DE2907546C2

DE2907546C2 - Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder

Info

Publication number: DE2907546C2
Application number: DE2907546A
Authority: DE
Inventors: Dov Savion Spector; Yechiel Tel Aviv Spector
Original assignee: Spectronix Ltd
Current assignee: Spectronix Ltd
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1984-09-13
Also published as: IL54137A; GB2020870B; IL54137A0; US4199682A; DE2907546A1; GB2020870A

Description

Strahlung aus dem UV-Spektrum im Bereich von 0,20—033 μΐη erfaßt wird. Dieser Flammendetektor ist nicht als gleichzeitiger Feuer- und Explosionsmelder geeignet, da er den IR-Bereich überhaupt nicht erfaßt

Aufgabe der Erfindung ist es gegenüber dem obigen Stand der Technik, einen elektrischen Feuer- und Explosionsmelder der eingangs genannten Art zu schaffen, der unabhängig von Störungen durch das sichtbare Licht ist und bei hoher Empfindlichkeit kurzzeitige Störungen unterdrückt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Wellenlängenbereich ausschließlich im Ultraviolettspektrum liegt und daß der UV-Detektor Impulse abgibt, die in einem nachfolgenden Zähler über eine durch eine monostabile Kippstufe bestimmte Zeit gezählt werden, wobei nur bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstands das erste Meldesignal weitergegeben wird.

Dadurch, daß auch der erste Wellenlängenbereich ebenso wie der zweite Wellenlängenbereich außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, wird eine Unabhängigkeit von Störungen durch das sichtbare Licht und damit eine hohe Empfindlichkeit erreicht, die trotzdem bei kurzzeitigen Störungen nicht zur Alarmauslösung führt, da das erste Meldesignal nur unter den vorgenannten Bedingungen weitergegeben, also wirksam gemacht wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Aujführungsformen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des grundsätzlichen Aufbaus eines Feuer- und Explosionsmelders, in dem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Signalverarbeitungsschaltung nach F i g. 3 vorgesehen ist;

F i g. 2 eine Kurvendarstellung des Drucks als Funktion der Zeit wiihrend einer Explosion;

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsschaltung, die in dem Feuer- und Explosionsmelder nach F i g. 1 vorgesehen sein kann;

Fig.4 ein Blockschaltbild eines Feuer- und Explosionsmelders, der nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist und arbeitet.

Der in der F i g. 1 gezeigte Feuer- und Explosionsmelder weist einen IR-Detektor 30 und einen UV-Detektor 32 auf. Der IR-Detektor 30 kann ein beliebiger geeigneter IR-Detektcr für den Wellenlängenbereich von 1,5 bis 3,0 μπι sein; er erhält seine Betriebsspannung typischerweise aus einer 12 V- oder 24 V-Gleichspannungsversorgung über einen Stabilisator 34. Ein solcher IR-Detektor ist das Modell P398R der Firma Hamamatsu TVCo.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erfaßte Wellenlängenbereich des IR-Detektors 30 auf 2,5 bis 2,75 μηι beschränkt. Die Strahlung bei diesen Wellenlängen wird von der Erdatmosphäre im wesentlichen absorbiert, so daß die Fehlalarmrate sinkt.

Der UV-Detektor 32 ist typischerweise ein Detektor ähnlich dem im Edison Modell 630 der Fa. Mc-Graw-Edison Company, V.St.A., eingesetzten und arbeitet im Wellenbereich bis 0,3 μιτι.

Sowohl der IR-Detektor als auch der UV-Detektor 32 arbeiten außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs. Infolgedessen arbeiten sie mit verhältnismäßig hoher Empfindlichkeit, ohne dabei die unannehmbar hohe Fehlalarmquote aufzuweisen, die beim Erlassen von sichtbarem Licht unvermeidbar wäre.

Das Ausgangssignal des IR-Detektors 30 geht an einen Vorverstärker 40, dessen verstärktes Ausgangssignal auf eine Schwellenwertschaltung 42 geht Entsprechend wird das Ausgangssignal des UV-Detektors 32 auf einen Vorverstärker 44 gegeben, dessen verstärktes Ausgangssignal auf eine Schwellenwertschaltung 46 geht. Die Ausgangssignale der Schwellenwertschahungen 42,46 werden auf eine Logik 48 gegeben, in der sie durch eine UND-Schaltung verknüpft werden. Die Ausgangsmeldung, die die UND-Schaltung in der Logik 48 bei gleichzeitigem Vorliegen von Alarmsignalen aus der Schwellenwertschaltung 42 und 46 abgibt, geht auf eine Nutzungseinrichtung 50, bei der es sich um eine Alarmvorrichtung oder alternativ oder zusätzlich um eine automatische Explosionsunterdrückungsanordnung handeln kann.

