión de retorno,
la señal suministrada es menor que en el área de dispersión de
avance, independientemente del tipo de humo. La diferencia entre las
señales de dispersión de aerosoles claros y oscuros es claramente
menor en el área de dispersión de retorno que en el área de
dispersión de avance.
Los detectores de incendios por luz dispersa
convencionales que funcionan en el área de dispersión de avance
reconocen peor los humos oscuros que los humos claros. Para
garantizar la seguridad de los disparos de alarma, la sensibilidad
del detector se ha de ajustar a los humos oscuros. Este ajuste de la
sensibilidad tiene como consecuencia una alta incidencia de falsas
alarmas, dado que el detector reacciona con demasiada sensibilidad a
los humos claros. En particular, la alarma se puede disparar de
forma no deseada por vapor de agua, humo de cigarrillo, vapores
producidos por materias grasas calientes o gases de escape. Por
este motivo, estos detectores de incendios por luz dispersa
convencionales no son adecuados por ejemplo para cocinas grandes o
serrerías, dado que no pueden diferenciar entre el humo claro y los
intensos vapores y polvos allí formados.
Los detectores que funcionan en el área de
dispersión de retorno presentan el problema de que las partículas,
polvos o cristales de sales que eventualmente puedan entrar en el
volumen de medición del detector de incendios, suministran una señal
de dispersión de retorno considerable, por lo que también existe un
riesgo considerable de falsas alarmas.
El documento DE 42 31 088 A1, da a conocer un
procedimiento del tipo mencionado en el preámbulo de la
reivindicación 1. En este procedimiento, las señales de dispersión
de un aerosol eventualmente presente en el volumen de medición de un
detector de incendios por luz dispersa, se miden desde como mínimo
dos ángulos de dispersión y se comparan con datos de referencia de
diferentes tipos de humo almacenados en una memoria para determinar
el tipo de humo presente en el volumen de medición y, en función de
éste, fijar el valor de alarma. Sin embargo, el procedimiento tiene
la desventaja de ser adecuado únicamente para el análisis de tipos
de humo conocidos con datos de referencia almacenados en memoria,
pero no para la evaluación satisfactoria de los incendios mixtos,
que son los que más se producen en la práctica, dado que éstos no se
pueden clasificar en suficiente medida.
La invención tiene por objetivo poner a
disposición un procedimiento del tipo arriba mencionado, que sea
adecuado para la detección de los tipos de humo más comunes y en
particular para evaluar los incendios mixtos, sin que exista un alto
riesgo de falsas alarmas.
Este objetivo se resuelve mediante un
procedimiento con las características indicadas en la reivindicación
1.
Mediante este procedimiento se tiene en cuenta el
hecho de que, en la práctica, la mayoría de los incendios que se
producen son incendios mixtos que no siempre producen aerosoles
clasificables de forma inequívoca. Mediante la relación de las
señales de dispersión, denominada cociente
claro-oscuro, tiene lugar una evaluación sin
escalonamiento del aerosol dado el caso presente en el volumen de
medición del detector de incendios, sin que sea necesario almacenar
en memoria determinados patrones de incendio para compararlos con el
resultado de la medición, como ocurre en el estado actual de la
técnica. Por ejemplo, si se calcula un cociente
claro-oscuro pequeño, ello indica la presencia de
un aerosol claro. Correspondientemente, en caso de aerosoles
oscuros se mide un cociente claro-oscuro grande. Por
consiguiente, la determinación del valor de alarma tiene lugar en
función de la claridad del aerosol. No es necesario determinar el
tipo de humo realmente presente. Esto significa que la sensibilidad
de un detector de incendios por luz dispersa que funcione de acuerdo
con el procedimiento según la invención, se puede mantener
aproximadamente constante para todos los aerosoles, es decir,
independientemente de la claridad de un aerosol, y que el riesgo de
falsas alarmas es sumamente bajo. La disposición de los dos
recorridos de luz dispersa debería elegirse de tal modo que uno
tenga un comportamiento de respuesta excelente para aerosoles claros
y el otro un comportamiento de respuesta excelente para aerosoles
oscuros.
