DE3443238A1

DE3443238A1 - Analog-feuerdetektor

Info

Publication number: DE3443238A1
Application number: DE19843443238
Authority: DE
Inventors: Sadataka Sagamihara Kanagawa Yuchi
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1985-07-11
Also published as: FI844650L; NO163428C; FI83459B; US4616138A; CH660808A5; AU3575384A; AU570282B2; NO844662L; NO163428B; GB2152722A; FI83459C; GB2152722B; GB8430171D0; FI844650A0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Analog-Feuerdetektor, der in Form einer analogen Größe eine durch den Ausbruch eines Feuers verursachte Änderung einer physikalischen Erscheinung feststellt.

Bei einem herkömmlichen Feuerdetektor, beispielsweise einem photoelektrischen Feuerdetektor, wird zur Verringerung des Stromverbrauchs ein lichtemittierendes Bauelement intermittierend für einen Zeitraum von jeweils beispielsweise 2 Sekunden angesteuert, es wird eine durch Rauch verursachte Änderung des von dem Bauelement abgegebenen Lichts von einem Photodetektor festgestellt, das Ausgangssignal des Photodetektors wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert innerhalb der Aufleuchtzeit verglichen, und es wird ein Schaltelement betätigt, wenn das Signal des Photodetektors den Schwellenwert übersteigt, um die Impedanz zwischen den von einer Zentrale kommenden Versorgungs/Signal-Leitungen durch Kurzschluß zu verkleinern und dadurch zu ermöglichen, daß zu der Zentrale ein Alarmstrom übertragen wird.

Bei dem herkömmlichen Feuerdetektor besteht jedoch eine Schwierigkeit darin, einen Feuerausbruch frühzeitig zu erkennen und einen Fehlalarm zu vermeiden. Dies ist zurückzuführen auf den festen Schwellenwert. Außerdem ist es schwierig, den Zustand eines ausgebrochenen Feuers zu ermitteln. Hierzu wurde in jüngster Zeit vorgeschlagen, in Form einer Analoggröße die Änderung der Dichte von durch ein Feuer verursachtem Rauch festzustellen, um das Analogsignal zu der Zentrale zu übertragen, damit die Zentrale auf der Grundlage der Analogdaten eine Feuerbestimmung durchführen kann.

Bei einem solchen Analog-Feueralarmsystem wird zur Verrin-

gerung der Stromaufnähme die Rauchdichte für gewöhnlich intermittierend erfaßt, wobei die Erfassungszeit für gewöhnlich nur etwa 0,2 ms beträgt. Wenn folglich das erfaßte Ausgangssignal, so wie es ist, zu der Zentrale gesendet wird, vermag die Zentrale nicht mit Sicherheit das Signal zu empfangen. Um diesem Problem zu begegnen, besteht die Möglichkeit, die Erfassungszeit des Feuerdetektors zu verlängern, so daß sie größer ist als diejenige Zeit, in der die Zentrale das Detektor-Ausgangssignal empfangen kann. Hierbei läßt sich die als wesentlich erachtete Verringerung der Stromaufnahme nicht erreichen. Außerdem ergibt sich das Problem, daß den Datensignalen möglicherweise Störsignale von anderen Detektorstufen beigemischt sind, so daß eine exakte Feststellung eines Feuerausbruchs nicht möglich ist und es zu Fehlalarmen kommt.

Speziell wird bei einem herkömmlichen photoelektrischen, analog arbeitenden Rauchdetektor, bei dem die auf ein Feuer zurückzuführende Rauchdichte optisch erfaßt und ein der Rauchdichte entsprechendes Analogsignal erzeugt wird, eine Pulsdauer-Umsetzschaltung dazu verwendet, das Detektorsignal in ein Impulssignal umzusetzen, dessen Dauer dem Signalpegel des Analogsignals entspricht, so daß das analoge Detektorsignal in Form digitaler Daten zu der Zentrale übertragen wird.

Die Impulsdauer-Umsetzschaltung arbeitet im allgemeinen so, daß einem Vergleicher das analoge Detektorsignal und ein Rechteckwellensignal vorbestimmter Frequenz zugeführt werden, damit man ein Impulssignal erhält, dessen Impulsdauer dem Pegel des Detektorsignals deshalb entspricht, weil der Schwellenwert bezüglich des Dreieckwellensignals durch das Detektorsignal geändert wird.

Allerdings benötigt man bei einer solchen herkömmlichen Impulsdauer-Umsetzschaltung eine Oszillatorschaltung zur Er-

zeugung eines Dreieckssignals, welches als Bezugssignal bei der Impulsdauer-Umsetzung verwendet wird. Die hierzu benötigte Schaltung ist relativ kompliziert, so daß die Kosten der Schaltung ziemlich hoch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben aufgezeigten Nachteile eines Feuerdetektors zu vermeiden und einen Analog-Feuerdetektor anzugeben, der in der Lage ist, ein erfaßtes Analog-Ausgangssignal eine bestimmte Zeit lang zu halten, wenn kein Detektorvorgang stattfindet. Dieses Halten des Analogsignals tritt an die Stelle einer Verlängerung der Detektor-Arbeitszeit. Hierdurch wird eine Stromersparnis erzielt. Das Signal wird anschließend zu einer Zentrale übertragen, wo ein früher Abschnitt des übertragenen Signals, welcher unter Umständen Störanteile enthält, abgeschnitten werden kann. Ein späterer Abschnitt des Signals wird für die Feststellung eines Feuerausbruchs herangezogen. Hierdurch kann ein Feuerausbruch mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden.

