CN114446000A - 自测试管道环境检测器 - Google Patents

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斯科特·兰格
克里斯多夫·迪尔登
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Abstract

本文描述了用于自测试管道环境检测器的设备、方法和***。一种自测试管道环境检测器******包括第一部分以及第二部分和第三部分，该第一部分待安装在管道外部，该第一部分具有检测器外壳，该检测器外壳中具有空间，该空间中具有检测器和自测试感测装置，该检测器具有感测腔，其中该自测试感测装置确定通过该检测器外壳的气流是否高于阈值速率，并且该第二部分和该第三部分各自被构造成延伸到该管道中，其中该第二部分具有形成在其中的至少一个入口开口，并且其中该第三部分具有形成在其中的至少一个出口开口。

Description

自测试管道环境检测器
技术领域
本公开整体上涉及用于自测试管道环境检测器的设备、方法和***，诸如用于检测环境元素(诸如烟雾、二氧化碳或一氧化碳)。
背景技术
目前，测试管道烟雾检测器的方式往往涉及维护工程师物理地移除管道外壳盖以及用由工程师定位的压力测量装置测量检测器的入口与出口之间的压力差。此外，维护工程师还将通过通常将合成烟雾直接喷射到烟雾传感器中并且由此触发烟雾警报条件来对包含在检测器外壳中的烟雾检测器进行功能测试对包含在检测器外壳中的烟雾检测器进行功能测试。
这是非常劳动密集的方法，因为管道常常可见于建筑物的难以进入的区域中，因此常常可多年未检查到。而且，如果检测器外壳盖被移除，则其产生损坏密封检测器外壳的密封件的可能性，或者维护工程师可能无法正确地更换盖以形成所需的牢固密封。这些问题可导致检测器***外部的空气泄漏，并且将没能使用现有的维护方法监测该故障。该故障的一个结果是烟雾可通过错误定位的密封件进入检测器外壳并且离开外壳，而不是穿过烟雾检测器，因此管道检测器检测烟雾的能力可受损。
附图说明
图1是根据本公开的实施方案的安装在待检查的管道***中的自测试管道环境检测器的图示。
图2是根据本公开的实施方案的安装在具有阻塞的入口开口的待检查的管道***中的自测试管道环境检测器的图示。
图3是根据本公开的实施方案的安装在环境检测器外壳表面中具有泄漏的待检查的管道***中的自测试管道环境检测器的图示。
图4是根据本公开的实施方案使用的具有颗粒发生器的自测试管道环境检测器的图示。
图5是根据本公开的实施方案使用的具有自加热热敏电阻器的自测试管道环境检测器的图示。
图6示出了根据本公开的实施方案的管道环境检测器的自测试功能的框图。
具体实施方式
本公开整体上涉及用于自测试管道环境检测器的设备、方法和***。具体地，本公开涉及安装到建筑物管道的具有自测试功能的环境检测器。
在本文所讨论的各种实施方案中利用了若干自测试机制，诸如烟雾测试、气溶胶测试和热敏电阻器测试等。一种自测试管道环境检测器***包括第一部分以及第二部分和第三部分，该第一部分待安装在管道外部，该第一部分具有检测器外壳，该检测器外壳中具有空间，该空间中具有检测器和自测试感测装置，该检测器具有感测腔，其中自测试感测装置确定通过检测器外壳或感测腔的气流是否高于阈值速率，并且该第二部分和该第三部分各自被构造成延伸到管道中，其中该第二部分具有形成在其中的至少一个入口开口，并且其中该第三部分具有形成在其中的至少一个出口开口。
自测试管道环境检测器使用包含环境元件检测器的外壳，并且通过文丘里管***管连接到管道中。管道是其中具有空间的细长导管，并且通常用于加热和通风***中，以使空气从一个地方通过建筑物移动到另一个地方，以通过建筑物内的空间加热、冷却或循环空气。例如，管道将空气从空调源(诸如锅炉、火炉或空气冷却单元)移动到建筑物内的一个或多个房间，以及其他管道用途。