En una forma de realización preferente, el ángulo
de dispersión de retorno es de aproximadamente 70º (reivindicación
2). Aproximadamente con este ángulo de dispersión, las señales
obtenidas por dispersión de radiación IR en un aerosol tienen un
valor mínimo. Esto posibilita una normalización de los valores de
medición y, por consiguiente, una determinación fiable del cociente
claro-oscuro.
El ángulo de dispersión de avance puede ser el
doble del ángulo de dispersión de retorno (reivindicación 3).
Ventajosamente, la relación de las señales de
dispersión, medidas desde los ángulos de medición, de como mínimo
una magnitud engañosa, como por ejemplo vapor de agua, polvos y/o
vapores de procesos de trabajo, está almacenada en una memoria. De
este modo, las magnitudes engañosas se pueden reconocer como tales y
diferenciar inequívocamente del humo, con lo que no se dispara
ninguna falsa alarma. Por consiguiente, los detectores de incendios
por luz dispersa que utilizan el procedimiento según la invención
también se pueden emplear en entornos en los que los detectores
convencionales no son utilizables debido a su alta incidencia de
falsas alarmas. La sensibilidad de falsa alarma resultante del
detector se puede ajustar así a las necesidades reales.
En el procesamiento posterior del cociente
claro-oscuro S_{R}/S_{V} (S_{R}: señal de
dispersión de retorno, S_{V}: señal de dispersión se avance),
teniendo en cuenta el hecho de que dicho cociente oscila en general
entre 0,2 y 0,8, para ampliar el alcance de medición se puede
calcular un factor F, F' (reivindicación 5):
F = ((S_{R}/S_{V}) - 0,2)/0,6
\hskip1,5cmpara (S_{R}/S_{V}) entre 0,2 y 0,8,
F' = 2 - ((S_{R}/S_{V}) - 0,2)/0,6
\hskip0,9cmpara (S_{R}/S_{V}) mayor de 0,8,
Dicho factor se puede utilizar después para
determinar la claridad del aerosol.
Un cociente claro-oscuro de 0,2,
es decir, F = 0, indica un humo muy claro. Un cociente
claro-oscuro de 0,8, es decir, F = 1, indica un
humo muy oscuro. El vapor de agua produce una relación
S_{R}/S_{V} de aproximadamente 0,20. No existe ningún otro
aerosol conocido que produzca una relación de este tipo, por lo que
el vapor de agua es claramente identificable como magnitud
perturbadora. Si existen magnitudes perturbadoras como polvo o
similares en el volumen de medición del detector de incendios, el
cociente S_{R}/S_{V} puede adquirir un valor superior a 1. En
ese caso, la señal de dispersión de retorno es por tanto mayor que
la señal de dispersión de avance, y se calcula el factor F'. Con
estos valores existen muchas posibilidades de que en el volumen de
medición del detector de incendios no haya ningún aerosol de
incendio presente, sino sólo magnitudes perturbadoras. Esto puede
ser tenido en cuenta en la evaluación de la señal de medición.
Convenientemente, el valor de alarma es una suma
ponderada de los valores correspondientes a las señales de
dispersión (reivindicación 6). En esta suma, los valores de medición
calculados desde los dos ángulos de dispersión se tienen en cuenta
correspondientemente a su significado en cada caso. Para la
determinación del valor de alarma también es posible tener en cuenta
únicamente la señal de dispersión de avance o únicamente la señal de
dispersión de retorno en lugar de la suma.
Para tener en cuenta otros parámetros relevantes
en la determinación del valor de alarma, como por ejemplo la
temperatura ambiente, las señales de dispersión se pueden
multiplicar como mínimo por un valor correspondiente a otra magnitud
de entrada, por ejemplo la temperatura ambiente (reivindicaciones 7
y 8). No obstante, la temperatura también se puede tener en cuenta
independientemente de las señales de dispersión calculadas. De este
modo también se asegura el disparo de la alarma en caso de un
incendio en el que prácticamente no se forme ningún aerosol, como
por ejemplo un incendio de alcohol.
