ES2825720T3

ES2825720T3 - Detector de incendios por radiación infrarroja con función compuesta para ambientes confinados

Info

Publication number: ES2825720T3
Application number: ES16200425T
Authority: ES
Inventors: Giovanni Pietro Lorenzoni
Original assignee: AM General Contractor SpA
Current assignee: AM General Contractor SpA
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2021-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: JP6876415B2; KR102713839B1; CA2949487A1; EP3174022A1; KR20170061097A; JP2017142777A; ITUB20155886A1; PE20170814A1; CN107025428A; US20170147884A1; US10255506B2; CN107025428B; HUE051281T2; EP3174022B1; DK3174022T3

Abstract

Detector de incendios por radiación infrarroja, que comprende una superficie (12) de soporte curva y una pluralidad de sensores (14) de radiación infrarroja dispuestos sobre la superficie (12) de soporte, en el que cada sensor (14) comprende una matriz plana (15) de elementos (16) sensibles a la radiación infrarroja, que tienen una respectiva dirección de visión (SD) y un ángulo sólido de visión (β) definido alrededor de la dirección de visión (SD), los cuales definen un campo de visión asociado al sensor (14), en el que las direcciones de visión (SD) de los sensores (14) se intersecan unas con otras en correspondencia con un punto central (C) y los sensores (14) están separados unos de otros una distancia angular dada con relación al punto central (C), presentando los ángulos sólidos de visión (β) de los sensores (14) una misma amplitud restringida tal que los campos de visión de los sensores no son intersecantes entre sí, caracterizado porque el detector de incendios está configurado para: recibir una pluralidad de series secuenciales de imágenes en radiación infrarroja de un ambiente, comprendiendo cada una de dichas imágenes una matriz de píxeles, teniendo cada píxel un valor que es representativo de una temperatura; elaborar imágenes sucesivas de dicha pluralidad de series secuenciales de imágenes para determinar una variación de al menos un parámetro térmico (DT, kn) que satisface criterios de alarma preestablecidos; y detectar un evento en el ambiente en base a la variación determinada del parámetro térmico (ΔT, kn); en el que cada serie secuencial de imágenes es detectada por un respectivo sensor (14) del detector de incendios.

Description

DESCRIPCIÓN

Detector de incendios por radiación infrarroja con función compuesta para ambientes confinados

La presente invención se refiere en general a los sistemas de detección de datos de energía térmica radiada en un ambiente mediante elaboración de imágenes en radiación infrarroja.

La publicación EP 2801960 de la misma solicitante describe un método de detección de datos de energía térmica radiada en un ambiente mediante elaboración de imágenes en radiación infrarroja, comprendiendo el método las fases de:

recibir una pluralidad de imágenes secuenciales en radiación infrarroja del ambiente, comprendiendo cada una de dichas imágenes una matriz de píxeles, teniendo cada píxel un valor que es representativo de una temperatura;

elaborar imágenes sucesivas de dicha pluralidad de series secuenciales de imágenes para determinar una variación de al menos un parámetro térmico que satisface criterios de alarma preestablecidos; y

detectar un evento en el ambiente en base a la variación determinada del parámetro térmico.

El documento 2730316 divulga un detector de incendios por radiación infrarroja, que comprende una superficie de soporte curva y una pluralidad de sensores de radiación infrarroja dispuestos sobre la superficie de soporte, en el que cada sensor comprende una matriz plana de elementos sensibles a la radiación infrarroja, que tienen una respectiva dirección de visión y un ángulo sólido de visión definido alrededor de la dirección de visión, los cuales definen un campo de visión asociado al sensor, y

en el que las direcciones de visión de los sensores se intersecan unas con otras en un punto central y los sensores están separados unos de otros una distancia angular dada con relación al punto central, teniendo los ángulos sólidos de visión de los sensores una misma amplitud restringida tal que los campos de visión de los sensores no son intersecantes entre sí.

Un objetivo de la presente invención es poner a disposición un sistema de detección de incendios que se pueda fabricar a partir de componentes relativamente sencillos pero que permita alcanzar niveles elevados de precisión. A tal fin, el objeto de la invención es un detector de incendios por radiación infrarroja de acuerdo con la reivindicación 1.