Der erfindungsgemäße Analog-Feuerdetektor ist in der Lage, mit Hilfe einer einfachen Schaltung eine dem Detektorsignalpegel entsprechende Impulsdauer-Umsetzung zu bewirken, wobei ein lichtemittierendes Bauelement intermittierend betrieben wird. Durch die Rauchdichte gestreutes Licht fällt auf einen Photodetektor, so daß ein Photostrom entsteht. Man erhält schließlich ein in eine Impulsdauer umgesetztes Signal, dessen Impulsdauer der Rauchdichte entspricht.

Die Lösung der oben genannten Aufgabe bzw. Teil aufgaben ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an-

hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsskizze einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Analog-Feuerdetektors;

Fig. 2 eine Schaltungsskizze einer Impulsdauer-Umsetzschaltung mit einem Kondensator sehr kleiner Kapazität,

Fig. 3 ein Impulsdiagrairan, das in der Schaltung nach Fig. 2 auftretende Signalformen veranschaulicht,

Fig. 4 eine Impulsdiagrammdarstellung, aus der die Beziehung zwischen dem Kondensator der Schaltung nach Fig. 2 und der Impulsdauer-Änderung hervorgeht,

Fig. 5 ein Impulsdiagramm von an verschiedenen Teilen der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Signalwellen,

Fig. 6 eine Schaltungsskizze einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen photoelektrischen Analog-Feuerdetektors,

Fig. 7 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 6,

Fig. 8 eine Schaltungsskizze einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen photoelektrischen Analog-Feuerdetektors, und

Fig. 9 ein Impulsdiagrainm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 8.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfin-

dungsgemäßen photoelektrischen Analog-Feuerdetektors. Von einer Zentrale 1 geht ein Paar von Versorgungs/Signal-Leitungen 2 und 3 ab. Parallel zu den Leitungen 2 und 3 sind mehrere Feuerdetektoren (in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 4 angedeutet) geschaltet.

Die Zentrale 1 enthält einen Leistungsdetektor-Widerstand 5, der eine Änderung des von dem Feuerdetektor 4 ausgegebenen Leitungsstroms feststellt, einen Empfangsabschnitt 6, der die von dem Leistungsdetektor-Widerstand 5 gebildete Spannung empfängt, einen Verarbeitungsabschnitt 7, der auf der Grundlage des von dem Empfangsabschnitt 6 empfangenen Analogsignals eine FeuerbeStimmung durchführt, und einen Steuerabschnitt 8, der das Aufrufen der mit der Zentrale 1 verbundenen Feuerdetektoren 4 steuert.

In jedem der Feuerdetektoren 4 befindet sich eine Konstantspannungs-Schaltung 9, der von der Zentrale 1 Energie zugeführt wird, damit sie die einzelnen Schaltungsteile in dem Feuerdetektor 4 mit Energie versorgt. Eine Übertragungssteuerschaltung 10 gibt an ihrem Ausgang 10a ein Impulssignal Pl zum Einstellen einer Antwortzeit bei Aufruf durch den Steuerabschnitt 8 der Zentrale 1 aus, und sie gibt an ihrem Ausgang 10b einen Lichttreiberimpuls P2 aus. Eine aus einem Widerstand Rl und einer Leuchtdiode 11 gebildete Serienschaltung liegt zwischen einer an den Anschluß 10b angeschlossenen Signalleitung der Übertragungssteuerschaltung 10 und der gemeinsamen Leitung. Eine aus einem Photodetektor 12 und einem Widerstand R2 gebildete Serienschaltung liegt zwischen dem Ausgang der Konstantspannungs-Schaltung 9 und der gemeinsamen Leitung. Wenn die Leuchtdiode 11 Licht abgibt, welches gegebenenfalls durch eintretenden Rauch gestreut wird, so fällt das Licht auf den Photodetektor 12.

Eine Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 empfängt ein der Rauch-

dichte entsprechendes Photodetektorsignal in Form einer Spannung, die an dem in Reihe zu dem Photodetektor 12 geschalteten Lastwiderstand R2 gebildet wird. Dieses Signal empfängt die Schaltung 13 über eine aus einem Kondensator C und einem Widerstand R7 gebildete Differenzierschaltung. Außerdem empfängt die Schaltung 13 von einem aus Widerständen R3 und R4 bestehenden Spannungsteiler eine Bezugsspannung. Die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 gibt an ihrem Ausgangsanschluß 13a ein Impulssignal P3 ab, dessen Impulsdauer dem Zeitraum entspricht, in welchem das Photodetektorsignal die Bezugsspannung übersteigt. Insbesondere gibt die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 das Impulssignal P3 mit einer Impulsdauer ab, welche dem Pegel des Detektorsignals entspricht, und die Energie wird der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 von dem Lichttreiberimpuls P2 der Übertragungssteuerschaltung 10 so zugeführt, daß die Schaltung 13 das Impulssignal P3 innerhalb der Leuchtzeit der Leuchtdiode ausgibt.

An die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 ist eine Lade/Entlade-Schaltung angeschlossen. Diees Schaltung enthält ein NAND-Glied 14, Dioden Dl und D2, einen Widerstand R5 und einen Kondensator CO. Das NAND-Glied 14 empfängt als Eingangssignal den Lichttreiberimpuls P2 von der Übertragungssteuerschaltung 10 und das Impulssignal von der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13, und es gibt ein invertiertes logisches Produkt der Eingangssignale ab. Zwischen dem Ausgang des NAND-Glieds 14 und der an den Anschluß 10a der Übertragungssteuerschaltung 10 angeschlossenen Leitung liegt eine Reihenschaltung, die den Kondensator CO, den Widerstand R5 und die Diode Dl enthält. Diese Reihenschaltung bildet eine Ladeschaltung zum Aufladen des Kondensators CO, wenn der Pegel des Ausgangssignals des NAND-Glieds 14 niedrig ist. Zwischen dem Verbindungspunkt von Diode Dl und Widerstand R5 und der gemeinsamen Leitung liegt die Diode D2 in Sperrrichtung, so daß sich der Kondensator CO über die Diode D2

entlädt, wenn das Impulssignal Pl von der Übertragungssteuerschaltung 10 verschwindet.