在使用管道环境检测器的***中，移动通过管道并且围绕文丘里管穿过的气流引起压力差，并且空气进入上游管，经过检测器外壳，在此处空气流入环境检测器中并且流出检测器外壳，流过下游出口管并且返回到管道中。例如，在与烟雾探测器一起使用的情况下，如果烟雾进入管道，则该方法确保烟雾将进入烟雾探测器，其中烟雾可被检测到并且发出警报或生成控制信号。
另一个自测试***包括气流监测器，该气流监测器例如使用自加热热敏电阻器。自加热热敏电阻器可放置在管道检测器或检测器外壳中，并且可通过加热热敏电阻器来周期性地测试检测器外壳中的持续气流，从而测量其可加热至什么温度，然后测量热信号随时间冷却的速率。下面更详细地讨论这些和其他实施方案。
在以下具体实施方式中，参考形成其一部分的附图。附图以举例说明的方式示出了可以实践本公开的一个或多个实施方案的方式。
这些实施方案被描述得足够详细，以使得本领域普通技术人员能够实践本公开的一个或多个实施方案。应当理解，可以利用其他实施方案并且可以作出机械、电气和/或过程改变而不脱离本公开的范围。
应当理解，可添加、交换、组合和/或消除本文各实施方案中所示的元件，以便提供本公开的多个另外实施方案。附图中提供的元件的比例和相对尺寸旨在示出本公开的实施方案，并且不应该是限制性的。
本文的附图遵循如下编号惯例：一个或多个第一位数字对应于附图编号，而其余数字标识附图中的元件或部件。
如本文所用，“一个”或“几个”事物可指一个或多个这样的事物，而“多个”事物可指多于一个这样的事物。例如，“诸多部件”可指一个或多个部件，而“多个部件”可指多于一个部件。
图1是根据本公开的实施方案的安装在待检查的管道***中的自测试管道环境检测器的图示。如图1所示，环境检测器***100被安装成具有管道102外部的一个部分和延伸到管道102中的两个部分(108和118)。管道外部的部分包括检测器外壳112，该检测器外壳具有空间114，该空间中具有检测器115，该检测器具有感测腔116。
延伸到管道中的部分是第一管108和第二管118。两个管都允许空气106通过相应管内的空间在管道内的空间104与检测器外壳112内的空间之间连通。
例如，第一管108上具有多个开口110，这些开口允许空气从管道102的内部空间104进入到管108的内部空间111中。该空气仅仅是样本，因为空气的其他部分继续经过管108并且沿管道102的内部空间104继续向下。
管108内的经采样空气经由内部空间111行进到检测器外壳112的内部114中。然后，一些或全部空气穿过检测器115的感测腔116，并且然后离开检测器外壳112并且经由管118的内部空间120返回到管道104的内部中，该管是延伸到管道102中的***的第二部分。
空气的移动以及由此***100的自测试的实现依赖于通过管道的气流以及文丘里管108的入口(孔110)与出口管118的出口之间的压力差，以将空气从管道的内部空间104抽吸到文丘里管108中，并且由此抽吸到检测器外壳112中并且经过检测器115内的传感器。
该相同的方法用于检测不利的环境条件，其中携带烟雾颗粒或浓缩一氧化碳、二氧化碳或其他可被感测的有害环境元素的空气可存在于管道102的内部104内的空气中。然而，如果***受损，则此类***的用途可能无效。图2和图3中示出了两个此类示例。
图2是根据本公开的实施方案的安装在具有阻塞的入口开口的待检查的管道***中的自测试管道环境检测器的图示。在图2的示例中，随时间推移，颗粒(例如，粉尘、碎片)已积聚在管208的一侧上，使得几乎没有空气206从管道202的内部空间204穿过入口开口210(因为它们被颗粒阻塞)进入到管208的内部空间211中。入口开口的这种阻塞(在该示例中示于管的一侧表面上)由图2中的X表示。
继而，从管208到检测器外壳212的内部空间214几乎没有气流。因此，没有足够的气流通过检测器215的感测腔216以得到准确的读数以基于空气中的环境元素的浓度水平确定是否存在有害条件。
即使未阻塞到所示程度，通过***200的空气体积的减少也可降低***的有效性。在***中存在泄漏的情况下可能出现类似的问题，如图3所示。
