DE102008036437B4 - Method for determining the service life of a hazard detector and hazard detector - Google Patents

Abstract

The method involves determining a filtered signal (2) of measurement- or operation value (1) of a danger warning system i.e. fire alarm, by exponentially filtering first and second orders with filter parameters, and weighted summing of results from filtering the first and second orders. A momentary increase of the filtered signal is determined from the filter parameters and another filter parameter. Information about time period until exceeding or falling below a predetermined reference value through the filtered signal is determined by increasing the filtered signal. An independent claim is also included for a danger warning system including a signal processing device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gefahrenmelders, insbesondere eines Streulichtbrandmelders mit mindestens einem Sensor, welcher Melder mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit versehen ist, mittels derer aus der zeitlichen Entwicklung von Messwerten des Sensors oder Betriebsdaten des Melders eine Information über dessen verbleibende Betriebsdauer gewonnen wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Gefahrenmelder, insbesondere zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.The invention relates to a method for operating a hazard detector, in particular a scattered light fire detector with at least one sensor, which detector is provided with at least one signal processing unit, by means of which information about its remaining operating time is obtained from the development over time of measured values of the sensor or operating data of the detector. Moreover, the invention relates to a hazard detector, in particular for carrying out the aforementioned method.

Gefahrenmelder, darunter auch Streulichtbrandmelder, wie sie beispielsweise aus der DE 103 00 868 A1 bekannt sind, werden inzwischen verbreitet, beispielsweise in der Gebäudeüberwachung, eingesetzt und sind in vielen Anwendungen einer widrigen Umgebung in Form von Staub ausgesetzt, der sich beispielsweise im Innern eines Streulichtbrandmelders an den Wänden der Messkammer absetzt.Hazard detectors, including stray light fire detectors, such as those from the DE 103 00 868 A1 are now widely used, for example in the building monitoring, used and are exposed in many applications an adverse environment in the form of dust, which settles, for example, inside a scattered light fire alarm on the walls of the measuring chamber.

Dies führt dort zu einer erhöhten Reflexion des zur Rauchmessung ausgestrahlten Lichtes an eben diesen Wänden und somit zu einer Erhöhung des Grundsignals. Unter Grundsignal ist das Signal eines Rauchmelders zu verstehen, das bei rauchfreier Luft gemessen wird. Über die Betriebszeit des Brandmelders hinweg steigt durch die zunehmende Verschmutzung das Grundsignal laufend an. Die sogenannte Alarmschwelle, bei welcher der Alarmfall durch den Brandmelder ausgelöst wird, muss daher parallel in der Signalverarbeitungseinheit um einen in der Regel gleich bleibenden Wert erhöht werden, um Falschalarme zu vermeiden. Für dieses Nachführen der Alarmschwelle existiert jedoch eine physikalische Obergrenze, die sich zum Beispiel aus der Linearität des Messsignals oder der Auflösung des Analog-Digital-Wandlers der Signalverarbeitungseinheit ergibt. Sobald der Abstand zwischen Grundsignal und Alarmschwelle nicht mehr durch eine Nachführung konstant gehalten werden kann, zeigt der Melder eine Störung an und sollte ausgetauscht werden.This leads there to an increased reflection of the light emitted to the smoke light on just these walls and thus to an increase of the basic signal. Basic signal is the signal of a smoke detector, which is measured in smoke-free air. Over the operating time of the fire detector, the basic signal continuously rises due to the increasing pollution. The so-called alarm threshold, in which the alarm is triggered by the fire detector, must therefore be increased in parallel in the signal processing unit by a value which is generally the same in order to avoid false alarms. For this tracking of the alarm threshold, however, there is a physical upper limit, resulting for example from the linearity of the measurement signal or the resolution of the analog-to-digital converter of the signal processing unit. As soon as the distance between the basic signal and the alarm threshold can no longer be kept constant by tracking, the detector indicates a fault and should be replaced.

Aus der DE 199 34 171 A1 ist ein Detektor für Umgebungszustände bekannt, der die Signale zweier Sensoren einer variablen Filterung unterzieht. Die Filterung erfolgt dabei mittels einfacher exponentieller Glättung der Signale, wobei die Filterkoeffizienten für die Signale des einen Sensors, jeweils durch die Messwerte des anderen Sensors beeinflusst werden. Die geglätteten Signale beider Sensoren werden zu einer Kombinationsfunktion verknüpft, die mit einer Alarmschwelle verglichen wird, um auf das Vorliegen einer Gefahrensituation zu schließen.From the DE 199 34 171 A1 For example, an ambient state detector is known that subjects the signals of two sensors to variable filtering. The filtering is carried out by means of simple exponential smoothing of the signals, the filter coefficients for the signals of the one sensor being influenced in each case by the measured values of the other sensor. The smoothed signals of both sensors are combined into a combination function, which is compared with an alarm threshold to infer the presence of a dangerous situation.

Aus der EP 0 721 175 A1 wiederum kennt man einen Detektor, der unempfindlich gegenüber verrauschten Signalen sein soll. Hierfür unterzieht der Detektor die Sensorsignale einer einfachen und zweifachen exponentiellen Glättung. Wenn das zweifach geglättete Signal die halbe Alarmschwelle übersteigt und größer als das einfach geglättete Signal ist, dann wird der Betrag der Differenz aus dem einfach und dem zweifach geglätteten Signal gebildet. Dieser Betrag wird dann entweder von einem der beiden geglätteten Signale abgezogen, welches dann mit einer Alarmschwelle verglichen wird oder dazu genutzt, die Alarmschwelle um diesen Betrag zu erhöhen.From the EP 0 721 175 A1 In turn, a detector is known that is insensitive to noisy signals. For this purpose, the detector subjects the sensor signals to a single and a double exponential smoothing. If the twice-smoothed signal exceeds half the alarm threshold and is greater than the single-smoothed signal, then the magnitude of the difference is formed from the single and the twice-smoothed signal. This amount is then subtracted from either of the two smoothed signals, which is then compared to an alarm threshold or used to increase the alarm threshold by that amount.