Die Kondensatorspannung Vc an dem Verbindungspunkt zwischen Kondensator CO und Widerstand R5 wird auf einen positiven Eingang eines Operationsverstärkers 15 gegeben, wodurch eine Ausgangssignal-Halteschaltung gebildet wird. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 15 gelangt auf einen Transistor 16, dessen Kollektor und Emitter zwischen die Versorgungs/Signal-Leitungen 2 und 3 geschaltet sind. Der Emitter des Transistors ist an einen Widerstand R6 angeschlossen, welcher einen Strom erfaßt, und die von dem Widerstand R6 gebildete Spannung wird zu dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 15 zurückgeführt, so daß eine Konstantstrom-Steuerschaltung gebildet wird, welche den Strom des Transistors 16 über die Spannung am Widerstand R6 so steuert, daß er der Kondensatorspannung Vc entspricht.

Die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert werden. Ein Kondensator C2 ist zu der aus dem Photodetektor 12 und dem Lastwiderstand R2 gebildeten Reihenschaltung parallelgeschaltet, um eine Spannungsänderung zu unterdrücken, die möglicherweise verursacht wird, wenn der Photodetektor 12 bei einfallendem Licht einen Photostrom abgibt.

An den Lastwiderstand R2 ist eine Differenzierschaltung angeschlossen, die aus einem Kondensator C besteht, auf den eine an dem Lastwiderstand Rl und einem Widerstand R7 anstehende Spannung gegeben wird. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung, d. h., eine an dem Widerstand R7 gebildete Spannung, wird auf einen Eingangsanschluß 24 der Eingangsanschlüsse eines Vergleichers 23 gegeben. Der andere Eingang 25 empfängt eine Bezugsspannung Vr, die von dem Spannungsteiler R3, R4 empfangen wird. Diese Bezugsspan-

nung Vr wird ebenfalls intermittierend bei Anlegen des Impulses P2 erzeugt.

Die Vergleicherschaltung 23 weist vorzugsweise eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit auf und besitzt eine hohe Eingangsimpedanz. Sie besitzt eine Differentialverstärkerschaltung, die aus MOSFETs 26 und 27 in der Eingangsstufe gebildet wird. Die MOSFETs 26 und 27 werden von einer Konstantstromquelle 28 gespeist. Der Vergleicher 23 wird bei Anlegen des Treiberimpulses P2 von der Übertragungssteuerschaltung 10 intermittierend betrieben. Der Vergleicher 23 besitzt außerdem in der Eingangsstufe Zenerdioden ZDl, ZD2 und ZD3 zum Schutz der Eingangsstufe. Speziell liegen die Zenerdioden ZDl und ZD2 zwischen der Konstantstromquelle 28 und der Differenzierschaltung auf der Photodetektorseite. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Zenerdiode ZDl eine sehr kleine Sperrschichtkapazität Cj besitzt, die durch den in Sperrichtung vorgespannten PN-Übergang der Zenerdiode ZDl gebildet wird, weil diese Diode dann in Sperrichtung vorgespannt ist, wenn der Vergleicher 2 3 wegen des Impulses P2 arbeitet. Aufgrund der kleinen Sperrschichtkapazität Cj der Zenerdiode ZDl kann ein sehr kleiner Strom von der Vergleicherschaltung 23 zu der Differenzierschaltung und dem Lastwiderstand R2 fließen, wenn der Treiberimpuls P2 an den Vergleicher 23 gelegt wird, und zwar aufgrund der Lade- und Entladevorgänge der Sperrschichtkapazität Cj.

Die Schaltungsteile sind so dimensioniert, daß die durch die kleine Sperrschichtkapazität Cj und den Widerstandswert der parallel geschalteten Lastwiderstände R2 und R7

—7 —5 bestimmten Zeitkonstanten 10 bis 10 beträgt.

Anhand der Fig. 3 soll nun die Arbeitsweise des Vergleichers 23 beschrieben werden.

Die Leuchtdiode 11 wird von dem Treiberimpuls P2, der eine

Impulsdauer Tl und eine Impulspause T2 gemäß Fig. 3a aufweist, angesteuert. Die Impulsdauer Tl des Treiberimpulses P2 beträgt etwa 100 bis 200 με, und die Impulspause T2 des Impulses P2 wird unter Berücksichtigung der Anzahl von an die Zentrale angeschlossenen Feuerdetektoren, die Stromaufnahme und die benötigte Arbeitsgenauigkeit des Systems bestimmt. Derselbe Treiberimpuls P2 mit der Impulsdauer Tl und der Impulspause T2 wird auch an die Vergleicherschaltung 23 gelegt. Es versteht sich, daß im vorliegenden Zusammenhang beispielsweise mit dem Begriff "Impuls" auch eine Folge mehrerer gleicher Impulse gemeint ist, also ein Impulszug.