Es también el objeto de la invención un método de detección de datos de energía térmica radiada en un ambiente confinado mediante elaboración de imágenes en radiación infrarroja, comprendiendo el método las fases de:

recibir una pluralidad de series secuenciales de imágenes en radiación infrarroja del ambiente, comprendiendo cada una de dichas imágenes una matriz de píxeles, teniendo cada píxel un valor que es representativo de una temperatura;

detectar un evento en el ambiente en base a la variación determinada del parámetro térmico;

estando caracterizado el método porque emplea al menos un detector de incendios por radiación infrarroja, que comprende una superficie de soporte curva y una pluralidad de sensores de radiación infrarroja dispuestos sobre la superficie de soporte,

en el que cada sensor comprende una matriz plana de elementos sensibles a la radiación infrarroja, que tienen una respectiva dirección de visión perpendicular a la matriz y un ángulo sólido de visión definido alrededor de la dirección de visión, los cuales definen un campo de visión asociado al sensor,

en el que las direcciones de visión de los sensores se intersecan unas con otras en correspondencia con un punto central y los sensores están separados unos de otros una distancia angular dada con relación al punto central, presentando los ángulos sólidos de visión de los sensores una misma amplitud restringida tal que los campos de visión de los sensores no son intersecantes entre sí, y

en el que cada secuencia de imágenes es detectada por un respectivo sensor del detector de incendios.

En particular, el método comprende además:

identificar una posición de una fuente asociada al evento detectado, detectándose directamente por uno solo de los sensores del detector de incendios una primera fracción de la radiación infrarroja emitida por la fuente, y detectándose por al menos otro sensor del detector de incendios una segunda fracción de la radiación infrarroja emitida por la fuente, después de haber sido reflejada por al menos una superficie del ambiente, calculándose la posición de la fuente en función de una relación geométrica entre las direcciones de visión del sensor que detecta la primera fracción de la radiación infrarroja y del al menos otro sensor que detecta la segunda fracción de la radiación infrarroja.

Con el detector y el método según la invención es posible detectar rápidamente y con un alto grado de fiabilidad el inicio de un incendio, evitando falsas alarmas (es posible una valoración de la entropía en términos cuantitativos con un error inferior a 10-8 y tal como para garantizar niveles de seguridad funcional superiores a 10 6). Además, es posible localizar de manera segura el inicio de un incendio, permitiendo así la activación eficaz de las acciones destinadas a afrontar el fenómeno detectado (activación directa de dispositivos de extinción, transmisión de mensajes de alarma tanto de manera local como remota con la entidad de riesgo).

El detector según la invención es adaptable a cualquier configuración de sistemas en ambientes delimitados, y puede monitorizar áreas a un ángulo de 360°.

Otras características y ventajas del detector y del método según esta invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada que viene a continuación, efectuada con referencia a los dibujos que se acompañan a modo de ejemplo no limitativo, en los que:

- la figura 1 ilustra el principio de un detector según la invención;

- la figura 2 ilustra esquemáticamente la estructura de un ejemplo de un detector según la invención;

- la figura 3 ilustra esquemáticamente la arquitectura de un sensor de matriz de termopila utilizable para el detector de la figura 2;

- la figura 4 ilustra esquemáticamente la arquitectura de un ejemplo de un detector según la invención;

- las figuras 5 y 6 ilustran dos diferentes modos de comunicación entre las unidades del detector;

- las figuras 7 y 8 ilustran dos diferentes modos de funcionamiento para un sistema que comprende una pluralidad de detectores;

- las figuras 9 a 13 ilustran los principios geométricos de localización de fuentes de energía con el detector según la invención;

- las figuras 14 a 16 son diagramas de flujo que ilustran una realización del método de detección según la invención.

Con referencia a la figura 1, se representa esquemáticamente un detector de incendios por radiación infrarroja según la invención, indicado con el 10. El detector 10 comprende esencialmente una superficie 12 de soporte curva y una pluralidad de sensores 14 de radiación infrarroja dispuestos sobre la superficie 12 de soporte. La superficie 12 de soporte puede tener por ejemplo una forma cilíndrica o un casquete esférico. Los sensores 14 son sustancialmente puntiagudos, y pueden ser por ejemplo del tipo de matriz de termopila. Cada sensor 14 comprende una matriz plana 15 formada por elementos 16 sensibles a la radiación infrarroja (representados en la figura 3). La matriz 15 y la óptica de cada sensor identifican una respectiva dirección de visión SD (figura 1) del sensor, perpendicular a la matriz 15, y un ángulo sólido de visión p definido alrededor de la dirección de visión SD. Para cada sensor 14 se define así un campo de visión asociado al sensor 14. Por sencillez, en la figura 1 el ángulo p se representa como un ángulo plano, mientras que los sensores 14 están representados solamente en una distribución unidimensional.