Wie wichtig eine kurze Reaktionszeit bei der Erfassung von Explosionen ist, läßt sich aus der F i g. 2 ersehen, die den Druckanstieg in einem umschlossenen, mindestens teilweise dicht verschlossenen Raum in Abhängigkeit von der Zeit nach der Zündung einer explosiven Mischung darstellt. Die Kurve der F i g. 2 beginnt etwa 40 bis 120 ms nach der Zündung; in einem typischen Fall beginnt der Druckanstieg also etwa 40 bis 120 ms nach der Zündung. Es ist einzusehen, daß die Gestalt der Kurve der F i g. 2 sowie der Einsatz und das Maximum des Druckanstiegs sich mit der gezündeten Energiequelle und der Gestalt der Umhüllung des Druckraums ändern können.

Aus dem in Fig.2 gezeigten typischen Fall ist zu ersehen, daß das Druckmaximum etwa 240 ms nach dem Einsatz des Druckanstiegs auftritt Um also eine Explosion mit den in F i g. 2 gezeigten Eigenschaften zu unterdrücken, bevor das Druckmaximum erreicht ist, muß der Zündezeitpunkt innerhalb von 40 bis 100 ms nach dem Zündzeitpunkt und vor dem Druckanstieg erfaßt und die Unterdrückung innerhalb etwa 160 ms nach der Erfassung durchgeführt sein.

Die oben beschriebene Anordnung ist zur Durchführung dieser Aufgabe sehr gut geeignet. Eine Anordnung entsprechend der in F i g. 1 dargestellten ist versuchsweise aufgebaut und geprüft worden und zeigte dabei eine Ansprechzeit von weniger als 2 ms, so daß sich ein Ausgangssigmil bereits 10 ms nach dem Eindringen eines HEAT(lligh Energy Anti Tank)-Geschosses in ein Panzerfahrzeug ergab.

Die Fig.3 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verhindern von Fehlalarmen, die in Verbindung mit F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines Feuer- und

so Explosionsmelders nach der Erfindung ist. Diese Signalverarbeitungsschaltung ist in die Schwellenwertschaltung nach F i g. 1 aufgenommen.

Ein Detektor 60, der der UV-Detektor 32 der F i g. 1 ist, gibt Ausgangssignale an eine monostabile Kippstufe 62, die diese Signale zu einem Signal gleichmäßiger Dauer und Amplitude umformt. Das Ausgangssignal der Kippstufe 62 geht auf einen Zähler 66 und eine weitere monostabile Kippstufe 64. Die Kippstufe 64 bestimmt die Zähldauer und liefert ein Aufschaltsignal an den

W) Zähler 56 für eine bestimmte Zeitdauer, wenn ein Ausgangssignal von der Kippstufe 62 eingetroffen ist. Die Kippstufe 64 wird typischerweise selbsttätig rückgest;zt, damit der Zähler 66 wiederholt gelöscht werden und einen neuen Zählvorgang beginnen kann.

Der Zähler 66 zählt die von der Kippstufe 62 erhaltenen gleichmäßigen Impulse so lange, wie die Kippstufe 64 bestimmt. Wenn am Ende dieser Zähldauer eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen — typischerweise 5 bis

10 — gezählt worden sind, welche Anzahl einen Alarmzustand anzeigt, gibt der Zähler 66 ein Ausgangssignal an das UND-Gatter 68 ab. Das UND-Gatter 68 erhält ein weiteres Eingangssignal von der Kippstufe 64, das das Ende des Zählzeitraums anzeigt. Liegen gleichzeitig die Ausgangssignale des Zählers 66 und der Kippstufe 64 an, gibt das UND-Gatter 68 an die Logik 48 ein Ausgangssignal ab, das anzeigt, daß ein Alarmzustand erfaßt worden ist.

Die Fig.4 zeigt einen Feuer- und Explosionsmelder, der nach einer weiteren Ausführungsform aufgebaut ist und arbeitet. Dieser erhält eine Betriebsstromversorgung über einen Spannungsstabiiisator 70, der eine Eingangsgleichspannung im Bereich von 18—32 V aufnimmt und eine stabilisierte Gleichspannung von 12 V liefert, die an der Oszillator- und Transformatorschaltung 72 anliegt. Diese transformiert sie zu einer Wechselspannung herauf, die dann mit dem Gleichrichter 74 zu einer stabilisierten Gleichspannung von 490 V gleichgerichtet wird.