Idealerweise sollte ein Melder dauernd oder zumindest zum Zeitpunkt seiner Wartung die Dauer bis zum Erreichen der Störung berechnen und ausgeben. Der Betreiber oder Servicetechniker kann anhand dieser Information entscheiden, ob der Melder die Zeit bis zur nächsten Wartung oder Prüfung überstehen wird oder vorzeitig ausgetauscht werden sollte. Somit kann das Auftreten von verschmutzungsbedingten Störungen vermindert bzw. ein unnötiger Austausch vermieden werden, was zu einer Kostenersparnis führt.Ideally, an annunciator should constantly calculate, or at least at the time of its maintenance, the duration until the disturbance is reached. Based on this information, the operator or service technician can decide whether the detector will survive the time until the next maintenance or test or should be replaced prematurely. Thus, the occurrence of pollution-related disturbances can be reduced or unnecessary replacement can be avoided, resulting in cost savings.

Läge der tatsächlich unwahrscheinliche Fall einer konstant zunehmenden Verschmutzung vor, so ließe sich aus dem Quotienten aus der Differenz zwischen einem älteren Wert z. B. dem Startwert des Melders und dem aktuellem Wert und der dazwischen liegenden Betriebsdauer die Steigung des Grundsignals berechnen. Daraus könnte prinzipiell die noch zur Verfügung stehende Zeit bis zum Eintritt der Störung berechnet werden. In der Praxis werden sich jedoch die Umgebungsbedingungen im Laufe der Zeit immer wieder ändern, z. B. durch Umsetzen des Melders oder Änderung der Nutzung des betreffenden Raums (Teppich oder Parkett, Lager oder Büro, Klimatisierung, Handwerkerarbeiten etc.). Eine wie oben beschriebene Verschmutzungsprognose würde eine veränderliche Zu- oder Abnahme des Verstaubungsgrades aber nicht berücksichtigen und zu hohe oder zu niedrige Werte ergeben. Diese große Unsicherheit macht eine derartige Prognose sinnlos.If the actually unlikely case of a constantly increasing pollution were present, then one could use the quotient of the difference between an older value z. B. calculate the starting value of the detector and the current value and the intervening period of operation, the slope of the basic signal. This could in principle be used to calculate the remaining time until the fault occurs. In practice, however, the environmental conditions will change over time over and over again, eg. B. by moving the detector or changing the use of the space in question (carpet or parquet, warehouse or office, air conditioning, crafts, etc.). However, a prediction of pollution as described above would not take account of a variable increase or decrease in the degree of dusting and would result in values that are too high or too low. This great uncertainty makes such a prognosis pointless.

Unabhängig von der Vorgeschichte ließe sich bei Kenntnis der aktuellen Steigung des Grundsignals etwa ermitteln, dass, selbst bei einem bereits hohen Grundsignal, aber einer sehr niedrigen Steigung, immer noch eine lange Betriebsdauer zu erwarten ist. Andererseits könnte selbst ein niedriges Grundsignal bei einem schnellen Anstieg zu einer Störung noch vor der nächsten Wartung führen. Für die Berechnung der aktuellen Steigung nach der oben dargestellten Methodik muss auf wenigstens einen hinreichend weit zurückliegenden Datenwert zurückgegriffen werden, um kurzzeitige Fluktuationen auszugleichen. Zusätzlich müssen eine Vielzahl der Messwerte zwischen dem hinreichend weit zurückliegenden Datenwert und dem aktuellem Messwert für künftige Berechnungen der Steigung gespeichert werden. Dies stellt jedoch hohe Anforderungen an die Größe des internen Zwischenspeichers der Signalverarbeitungseinrichtung und deren interne Steuersoftware, also die Firmware, und findet daher in der Praxis keine Anwendung.Regardless of the previous history, knowing the current slope of the fundamental signal, it would be possible to determine that, even with an already high fundamental signal but a very low slope, a long operating time is still to be expected. On the other hand, even a low fundamental signal on a fast rise could lead to a fault before the next maintenance. In order to calculate the current slope according to the methodology described above, at least one data value that is sufficiently far back must be used to compensate for short-term fluctuations. In addition, a large number of the measured values must be stored between the sufficiently long data value and the current measured value for future calculations of the gradient become. However, this places high demands on the size of the internal buffer of the signal processing device and its internal control software, so the firmware, and therefore does not apply in practice.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Gefahrenmelders zur Verfügung zu stellen, welches bei geringem apparativem Aufwand eine zuverlässige Aussage über die verbleibende Betriebsdauer des Brandmelders bei sich ändernden Betriebsbedingungen ermöglicht und derart einen kostenreduzierten Betrieb gestattet.It is therefore an object of the present invention to provide a method for operating a hazard alarm available, which allows for low equipment cost reliable information about the remaining service life of the fire alarm under changing operating conditions and thus allows a cost-reduced operation.

Diese zunächst widersprüchlich erscheinende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das zumindest teilweise die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

• a) Ermittlung eines geglätteten Signals G_t der Mess- oder Betriebswerte g_t mittels exponentieller Glättung erster und zweiter Ordnung mit Glättungsparametern α und β und Gewichtung der Ergebnisse g * / t aus der Glättung erster Ordnung und g ** / t aus der Glättung zweiter Ordnung;
• b) Bestimmung der momentanen Steigung Ġ_t des geglätteten Signals G_t aus g * / t , g ** / t einem Glättungsparameter γ;
• c) Ermittlung der Information über die Zeitdauer bis zum vermutlichen Über- oder Unterschreiten einer vorbestimmbaren Schwelle durch das geglättete Signal G_t mittels der Steigung Ġ_t und deren Ausgabe als restliche Betriebsdauer oder Störung;

This initially contradictory object is achieved by a method which has at least partially the following method steps:

• a) Determination of a smoothed signal G _{t of} the measured or operating values g _t by means of exponential smoothing of the first and second order with smoothing parameters α and β and weighting of the results g * / t from the first-order smoothing and g ** / t from the second-order smoothing;
• b) Determination of the instantaneous slope Ġ _{t of} the smoothed signal G _t from g * / t , g ** / t a smoothing parameter γ;
• c) determination of the information about the time until the presumable exceeding or falling below a predeterminable threshold by the smoothed signal G _t by means of the slope Ġ _t and their output as the remaining operating time or fault;

Eine bevorzugte Variante des Verfahrens nutzt neben den o. g. Verfahrensschritten zusätzliche Verfahrensschritte. Diese bevorzugte Variante weist zumindest teilweise die folgenden Verfahrensschritte auf:

• a) Vorgabe der Glättungsparameter α, β und γ;
• b) Ermittlung einiger Messwerte g des Sensors, Bestimmung eines Startwertes g₀ für einen Zeitpunkt t = 0 aus der Mittelung dieser Messwerte g zu einem bestimmten Zeitpunkt, Verwendung des Mittelwerts als Funktionswert g * / 0 zu diesem Zeitpunkt;
• c) Ermittlung des Mess- oder Betriebswertes g_t zu einem nach t = 0 liegenden Zeitpunkt t;
• d) Exponentielle Glättung des Mess- oder Betriebswerts g_t zum geglätteten Wert g * / t durch Bildung der gewichteten Summe von g_t und dem Ergebnis einer vorangegangenen Glättung g * / t-1 sowie dem Glättungsparameter α;
• e) Exponentielle Glättung von g * / t zum geglätteten Wert zweiter Ordnung g ** / t durch Bildung der gewichteten Summe von g * / t und dem Ergebnis einer vorangegangenen Glättung zweiter Ordnung g ** / t-1 , sowie dem Glättungsparameter β;
• f) Ermittlung eines geglätteten (Grund-)Signals G_t aus einer gewichteten Summe von g * / t und g ** / t ;
• g) Bestimmung der momentanen Steigung Ġ_t des geglätteten (Grund-)Signals G_t;
• h) Ermittlung der Information über die Zeitdauer bis zum vermutlichen Über- oder Unterschreiten einer vorbestimmbaren Schwelle durch das geglättete Signal G_t mittels der Steigung Ġ_t und deren Ausgabe als restliche Betriebszeit oder Störung;
• i) Wiederholung der Verfahrensschritte c) bis h) zu Zeitpunkten t + 1, t + 2, ..., t + n.

A preferred variant of the method uses, in addition to the abovementioned method steps, additional method steps. This preferred variant has at least partially the following method steps:

• a) specification of the smoothing parameters α, β and γ;
• b) Determination of some measured values g of the sensor, determination of a starting value g ₀ for a time t = 0 from the averaging of these measured values g at a certain time, use of the mean value as a function value g * / 0 at this time;
• c) determination of the measured or operating value g _t at a time t after t = 0;
• d) Exponential smoothing of the measured or operating value g _t to the smoothed value g * / t by forming the weighted sum of g _t and the result of a previous smoothing g * / t-1 and the smoothing parameter α;
• e) Exponential smoothing of g * / t to the smoothed value of second order g ** / t by forming the weighted sum of g * / t and the result of a previous second-order smoothing g ** / t-1 , as well as the smoothing parameter β;
• f) determination of a smoothed (basic) signal G _t from a weighted sum of g * / t and G ** / t ;
• g) determining the instantaneous slope Ġ _{t of} the smoothed (fundamental) signal G _t ;
• h) determination of the information about the time until the presumable exceeding or falling below a predeterminable threshold by the smoothed signal G _t by means of the slope Ġ _t and their output as the remaining operating time or fault;
• i) repetition of the method steps c) to h) at times t + 1, t + 2, ..., t + n.

Das Verfahren beruht also unter anderem darauf, dass mittels mindestens eines Glättungsfaktors der Einfluss älterer Datenwerte auf den aktuellen Wert bestimmt wird. Je kleiner der oder die Glättungswerte, umso stärker ist der Einfluss der vergangenen Daten und umso starker ist die Glättung. Der geglättete Wert folgt bei Trendänderungen dem ursprünglichen Wert mit einem zeitlichen Abstand. Um dennoch zeitnah Trends erkennen zu können, erfolgt eine zweite exponentielle Glättung (exponentielle Glättung zweiter Ordnung) der einfach geglätteten Werte sowie eine gewichtete Verrechnung beider Werte aus erster und zweiter Ordnung miteinander. Der neue Datenwert enthält deutlich weniger Schwankungen als die Rohdaten, folgt aber Trendänderungen schneller als die nur einfach oder zweifach geglätteten Werte. Der Glättungswert bestimmt auch hier die Geschwindigkeit der Anpassung. Weiterhin lässt sich gleichzeitig die Steigung der geglätteten Kurve errechnen. Auch hier beeinflussen der oder die Glättungsfaktoren, wie schnell die Steigungsberechnung dem kurzfristigen Kurvenverlauf folgt.Among other things, the method is based on the fact that the influence of older data values on the current value is determined by means of at least one smoothing factor. The smaller the smoothing value (s), the stronger the influence of the past data and the stronger the smoothing. The smoothed value follows the original value with a time interval when the trend changes. Nevertheless, in order to be able to recognize trends promptly, a second exponential smoothing (exponential smoothing of the second order) of the simply smoothed values as well as a weighted calculation of both values of the first and second order take place together. The new data value contains significantly fewer fluctuations than the raw data, but follows trend changes faster than the values that are only smoothed once or twice. The smoothing value also determines the speed of the adjustment here. Furthermore, the slope of the smoothed curve can be calculated at the same time. Again, the smoothing factor or factors influence how fast the slope calculation follows the short-term curve.