Las direcciones de visión SD de los sensores 14 se intersecan unas con otras en correspondencia con un punto central C y los sensores 14 están separados uno de otro una distancia angular dada con relación al punto central C. Los ángulos sólidos de visión p de los sensores 14 presentan una misma amplitud restringida, tal que los campos de visión de los sensores 14 no son intersecantes entre sí.

El número N de sensores, su orientación, su posición recíproca en el interior del detector 10 están dimensionados para garantizar la cobertura total del ambiente a monitorizar.

Por mediación de la disposición indicada anteriormente, cada sensor está asociado con una sola región del volumen monitorizado global. Cada sensor 14 captura pues, en el transcurso del tiempo, una secuencia de imágenes en radiación infrarroja (estando formada cada imagen por una matriz de píxeles) de la región del ambiente asociada a él.

La adopción de los sensores individuales de amplitud "restringida", o con un número reducido de elementos sensibles (píxeles), permite llevar a cabo evaluaciones libres de errores de refracción y compensación que normalmente se producen entre elementos sensibles adyacentes debido a los efectos de interferencia típicos de las lentes de enfoque y/o del filtrado de las ondas radiométricas y las condiciones de límite.

Cada sensor 14 de J x K elementos sensibles, posicionado dentro del detector de 10, se coloca en un ángulo de modo que su dirección de visión SD tiene una distancia angular a de la siguiente y cubre un ángulo p de visión. y indica un ángulo intersticial que crea campos de visión adyacentes. Este ángulo y es directamente proporcional al ángulo de refracción de la onda radiométrica en el cruce de la óptica (generalmente de germanio cristalino) y es representativo de la función de corrección de error de lectura ligada tanto al error de reflexión asociado a planos de celosía de cristal como al error de límite que es proporcional a la longitud de onda en relación con el tamaño de célula leída.

El ángulo y se caracteriza por la refracción y por el tamaño de la célula leída (único elemento sensible), y por lo tanto depende de la curvatura de la óptica convergente del sensor y la longitud de onda. Grandes valores de y implican el efecto conocido como aberración cromática debido al desplazamiento del foco. Aplicando la ley de refracción de Snell, se obtiene y=[arcsin(n*sin(ó-arcsin((1/n)*sina))) donde n=1 para aire, a es el ángulo de refracción del material y ó=(A)/R*sin((^+9n)/2)/sin(^/2), obtenidos por interpolación en la ecuación de dioptrías esféricas.

Utilizando una lente de germanio con un índice de refracción de 4,0026 y un radio de curvatura R = 10 mm, en el caso de ángulo cubierto por un único píxel p = (15 / x)°, se obtiene un valor de y igual a 1,82°, el valor de límite para evitar que el píxel adyacente, colocado a un ángulo p1 = ((15/x) * (x 1)), se vea afectado por interferencias.

El ángulo y también está dimensionado para que las áreas no cubiertas por los sensores tengan tales dimensiones como para que puedan dar lugar, como máximo, sólo a eventos irrelevantes desde el punto de vista de monitorización de incendios.

Por otra parte, la adopción de sensores de visión reducida permite eliminar, o al menos reducir, el efecto de amplificación de errores asociado al ángulo, que normalmente es especialmente importante en mediciones hechas en puntos que están lejos del eje óptico del sensor.

En virtud de estos efectos, es posible contener el error total de los sensores, que como primera aproximación puede ser del orden de 10-8.

Como se indicó anteriormente, cada sensor 14 del detector 10 puede ser del tipo de matriz de termopila, cuya arquitectura habitual se muestra en la figura 3. Cada elemento de detección 16 de la matriz 15 está asociado con la temperatura media de todo lo que cae dentro de su campo de visión. El sensor es capaz entonces de reproducir en tiempo real un mapa de las temperaturas observadas, evitando el uso de costosos dispositivos bolométricos.

En la arquitectura representada en la figura 3, cada elemento de detección 16 integra una etapa de amplificador, un conversor de analógico a digital (ADC) y un sensor con salida proporcional a la temperatura absoluta (PTAT) para medir la temperatura del chip. Las salidas de los elementos 16 y los sensores PTAT son almacenadas en memoria RAM y accesible a través de la interfaz I2C desde un microcontrolador externo que puede entonces calcular las temperaturas de cada píxel.