Convenientemente, para compensar la luz extraña
se calcula un valor de reposo para cada ángulo de dispersión, y cada
valor de reposo se resta de la señal de dispersión correspondiente
(reivindicación 9).
Las señales de dispersión se pueden calcular
simultáneamente (reivindicación 10) o alternativamente
(reivindicación 11), dependiendo de si se utiliza un sistema de
medición con un diodo emisor y dos diodos receptores o un sistema de
medición con dos diodos emisores y un diodo receptor.
Para suprimir las magnitudes perturbadoras, es
conveniente filtrar las señales de dispersión antes de su
procesamiento (reivindicación 12).
Un detector de incendios por luz dispersa
especialmente adecuado para la realización del procedimiento según
la invención incluye las características indicadas en la
reivindicación 13.
El detector de incendios por luz dispersa puede
presentar bien un diodo emisor y dos diodos receptores
(reivindicación 14) o bien dos diodos emisores y un diodo receptor
(reivindicación 15).
El detector de incendios por luz dispersa puede
presentar una EEPROM para el almacenamiento de parámetros, por
ejemplo el cociente claro-oscuro del vapor de agua
(reivindicación 16).
Ventajosamente, el detector de incendios por luz
dispersa está equipado con una interfaz para la conexión de un
computador (reivindicación 17), de modo que los parámetros se pueden
adaptar a las condiciones de aplicación correspondientes mediante un
software adecuado.
El detector de incendios por luz dispersa puede
presentar un termómetro para medir la temperatura ambiente
(reivindicación 18).
La invención se explica más detalladamente a
continuación a base de los dibujos. Los dibujos muestran:
- Figura 1: Una estructura de medición del
sistema de luz dispersa.
- Figura 2a: Un diagrama de bloques para la
realización del procedimiento de evaluación según la invención.
- Figura 2b: El diagrama de flujo
correspondiente.
- Figuras 3a y 3b: La señal de dispersión en
función del ángulo de dispersión para materiales de incendio
seleccionados.
La figura 1, muestra esquemáticamente una cámara
de medición 24 de un detector de incendios por luz dispersa. En la
cámara de medición 24 hay un emisor 20 de radiación IR y dos
receptores 21, 22. Los receptores 21 tienen lentes consistentes en
un material que absorbe la luz diurna y permite el paso de la luz
infrarroja. El emisor 20 y los receptores 21, 22 tienen ejes ópticos
que forman un ángulo menor de 90º y mayor de 90º, respectivamente.
La estructura de medición también incluye un recorrido de dispersión
de retorno y un recorrido de dispersión de avance. Los guardavistas
23 impiden que la radiación que sale del emisor incida directamente
sobre los receptores 21 y 22.
Como alternativa, la cámara de medición puede
incluir dos emisores y un receptor.
El detector de incendios incluye además un
microprocesador, una EEPROM y una memoria principal, que no están
representados.
El diagrama de bloques representado en la figura
2a y el diagrama de flujo representado en la figura 2b ilustran el
procedimiento según la invención. Siempre que haya un aerosol en el
volumen de medición, la radiación IR del emisor 20 se dispersa y
llega de este modo a un receptor 22 asignado a un recorrido de
dispersión de avance y un receptor 21 asignado a un recorrido de
dispersión de retorno. El ángulo de dispersión de avance es de 140º
y el ángulo de dispersión de retorno es de 70º. La corriente
fotoeléctrica medida en los receptores 21 y 22 se transforma en una
tensión mediante transformadores de corriente/tensión 2 ó 7, y se
filtra para eliminar las crestas de interferencias. Los integradores
3 y 8 integran el valor de reposo para la compensación de la luz
ambiente, es decir, la señal que miden los receptores 21 y 22 fuera
del intervalo de emisión del diodo emisor 20. Esto es necesario
porque en la cámara existe una pequeña proporción de luz residual a
causa de reflexiones residuales, de modo que la señal de reposo no
es igual a cero.
