DE69118277T2

DE69118277T2 - Feuer-Detektierungsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE69118277T2
Application number: DE69118277T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Igarashi; Masao Inoue
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-08-06
Also published as: EP0472039B1; EP0472039A3; US5225810A; DE69118277D1; EP0472039A2; JP2935549B2; JPH04102997A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Feuerdetektionsverfahren, bei welchem ein Strahl elektromagnetischer Strahlung in einen zu Überwachenden Raum emittiert, die aus besagtem Raum zurückgekehrte Strahlung gemessen und ein Feuersignal in Reaktion auf eine vorbestimmte Anderung der gemessenen zurückgekehrten Strahlung erzeugt wird, und auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Verschiedenen Arten von Feuerdetektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, zum Beispiel aus WO-A-82/0348. Typische Beispiele sind thermische Feuerdetektoren, die die Hitze eines Feuers mittels überschnappender Bimetall-Elemente oder sich bei erhöhter Temperatur ausdehnender pneumatischer Kammern detektieren, Ionisationskammer-Detektoren, die durch Aerosol oder Rauchpartikel verursachte Ionisationsstrom-Änderungen feststellen, photoelektrische Rauchdetektoren, die die Intensität von durch Rauch gestreutem Licht oder eine Reduktion der Lichtdurchlässigkeit infolge Vorhandensein von Rauch in der Messkammer oder einem überwachten Areal feststellen, und Flammendetektoren vom Strahlungstyp, die den Ausbruch eines Feuers durch Detektion von Wärmestrahlung eines Feuers oder von flackernden Flammen mittels eines Infrarotstrahlungsdetektors melden.
Alle diese vorbekannten Feuerdetektoren sprechen nur auf ein einziges Feuerphänomen an, sind jedoch im Hinblick auf andere Feuerarten ziemlich unwirksam. Beispielsweise sind Ionisationsfeuerdetektoren sehr empfindlich auf die im Frühstadium eines Feuers erzeugten kleine Aerosolpartikel, aber ziemlich unempfindlich für offene Flammen, Streulichtdetektoren weisen sehr gut weissen Rauch nach, jedoch kaum schwarzen Rauch, während Obskurations-Detektoren vorzugsweise schwarzen Rauch nachweisen, aber in wesentlich geringerem Masse Flammen, und photoelektrische Flammendetektoren ziemlich schnell auf offene Flammen ansprechen, jedoch weitgehend unempfindlich für schwelende Feuer oder Rauch sind.
Ein weiterer Nachteil bekannter Feuerdetektionssysteme ist, dass es zur Uberwachung eines ausgedehnten Raumes notwendig ist, eine grosse Anzahl von Detektoren zu installiern, zum Beispiel an der Decke des überwachten Raumes, oder dass im Falle von Detektoren vom Obskurationstyp bei Verwendung in einem weitläufigen Raum, eine Anzahl von Lichtsendern und Empfängern installiert werden muss, um das Überwachte Gebiet hinreichend zu überdecken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Feuerdetektionsverfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Feuer verschiedener Arten zuverlässiger unter Vermeidung einer Unempfindlichkeit für bestimmte Feuerphänomene und mit einer einfacheren Installation und einer kleineren Anzahl von Detektoren in einem grösseren Raum zu detektieren.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Laufzeit der zurückgekehrten Strahlung zwischen der Emission besagter Strahlung und dem Empfang der zurückgekehrten Strahlung gemessen und mit einer vorgängig gespeicherten Laufzeit verglichen, und ein Feuersignal wird erzeugt, wenn die gemessene Laufzeit in vorbestimmter Weise von der vorgängig gespeicherten Laufzeit abweicht.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird zur zuverlässigeren Detektion eines Feuers und zur Unterscheidung verschiedener Feuertypen zusätzlich die Intensität der zurückgekehrten Strahlung detektiert und ausgewertet.