Die 12 V Ausgangsspannung des Spannungsstabilisators 70 gehen auch auf die Eingangsstufc 76 einer IR-Schaltung. während die 490 V Ausgangsspannung des Gleichrichters 74 auf einen UV-Detektor 78 einer UV-Schaltung gehen. Die Eingangsstufe 80 nimmt das Ausgangssignal des UV-Detektors 78 auf und erzeugt daraus Impulse entsprechend der erfaßten UV-Strahlung, wobei die erfaßten Impulse von einem Zähler 82 gezählt werden, den eine monostabile Kippstufe 84 rücksetzt, die vom Ausgangsimpuls der Eingangsstufe 80 getriggen wird. Das Ausgangssignal des Zählers 82 wird von einem Inverter 86 invertiert und dient dazu, die zweite monostabile Kippstufe 88 zu triggern, deren Ausgangssignal eines der beiden Eingangssignale einer UND-Schaltung 90 ist, deren anderes Eingangssignal von der IR-Schaltung in Kombination mit der Störunterdrükkerschaltung kommt. Die Eingangsstufe 100 der Störunterdrückungsschaltung ist identisch mit der Eingangsstufe 76 und erhält ebenfalls die 12 V Ausgangsspannung des Spannungsstabilisators 70. Das Ausgangssignal der Eingangsstufe 100 wird in einer Differenzierschaltung 102 differenziert und das differenzierte Signal dann in einem Stromverstärker 104 verstärkt, in einem Inverter 106 invertiert und schließlich auf den Summierpunkt 98 gegeben. Das resultierende Ausgangssignal des Summierpunkts 98 wird vom Inverter 108 invertiert und triggert dann eine monostabile Kippstufe 110, die auf den anderen Eingang der UND-Schaltung 90 arbeitet. Treffen nun gleichzeitig Signale von der Kippstufe 88 und der Kippstufe 110 ein, die melden, daß UV- und 1R-Strahlung erfaßt wurde, gibt die UND-Schaltung 90 ein Ausgangssignal ab, das eine Alarmeinrichtung oder alternativ bzw. zusätzlich eine automatische Explosionsunterdrückungsanordnung auslösen kann.

Wie man sieht, unterscheidet die jeweilige Signalverarbeitungsschaltung irrtümliche Eingangssignal der Logikschaltung von echten Alarmsignalen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder mit einem ersten Detektor zum Erfassen einer ersten Strahlung nur eines ersten Wellenlängenbereichs und zur Erzeugung eines ersten Meldesignals in Antwort auf den Empfang der ersten Strahlung, mit einem zweiten Detektor zum Erfassen einer zweiten Strahlung nur eines zweiten Wellenlängenbereichs und zur Erzeugung eines zweiten Meldesignals in Antwort auf den Empfang der zweiten Strahlung, wobei der zweite Wellenlängenbereich ausschließlich im Infrarotspektrum liegt, und mit einer Logik, die das erste und das zweite Meldesignal durch eine UND-Schaltung verknüpft und ein drittes Meldesigna) beim gleichzeitigen Empfang der ersten und der zweiten Strahlung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wellenlängenbereich ausschließlich im Ultraviolettspektrum liegt und daß der UV-Detektor (32,60,78) Impulse abgibt, die in einem nachfolgenden Zähler (66,82) über eine durch eine monostabile Kippstufe (64,84) bestimmte Zeit gezählt werden, wobei nur bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstands das erste Meldesignal weitergegeben wird.

2. Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (66) und der monostabilen Kippstufe (64) ein UND-Gatter (68) nachgeschaltet ist.

3. Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler ein Inverter (86) und eine zweite monostabile Kippstufe (88) nachgeschaltet sind.

4. Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wellenlängenbereich unter 0,3 μΐη liegt.

5. Elektrischer Feuer- und Explosionrsnelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wcllenlängenboreich zwischen 1,5 und 3 μηι liegt.

6. Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wellenlängenbercich zwischen 2,5 und 2,75 μιτι liegt.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Feuer- und Explosionsmelder mit einem ersten Detektor zum Erfassen einer ersten Strahlung nur eines ersten Wellenlängenbereichs und zur Erzeugung eines ersten Meldesignals in Antwort auf den Empfang der ersten Strahlung, mit einem zweiten Detektor zum Erfassen einer zweiten Strahlung nur eines zweiten Wellenlängenbereichs und zur Erzeugung eines zweiten Meldesignals in Antwort auf den Empfang der zweiten Strahlung, wobei der zweite Wellenlängenbereich ausschließlich im Infrarotspektrum liegt, und mit einer Logik, die das erste und das zweite Meldesignal durch eine UND-Schaltung verknüpft und ein drittes Mcldesignal beim gleichzeitigen Empfang der ersten und der zweiten Strahlung erzeugt. Ein solcher elektrischer Feuer- und Explosionsmelder dient dazu, um selbsttätig das Vorliegen eines gefährlichen Zusiands zu erfassen und geeignete Schutzvorrichtungen betätigen zu können.