Die Methode der exponentiellen Glättung erster und zweiter Ordnung kann also sowohl eingesetzt werden, um die Werte eines gemessenen Signals oder anderer Betriebsdaten wie dem Energieverbrauch eines Gefahrenmelders zu glätten, also kurzzeitige Schwankungen zu entfernen, als auch um gleichzeitig eine Prognose über die Zeit bis zum Erreichen einer gewissen, die Betriebsdauer des Melders begrenzenden Schwelle zu erstellen, wie z. B. des Verschmutzungsgrades oder der restlichen einem Energiespeicher entnehmbaren Energie.The method of first and second order exponential smoothing can therefore be used both to smooth out the values of a measured signal or other operating data such as the energy consumption of a hazard alarm, ie to remove short-term fluctuations, and at the same time to forecast the time to reach it a certain, the operating period of the detector limiting threshold to create such. B. the degree of pollution or the rest of an energy storage removable energy.

Das zu messende Grundsignal und/oder die entsprechenden Betriebsdaten g_t werden zu Zeitpunkten t bzw. jeweils nach dem Verstreichen eines entsprechenden Zeitintervalls Δt aufgenommen. Um schnelle Schwankungen oder Signalanstiege zu glätten bzw. zu dämpfen müssen die Glättungsparameter α, β und γ klein gewählt werden. Dabei gelten 0 < α < 1, 0 < β < 1 und 0 < γ < 1, wobei in der Regel, jedoch nicht ausschließlich, α = β = γ gilt.The basic signal to be measured and / or the corresponding operating data g _t are recorded at times t or in each case after the lapse of a corresponding time interval Δt. To smooth or dampen rapid fluctuations or signal increases, the smoothing parameters α, β and γ must be selected to be small. In this case, 0 <α <1, 0 <β <1 and 0 <γ <1, where as a rule, though not exclusively, α = β = γ holds.

Das geglättete Grundsignal bzw. die geglätteten Betriebsdaten G_t berechnen sich nach g * / t = α·g_t + (1 – α)·g * / t-1 (exponentielle Glättung erster Ordnung) g ** / t = β·g * / t + (1 – β)·g ** / t-1 (exponentielle Glättung zweiter Ordnung) sowie G_t = 2·g * / t – g ** / t (gewichtete Summe), wobei t – 1 gleichbedeutend mit t – Δt ist.The smoothed basic signal or the smoothed operating data G _{t are} calculated according to * g / t = α · g _t + (1 - α) · g * / t-1 (first-order exponential smoothing) g ** / t = β · g * / t + (1-β) · g ** / t-1 (second order exponential smoothing) such as G _t = 2 * g * / t - g ** / t (weighted sum), where t - 1 is t - Δt.

Die Steigung Ġ_t der geglätteten Kurve G_t zum Zeitpunkt t berechnet sich nach Ġ_t = m_t = γ / 1 – γ·(g * / t – g ** / t) The slope Ġ _{t of} the smoothed curve G _t at time t is calculated according to Ġ _t = m _t = γ / 1 - γ · (g * / t - g ** / t)

Dabei lassen sich mit γ = 1/A die folgenden Vereinfachungen bzw. Abschätzungen machen:

für γ << 1 bzw. A >> 1,
woraus sich die Steigung m_t zu m_t = γ·(g * / t – g ** / t) ergibt.The following simplifications or estimates can be made with γ = 1 / A:

for γ << 1 or A >> 1,
hence the slope m to _t m _t = γ · (g * / t - g ** / t) results.

Bei Annahme eines linearen Kurvenverlaufs in der Zukunft lässt sich der Zeitpunkt t_V berechnen, bei der eine definierte Signalhöhe oder ein definierter Betriebsdatenwert g_V erreicht werden wird. Dabei muss von dem geglätteten Wert G_t ausgegangen werden, um kurzfristige Signalschwankungen, bspw. durch Staubteilchen bzw. Verbrauchsspitzen oder dergleichen, auszugleichen, auch wenn G_t aufgrund der starken Dämpfung vom tatsächlichen Mess- oder Betriebsdatenwert g_t abweichen kann.Assuming a linear curve in the future, the time t _V at which a defined signal level or a defined operating data value g _{V will be} achieved can be calculated. It must be assumed that the smoothed value G _t to compensate for short-term signal fluctuations, for example by dust particles or consumption peaks or the like, even if G _t may differ due to the strong attenuation of the actual measurement or operating data g _t .

Mit

lässt sich der Zeitpunkt t_V zu

bestimmen.With

the time t _V can be

determine.

In der Praxis tauglicher ist hierbei die Bestimmung eines sogenannten Countdown-Wertes t_c bis zum Eintritt der Störung durch z. B. Verschmutzung oder Energiemangel zu

aus welchem sich die tatsächlich verbleibende Zeit durch Multiplikation mit dem Messintervall Δt (bspw. 60 Sekunden) zu T_C = t_c·Δt ergibt.In practice, this is the determination of a so-called countdown value t _c until the occurrence of the disturbance by z. As pollution or lack of energy

from which the actual remaining time increases by multiplication with the measuring interval Δt (for example 60 seconds) T _C = t _c · Δt results.

Bei geeigneter Wahl des Glättungswertes können also temporäre Schwankungen des Grundsignals oder der Betriebsdaten, die z. B. durch Staubteilchen bei Bauarbeiten bzw. Verbrauchsspitzen durch häufiges Testen verursacht werden, herausgefiltert werden. Die Wirkungsweise entspricht dann etwa einer gleitenden Mittelwertbildung über eine Vielzahl von Messwerten, die einen Bereich in der Größenordnung von mehreren Tagen abdecken.With a suitable choice of the smoothing value so can temporary fluctuations of the basic signal or the operating data, the z. B. by dust particles during construction or consumption peaks caused by frequent testing are filtered out. The mode of action then corresponds approximately to a moving averaging over a multiplicity of measured values covering a range of the order of magnitude of several days.