Die Spannung, die dann an dem Lastwiderstand Rl entsteht, wenn kein gestreutes Licht auf den Photodetektor 12 fällt, d. h., die Spannung beim Photodetektorstrom iO = 0, hat folgenden Verlauf: Selbst dann, wenn der Photodetektorstrom i0 = 0, fließt aufgrund des Ladens und Entladens der Sperrschichtkapazität Cj wegen der impulsförmigen Energieversorgung des Vergleichers 23 ein Strom durch den Widerstand R7 der Differenzierschaltung und durch den Lastwiderstand R2, so daß die auf einen kleinen Strom il, der von dem Vergleicher 23 zum Lastwiderstand R2 fließt, zurückzuführende Spannung an dem Lastwiderstand R2 die Form einer Differenzier-Wellenform des Versorgungsimpulses hat, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Wenn die Zeitkonstanten, die bestimmt werden durch die Sperrschichtkapazität Cj und die Widerstände R2 und R7, auf 10 oder weniger eingestellt werden, kann man eine Spannung erhalten, die sich von dem Anstieg des Spannungsversorgungsimpulses an mit konstantem Gradienten verringert.

Die durch den Photodetektorstrom i0 an dem Lastwiderstand R2 gebildete Spannung, wenn die Vergleicherschaltung 23 nicht angeschlossen ist, ist in Fig. 3c dargestellt. Ist der Photodetektorstrom klein (i0 = i01), ist die an dem

Lastwiderstand R2 entstehende Spannung klein, und der Photodetektorstrom iO wird groß (iO = iO2), und die am Lastwiderstand R2 entstehende Spannung wird groß. Die tatsächlich an dem Lastwiderstand R2 entstehende Spannung setzt sich zusammen aus den Spannungen gemäß Fig. 3b und 3c. Da die am Lastwiderstand R2 durch die Sperrschichtkapazität Cj gemäß Fig. 3b entstehende Spannung konstant ist, der Photodetektorstrom iO jedoch abhängig von der Rauchdichte gemäß Fig. 3c schwankt, ist die tatsächlich an dem Lastwiderstand R2 erhaltene Spannung eine zusammengesetzte Spannung aus den Spannungen b und c. Diese Spannung steigt synchron mit dem Ansteigen des Treiberimpulses P2 auf einen vorbestimmten Spannungspegel an und fällt mit einem Gradienten, der sich durch den Photodetektorstrom, d. h., durch die Rauchdichte, bestimmt. Eine ähnliche Spannung entsteht auch an dem Widerstand R7. Verglichen mit der Bezugsspannung Vr am Vergleicher 23 erhält man die in Fig. 3e dargestellte Spannung. Wenn der Photostrom iO klein ist und die Spannung einen steilen Gradienten aufweist, erhält man als Ausgangssignal des Vergleichers einen Impuls kurzer Dauer. Wenn andererseits der Photostrom iO groß ist und der Gradient flach verläuft, erhält man am Ausgang des Vergleichers einen Impuls langer Dauer. Das erhaltene Impulsdauersignal entspricht also dem Photostrom iO.

In einer modifizierten Ausführungsform enthält der Vergleicher keine Schutz-Zenerdiode ZDl in der Eingangsstufe des Vergleichers. In diesem Fall ist eine Kapazität mit einem sehr kleinen Wert Cj¹ zwischen die Übertragungssteuerschaltung 10 und die Differenzierschaltung geschaltet, wie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Wenn die MOSFETs 26 und 27 in dem Vergleicher 23 dicke Metal loxidschichten aufweisen, wird der Eingangsschutz durch die Zenerdioden nicht benötigt, und die Sperrschichtkapazität der Schutz-Zenerdioden steht nicht zur Verfügung. In

einem solchen Fall kann man einen Kondensator mit einer sehr kleinen Kapazität Cj¹ gemäß Fig. 2 zwischen die Impuls-Stromversorgung und die Differenzierschaltung legen. Der Kondensator kann innerhalb eines integrierten Schaltkreises (IC) ausgebildet sein, welcher die Vergleicherschaltung bildet.

Die Beziehung zwischen der Sperrschichtkapazität Cj der Zenerdiode oder der kleinen Kapazität Cj' des oben erläuterten Kondensators einerseits und der Impulsdauer des Impulsdauer-Umsetzsignals am Ausgang des Vergleichers 23 soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert werden.

Fig. 4 zeigt Signalwellenformen für den Fall, daß die Zeitkoni
gen.

konstanten der Schaltung nach Fig. 2 10 und 10 s betra-

Fig. 4a zeigt den Lichttreiberimpuls P2, der von der Übertragungssteuerschaltung 10 abgegeben wird. Dieser Impuls besitzt eine Dauer Tl von beispielsweise 150 με.

Fig. 4b zeigt die Spannung am Widerstand R7, wenn die kleine Kapazität Cj nicht vorgesehen ist. In diesem Fall zeigt sich lediglich eine Änderung, die dem Photodetektorstrom entspricht.

Fig. 4c zeigt eine Spannung am Widerstand R7, wenn die zeitkonstante 10 s beträgt. Die gestrichelte Linie bedeutet eine Spannungsänderung, wenn die Rauchdichte Null beträgt. Die Rauchdichten, die Spannungsänderungen von dem durch die ausgezogene Linie dargestellten abfallenden Teil bis zu der Bezugsspannung Vr hervorrufen, lassen sich in Änderungen der Impulsdauer umsetzen. Die Änderungsbreite Ts, die am Ausgang des Vergleichers 23 in Erscheinung tritt, wird als ausreichende Impulsdaueränderung von etwa 75 %, d. h., 3/4 der Impulsdauer Tl des Treiberimpulses P2 reali-

siert.

Fig. 4e zeigt die Klemmenspannung des Widerstands R2, wenn die Zeitkonstante 10 s beträgt. In diesem Fall beträgt die Änderungsbreite Ts etwa 1/3 der Impulsdauer Tl des Lichttreiberimpulses. Die Änderung der Impulsdauer wird größer, wenn der Wert der kleinen Kapazität Cj kleiner wird.