Es sind viele Arten von elektrischen Feuer- und Explosionsmeldern für die Erfassung unterschiedlicher Gefahren oder potentiell gefährlicher Zustände bekannt, und zwar sind solche mit Druck- und Temperaturfühlcrn ebenso bekannt wie solche mit Flamm- und Rauchfühlern.

Bei der Konstruktion derartiger elektrischer Feuer- und Explosionsmelder stehen sich zwei Forderungen entgegen. Die erste ist die Geringhaltung der Ansprechzeit, innerhalb der eine Schutzvorrichtung ein Meldesignal zugeführt werden kann, und die zweite ist die Zuverlässigkeit gegenüber Fehlmeldungen. Insbesondere beim Explosionsschutz ist eine kurze Reaktionszeit wesentlich, da die Abhilfemaßnahmen gegen die meisten Explosionsarten innerhalb etwa 100 ms nach dem Explosionsbeginn einsetzen müssen, um wesentliche Schaden an Menschenleben und Sachen zu verhindern. Auch die Zuverlässigkeit ist kritisch, da derartige Explosionsmelder oft an automatische Explosionsverhütungsanlagen angeschlossen sind und es sehr wünschenswert ist, daß derartige Anlagen nur in Betrieb gesetzt werden, wenn es unumgänglich ist.

Ein elektrischer Feuer- und Explosionsmelder der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 24 25431 und der dieser entsprechenden US-PS 39 31 521 bekannt. Bei diesem Feuer- und Explosionsmelder liegt der erste Wellenlängenbereich, in dem eine erste Strahlung erfaßt wird, zwischen 0,7 und 1,2 um, während der zweite Wellenlängenbereich, mit dem eine zweite Strahlung die ausschließlich im Infrarotspektrum liegt, erfaßt wird, zwischen 7 und 30 μπι liegt Der zweite Wellenlängenbereich wird dabei mit einem Wärmedetektor wie beispielsweise einer Thermosäule erfaßt. Der in der US-PS 39 31 521 beschriebene Feuer- und Explosionsmelder hat insbesondere den Nachteil, daß der Detektor, der den ersten Wellenlängenbereich detektiert, auch auf sichtbares, durch die Atmosphäre übertragenes Licht anspricht, während der andere Detektor in einem Bereich verhältnismäßig starken Rauschens arbeitet. Daher hat dieser Feuer- und Explosionsmelder im Betrieb eine verhältnismäßig niedrige Empfindlichkeitsschwelle. Die US-PS 38 25 754 beschreibt einen in zwei Wellenlängenbereichen arbeitenden Feuer- und Explosionsmelder ähnlich dem in der US-PS 39 31 521 beschnebenen mit einem dreikanaligen lR-Strahlungserfassungssystem, um zwischen großen explosiven Bränden sowie schweren Explosionen unterscheiden zu können, bei denen kein Feuer entsteht. Der in der US-PS 38 25 beschriebene Feuer- und Explosionsmelder hat ebenso falls den oben beschriebenen Nachteil, wie ihn der Feuer- und Explosionsmelder nach der US-PS 39 31 521 hat. Die US-PS 36 65 440 beschreibt einen kombinierten UV- und IR-Feuermelder, der ein Ausgangssignal nur dann liefert, wenn während des Einfalls von IR-Strah-55 lung nicht auch UV-Strahlung einfällt. Ein solcher Feuermelder ist für die Erfassung beginnender Explosionen nicht geeignet.

Schließlich beschreibt die US-PS 36 53 016 einen Feuer- und Explosionsmelder, der im UV- und IR-Wellenbo längenbereich arbeitet und in dem die beiden Detektoren zur Feuerunterscheidung zusammenwirken. Da auch sichtbares Licht erfaßt wird, nimmt die Fehlalarmrate eines derartigen Feuer- und Explosionsmelder zu. wenn im Einsatzgebiet sichtbares Licht vorliegt.

Endlich ist in der GB-PS 10 37 234 ein Flammende

tcktor besehrieben, der zum Nachweis von Flammen, die durch Verbrennen von Gas-, öl-. Kohle- oder sonstigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen erzeugt werden.