Con referencia a la figura 4, el detector 10 integra un microcontrolador dimensionado para captar, con una frecuencia predeterminada y configurable, los datos almacenados en la RAM de los sensores 14, calculando la temperatura de cada píxel, para identificar la posible presencia de anomalías térmicas en base a un algoritmo predefinidoy transfiriendo los resultados a un panel de control de alarma de incendios central.

Como principio de funcionamiento, la presencia de una anomalía térmica, una alerta o una alarma, debe ser transferida en tiempo real al panel de control de alarma de incendios central. Cualesquiera datos de diagnóstico (cambios de estado relevantes) también se deben transferir en tiempo real al panel de control de alarma de incendios a petición o en modo no solicitado con un período configurable. El panel de control de alarma de incendios central puede requerir la transferencia de información adicional, por ejemplo la temperatura de un solo pixel o datos de configuración.

Para la comunicación con el panel de control de alarma de incendios central, se proporciona la implementación de dos canales ethernet redundantes que permiten una configuración de cadena de anillo y margarita.

También se prevé que el detector 10 soporte una memoria no volátil para el almacenamiento de datos de inventario y configuración.

La NETD (resolución térmica) de los sensores varía en función de la tasa de refresco de la RAM que es ajustable desde 0,5 Hz a 512 Hz. La NETD a 4 Hz es de 0,2 K (0,2 °C). Las frecuencias más altas significan mayores niveles de ruido: la frecuencia puede ajustarse para lograr el equilibrio deseado entre la tasa de refresco y la resolución de la medición.

Cada sensor de matriz de termopila que se asume que es del tipo de dirección fija no configurable en el bus I2C hace necesario utilizar un conmutador/mux I2C para adaptar entre el microcontrolador y los sensores.

Con referencia a la figura 2, el detector 10, como dispositivo electrónico que implementa una función de seguridad en la detección de incendios, puede ser conceptualmente dotado de:

- dos puertos Ethernet aislados 10-100Mbit/s Base-T(X) con soporte PoE de IEEE std 802.3 para 10Base-T, IEEE std 802.3u para 100Base-TX y IEEE std 802.3af para conectores PoE (tipo tornillo)

- un puerto de alimentación (con conector de rosca)

- un puerto opcional para la entrada-salida (con conector estándar).

El detector 10 debe hacerse en una forma compacta y debe poder ser instalado en el techo o en las paredes laterales de un ambiente genérico.

Para cumplir con los requisitos de seguridad y fiabilidad, el detector debe estar equipado con conectores apropiados para garantizar conexiones robustas y estables incluso en condiciones de golpes y vibraciones según las normas europeas más estrictas (p.ej. EN 50155).

La figura 2, de manera meramente indicativa, muestra una idea de la mecánica con la orientación y posición de los sensores 14. Como guía, el tamaño máximo del detector es concebible que sea aproximadamente 100 mm, mientras que los sensores son del orden de 5 mm.

Los sensores 14 pueden montarse en un circuito impreso 17 flexible o semiflexible que permite la orientación deseada. El circuito impreso dependerá de la aplicación dependiendo del número de sensores, su orientación y su posición relativa. En la figura 2, el 18 indica un diagrama del microcontrolador, y el 19 un diagrama de adaptador e interfaz. Los diagramas están conectados entre sí a través de un conector 20.

Una evaluación de esfuerzo-beneficio es la capacidad para soportar una funcionalidad de derivación de Hardware entre los dos puertos de Ethernet: la derivación se activa automáticamente en presencia de un fallo de energía, un mal funcionamiento de hardware o software (en la figura 5 se muestra un ejemplo de configuración con derivación sin activar; un ejemplo de configuración con derivación activa se muestra en la figura 6). La función de derivación, implementada con relés, asegura la activación incluso en ausencia de energía.

Esta función es particularmente útil en configuraciones de cadena de margarita (figura 7). En una configuración de anillo (figura 8), cuando un detector del bucle falla o un enlace se rompe, los otros siguen siendo accesibles (no es necesario la derivación de hardware).

El único detector también puede funcionar en una configuración independiente: un conjunto de señales de I/O que identifican los estados alerta, alarma y diagnóstico estarán disponibles en un conector dedicado.

El detector descrito anteriormente es programable, actualizable y configurable a través de Ethernet.