Además, el detector de incendios por luz dispersa
incluye un módulo de medición de temperatura 25. Éste, el emisor de
IR 20 y los receptores 21, 22 se activan por impulsos para mantener
lo más bajo posible el consumo de energía del detector de incendios.
El módulo de medición de temperatura 25 dispone de un integrador de
valor de reposo 9 que calcula un valor de reposo flotante. A
diferencia de las constantes de tiempo de los integradores 3 y 8 de
los receptores 21 y 22, la constante de tiempo del integrador de
valor de reposo 9 es más pequeña por el siguiente motivo: los
valores de reposo de los recorridos de luz dispersa son muy
constantes y sólo se modifican muy lentamente por la suciedad o el
envejecimiento. Además, por ejemplo los incendios sin llama pueden
durar varias horas, de modo que los integradores no deben compensar
en ningún caso el aumento de la señal de medición que ello implica.
Por consiguiente, las constantes de tiempo de los integradores de
valor de reposo 3 y 8 han de ser del orden de horas. Sin embargo,
las temperaturas ambiente pueden variar en cuestión de minutos,
también cuando no hay ningún incendio, por ejemplo al abrir una
ventana. No obstante, en caso de incendio, la mayoría de las veces
la temperatura aumenta rápidamente. Por ello, la constante de tiempo
del integrador 9 ha de estar dimensionada de tal modo que en la
evaluación sólo sean tenidos en cuenta los aumentos rápidos de
temperatura.
Sin embargo, también hay incendios que se
desarrollan con un aumento muy lento de la temperatura, pero éstos
siempre implican una fuerte generación de humo, y ésta se mide
mediante los receptores de luz dispersa 21, 22.
Después de los integradores 8, 3, 9, los valores
de medición se normalizan, de modo que se pueden continuar
procesando de modo uniforme (Z_{V}, Z_{R}, Z_{t}). El cociente
claro-oscuro del aerosol presente en el volumen de
medición del detector de incendios se calcula a partir de los dos
valores de medición de luz dispersa normalizados (Z_{V}, Z_{R}).
Mediante este factor se logra que la señal de medición de un aerosol
oscuro experimente una mayor ponderación que la señal de medición de
un aerosol claro. Las dos señales de medición (Z_{V}, Z_{R}) se
suman de modo ponderado. La suma ponderada se multiplica por el
cociente claro-oscuro F_{H,D}. A continuación, a
partir de este resultado de medición y el valor Z_{t} se forma
otra suma ponderada. En este punto se tiene en cuenta entonces el
comportamiento de aumento de temperatura.
Para evitar el ruido de cuantificación, el
cociente claro-oscuro no se calcula hasta que la
señal de dispersión de avance y la señal de dispersión de retorno
superan un valor mínimo almacenado en la EEPROM.
El resultado obtenido se compara con un umbral de
alarma fijo almacenado en la EEPROM y, si éste es superado, se
dispara la alarma.
No obstante, en determinadas circunstancias la
temperatura también puede aumentar con mucha rapidez sin que se
forme ningún aerosol de incendio. Este es por ejemplo el caso de un
incendio de alcohol puro. Para asegurar el disparo de la alarma
también en este caso, en la EEPROM del detector de incendios está
almacenado un umbral de alarma de temperatura fijo que, al ser
superado, se dispara la alarma. Por consiguiente, la alarma se
dispara bien al superar una temperatura máxima o bien al superar un
valor de luz dispersa máximo.
Para posibilitar un análisis posterior, en el
momento de la alarma se copian datos importantes de la memoria
principal del detector de incendios en una memoria volátil, que
tampoco está representada.