Das beschriebene Verfahren löst somit die oben beschriebene Aufgabe: Das Grundsignal bzw. eine Betriebsdatenfolge werden geglättet. Gleichzeitig kann zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Steigung des Grundsignals bzw. der Betriebsdatenfolge ermittelt und so eine Störungsprognose erstellt werden, wofür bei einer Variante des Verfahrens aus den gewichteten Durchschnitten von g * / t und g ** / t ein Prognosewert g P / t+r für einen in der Zukunft liegenden Zeitpunkt t + r ermittelt wird.The described method thus solves the above-described problem: the basic signal or an operating data sequence is smoothed. At the same time, the current slope of the basic signal or of the operating data sequence can be determined at any time and a fault prognosis can be created, for which, in a variant of the method, the weighted averages of g * / t and G ** / t a forecast value g P / t + r for a future time t + r is determined.

Bei einer ebenfalls zweckmäßigen Variante des Verfahrens werden nach einer Messung nur der rechnerisch bestimmte, einfach geglättete Wert g * / t und der zweifach geglättete Wert g ** / t in einem Speichermittel zur weiteren Verwendung abgelegt und stehen nach der Zeit Δt als Werte g * / t-1 und g ** / t-1 zur Verfügung, denn für die Glättung und Prognose müssen im Gegensatz zu anderen Methoden keine Daten außer denen der vorherigen Berechnung gespeichert werden. Dadurch wird interner Speicherplatz eingespart. Da also verfahrensbedingt pro Signal bzw. Datenfolge jeweils nur zwei alte Datenwerte im Speicher vorgehalten werden müssen, eignet sich die exponentielle Glättung besonders für den Einsatz in mit Mikrocontrollern versehenen Signalverarbeitungseinrichtungen.In a likewise expedient variant of the method, only the mathematically determined, simply smoothed value g is determined after a measurement * / t and the twice-smoothed value g ** / t stored in a memory means for further use and stand after the time .DELTA.t as g values * / t-1 and G ** / t-1 For smoothing and forecasting, unlike other methods, there is no need to save any data except those from the previous calculation. This saves internal storage space. Since, in terms of the method, only two old data values have to be stored in memory per signal or data sequence, the exponential smoothing is particularly suitable for use in signal processing devices provided with microcontrollers.

Um das Problem einer Division durch zu große Integer-Zahlen in der Signalverarbeitungseinrichtung zu umgehen, kann eine Variante des Verfahrens darin bestehen, dass dadurch gekennzeichnet, dass von dem jeweiligen Messwert g_t ein Offset g⁰ abgezogen wird, so dass bei einer Analog-Digital-Wandlung keine Informationen verloren gehen.In order to avoid the problem of a division by too large integer numbers in the signal processing device, a variant of the method may consist in that an offset g ^{0 is} subtracted from the respective measured value g _t , so that in the case of an analog-digital Conversion no information is lost.

Bei einer weiteren Variante des Verfahrens wird nach jeder Messung der in Verfahrensschritt b) bzw. g) bestimmte Steigungswert Ġ_t mit einem vorgebbaren, in einem Speicherelement abgelegten Wert verglichen. Über die Berechnung der aktuellen Steigung kann dann überprüft werden, ob die von den Normen maximal erlaubte Steigung der Signalnachführung überschritten wird. In diesem Fall können Maßnahmen wie eine Erhöhung der Dämpfung oder ein Abbruch der Nachführung ergriffen werden. In a further variant of the method, after each measurement, the slope value Ġ _t determined in method step b) or g) is compared with a predefinable value stored in a memory element. By calculating the current slope, it is then possible to check whether the maximum permitted slope of the signal tracking is exceeded by the standards. In this case, measures such as increasing the damping or stopping the tracking can be taken.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Brandmelder, bei welchem der Signalverarbeitungseinrichtung ein Mikrocontroller zugeordnet ist, der aufeinander folgende Messwerte g_t mindestens eines Sensors und/oder Betriebsdaten des Brandmelders einer mehrfachen exponentiellen Glättung unterzieht und eine Information zur restlichen Betriebsdauer des Brandmelders erzeugt und ausgibt.The object is also achieved by a fire detector in which the signal processing device is assigned a microcontroller, which subjects successive measured values g _{t of} at least one sensor and / or operating data of the fire detector to multiple exponential smoothing and generates and outputs information on the remaining service life of the fire detector.

Weitere vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Brandmelders ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the fire detector according to the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Figuren in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt dieThe invention is explained below with reference to figures in the drawing. It shows the

1 ein Diagramm mit einer Kurve von Messpunkten sowie einer geglätteten Kurve; 1 a diagram with a curve of measuring points and a smoothed curve;

2 ein Diagramm mit der geglätteten Kurve aus der 1 mit Steigungen zu verschiedenen Zeitpunkten; 2 a diagram with the smoothed curve from the 1 with gradients at different times;

3–5 verschiedene Beispiele von digitalen Filtern zur Glättung der jeweiligen Messwerte zum geglätteten Grundsignal und zur Bestimmung eines Prognosewerts. 3 - 5 various examples of digital filters for smoothing the respective measured values to the smoothed fundamental signal and for determining a prognosis value.