En las figuras 9 a 13 se representan los principios geométricos que subyacen a la localización de una fuente de calor en el ambiente monitorizado. En esas figuras se muestra esquemáticamente un ambiente o volumen confinado a monitorizar, por ejemplo una parte del ambiente interno de un vagón W. A los fines de esta invención, "confinamiento" significa un volumen de tamaño finito, delimitado al menos en parte por un conjunto de superficies sólidas, designado como Sa, Sb y Sc en las figuras. El detector 10 se aplica a un techo R del ambiente confinado. En las figuras 9-13, el 20 indica una fuente de energía térmica, I indica una primera fracción de la radiación infrarroja emitida por la fuente 20, que es detectada por un sensor directamente 14 del detector 10, y II indica una o más segundas fracciones de la radiación infrarroja emitida por la fuente 20, que es detectada por al lo menos otro sensor 14 del detector 10 después de ser reflejada por al menos una de las superficies Sa Sb y Sc del ambiente.

Para describir mejor las características del método en sus funciones compuestas, se consideran por separado dos lógicas fundamentales: establecimiento de la variación cuantitativa (detección) y determinación de la disposición espacial (localización).

Detección

La correlación entre la radiación y la temperatura está dada por la ley de Stefan-Boltzmann, que expresa la relación entre la densidad de energía q y la temperatura T con la relación q =4scT4, donde £ es la emisividad de la superficie emisora (variable entre los límites teóricos 0 y 1), c es la constante de Stefan-Boltzmann (Universal) y es 5,6703 x 10-8 W x m-2 x K-4, y T es la temperatura absoluta.

Es decir, la detección de radiación infrarroja permite mostrar los valores absolutos y las variaciones de temperatura de los objetos, independientemente de su iluminación en la gama visible. La cantidad de radiación emitida aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta de un objeto.

Esto permite la detección de “anomalías” en la emisión de energía y, por lo tanto, con la misma emisividad, anomalías termales.

Interpretando la ley mencionada anteriormente con los principios de la termodinámica y teniendo en cuenta una variación infinitesimal en entropía, se puede escribir:

dQ / T = (dq+p dV) / T = 1 / T [d (q(T) V)+p(T) dV] = 1/T [q(T)+p(T)] dV [(V / T)*(dq(T)/dT>] dT

de la cual

Puesto que dS es un diferencial exacto,

Siendo que

d / dT (dS/dV) = d / dV (dS/dV)

- 4/3 q / T2 4/3 q’ / T = q ’ /T

q = e ^ü T 4

Así que en términos de entropía

S = 4/3 c a T V constante

Esta ecuación es la base para una de las funciones de cálculo presentes en el algoritmo de evaluación y correlaciona la temperatura detectada por el sensor con la porción de volumen controlada por él.

Los valores de temperatura y los valores de cambios de entropía, integrados en tiempo y evaluados según la derivada de la variación de la energía solamente en el área de valores significativos, determinan el estado de un evento "clasificable" utilizado para generar la función de reconocimiento de “alerta” y “alarma" para la intervención de dispositivos de extinción.

El parámetro clave de la variación de entropía, que es la característica distintiva de la función de detección, es la variación de entropía por unidad de tiempo que es igual para cualquier detección directa o indirecta de la misma fuente y que puede ser descrito con qx = m * (£ c T4), donde m es el coeficiente determinado por la "reflexión" de la fuente, que también se puede ver como un coeficiente característico dS/dT (dt). Entonces la fuente llega a ser localizable a través de su emisión de energía directa y reflejada.

Localización

Tomando como referencia un elemento "fuente" de energía situado en una posición genérica P en el ambiente controlado por el detector (véase la fig. 9), si se considera en el punto P, se puede definir una serie de "vectores" de energía irradiada desde la fuente y que pertenecen al mismo plano que incluye la fuente y el detector, o al plano Span (v_1, v_2 , ...), que representa una combinación lineal de vectores independientes.

Esta combinación de vectores permite identificar y localizar la fuente.

Con el único propósito de simplificar el procedimiento interpretativo de la lógica de cálculo, se hará referencia temporalmente al caso limitante de la fig. 10 donde la fuente se coloca en un tabique del volumen. De esta manera, se limita solamente al número de "reflexiones" de energía, que como mínimo es uno y es suficiente para definir el método de elaboración.

Examinando los dos vectores independientes u y v y el triángulo formado por ellos, y siendo conocido los valores de 0 y y (datos del detector), se obtiene:

b=L/sin0; a= L ctg e/s¡n(180-2^’)=b/sm(180-25") (Euler); c2+d2=e2+b2-2e*b*cos^ (Carnot)

Por lo tanto, se puede determinar a y L (si L se desconoce).