Vorzugsweise wird gepulste Strahlung im nahen infraroten Bereich des Spektrums verwendet, wie sie beispielsweise durch eine LASER- Vorrichtung erzeugt wird, jedoch kann je nach gegebenen Umständen die Verwendung anderer Strahlungsarten in benachbarten Spektralbereichen brauchbar und nützlich sein.
Eine Feuerdetektionsvorrichtung gemäss der Erfindung ist versehen mit einem Sender, der einen Strahl elektromagnetischer Strahlung in den zu Überwachenden Raum aussendet, mit einem Detektionsmittel zum Empfang der von Objekten im Raum reflektierten zurückgekehrten Strahlung und mit einem Mittel zur Messung der Rückkehrzeit der Strahlung zwischen Aussendung und Empfang, mit einem Vergleichsmittel zum Vergleich die gemessenen Rückkehrzeiten mit vorgängig gespeicherten Rückkehrzeiten, und mit einem Diskriminationsmittel zur Erzeugung eines Feuersignals, wenn die gemessenen Rückkehrzeiten in vorbestimmter Weise von den vorgängig gespeicherten Rückkehrzeiten abweichen.
Die gespeicherten Rückkehrzeitwerte können dadurch gewonnen werden, dass der Strahl des Senders in den Raum gegen die gegenüberliegende Fläche oder ein anderes Objekt im Raum gerichtet und die Reflexionszeit der Strahlung von besagter Oberfläche in Abwesenheit von Feuer gemessen wird, ähnlich wie bei einem Laserstrahl- Entfernungsmesser, und die dem Abstand zur Fläche entsprechende Reflexionszeit gespeichert wird.Dabei können die Referenzwerte zur Zeit der Installation der Feuerdetektionsvorrichtung gespeichert werden, oder die Speicherung kann nach der Installation wiederholt werden, um zwischenzeitliche Änderungen im Raum zu berücksichtigen
Vorzugsweise kann der Strahlungssender auf einem Montagesockel installiert sein, der in jeder Richtung frei schwenkbar ist, so dass die Messung der Laufzeit oder Entfernung zu mehreren Oberflächen im Areal oder Raum ermöglicht wird, wobei jede Reflexionszeit für jede Senderausrichtung im Speichermittel gespeichert wird
Durch Auswertung der Rückkehrzeit der reflektierten Strahlung, anstatt ausschliesslich der Intensität der empfangenen Strahlung, schliesst das Feuerdiskriminationsmittel gemäss der vorliegenden Erfindung, dass schwarzer Rauch sich entwickelt, wenn die Rückkehrzeit oder der gemessene Abstand den gespeicherten Referenzwert übersteigt und kaum eine Fluktuation zeigt, während weisser Rauch angezeigt wird, wenn der Abstand oder die Reflexionszeit kleiner als der im Speicher gespeicherte Referenzwert und Fluktuation kaum wahrnehmbar ist, und die Existenz von Flammen wird angezeigt, wenn der Abstand oder die Reflexionszeit vom gespeicherten Wert abweicht und Fluktuationen zeigt.