In der 1 ist ein Diagramm gezeigt, welches eine mögliche Entwicklung eines Rauchmeldermesssignals zeigt, wobei zunächst das gemessene Signal g_t (1) eines Brandmelders punktweise in beliebigen Einheiten über der Zeit t aufgetragen ist. Aufgrund der Vielzahl der gemessenen Punkte nach vorbestimmten Zeitintervallen sind die Einzelpunkte hier nur dann aufzulösen, wenn sie sich markant vom sonstigen Kurvenverlauf als Ausreißer abheben. Über die Vielzahl von Messpunkten ist als weiße Kurve das aus den Messpunkten ermittelte, geglättete Grundsignal G_t (2) gelegt, wobei zu erkennen ist, dass durch die zweifache exponentielle Glättung die geglätteten Werte G_t (2) den tatsächlichen Werten (1) zeitlich etwas nachlaufen, ansonsten der Trend aber sehr gut abgebildet wird. Weiter ist in dem Diagramm der 1 eine horizontale, gestrichelte Linie (3) zu erkennen, die das maximal zulässige Grundsignal darstellt, bis zu deren Wert ein fester Betrag zu dem durch fortlaufende Verschmutzung ansteigenden, geglätteten Grundsignal G_t (2) hinzuaddiert werden kann. Der durch die vertikale gestrichelte Linie (4) bezeichnete Zeitpunkt (5), zu welchem das gemessene und das geglättete Signal (1, 2) im wesentlichen gleichzeitig diese Schwelle (3) erreichen, bildet denjenigen Zeitpunkt (5), zu welchem der Melder ersetzt werden muss und der durch Berechnung der Steigung des geglätteten Grundsignals (2) bestimmbar ist.In the 1 is a diagram showing a possible development of a smoke detector measuring signal, wherein first the measured signal g _t ( 1 ) of a fire detector is plotted point by point in arbitrary units over the time t. Due to the large number of measured points after predetermined time intervals, the individual points are only to be resolved here if they stand out markedly from the other curve as outliers. By way of the multiplicity of measuring points, the smoothed basic signal G _t () determined from the measuring points is shown as a white curve. 2 ), where it can be seen that the two-fold exponential smoothing causes the smoothed values G _t (FIG. 2 ) the actual values ( 1 ) run a little bit in time, otherwise the trend is very well mapped. Next is in the diagram of 1 a horizontal, dashed line ( 3 ), which represents the maximum permissible basic signal, up to the value of which a fixed amount is added to the smoothed basic signal G _t (rising through continuous contamination). 2 ) can be added. The vertical dashed line ( 4 ) designated time ( 5 ), to which the measured and the smoothed signal ( 1 . 2 ) substantially simultaneously this threshold ( 3 ), forms the date ( 5 ), to which the detector must be replaced and which is calculated by calculating the slope of the smoothed fundamental signal ( 2 ) is determinable.

In der 2 ist das gemessene Signal g_t (1) in dem Diagramm weggelassen und nur das geglättete Grundsignal G_t (2) über die Zeit aufgetragen. Gleichzeitig sind mit zwei strichpunktierten Linien (6, 7) Steigungen dieses geglätteten Grundsignals (2) zu verschiedenen Zeiten dargestellt. Es ist hierbei erkennbar, dass in einem Zeitbereich von etwa 5000 (beliebigen) Einheiten die Steigung (6) des geglätteten Signals (2) zunächst eine kürzere noch zu erwartende Lebensdauer des Brandmelders bis zu seinem Ersatz angibt. Aufgrund der späteren Signalentwicklung ändert sich die Steigung (6, 7) des geglätteten Grundsignals G_t (2) jedoch und eine korrekte Prognose über den Zeitpunkt des vermutlichen Ersatzes des Melders ist möglich.In the 2 is the measured signal g _t ( 1 ) omitted in the diagram and only the smoothed fundamental signal G _t ( 2 ) over time. At the same time, two dash-dotted lines ( 6 . 7 ) Slopes of this smoothed fundamental signal ( 2 ) at different times. It can be seen here that in a time range of about 5000 (arbitrary) units the slope ( 6 ) of the smoothed signal ( 2 ) first indicates a shorter expected life of the fire detector until its replacement. Due to the later signal development, the slope changes ( 6 . 7 ) of the smoothed fundamental signal G _t ( 2 ), however, and a correct prognosis about the time of the probable replacement of the detector is possible.

In den 1 und 2 wurde beispielhaft die Wirkung der oben beschriebenen Glättung auf das Messsignal (1) eines Streulichtrauchmelders und die Anwendung des erfinderischen Verfahrens auf dieses Signal gezeigt. Es ist aber ebenso denkbar, das Verfahren auf eine Betriebsdatenfolge von Parametern wie z. B. den Energieverbrauch oder den Inhalt eines Energiespeichers, der zur Energieversorgung des Melders dient, anzuwenden, die ebenso wie die Verschmutzung der Messkammer eines Streulichtbrandmelders Auswirkungen auf die restliche Betriebsdauer des Melders haben.In the 1 and 2 was exemplified the effect of the above-described smoothing on the measurement signal ( 1 ) of a scattered light smoke detector and the application of the inventive method to this signal. However, it is also conceivable that the method is based on an operating data sequence of parameters such. B. the energy consumption or the content of an energy storage, which serves to power the detector to apply, which have as well as the pollution of the measuring chamber of a stray light fire detector effects on the remaining service life of the detector.

In den 3 bis 5 sind verschiedene, dem Mikrokontroller des Brandmelders zugeordnete digitale Filterstrukturen dargestellt, welche in Software oder Hardware realisiert sein können und die jeweils ausgehend von dem gemessenen Signal (1) bzw. den Betriebsdaten g_t (1) auf dieses verschiedene Filteroperationen anwenden, so dass durch die Struktur der 3 der einfach geglättete Wert g * / t (8), durch die Struktur der 4 der zweifach geglättete Wert g ** / t (9) und schließlich durch die Struktur der 5 das geglättete Grundsignal bzw. die geglättete Betriebsdatenfolge G_t (2) zu einem Zeitpunkt t erzeugbar sind.In the 3 to 5 Various digital filter structures assigned to the microcontroller of the fire detector are shown, which can be implemented in software or hardware and which are each determined from the measured signal (FIG. 1 ) or the operating data g _t ( 1 ) apply to this different filtering operations, so that through the structure of 3 the simply smoothed value g * / t ( 8th ), by the structure of 4 the twice smoothed value g ** / t ( 9 ) and finally through the structure of 5 the smoothed basic signal or the smoothed operating data sequence G _t ( 2 ) can be generated at a time t.