Bei den obigen Beispielen wird die Zeitkonstante so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 23 den Wert Null hat, wenn die Rauchdichte den Wert Null hat, d.h., wenn kein Rauch vorhanden ist.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 5 die gesamte Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert werden.

Der Steuerabschnitt 8 der Zentrale 1 ruft die Rauchdetektoren 4 mit einer bestimmten Periodendauer T3 von beispielsweise 2 Sekunden auf. Das Aufrufen durch die Zentrale 1 erfolgt durch vorbestimmte Rufcodes oder durch Zählen von Taktimpuls-Ausgangssignalen des Steuerabschnitts 8 auf der Seite der Rauchdetektoren 4. Wenn die Übertragungssteuerschaltung 10 des Rauchdetektors den von der Zentrale an ihn gerichteten Aufruf identifiziert, gibt sie am Anschluß 10a ein Impulssignal Pl ab, der eine Zeitspanne TO zur Festlegung einer Antwortzeit darstellt. Der Zeitraum TO beträgt z. B. 4 ms. Die Schaltung 10 gibt an ihrem Anschluß 10b einen Licht-Treiberimpuls P2 aus, der eine Zeitspanne Tl von beispielsweise 0,2 ms definiert. Hierdurch wird die Leuchtdiode 11 veranlaßt, in einem Zeitraum von 0,2 ms Licht auszusenden. Das entsprechend der dann vorhandenen Rauchdichte gestreute Licht fällt auf den Photodetektor 12, so daß an die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 ein Photostrom gegeben wird, dessen Stärke der Rauchdichte entspricht. Ist die Dichte des in den Rauchdetektor 4 eintre-

tenden Rauchs klein, so ist der Zeitraum, in welchem das Photodetektorsignal die durch die Widerstände R3 und R4 gebildete Bezugsspannung überschreitet, kurz, und die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 gibt ein Impulssignal P3 an das NAND-Glied 14, wobei der Impuls P3 eine Impulsdauer Ta besitzt. Der Pegel des Impulssignals P3 ist gegenüber dem Pegel der Signale Pl und P2 umgekehrt. Bevor der Aufruf von der Zentrale 1 ankommt, haben an dem NAND-Glied 14 die Eingangssignale Pl und P2 niedrigen Pegel, während P3 einen hohen Pegel (Η-Pegel) besitzt. Nach dem Aufruf durch die Zentrale gibt die Übertragungssteuerschaltung 10 den Licht-Treiberimpuls P2 mit Η-Pegel ab, und die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 gibt das Impulssignal P3 mit L-Pegel ab, so daß der Ausgang des NAND-Glieds 14 auf Η-Pegel verbleibt. Anschließend, wenn das Impulssignal P3 von der Schaltung nach Verstreichen des Zeitraums Ta verschwindet, fällt das Ausgangssignal des NAND-Glieds 14 auf L-Pegel ab, und der Kondensator CO, der Widerstand R5, die Diode Dl und das NAND-Glied 14 bilden eine Ladeschaltung für den Kondensator CO. Unmittelbar vor Beginn des Ladevorgangs befindet sich die Spannung Vc am Kondensator CO auf dem Spannungspegel des Impulssignals Pl, das von der Übertragungssteuerschaltung 10 erzeugt wird. Wenn das Laden des Kondensators CO begonnen hat, sinkt die Spannung Vc mit einer Zeitkonstante ab, die bestimmt wird durch den Kondensator CO und den Widerstand R5.

Während der Zeitspanne, in der die Spannung Vc aufgrund des Aufladens des Kondensators CO verringert wird, verschwindet dann, wenn eine Zeit T2 nach dem Aufruf verstrichen ist, am Ausgang der Schaltung 10 der Licht-Treiberimpuls P2, so daß das Ausgangssignal des NAND-Glieds 14 wieder Η-Pegel aufweist. Als Folge hiervon wird das Aufladen des Kondensators CO gestoppt, und ein Leitungsstrom, welcher der Spannung Vc an dem Kondensator CO, wenn dessen Aufladung gestoppt wird, entspricht, wird von dem Operationsverstärker 15 und dem

Transistor 16 innerhalb desjenigen Zeitraums, in welchem die Lichtabgabe nicht erfolgt, als Ausgangssignal für die Zentrale 1 gehalten. Nach Verstreichen einer Zeit TO = 4 ms nach dem Aufruf, verschwindet das Impulssignal Pl von der Übertragungssteuerschaltung 10, und das durch den Operationsverstärker 15 und den Transistor 16 gehaltene Ausgangssignal wird freigegeben, so daß der Kondensator CO sich über die Diode D2 entlädt und in den Ausgangszustand zurückkehrt.

Am Empfangsabschnitt 6 der Zentrale wird der von dem Transistor 16 des Rauchdetektors 4 in einer Zeit T4 nach Beendigung des Lichtabgabeimpulses P2 nach dem Aufruf bis zum Ende der Ausgabe des Impulses Pl gehaltene Strom nach der durch den Stromdetektorwiderstand 5 bewirkten Umsetzung in eine Spannung empfangen. Der empfangene Strom wird in einen Digitalwert umgesetzt und dem Verarbeitungsabschnitt zugeführt. Hierdurch erfolgt die Feuererkennung auf der Grundlage des Analog-Ausgangssignals des Rauchdetektors 4 entsprechend der Rauchdichte.