Daher gibt diese Feuerdetektionsvorrichtung eine unterschiedliche Anzeige, wenn weisser Rauch oder schwarzer Rauch oder Flammen zwischen dem Strahl-Sender und -Empfänger und einer gegenüberliegenden Fläche im Raum vorhanden sind, auf die der Messstrahl gerichtet ist und die eine Reflexionsfläche für die Lieferung eines Referenzwertes bildet. Durch vorgängige Speicherung der Referenzwerte und Messung des Abstandes oder Laufzeit der reflektierten Strahlung und ihrer Intensität und Vergleich derselben mit den Referenzwerten wird jeder Feuerausbruch zuverlässig detekiert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigeschlossenen Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Raum, in dem eine Feuerdetektionsvorrichtung installiert ist,
Fig. 2 zeigt die Änderung der Rückkehrzeit reflektierter Strahlung in Gegenwart von weissem Rauch,
Fig. 3 zeigt die Intensitätsänderung der reflektierten Strahlung in Gegenwart von weissem Rauch,
Fig. 4 zeigt die Änderung der Rückkehrzeit reflektierter Strahlung in Gegenwart von schwarzem Rauch,
Fig. 5 zeigt die Intensitätsänderung der reflektierten Strahlung in Gegenwart von schwarzem Rauch,
Fig. 6 zeigt die Änderung der gemessenen Rückkehrzeit in Gegenwart von Flammen,
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Feuerdetektionsvorrichtung,
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild des internen Schaltkreises der Detektionsvorrichtung gemäss Fig. 7,
Fig. 9A und 9B zeigen Flussdiagramme zweier Ausführungsbeispiele von Programmen zum Betrieb von Feuerdetektionsvorrichtungen,
Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm eines Diskriminierungsprogramms für weissen Rauch, schwarzen Rauch und Flammen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Strahltyp-Strahlungssender und Empfänger RF an einer Seite des zu Überwachenden Raumes installiert. Der Sender kann ein LASER sein, welcher einen Strahl enger, gepulster Strahlung emittiert, z.B. eine typische Laserdiode, die Impulse von 10 - 20 Nanosekunden Dauer und mit einer Impulsraten- Frequenz von z.B. 0.5 - 1.5 kHz im nahen infraroten Spektralbereich mit einer wellenlänge von etwa 0.9 µ emittiert. Der Laserstrahl wird vom Sender RF in den Raum ausgestrahlt und von einem Objekt, z.B. der gegenüberliegenden Wand reflektiert, und die reflektierte Strahlung wird dann zum Empfänger zurückgeleitet, welcher die Laufzeit der Strahlungsimpulse zwischen Emission und Empfang bestimmt. Diese gemessene Rückkehrzeit entspricht dem Abstand des Objektes, von dem die Strahlungsimpulse reflektiert wurden, entweder von der gegenüberliegenden Wand oder von einem dazwischen befindlichen Objekt, wie einem Feuer F.
Fig. 2 - 5 demonstriern den Einfluss von Rauch und Flammen auf den von einer Laservorrichtung des obigen Typs in einer Anordnung nach Fig. 1 gemessenen Abstand, wobei der Laserstrahl auf die gegenüberliegende Wand gerichtet ist und Feuer verschiedener Art, z.B. Treibstoff- oder Ölfeuer oder brennende Holzstücke zwischen der Laservorrichtung RF und der gegenüberliegenden Wand plaziert wurden. Fig. 2 und 4 zeigen auf der vertikalen Achse die Änderungen der gemessenen Abstände gegen den Zeitverlauf auf der horizontalen Achse nach Erzeugung von weissem und schwarzem Rauch, während Fig. 3 und 5 die Änderungen der Intensität des reflektierten Lichts auf der vertikalen Achse gegen den Zeitverlauf auf der horizontalen Achse im Falle von weissem und schwarzen Rauch zeigen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt bei von brennenden Holzstücken erzeugtem weissen Rauch der gemessene Abstand ab, so dass ein kürzerer Abstand gemessen wird, als ohne Rauch, wobei die gemessene Laufzeit dem Abstand der gegenüberliegenden Wand entspricht.
Andererseits zeigt der Empfänger, wie in der Fig. 4 gezeigt, bei schwarzem Rauch, abweichend vom Falle weissen Rauchs, einen grösseren Abstand zur gegenüberliegenden Fläche an, an der der Strahl reflektiert wird, als wenn kein Rauch vorhanden ist. In speziellen Fällen kann der angezeigte "Abstand" unendlich werden.