La figura 3a muestra señales de dispersión de
materiales de incendio seleccionados en función del ángulo de
dispersión. El desarrollo característico es similar para todos los
tipos de humo. La señal aumenta en dirección a un ángulo de
dispersión mayor y en dirección a un ángulo de dispersión menor. El
algodón (cotton) y la parafina producen humos claros. En caso de un
incendio de espuma de PU se forma un aerosol oscuro. Con un ángulo
de dispersión grande, un aerosol de algodón muestra una señal de
dispersión seis veces más fuerte que un aerosol de espuma de PU. En
el valor mínimo, a aproximadamente 70º, esta señal sólo es el doble
de grande.
En la figura 3b se muestran las señales
representadas en la figura 3a normalizadas a un ángulo de dispersión
de retorno de 70º. Por consiguiente, los incendios de los materiales
indicados generan aerosoles que con la normalización al ángulo de
dispersión de retorno suministran diferentes cocientes
claro-oscuro que se procesan en el procedimiento
según la invención.
Claims (18)
1. Procedimiento para la evaluación de señales de
dispersión medidas en un sistema de luz dispersa de un detector de
incendios desde un ángulo de dispersión de retorno y desde un ángulo
de dispersión de avance, a partir de las cuales se obtiene un valor
de medición que se compara con un umbral de alarma,
caracterizado porque el valor de medición se pondera en
función de la relación de las señales de dispersión y se compara con
un umbral de alarma
fijo.
fijo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el ángulo de dispersión de retorno es de
aproximadamente 70º.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el ángulo de dispersión de avance es
aproximadamente igual al doble del ángulo de dispersión de
retorno.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la relación de
las señales de dispersión de como mínimo una magnitud engañosa está
almacenada en una memoria.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque a partir de la
relación de las señales de dispersión se obtiene el factor F, F'
F = ((S_{R}/S_{V}) -
0,2)/0,6
\hskip1,5cmpara (S_{R}/S_{V}) entre 0,2 y 0,8,
F' = 2 - ((S_{R}/S_{V}) -
0,2)/0,6
\hskip0,9cmpara (S_{R}/S_{V}) mayor de 0,8,
con el que se determina la claridad de un aerosol
dado el caso presente, siendo R_{R} la señal de dispersión de
retorno y S_{V} la señal de dispersión de avance.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el valor de
alarma es una suma ponderada de los valores correspondientes a las
señales de dispersión.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las señales de
dispersión se multiplican por como mínimo un valor correspondiente a
una magnitud de entrada adicional.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la magnitud de entrada adicional
consiste en la temperatura ambiente.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque para cada ángulo
de dispersión se calcula un valor de reposo y cada valor de reposo
se resta de la señal de dispersión correspondiente.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las señales de
dispersión se calculan simultáneamente.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las señales de
dispersión se calculan alternativamente.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque las señales de
dispersión se filtran antes de su procesamiento.
13. Detector de incendios por luz dispersa, en
particular para la realización del procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 12, con un sistema de luz dispersa que incluye
un receptor de IR (21) para la radiación de dispersión de retorno y
un receptor de IR (22) para la radiación de dispersión de avance,
caracterizado porque detrás de cada receptor de IR (21, 22)
están conectados un transformador de corriente/tensión (2, 7) y un
integrador (3, 8) para restar las señales de valor de reposo de las
señales de medición correspondientes, seguidos de circuitos de
normalización (Z_{R}, Z_{V}), y porque las señales de salida de
los circuitos de normalización se procesan por una parte en un
circuito para calcular la suma ponderada (\Sigma) y, por otra, en
un circuito para calcular el factor claro-oscuro
(F_{h,d}), y las señales de salida correspondientes se conducen a
un circuito de cálculo de intensidad (II) detrás del cual está
conectado un comparador como circuito de decisión de alarma.
14. Detector de incendios por luz dispersa según
la reivindicación 13, caracterizado por un diodo emisor y dos
diodos receptores.
15. Detector de incendios por luz dispersa según
la reivindicación 13, caracterizado por dos diodos emisores y
un diodo receptor.
16. Detector de incendios por luz dispersa según
una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por una
EEPROM.
17. Detector de incendios por luz dispersa según
una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado por una
interfaz para la conexión de un computador.
18. Detector de incendios por luz dispersa según
una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado por un
termoelemento.
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