图3是根据本公开的实施方案的安装在环境检测器外壳表面中具有泄漏的待检查的管道***中的自测试管道环境检测器的图示。在图3的示例中，***300中已产生泄漏。这可例如由于篡改***、技术人员对检测器外壳312的不当处理或密封或者其他潜在原因而发生。对管308的损坏也可产生类似的问题。
在诸如图3所示的情形中，空气306可继续从管道302的内部空间304穿过开口310流入到管308的内部空间311中。
空气继续前进到检测器外壳312的内部空间314中。然而，气流通过孔322离开检测器外壳312，而不是移动到检测器315中。因此，如在先前示例中，没有足够的气流通过检测器315的感测腔316以得到准确的读数以基于空气中的环境元素的浓度水平确定是否存在有害条件。
本公开的实施方案包括用于检测诸如图2和图3所示的那些问题的机制和方法，并且此类机制和方法在下文中更详细地讨论。
图4是根据本公开的实施方案使用的具有颗粒发生器的自测试管道环境检测器的图示。在顶部图示中，执行低于有效感测的阈值的气流429进入检测器415的测试。这可发生在图2和图3中已出现问题的情况下。
在该图示中，检测器415的感测腔416配备有颗粒发生器430(例如，气溶胶/烟雾)、光源(例如，发光二极管(LED)和传感器428。当实施测试时，光源424在传感器428处引导光束426。传感器测量由传感器接收的光量。
在此类***中，颗粒发生器在传感腔416内部生成颗粒427。由于在该示例中很少气流通过腔416，因此颗粒的密度继续增加，直到发生器停止生成颗粒。
因此，当传感器428测量从光束426接收的光量时，由于颗粒将光散射到传感器，因此该量大于如果腔中不存在颗粒427的情况下的量。
在底部图示中，执行高于有效感测的阈值的气流429进入检测器415的测试。这可发生在***的正常操作期间或在图2和图3中出现的问题尚未发生时。
在此类示例中，颗粒发生器在感测腔416的内部内生成颗粒427。然而，在该示例中，存在足够的气流穿过腔416，使得当颗粒被穿过腔的气流带走时，颗粒的密度被分散，如底部图所示。
因此，当传感器428测量从光束426接收的光量时，它可被量化为模糊水平，并且该量可大于如果腔中不存在颗粒427的情况下的量，但是小于如果不存在气流通过腔的情况下的量。
该模糊水平可例如为基于从传感器428收集的数据的量化测量。可在一段时间内获取若干个这些量化的数据点，以计算随时间推移的模糊速率。这些类型的数据可期望用于计算通过检测器415的气流的流速以及检测器***的压力差。
该信息可用于确定检测器***的状况(例如，可操作或需要维护)。例如，数据或由传感器数据创建的计算值可与存储在存储器中的值(例如，阈值)比较，以确定***是可操作还是需要服务。
例如，感测的通过检测器外壳的空气流速可与阈值比较，以确定感测值是否高于阈值。在该示例中，阈值可以是通过测试或先前数据收集确定的极限，或者可被估计，其中阈值的一侧的值(例如，高于或等于)意味着气流足以用于正常操作检测器，并且阈值的另一侧的值(例如，低于)指示气流可能不足。
图5是根据本公开的实施方案使用的具有自加热热敏电阻器的自测试管道环境检测器的图示。在该实施方案中，自加热热敏电阻器540定位在检测器515的感测腔516中。当气流穿过腔时，其将冷却加热的热敏电阻器。例如，在顶部图中，热敏电阻器540是冷的。在中间图中，热敏电阻器被加热至预定温度542。
热敏电阻器在不同时间的温度的一般变化可由热敏电阻器感测，并且该数据可用于确定是否存在足够的气流流过腔516。此外，温度随时间变化的速率可与存储在存储器中的变化速率值比较，以确定温度变化的速率是否表示足以操作自测试管道环境检测器***的气流。
尽管以上讨论了两个感测机制和方法，但是可利用任何气流测量技术。例如，还可利用超声装置和技术、电化学感测装置和技术，或者可通过使用来自气体发生器的气体稀释来测量气流的技术等等。
例如，证明气流穿过检测器(例如，以英尺/分钟为单位的测量量)，证明存在阈值水平的压力差，或者证明存在测量的阈值稀释密度降低速率(例如，由感测腔中的传感器感测到的颗粒密度随时间变化的速率)的装置和技术，都是可接受的装置和技术。