Jedoch nimmt, wie in Fig. 3 gezeigt, die Intensität des reflektierten Lichts, d.h. die Intensität des zum Empfänger zurückgekehrten Messstrahls in Gegenwart von weissem Rauch ab, obwohl sie mit dem Abstand des Rauches variiert. Andererseits nähert sich, wie in Fig. 5 gezeigt, die Intensität bei schwarzem Rauch Null an.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, wird bei Gegenwart von weissem bzw. schwarzem Rauch ein kürzerer bzw. längerer Abstand als der wirkliche Abstand der gegenüberliegenden Fläche angezeigt. Es wird angenommen, dass diese Unterschiede in der Ablesung den folgenden, bisher offenbar nicht zur Detektion und Diskriminierung von Feuern berücksichtigten Ursachen zuzuordnen sind. Im Falle von weissem Rauch wird der Laserstrahl vom Rauch reflektiert und der Abstandsmesser misst diesen leicht reflektierten Strahl und zeigt einen kürzeren Abstand an, während bei Gegenwart von schwarzem Rauch der Laserstrahl durch den Rauch absorbiert wird, so dass der Abstandsmesser keine Reflexion des Laserstrahls feststellen kann und einen unendlichen Abstand anzeigt.
Fig. 6 zeigt die Änderungen des gemessenen Abstandes auf der vertikalen Achse gegen den Zeitverlauf auf der horizontalen Achse nach Erzeugung einer offenen Flamme. Wenn der Laserstrahl gegen die gegenüberliegenden Fläche durch die Flamme hindurch projiziert wird, zeigt der Abstandsmesser einen unterschiedlichen Abstand an, verglichen mit dem ohne Gegenwart einer Flamme gemessenen Abstand zur gegenüberliegenden Fläche. Darüberhinaus zeigt der gemessene Abstand im Falle einer Flamme starke Fluktuationen, abweichend vom Falle mit Rauch. Es wurde bemerkt, dass im Falle, wo die Flamme in kurzem Abstand liegt, z.B. von 15 Metern, sie eine Anzeige ergibt, die fluktuierende Änderungen um einen weit vom wirklichen Ort der Flamme entfernten Punkt zeigt.
Es wird angenommen, dass solche Änderungen des bei Flammen gemessenen Abstandes durch Änderungen der Phase des Laserstrahles verursacht werden, wenn dieser durch eine Flamme projiziert wird,
Es wurde festgestellt, dass Sonnenlicht oder Beleuchtungslampen, welche in den Raum oder direkt auf den Empfänger strahlen, die Abstandsanzeige nicht beeinflussten.
Der in der beschriebenen Feuerdetektionsvorrichtung verwendete Lasertyp war ein solcher, der keinen Reflexionsspiegel auf der gegenüberliegenden Fläche benötigt. Die oben beschriebenen Phänomene traten bei einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren oder nahem Infrarot-Bereich von angenähert 0.6 bis 3 µ auf.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, ist es möglich, Rauch und Flammen mit einem Verfahren zu detektieren, welches sich von konventionellen Lichtstreuungs- und Lichtschwächungs-Verfahren unterscheidet, falls ein Abstandsmesser vom Strahltyp zur Messung der Laufzeit der zurückgekehrten Strahlung oder des Abstandes zu einer Oberfläche, auf die der Strahl gerichtet ist, z.B. des Abstandes zur gegenüberliegenden Wand oder der Decke in einem Gebäude, und beurteilt wird, ob eine Änderung des gemessenen Abstandes und/oder der Intensität der reflektierten Lichtintensität des Strahles stattgefunden hat, verwendet wird, und zwar folgendermassen:
1. Wenn der gemessenen Abstand eine Änderung vom Referenzabstand, z.B. vom Abstand zur Wandfläche zeigt, sei es kürzer oder länger, ist Rauch zwischen dem Abstandsmesser und der Referenz-Reflexions- Fläche vorhanden.
2. Es ist ersichtlich, dass sich weisser Rauch entwickelt, wenn der gemessene Abstand kürzer als der Referenzabstand ist, und es ist im Falle von weissem Rauch auch möglich, dadurch den Abstand des Feuers festzustellen.
3. Es ist ersichtlich, dass sich schwarzer Rauch entwickelt, wenn der gemessenen Abstand grösser als der Referenzabstand ist.
4. Es ist ersichtlich, dass sich eine Flamme entwickelt, wenn eine Fluktuation des gemessenen Abstandes vorhanden ist.
5. Ausser der Detektion eines Feuers im Allgemeinen ist es möglich, verschiedenen Feuerarten zu unterscheiden, wie etwa Rauch nach Punkt (2) und (3) und Flammen nach Punkt (4).