Wenn anschließend die Dichte des in den Detektor 4 eindringenden Rauchs innerhalb des nachfolgenden Aufruf-Zyklus zunimmt, erhöht sich die Impulsdauer des Impulssignals P3, der von der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 abgegeben wird, auf den in Fig. 5 dargestellten Wert Tn, und die Ladezeit des Kondensators CO nach Beendigung der Ausgabe des Impulssignals P3 bis zur Beendigung des Licht-Treiberimpulses P2 erhöht sich ebenfalls. Als Folge davon wird die Spannung Vc, wenn das Aufladen des Kondensators CO gestoppt ist, größer, wenn die Rauchdichte zunimmt, und der Operationsverstärker 15 und der Transistor 16 halten einen Leitungsstrom, welcher der entsprechend der Impulsdauer Tn erhöhten Spannung Vc an dem Kondensator entspricht. Der Strom wird innerhalb der Zeitspanne T4 gehalten.

Wie oben ausführlich erläutert wurde, arbeitet die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung wie folgt: nach Aufruf durch die Zentrale 1 wird intermittierend Licht abgestrahlt und empfangen, so daß ein Photodetektorsignal erzeugt wird. Dieses Photodetektorsignal wird umgesetzt in ein Impulssignal, dessen Dauer dem Pegel des Photodetektorsignals entspricht. Die Aufladung eines Kondensators beginnt mit dem Beendigen der Ausgabe des Impulssignals, und die Aufladung wird gestoppt, wenn die Lichterzeugung beendet ist und der Bezugsimpuls oder der Lichtabgabeimpuls abfällt. Ein der Spannung an dem Kondensator, wenn dessen Aufladung gestoppt wird, entsprechender Strom wird als Ausgangssignal gehalten. Durch diese Anordnung kann die Zentrale 1 nach erfolgtem Aufruf in einem Zeitraum, wenn die Lichtabgabe gestoppt ist, ein analoges Detektorsignal empfangen, welches der Rauchdichte entspricht. Da sich der Zeitraum, in welchem das Licht abgegeben wird, nicht ändert, läßt sich der Stromverbrauch des Rauchdetektors niedrig halten. Da außerdem der Zeitraum, in welchem nach Beendigung der Lichtabgabe das Ausgangssignal gehalten wird, so eingestellt wird, daß er für die Zentrale 1 zum Empfangen dieses Ausgangssignals ausreicht, wird das Photodetektorsignal, welches von der intermittierenden Lichtabgabe innerhalb eines kurzen Zeitraums erhalten wird, von der Zentrale genau empfangen, ohne daß Störeinflüsse die exakte Bestimmung eines Feuerausbruchs verfälschen können.

Fig. 6 ist eine Schaltungsskizze einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analog-Feuerdetektors. Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 das Halten des Ausgangssignals nach Maßgabe der nach Beendigung der Kondensatoraufladung an den Kondensator CO anstehenden Spannung erfolgt, wird bei dieser Ausführungsform das Halten des Ausgangssignals durch eine Spannung bewirkt, die an dem Kondensator CO anliegt, wenn dieser Entladen ist.

Eine aus einem Kondensator CO, einer Diode Dl und einem Wi-

derstand R5 bestehende Reihenschaltung liegt zwischen dem Ausgang des NAND-Glieds 14 und der gemeinsamen Leitung, und an einem Verbindungspunkt zwischen der Diode Dl und des Kondensators CO ist ein Monoflop 30 geschaltet, um dadurch eine rasche Aufladung zu ermöglichen, daß der Licht-Treiberimpuls P2 der Übertragungssteuerschaltung 10 über den Kondensator CO, eine Diode D3 und einen Widerstand R8 angehoben wird.

Anhand von Fig. 7 soll im folgenden die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 6 erläutert werden.

Wenn von der Übertragungssteuerschaltung 10 nach erfolgtem Aufruf seitens der Zentrale 1 ein Impuls Pl zum Einstellen einer Antwortzeit und ein Licht-Treiberimpuls P2 ausgegeben werden, wird der Kondensator CO durch das Ausgangssignal des Monoflops 30 aufgrund des Licht-Treiberimpulses P2 auf eine Impulsspannung aufgeladen. Gleichzeitig gibt die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 einen Impuls P3 ab, dessen Dauer der Rauchdichte entspricht. Da das Ausgangssignal des NAND-Glieds 14 Η-Pegel aufweist, hat die Spannung Vc an dem auf die Impulsspannung aufgeladenen Kondensator CO einen vorbestimmten Pegel. Wenn das von der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 ausgegebene Impulssignal verschwindet, nimmt das Ausgangssignal des NAND-Glieds 14 L-Pegel an, und der Kondensator CO beginnt, sich über die Diode Dl und den Widerstand R5 zu entladen. Das Entladen des Kondensators CO wird nach Verstreichen einer Zeitspanne Tl nach dem Aufruf des Rauchdetektors 4 beendet, wenn der Licht-Treiberimpuls P2 verschwindet. Die Spannung Vc an dem Kondensator, wenn dieser Kondensator CO den Entladevorgang beendet, ist eine Spannung, die der Rauchdichte entspricht, und ein dieser Spannung Vc entsprechender Strom wird als Ausgangssignal für die Zentrale 1 durch den Operationsverstärker 15 und den Transistor 16 während einer Zeitspanne nach der Beendigung der Lichtabgabe bis zum Verschwinden des Impulssignals

Pl gehalten.

Eine Differenz zwischen dem Licht-Treiberimpuls P2 als Bezugsimpuls und dem Ausgangssignal P3 der Impulsdauer-Umsetzschaltung wird festgestellt, und die Spannung an dem Kondensator CO entsprechend der ermittelten Frequenz wird dazu verwendet, um den Differenzwert als Ausgangssignal zu halten.

Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Das Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 und das Ausgangssignal eines Monoflops 40 werden miteinander verglichen, um die Differenz zwischen den beiden Signalen festzustellen, und es wird der Kondensator CO nach Maßgabe der Differenz aufgeladen, um die Spannung an dem Kondensator als Ausgangssignal zu halten.