In den 3 bis 5 stellen die Dreiecke Multiplizierer (10) dar, die deren Eingangssignal z. B. g_t (1), g * / t (8) oder g * / t-1 (8) mit dem daneben stehenden Faktor (11) multiplizieren. Die mit „+” gekennzeichneten Elemente sind Addierer (12), welche die von links, oben und unten kommenden Eingangssignale summieren und die Summe dieser Signale als Ausgangssignal rechts ausgeben. Die mit „T” gekennzeichneten Elemente stellen Zeitglieder (13) dar, welche als Speichermittel die an Ihrem Eingang anliegenden Werte g * / t und g ** / t zwischenspeichern und an ihrem Ausgang die jeweiligen Werte des vorangegangenen Zeitpunktes t – 1 als g * / t-1 (8) und g ** / t-1 (9) bereit stellen.In the 3 to 5 put the triangles multiplier ( 10 ), the input signal z. G _t ( 1 g * / t ( 8th ) or g * / t-1 ( 8th ) with the adjacent factor ( 11 multiply). The elements marked with "+" are adders ( 12 ) which sum the input signals coming from the left, top and bottom and output the sum of these signals as the output signal on the right. The elements marked with "T" represent timers ( 13 ), which serve as storage means the values applied to your input g * / t and G ** / t store at their output the respective values of the preceding time t - 1 as g * / t-1 ( 8th ) and G ** / t-1 ( 9 ) provide.

Claims (13)