存储在存储器中并且由环境检测器内的处理器执行的可执行指令使用的一个或多个算法可用于获取感测数据并且确定管道内是否存在足够的气流(例如，高于存储在存储器中的阈值)并且确定测试已通过还是未通过。然后，该信息可通过***控制面板(例如，建筑物处的火警***控制面板)报告返回，并且可警示维护技术人员气流在阈值范围内还是阈值范围外，以及传感器已通过还是未通过指示检测器将在正常操作期间正常检测到的功能环境自测试。例如，如果温度变化的速率低于阈值，则可向监测设备发送警示消息。
在一些实施方案中，自测试可在其正常操作周期期间由气流监测器在后台进行，并且如果其未能在管道外壳中检测到气流，则自测试可发起故障信号返回到火警控制面板。此类方法可在例如由消防***维护的本地操作规范规定的规定间隔***测试时间周期之外形成对故障模式的更定期监测。
在各种实施方案中，也可在不将整个建筑物的火灾或气体安全***设定为测试模式的情况下完成自测试。使整个***进入测试模式增加了建筑物经历危险事件的风险，因为***在测试模式下时没有主动监测建筑物。
具有提供气流的替代方式可如下实现。以一种替代方式，可监测气流而无需进行***的功能测试。这可通过使用不足以从检测器515引起火灾响应而在体积上足以监测颗粒密度的衰减速率的密度水平的气溶胶颗粒生成来实现，因此证明气流高于阈值量。
以另一种替代方式，可在管道外壳内使用传感器以测量提供气流的入口管与出口管上的压力差。例如，可在检测器外壳内的空间(例如，图1中的管108附近)的第一端部测量第一压力，并且可在检测器外壳内的空间(例如，图1中的管118附近)的第二端部测量第二压力。然后，压力差可通过比较第一测量压力与第二测量压力(例如，从另一个压力值中减去一个压力值)确定。以另一种替代方式，气流监测传感器可放置在检测器515外部的管道外壳内。
图6示出了根据本公开的实施方案的管道环境检测器的自测试功能的框图。自测试功能650的框图包括环境检测器***600和监测设备651。环境检测器***600包括控制器(例如，微控制器)652、颗粒/气体发生器630和传感器628。
传感器628可为烟雾(例如，颗粒)传感器、一氧化碳(CO)传感器、二氧化碳(CO2)传感器或其中两个或多个的组合。例如，传感器628可为光学传感器(诸如光学散射腔)、气体传感器、电离传感器、电化学传感器或超声波传感器以及其他类型的传感器。
监测设备651可为控制面板、火灾检测控制***和/或火警***的云计算设备。监测设备651可被配置为经由有线或无线网络向环境检测器***600发送命令和/或从该环境检测器***接收测试结果。
网络可为网络关系，监测设备651可通过该网络关系与环境检测器***600通信。这种网络关系的示例可包括分布式计算环境(例如，云计算环境)、诸如互联网的广域网(WAN)、局域网(LAN)、个人局域网(PAN)、校园网(CAN)或城域网(MAN)，以及其他类型的网络关系。例如，网络可包括经由有线或无线网络从监测设备651和环境检测器***600接收信息并且向该监测设备和该环境检测器***发射信息的多个服务器。
如本文所用，“网络”可提供直接地或间接地链接两个或更多个计算机和/或***设备并且允许监测设备访问环境检测器***600上的数据和/或资源且反之亦然的通信***。网络可允许用户与其他网络用户共享自己***上的资源，并访问位于中心位置的***或位于远程位置的***上的信息。例如，网络可将多个计算装置连接在一起以形成分布式控制网络(例如，云)。
网络可提供到互联网和/或到其他实体(例如，组织、机构等)的网络的连接。用户可与启用网络的软件应用程序交互来发出网络请求，诸如获取数据。应用程序还可与网络管理软件通信，网络管理软件可与网络硬件交互以在网络上的设备之间传输信息。
微控制器652可包括存储器654和处理器656。存储器654可为可由处理器656访问以执行本公开的各种示例的任何类型的存储介质。