Ein Transistor 41, der als Diskriminator arbeitet, ist mit seiner Basis bzw. seinem Steueranschluß an die Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 angeschlossen, mit seinem Emitter ist der Transistor an das Monoflop 40 angeschlossen, und der Kollektor ist an einer Reihenschaltung gekoppelt, die aus einem Negator 42, einer Diode D4, einem Widerstand R9 und dem Kondensator CO besteht. Der Kondensator CO beginnt den Ladevorgang, wenn das Ausgangssignal des Monoflops 40, welches in den Transistor 41 eingegeben wird, abfällt, und der Ladevorgang wird beendet, wenn das Ausgangssignal P3 der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 abfällt. Ein Feldeffekttransistor 43 und eine Ausgangsschaltung 44 sind außerdem vorgesehen, so daß eine Ausgabesignal-Halteeinrichtung gebildet wird.

Der Lade/Entlade-Vorgang der Schaltung nach Fig. 8 wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert.

Nach dem Aufruf seitens der Zentrale 1 wird ein Signal Pl

zum Einstellen einer Antwortzeit sowie ein Licht-Treiberimpuls 2 von der Übertragungssteuerschaltung 10 abgegeben, und das Monoflop 40 gibt aufgrund des Signals Pl einen Impuls mit der Dauer Tx ab, die halb so groß ist wie die Dauer Tl des Treiberimpulses P2. Gleichzeitig wird von der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13 ein Signal P3 abgegeben, dessen Dauer der Rauchdichte entspricht. Der Transistor 41 wird selbst dann nicht leitend, wenn das Signal P3 an seinen Steueranschluß gelegt wird, da der Ausgangsimpuls des Monoflops 40 dem Emitter zugeführt wird, und der Transistor wird leitend, wenn der Ausgangsimpuls des Monoflops 40 abfällt. Der Negator 42 gibt ein Impulssignal P4 ab, dessen Dauer der Differenz der Impulsdauern der Signale P3 und des Ausgangsimpulses des Monoflops 40 entspricht. Der Kondensator CO wird durch das Ansteigen des Impulses P3 rasch aufgeladen, und der Ladevorgang wird beim Abfallen des Impulses P4 beendet. Die Spannung an dem Kondensator bei Ende des Ladevorgangs wird bis zum Abfallen des Antwortzeit-Einstellimpulses Pl gehalten und von der Ausgangsschaltung 44 für die Zentrale 1 als Ausgangssignal gehalten.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Abschnitt des Ausgangssignals der Impulsdauer-Umsetzschaltung 13, welcher der Impulsdauer Tx des Ausgangssignals des Monoflops 40 entspricht, und in dem Rauschanteile enthalten sein könnten, abgeschnitten. Der verbleibende Abschnitt des Signals wird für das Feststellen eines Peuerausbruchs genutzt, so daß eine exakte Bestimmung eines Feuerausbruchs möglich ist.

Obschon die oben beschriebenen Analog-Feuerdetektoren sämtlich photoelektrische Feuerdetektoren sind, können die erfindungsgemäßen Analog-Feuerdetektoren grundsätzlich auch andere Typen von Feuerdetektoren sein.

Claims

KAIX)R · RUINKER · SCHMITT-NILSOlNί· HIRSCH : - RVfEN Ws mi TE cvn ktkm' attoknkvs K 22 149/ho 3U3238 Hochiki Kabushiki Kaisha 10-43, Kamiosaki 2-chome Shinagawa-ku Tokyo, Japan Analog-Feuerdetektor Patentansprüche

1.J Analog-Feuerdetektor, der eine auf den Ausbruch eines Feuers zurückzuführende Änderung eines physikalischen Umgebungszustands feststellt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine Detektoreinrichtung (10, Rl, 11, 12) zum intermittierenden Feststellen des Ausmaßes einer Änderung des physikalischen Umgebungszustands aufgrund eines Feuerausbruchs, um ein Analogsignal zu erzeugen, welches dem Ausmaß der Änderung entspricht,

eine Impulsdauer-Umsetzeinrichtung (13), die das Analogsignal in ein Impulssignal umsetzt, dessen Dauer dem Pegel des Analogsignals entspricht,

einen Bezugsimpuls-Generator (10, R2, R3) zum Erzeugen eines Bezugsimpulses mit einer vorbestimmten Dauer und einer vorbestimmten Periodendauer entsprechend dem von der Detektoreinrichtung durchgeführten Detektorvorgang, eine Diskriminatoreinrichtung (14) zum Feststellen einer Differenz der Impulsdauern zwischen einem Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzeinrichtung und dem Bezugsimpuls auf

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deren Vergleich hin,

eine Lade/Entlade-Einrichtung zum Aufladen oder zum Entladen eines Kondensators nach Maßgabe der durch die Diskriminatoreinrichtung ermittelten Differenz und eine Ausgangssignal-Halteeinrichtung (15, 16),die für einen bestimmten Zeitraum ein Signal hält und ausgibt, welches einer Spannung entspricht, die an dem Kondensator ansteht, wenn das Laden bzw. das Entladen der Lade/Entlade-Einrichtung beendet ist.

2. Feuerdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsimpuls-Generator einen Bezugsimpuls mit einer Dauer erzeugt, die der Dauer der intermittierenden Treiber-Zeitspanne der Detektoreinrichtung entspricht oder größer ist als diese.

3 . Feuerdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bezugsirnpuls-Generator einen Bezugsimpuls mit einer Dauer erzeugt, die kleiner ist als die Zeitspanne des durch die Detektoreinrichtung vorgegebenen intermittierenden Treiber-Zeitraums, und daß die Dauer des Bezugsimpulses einem Zeitabschnitt entspricht, in welchem möglicherweise Störkomponenten in dem Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzschaltung enthalten sind.

4. Feuerdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Diskriminatoreinrichtung ein NAND-Glied (14) ist, dem als Eingangssignale der Bezugsimpuls und das Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzeinrichtung (13) zugeführt werden, daß die Lade/Entlade-Einrichtung durch eine Diode (Dl), einen Widerstand (R5) und einen Kondensator (CO) gebildet wird, die in Reihe zu dem Ausgang des NAND-Glieds (14) geschaltet sind, daß die Ausgangssignal-Halteeinrichtung durch einen Operationsverstärker (15) und einen Transistor (16) gebildet wird, die an die Lade/Entlade-Einrichtung angeschlossen sind und den La-

devorgang einleiten, wenn das Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzeinrichtung aufhört, den Ladevorgang beenden, wenn die Detektoreinrichtung den Detektorvorgang beendet, und die das Signal als Ausgangssignal hält, welches der Spannung an dem Kondensator in einem Zeitraum entspricht, in welchem die Detektoreinrichtung nicht arbeitet.

5. Feuerdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Diskriminatoreinrichtung ein NAND-Glied (14) ist, dem als Eingangssignale der Bezugsimpuls und das Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzeinrichtung zugeführt werden, daß die Lade/Entlade-Einrichtung gebildet wird durch eine Reihenschaltung aus einer Diode (Dl), einem Widerstand (R5) und einem Kondensator (CO) sowie eine weitere Reihenschaltung aus einem Monoflop (30), einer Diode (D3) und einem Widerstand (R8), die parallel zu der ersten Reihenschaltung (Dl, R5, CO) geschaltet ist, daß die Ausgangssignal-Halteschaltung durch einen Operationsverstärker (15), der an die Lade/Entlade-Einrichtung angeschlossen ist, und einen Transistor (16) gebildet wird, daß das Monoflop sofort mit dem Beginn des Betriebs der Detektoreinrichtung mit dem Ladevorgang beginnt, daß das Aufladen des Kondensators beginnt, wenn das Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzschaltung gestoppt wird, und daß der Entladevorgang gestoppt wird, wenn die Detektoreinrichtung den Betrieb beendet, damit dann, wenn die Detektoreinrichtung nicht in Betrieb ist, als Ausgangssignal ein Signal gehalten wird, welches der Spannung an dem Kondensator entspricht,

6. Feuerdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Bezugsimpuls-Generator ein Monoflop (40) zum Treiben der Detektoreinrichtung und zum Erzeugen der Bezugsimpulse ist, daß die Diskriminatoreinrichtung ein Transistor (41) ist, dessen Steuergatter das Ausgangssignal der Impulsdauer-Umsetzeinrichtung (13) zugeführt wird, dessen Emitter der Bezugsimpuls zugeführt

wird, und der leitend gemacht wird, nachdem der Bezugsimpuls abgefallen ist, daß die Lade/Entlade-Einrichtung durch einen Negator (42), eine Diode (D4) und einen Kondensator (CO) gebildet wird, die an den Kollektor des Transistors (41) angeschlossen sind, daß die Ausgangssignal-Halteeinrichtung ein Feldeffekttransistor (43) ist, dessen Gate an die Lade/Entlade-Einrichtung angeschlossen ist, und der den Transistor nach dem Abfallen des Bezugsimpulses leitend macht, den Kondensator durch eine von der Diskriminatoreinrichtung ermittelte Differenz auflädt und als Ausgangssignal während eines Zeitraums, in dem die Detektoreinrichtung nicht arbeitet, ein Signal hält, welches der Spannung an dem Kondensator bei Beendigung des Ladevorgangs entspricht.

7. Feuerdetektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoreinrichtung gebildet wird durch ein lichtemittierendes Element, welches periodisch und intermittierend angesteuert wird, um während einer bestimmten Zeitspanne Licht auszusenden, und einen Photodetektor (12), der ein Photodetektorsignal ausgibt, welches einer durch Eintritt von Rauch verursachten Änderung des von dem lichtemittierenden Bauelement (11) kommenden Lichts entspricht, daß die Impulsdauer-Umsetzeinrichtung (13) gebildet wird durch einen direkt an den Photodetektor angeschlossenen Lastwiderstand (R2) empfängt, und einen Kondensator sowie einen sehr kleinen Kondensator, dessen einer Anschluß an den Bezugsspannungs-Ausgang einer Widerstands-Teilerschaltung (R3, R4) angeschlossen ist und dessen anderer Anschluß an den Ausgang der Differenzierschaltung (C, R7) angeschlossen ist, und der von einem sehr kleinen Strom durchflossen wird, der zu dem Widerstand der Differenzierschaltung und zu dem Lastwiderstand fließt, wenn er durch einen Stromversorgungsimpuls zum Treiben des lichtemittierenden Bauelements geladen und entladen wird.

8. Feuerdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitkonstante, die definiert wird durch die Parallelschaltung des Lastwiderstands (R2) und des Widerstands (R7) der Differenzierschaltung sowie den sehr kleinen Kondensator (Cj¹), kleiner als 10 s ist.

9. Feuerdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der sehr kleine Kondensator (Cj¹) in Form der Sperrschichtkapazitat einer Zenerdiode in der Eingangsstufe einer Vergleicherschaltung (23) vorliegt.

10. Feuerdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der sehr kleine Kondensator gebildet wird durch einen eine sehr kleine Kapazität aufweisenden Kondensator, der zwischen der Stromversorgungsimpuls-Quelle und der Differenzierschaltung liegt, wenn ein Vergleicher (23) in seiner Eingangsstufe keine Zenerdiode besitzt.