Verfahren zum Betrieb eines Gefahrenmelders mit mindestens einem Sensor, welcher Melder mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit versehen ist, mittels derer aus der zeitlichen Entwicklung von Messwerten g_t des Sensors oder Betriebswerten des Melders eine Information über dessen verbleibende Betriebsdauer gewonnen wird, mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten: a) Ermittlung eines geglätteten Signals G_t (2) der Mess- oder Betriebswerte g_t (1) mittels exponentieller Glättung erster und zweiter Ordnung mit Glättungsparametern α (11) und β (11) und gewichteter Summierung der Ergebnisse g * / t (8) aus der Glättung erster Ordnung und g ** / t (9) aus der Glättung zweiter Ordnung; b) Bestimmung der momentanen Steigung Ġ_t des geglätteten Signals G_t (2) aus g * / t (8), g ** / t (9) und einem Glättungsparameter γ; c) Ermittlung der Information über die Zeitdauer bis zum vermutlichen Über- oder Unterschreiten einer vorbestimmbaren Schwelle durch das geglättete Signal G_t (2) mittels der Steigung Ġ_t und deren Ausgabe als restliche Betriebsdauer oder Störung.Method for operating a hazard detector with at least one sensor, which detector is provided with at least one signal processing unit, by means of which information about its remaining operating time is obtained from the development over time of measured values g _{t of} the sensor or operating values of the detector, with at least the following method steps: a) determination of a smoothed signal G _t ( 2 ) of the measured or operating values g _t ( 1 ) by means of exponential smoothing of first and second order with smoothing parameters α ( 11 ) and β ( 11 ) and weighted summation of results g * / t ( 8th ) from the first-order smoothing and g ** / t ( 9 ) from the second-order smoothing; b) determination of the instantaneous slope Ġ _{t of} the smoothed signal G _t ( 2 ) from g * / t ( 8th g ** / t ( 9 ) and a smoothing parameter γ; c) determination of the information about the time until the presumed exceeding or falling below a predeterminable threshold by the smoothed signal G _t ( 2 ) by means of the slope Ġ _t and its output as the remaining operating time or fault. Verfahren zum Betrieb eines Gefahrenmelders mit mindestens einem Sensor, welcher Melder mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit versehen ist, mittels derer aus der zeitlichen Entwicklung von Messwerten g_t (1) des Sensors oder Betriebswerten (1) des Melders eine Information über dessen verbleibende Betriebsdauer gewonnen wird, mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten: a) Vorgabe der Glättungsparameter (11) α, β und γ; b) Bestimmung eines Startwertes g₀ für einen Zeitpunkt t = 0; c) Ermittlung des Mess- oder Betriebswertes g_t (1) zu einem nach t = 0 liegenden Zeitpunkt t; d) Exponentielle Glättung des Mess- oder Betriebswerts g_t (1) zum geglätteten Wert g * / t (8) durch Bildung der gewichteten Summe von g_t (1) und dem Ergebnis einer vorangegangenen Glättung g * / t-1 (8) sowie dem Glättungsparameter (11) α; e) Exponentielle Glättung von g * / t (8) zum geglätteten Wert zweiter Ordnung g ** / t (9) durch Bildung der gewichteten Summe von g * / t (8) und dem Ergebnis einer vorangegangenen Glättung zweiter Ordnung g ** / t-1 (9) sowie dem Glättungsparameter (11) β; f) Ermittlung eines geglätteten Signals G_t (2) aus einer gewichteten Summe von g * / t (8) und g ** / t (9); g) Bestimmung der momentanen Steigung Ġ_t des geglätteten Signals G_t (2) aus g * / t (8), g ** / t (9) und dem Glättungsparameter (11) γ; h) Ermittlung der Information über die Zeitdauer bis zum vermutlichen Über- oder Unterschreiten einer vorbestimmbaren Schwelle durch das geglättete Signal G_t (2) mittels der Steigung Ġ_t und deren Ausgabe als restliche Betriebszeit oder Störung; i) Wiederholung der Verfahrensschritte c) bis h) zu Zeitpunkten t + 1, t + 2, ..., t + n.Method for operating a hazard detector with at least one sensor, which detector is provided with at least one signal processing unit, by means of which the time development of measured values g _t ( 1 ) of the sensor or operating values ( 1 ) of the detector over the remaining operating time is obtained, with at least the following method steps: a) specification of the smoothing parameters ( 11 ) α, β and γ; b) determining a starting value g ₀ for a time t = 0; c) Determination of the measurement or operating value g _t ( 1 ) to a time t after t = 0; d) Exponential smoothing of the measurement or operating value g _t ( 1 ) to the smoothed value g * / t ( 8th ) by forming the weighted sum of g _t ( 1 ) and the result of a previous smoothing g * / t-1 ( 8th ) as well as the smoothing parameter ( 11 ) α; e) Exponential smoothing of g * / t ( 8th ) to the smoothed value of second order g ** / t ( 9 ) by forming the weighted sum of g * / t ( 8th ) and the result of a previous second-order smoothing g ** / t-1 ( 9 ) as well as the smoothing parameter ( 11 ) β; f) determination of a smoothed signal G _t ( 2 ) from a weighted sum of g * / t ( 8th ) and G ** / t ( 9 ); g) determination of the instantaneous slope Ġ _{t of} the smoothed signal G _t ( 2 ) from g * / t ( 8th g ** / t ( 9 ) and the smoothing parameter ( 11 ) γ; h) determination of the information about the time duration until the presumed exceeding or falling below a predeterminable threshold by the smoothed signal G _t ( 2 ) by means of the slope Ġ _t and its output as the remaining operating time or fault; i) repetition of the method steps c) to h) at times t + 1, t + 2, ..., t + n. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefahrenmelder ein Rauchmelder mit einem Streulichtrauchsensor ist, und dass als Messwerte g_t (1) die Messwerte des Rauchsensors verwendet werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the hazard detector is a smoke detector with a scattered light smoke sensor, and that as measured values g _t ( 1 ) the measured values of the smoke sensor are used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebswerte g_t (1) Spannungswerte eines Energiespeichers und/oder Energieverbrauchswerte des Melders und/oder der restliche Energieinhalt eines Speichers verwendet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized in that as operating values g _t ( 1 ) Voltage values of an energy storage and / or energy consumption values of the detector and / or the remaining energy content of a memory can be used. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gewichteten Durchschnitten g * / t (8) und g ** / t (9) ein Prognosewert g P / t+r für einen in der Zukunft liegenden Zeitpunkt t + r ermittelt wird.Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that from the weighted averages g * / t ( 8th ) and G ** / t ( 9 ) a forecast value g P / t + r for a future time t + r is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Information über die restliche Betriebsdauer des Brandmelders durch einen Zeitpunkt oder eine Zeitdauer ausgedrückt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the information about the remaining service life of the fire alarm is expressed by a time or a period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zum jeweiligen Zeitpunkt t ermittelte geglättete Signal G_t (2) als Grundsignal gedeutet wird und durch Addition eines festen Wertes eine Alarmschwelle des Brandmelders festgelegt wird.Method according to one of Claims 3 to 6, characterized in that the smoothed signal G _t (t) determined at the respective instant t 2 ) is interpreted as a basic signal and by adding a fixed value, an alarm threshold of the fire alarm is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Messung der in Verfahrensschritt b) bzw. g) bestimmte Steigungswert Ġ_t mit einem vorgebbaren, in einem Speicherelement abgelegten Wert verglichen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after each measurement, the slope value Ġ _t determined in method step b) or g) is compared with a predefinable value stored in a memory element. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Messung nur die rechnerisch bestimmten, einfach und zweifach geglätteten Werte g * / t (8) und g ** / t (9) in einem Speichermittel zur weiteren Verwendung abgelegt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after a measurement only the mathematically determined, singly and doubly smoothed values g * / t ( 8th ) and G ** / t ( 9 ) are stored in a storage means for further use. Gefahrenmelder, insbesondere Brandmelder, der mit einer Signalverarbeitungseinrichtung versehen ist, welcher wiederum ein Mikrocontroller zugeordnet ist, der einen vorliegenden Messwert (1) mindestens eines Sensors oder Betriebsdaten (1) des Brandmelders einer mehrfachen exponentiellen Glättung unterzieht, die momentane Steigung des geglätteten Signals G_t (2) ermittelt, und daraus eine Information zur Betriebsdauer des Brandmelders erzeugt und ausgibt, wobei das geglättete Signal G_t (2) aus einer gewichteten Summe eines einfach geglätteten Signals g * / t (8) und eines zweifach geglätteten Signals g ** / t (9) gewonnen wird.Hazard detector, in particular fire alarm, which is provided with a signal processing device, which in turn is assigned a microcontroller, which has a present measured value ( 1 ) at least one sensor or operating data ( 1 ) of Fire detector of multiple exponential smoothing, the instantaneous slope of the smoothed signal G _t ( 2 ) and generates and outputs information about the operating time of the fire detector, the smoothed signal G _t ( 2 ) from a weighted sum of a simply-smoothed signal g * / t ( 8th ) and a twice-smoothed signal g ** / t ( 9 ) is won. Gefahrenmelder, insbesondere Brandmelder, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokontroller aus dem geglätteten Signal (2) sowie einem festgelegten oder ggf. von Messwerten weiterer Sensoren beeinflussbaren Wert eine Alarmschwelle des Brandmelders erzeugt.Hazard detector, in particular fire detector, according to claim 10, characterized in that the microcontroller from the smoothed signal ( 2 ) as well as an alarm threshold of the fire detector which can be influenced or possibly influenced by measured values of further sensors. Gefahrenmelder, insbesondere Brandmelder, nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokontroller bei Überschreiten zulässiger Steigungswerte eine Anpassung von Rechenparametern oder eine Störungsmeldung veranlasst.Hazard detector, in particular fire alarm, according to one of claims 10 or 11, characterized in that the microcontroller causes an adaptation of calculation parameters or a fault message when exceeding allowable slope values. Gefahrenmelder, insbesondere Brandmelder, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokontroller mit wenigstens einem digitalen Filter (14) versehen ist, welches die exponentielle Glättung des Messwerts (1) durchführt.Hazard detector, in particular fire detector, according to one of the preceding claims, characterized in that the microcontroller with at least one digital filter ( 14 ), which measures the exponential smoothing of the measured value ( 1 ).

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