例如，存储器654可为具有计算机可读指令(例如，计算机程序指令)存储在其上的非暂态计算机可读介质，这些指令可由处理器656执行以根据本公开测试环境检测器***600。例如，处理器656可执行存储在存储器654中的可执行指令以生成特定的颗粒密度水平，测量生成的颗粒密度水平，确定从外部环境通过传感器628的气流速率，并且发射确定的气流速率至监测设备651。在一些示例中，存储器654可存储足以触发对来自正常操作的环境检测器***的环境威胁的响应的颗粒密度水平(或一氧化碳或二氧化碳水平)、足以测试故障状况而不触发环境响应的颗粒密度水平、用于验证合适气流通过传感器628的阈值气流速率和/或自先前进行自测试功能(例如，生成特定颗粒密度水平并且测量生成的颗粒密度水平)以来已经过的特定时间段。尽管在本节中讨论了关于颗粒感测，但是应当理解，CO和/或CO2的感测和水平可如相对于颗粒感测和水平所讨论的那样附加地或另选地处理。
作为附加示例，处理器656可执行存储在存储器654中的可执行指令以生成颗粒密度水平，在已生成颗粒密度水平之后测量颗粒密度水平降低的速率，比较测量的颗粒密度水平降低的速率与阈值速率，并且基于对测量的速率与阈值速率的比较确定环境检测器***600是否正常运行(例如，需要维护)。在一些示例中，存储器654可存储阈值速率和/或测量的速率。
微控制器652可响应于自先前进行自测试功能以来经过的特定时间段和/或响应于从监控设备651接收到发起自测试的命令，执行环境检测器***600的自测试功能650。例如，微控制器652可经由颗粒发生器630发起颗粒的生成以开始自测试过程。在一些实施方案中，发生器630可生成用于自测试气体检测器的气体(例如，CO、CO2)，其中检测器测试感测腔内的气体密度，并且可确定气体稀释随时间变化的速率，以及可在本公开的实施方案中进行和利用的其他数据/计算。
如图6所示，环境检测器***600可包括发射器光源624和接收器光电二极管628以测量颗粒密度水平。监测设备651可例如向光源发送命令以产生光束以测量颗粒密度水平。
一旦测量了颗粒密度水平和/或确定了气流速率，环境检测器***600就可将测试结果(例如，火灾响应、颗粒密度水平、在已生成颗粒密度水平之后颗粒密度水平降低的速率和/或气流速率)存储在存储器654中和/或将测试结果发送到监测设备651。此外，如果例如测量的速率是在环境检测器***600中首次(例如，初始)颗粒密度水平降低的测量的速率，则颗粒密度水平降低的测量的速率可作为阈值速率存储在存储器654中。如果环境检测器***600已具有阈值速率，则可将测量的速率存储在存储器654中作为颗粒密度水平降低的随后测量的速率。
在一些示例中，环境检测器***600(例如，控制器652)可基于测试结果确定环境检测器***600是否正常运行，和/或监测设备651可基于测试结果确定环境检测器***600是否正常运行。例如，监测设备651可响应于触发环境威胁响应和/或气流速率超过阈值气流速率而确定环境检测器***600正常运行。
在一些示例中，环境检测器***600(例如，控制器652)和/或监测设备651可通过比较颗粒密度水平降低的随后测量的速率与阈值速率而确定环境检测器***600是否正常运行(例如，需要维护)。例如，当测量的速率与阈值速率之间的差值大于阈值时，环境检测器***600可能需要维护。例如，该阈值可由制造商根据规定设置，以及/或者基于阈值速率设置。
在利用本公开的实施方案中，管道检测设备可为自测试，从而减少由工程师物理地检查设备花费的劳动力。这可导致大量金钱和技术人员时间的节省。
尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但所属领域的技术人员将了解，经计算以实现相同技术的任何布置可替代所展示的特定实施方案。本公开旨在覆盖本公开的各种实施方案的任何和所有修改或变化。
应当理解，以上描述是以说明而不是限制的方式给出的。通过阅读以上描述，上述实施方案的组合以及本文未特别描述的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。