Volviendo a la configuración genérica, idénticas consideraciones se hacen para la determinación de los valores de h y d que identifican la ubicación de la fuente en el ambiente. Para obtener estos valores, el detector debe ser capaz de leer al menos dos valores de reflexión, es decir, al menos dos de los vectores v1, v3, v4 de la Figura 10. Esta condición siempre es comprobable.

Se aprecia que la lógica de evaluación identifica un plano (el plano de los vectores u y v) en referencia espacial absoluta. Cuando se identifica este plano, se informa al sistema pertinente, teniendo en cuenta solo el plano que contiene los vectores considerados ya que sólo en este plano dimensional finito se realizan evaluaciones posteriores. Si hay valores de energía más relacionados con otros vectores en otro plano, este será el plano de referencia, y la elaboración continuará en este plano. Esto permite reducir drásticamente la cantidad de datos e informes a preparar.

Al finalizar lo anterior, con el fin de transcribir en forma definitiva las ecuaciones de referencia del algoritmo principal, un nuevo concepto debe integrarse en las magnitudes detectadas.

Como referencia, el sistema se supone desde el punto de vista de la fuente de radiación.

Haciendo referencia a la Figura 11, con relación a las emisiones de la fuente genérica, se ha descubierto que la radiación emitida en cualquier dirección (y en todas las direcciones) es homogénea (vectores de igual intensidad) y como se ha dicho previamente corresponde a qx = m * (s a T4) donde m es el coeficiente proporcional a cualquier reflexión y que es característico del material que constituye la superficie reflectante. Para la energía directa, m = 1 (no reflejada); mientras que para otras superficies de materiales sólidos, m tendrá valores entre 0,5 y 0,95. Hay que considerar que el valor de m no afecta el cálculo de la valoración de la energía, dado que el cambio de energía es lo que interesa y no su valor absoluto.

Tomando como referencia el punto de vista del detector, como se muestra en la figura 11, la visión de los sensores individuales del detector es un cono de abertura p. Considerando como referencia el ángulo de un solo píxel, que es igual a p/N, donde N es el número de píxeles en el sensor en la dirección de referencia, la visión de una fuente de radiación es identificable por la intersección de todos los conos.

Puesto que los sensores son todos iguales, el ángulo de visión p/N es igual en todas las direcciones. Si se mira a la fuente desde el punto de vista de los sensores, en las direcciones de la radiación directa y reflejada, se descubre que la intersección de los diversos haces cónicos encierra la fuente, y el volumen identificado es proporcional a la distancia real entre el sensor y el elemento de radiación. Se determina por tanto el volumen. Se describe un algoritmo para la detección de los datos térmicos, la localización de fuentes térmicas "anormales" y el comando de extinción, haciendo referencia a diagramas de flujo mostrados en las figuras 14-16, que representan respectivamente un algoritmo compuesto, un algoritmo compuesto con comando de extinción, y un algoritmo sencillo solamente de detección térmica.

Diagrama de flujo lógico funcional del detector

El diagrama proporciona cuatro estados funcionales acerca de las condiciones ambientales particulares y/o en evolución.

Los valores de temperatura se leen en el intervalo de tiempo (t):

INACTIVO

para cada pixel el valor de temperatura detectado se compara en el intervalo de tiempo (t) con un valor de umbral T^wrn, si se supera tal umbral, pasará al estado siguiente.

ADVERTENCIA

para cada píxel en advertencia, el valor de temperatura se almacena en un buffer FIFO de tamaño m (cuyo valor determina también el intervalo de tiempo de observación), si el buffer se llena, los siguientes valores se calculan y almacenan

AT = Tⁿ¹-T^0w: diferencia de temperatura entre el último valor en el buffer y el primero

T^mp= Xⁿ¹T^buf: promedio de temperatura de los valores presentes

q = soT⁴: densidad de energía de los valores presentes

Sⁿ= 4/3 s o Tⁿ³V: entropía de los valores presentes

dSⁿ/dT = kⁿ: cambio de entropía durante el período de observación

El valor AT se compara con un valor de umbral AT^pre.

El valor de kⁿes comparado con un valor de umbral k^pre.

Si los umbrales de ambos valores se superan, el búfer se vaciará y pasará al estado de ALERTA haciendo cualesquiera operaciones necesarias asociadas con el sistema de protección de incendios (corte MT, bloqueo de ventilación, cierre de puertas, etc.).

Si no se ha superado el valor de umbral, se hace una comparación adicional para evaluar si permanecer en el estado de ADVERTENCIA o volver a INACTIVO. Si T^mpo kⁿes mayor que el valor de umbral, permanece el valor de ADVERTENCIA y el valor más antiguo de temperatura es sobreescrito.. De lo contrario, se vacía el buffer y vuelve a INACTIVO.

Si el valor de umbral de T^mpo kⁿse supera, se realiza una comprobación adicional en todos los valores de las áreas circundantes a la zona en el estado de ADVERTENCIA, esto es, se transcriben, monitorean y recalculan con procedimientos idénticos los valores de las ocho áreas adyacentes con el fin de calcular y monitorear la propagación del evento, incluso si estos valores todavía no han alcanzado el umbral. El estado de observación persiste hasta el regreso de los valores de ADVERTENCIA. Esta implementación del algoritmo se utiliza para el cálculo de la cantidad de agente extintor si es habilitado.

ALERTA

para cada píxel en alerta, el valor de temperatura se almacena en un buffer FIFO de tamaño n², si el buffer se llena, los siguientes valores se calculan y almacenan

At = Tⁿ²- T^op: diferencia de temperatura entre el último valor en el buffer y el primero

T^ma= Xⁿ²T^buf: promedio de temperatura de los valores en el buffer

El valor AT se compara con un valor de umbral AT^alm.

Si persisten por un tiempo t^klos valores que superan el umbral de AT^almy kⁿ, se vaciará el buffer y el sistema pasará al estado de ALARMA. Si no se ha superado el valor de umbral, se realizará una comparación más para evaluar si permanecer en el estado de ALERTA o regresar a ADVERTENCIA, si T^maes mayor que T^mp, el sistema permanece en ALERTA y el valor de temperatura antiguo es sobreescrito, de lo contrario se realizan las acciones relacionadas con la salida del estado de ALERTA (permitir MT, encender la ventilación, abrir puertas, etc.), se sobrescribe el valor de temperatura antiguo y el sistema volverá al estado de ADVERTENCIA.

Si el valor de umbral no se ha superado, se realizará una comparación adicional para evaluar si permanecer en el estado de ALERTA o regresar a ADVERTENCIA, si T^maes mayor que T^mp, el sistema se mantiene.

Con el paso a la condición de ALERTA, se activan de modo preciso todas las funciones que determinan la localización y extensión del evento

|dSⁿ/dT = kⁿ| dt -> determinación de las radiaciones más significativas que llevan valores proporcionales de m, esto es, mⁿ= kⁿ* m (el cálculo puede ser truncado a los tres primeros valores significativos)

Determinación de los ángulos característicos de las fuentes según los sensores: ángulos y , 9, X, 5

Cálculo de ángulos de reflexión £', £',... 5ⁿpor las ecuaciones de Euler y Carnot para cada reflexión |e/sin(180-2^')=b/sin(180-2^")|

¡c²+d²=e²+b²-2e*b*cos^| l, n

Basado en estos valores, se pueden derivar las distancias reales de cada radiación individual emitida (fig. 13) L¹= L^a1+ L^b1-> Lⁿ= L^an+ L^bn

El volumen derivado de la intersección de los diferentes conos es

V = (L¹¹+ L¹²+ L¹³) * tg (p/n)

Dicho volumen se asume que consiste en una composición de materiales combustibles genéricos, tales como los normalmente presentes en ambientes de uso civil y que por lo tanto consisten en idénticos porcentajes de papel (madera), algodón y poliéster. Estos materiales tienen un valor calorífico de Q = 18 MJ/kg y una densidad media de 5 = 0,8 kg/dm3. Por lo tanto, el potencial de energía que puede desarrollar dicho material es igual a E = Q * 5 * V

La cantidad de agente extintor (por ejemplo agua) necesaria es igual a E/2,272 (kg) (el valor 2,272 viene dado por el calor latente de vaporización del agua), el valor debe ser multiplicado de manera conservadora por un factor de seguridad de 3.

ALARMA

el inicio de un fuego se detecta y realizan las correspondientes acciones (activación de señales visuales/acústicas, activación de la extinción, etc..). La lógica descrita anteriormente permite a uno realizar la detección en 2 fases empezando desde un valor de umbral inicial. Este valor es necesario para aligerar todo lo posible la carga computacional del microcontrolador en la etapa INACTIVO.