本公开的各种实施方案的范围包括使用上述结构和方法的任何其他应用。因此，应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等价物的全部范围来确定本公开的各种实施方案的范围。
在上述具体实施方式中，出于简化本公开的目的，在附图中示出的示例实施方案中将各种特征组合在一起。该公开方法不应被解释为反映本公开的实施方案需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。
相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施方案的所有特征。因此，以下权利要求在此并入到具体实施方式中，其中每条权利要求作为单独的实施方案独立存在。

Claims (10)

1.一种自测试管道环境检测器***(100)，所述自测试管道环境检测器***包括：
待安装在管道(102)外部的第一部分，所述第一部分具有检测器外壳(112)，所述检测器外壳中具有空间(114)，所述空间中具有检测器(116/415)和自测试感测装置，所述检测器具有感测腔，其中所述自测试感测装置确定通过所述感测腔的气流速率是否高于阈值速率；和
第二部分(108)和第三部分(118)，所述第二部分和所述第三部分各自被构造成延伸到所述管道中，其中所述第二部分具有形成在其中的至少一个入口开口，并且其中所述第三部分具有形成在其中的至少一个出口开口。
2.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述第二部分(108)是其中具有内部空间的管，并且连接到所述第一部分，使得空气能够从所述第二部分的所述内部空间(111)进入到所述检测器外壳内的所述空间(114)中。
3.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述第二部分(108)具有形成在其侧表面中的多个入口开口(110)，所述入口开口允许空气从所述管道内的内部空间(104)进入到所述第二部分(108)中。
4.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述第三部分(118)是具有内部空间(120)的管，并且连接到所述第一部分，使得空气能够从所述检测器外壳(112)内的所述空间(114)进入到所述第三部分(118)的所述内部空间(120)中。
5.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述自测试感测装置包括将颗粒生成到所述感测腔(116/416)中的颗粒发生器(430)。
6.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述自测试感测装置的所述检测器(115/415)包括光源(424)和检测来自所述光源的光的传感器(428)。
7.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述自测试感测装置的所述检测器(115/415)包括热敏电阻器。
8.根据权利要求1所述的自测试管道环境检测器***，其中所述自测试管道环境检测器***测量所述检测器外壳(112)内的所述空间(114)的第一端部的第一压力，并且测量所述检测器外壳(112)内的所述空间(114)的第二端部的第二压力。
9.根据权利要求8所述的自测试管道环境检测器***，所述自测试管道环境检测器***还包括：
通过比较所述第一测量压力与所述第二测量压力来确定压力差。
10.根据权利要求9所述的自测试管道环境检测器***，所述自测试管道环境检测器***还包括将热敏电阻器加热到在第一时间感测的第一温度，并且比较所述第一温度与在第二时间感测的第二温度以确定温度随时间变化的速率。
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