Comparaciones (y actividad como buffer en RAM) necesarias para evaluar la transición a alerta o alarma se producen sólo en los píxeles que se encuentran respectivamente en un estado de advertencia y alerta.

El modelo permite que los usuarios gestionen tendencias para incendios que no son estrictamente uniformes. Los valores de m, n², Twrn, ATpre y ATalm son paramétricos por lo que se puede variar la configuración de funcionamiento para diferentes áreas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Detector de incendios por radiación infrarroja, que comprende una superficie (12) de soporte curva y una pluralidad de sensores (14) de radiación infrarroja dispuestos sobre la superficie (12) de soporte,

en el que cada sensor (14) comprende una matriz plana (15) de elementos (16) sensibles a la radiación infrarroja, que tienen una respectiva dirección de visión (SD) y un ángulo sólido de visión (P) definido alrededor de la dirección de visión (SD), los cuales definen un campo de visión asociado al sensor (14),

en el que las direcciones de visión (SD) de los sensores (14) se intersecan unas con otras en correspondencia con un punto central (C) y los sensores (14) están separados unos de otros una distancia angular dada con relación al punto central (C), presentando los ángulos sólidos de visión (P) de los sensores (14) una misma amplitud restringida tal que los campos de visión de los sensores no son intersecantes entre sí, caracterizado porque el detector de incendios está configurado para:

recibir una pluralidad de series secuenciales de imágenes en radiación infrarroja de un ambiente, comprendiendo cada una de dichas imágenes una matriz de píxeles, teniendo cada píxel un valor que es representativo de una temperatura;

elaborar imágenes sucesivas de dicha pluralidad de series secuenciales de imágenes para determinar una variación de al menos un parámetro térmico (AT, kⁿ) que satisface criterios de alarma preestablecidos; y detectar un evento en el ambiente en base a la variación determinada del parámetro térmico (AT, kⁿ);

en el que cada serie secuencial de imágenes es detectada por un respectivo sensor (14) del detector de incendios.

2. Detector según la reivindicación 1, en el que cada sensor es un sensor de matriz de termopila.

3. Método de detección de datos de energía térmica radiada en un ambiente confinado mediante elaboración de imágenes en radiación infrarroja, comprendiendo el método las fases de:

elaborar imágenes sucesivas de dicha pluralidad de series secuenciales de imágenes para determinar una variación de al menos un parámetro térmico (AT, kⁿ) que satisface criterios de alarma preestablecidos; y detectar un evento en el ambiente en base a la variación determinada del parámetro térmico (AT, kⁿ); empleando el método al menos un detector de incendios por radiación infrarroja (10), que comprende una superficie (12) de soporte curva y una pluralidad de sensores (14) de radiación infrarroja dispuestos sobre la superficie (12) de soporte,

en el que cada sensor comprende una matriz plana (15) de elementos (16) sensibles a la radiación infrarroja, que tienen una respectiva dirección de visión (SD) y un ángulo sólido de visión (P) definido alrededor de la dirección de visión (SD), los cuales definen un campo de visión asociado al sensor (14),

en el que las direcciones de visión (SD) de los sensores (14) se intersecan unas con otras en correspondencia con un punto central (C) y los sensores (14) están separados unos de otros una distancia angular dada con relación al punto central (C), presentando los ángulos sólidos de visión (P) de los sensores (14) una misma amplitud restringida tal que los campos de visión de los sensores no son intersecantes entre sí, y

en el que cada serie secuencial de imágenes es detectada por un respectivo sensor (14) del detector de incendios (10).

4. Método según la reivindicación 3, que comprende además:

identificar la posición (P) de una fuente (20) asociada al evento detectado, detectándose directamente por uno solo de los sensores (14) del detector de incendios (10) una primera fracción (I) de la radiación infrarroja emitida por la fuente (20), y detectándose por al menos otro sensor (14) del detector de incendios (10) una segunda fracción (II) de la radiación infrarroja emitida por la fuente (20) después de haber sido reflejada por al menos una superficie (Sa, Sb, Sc) del ambiente, calculándose la posición (P) de la fuente (20) en función de una relación geométrica entre las direcciones de visión del sensor (14) que detecta la primera fracción (I) de la radiación infrarroja y del al menos otro sensor (14) que detecta la segunda fracción (II) de la radiación infrarroja.