6. Wenn die Intensität des reflektierten Lichts eine Abweichung von der Referenzintensität des reflektierten Lichts zeigt, z.B. der empfamgenen Intensität des an der Wandoberfläche reflektierten Messstrahls, dann ist Rauch zwischen dem Abstandsmesser und der Referenzoberfläche vorhanden.
7. Es ist ersichtlich, dass schwarzer Rauch erzeugt wird, wenn die gemessene Intensität des reflektierten Lichts eine grosse Abnahme von der Referenzintensität des reflektierten Lichts zeigt.
8. Es ist ersichtlich, dass weisser Rauch erzeugt wird, wenn die gemessene Intensität des reflektierten Lichts eine geringe Abnahme von der Referenzintensität des reflektierten Lichts zeigt.
9. Es ist möglich, die Rauchentwicklung durch ein Feuer nach Punkt (6) zu detektieren und die Raucharten nach Punkt (7) und (8) zu unterscheiden.
10. Es ist möglich, eine Rauch- und Flammen-Erzeugung aus den Vergleichsergebnissen zwischen dem gemessenen Abstand und dem Referenzabstand zu detektieren, und darüberhinaus eine genauere Unterscheidung der Raucharten durch eine kombinierte Auswertung durch Vergleich der gemessenen Intensität des reflektierten Lichts mit der Referenzintensität des reflektierten Lichts vorzunehmen. Daher erhält man eine Feuerdetektionsvorrichtung, welche Rauch und Flammen detektiert, durch Vorsehen Diskriminations-Schaltkreises, der den gemessenen Abstand und/oder die vom Abstandsmesser empfangene Intensität des reflektierten Lichts mit dem Referenzabstand und/oder der Referenzintensität des reflektierten Lichts in der Abstandsmessungsanordnung im Schaltpult oder in einem Verstärker, an den der Abstandsmesser angeschlossen ist, vergleicht.
Der Referenzabstand und/oder die Referenzintensität des reflektierten Lichts wir/werden vorgängige Messung des Abstandes des reflektierenden Objekts vom Detektor, das Reflexionsvermögen des reflektierenden Objekts usw. gesetzt und im Speichermittel als Referenzwerte gespeichert. Durch Vergleich der gesetzten Referenzwerte mit den Messwerten ist es möglich, jegliche Erzeugung von Rauch oder Flammen zu detektieren. Durch Beobachtung derartiger Abweichungen vom Referenzwert, wie sie durch Vergleich gefunden wurden, ist es weiterhin möglich, zu unterscheiden, ob die Abweichung von der Gegenwart von Rauch oder Flammen herrührt, oder von einer Unterbrechung des Lichtstrahls durch einen menschlichen Körper oder ein Objekt, so dass Fehlalarme verhindert werden. Weiter ist es möglich, die Art oder Eigenschaften von Rauch zu bestimmen.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Feuerdetektionsvorrichtung, die nach dem obigen Verfahren arbeitet. Darin ist:
RF ein Abstandsmesser vom Lasertyp, um den Abstand mittels der Laufzeit zurückgekehrter Strahlung zu messen,
MT ein Montagesockel oder ein elektrisch betriebener Schwenksockel, auf der der Abstandsmesser derart montiert ist, dass der gesamte Raum zur Feuerüberwachung durch Bewegung des Messstrahls in horizontaler und vertikaler Richtung und mit Ausgangsanzeige seiner eigenen Position, d.h. des Rotations- und des Elevations-Winkels abgetastet werden kann,
DE eine Detektionseinheit, die Ausgangsinstruktionen für die Abstandsmessung und das Schwenken an den Abstandsmesser RF bzw. den elektrisch betriebenen Schwenksockel MT abgibt und eine "Feuer"-Entscheidung mittels der vom Abstandsmesser RF gemäss seinen Abstandsmess-Instruktionen gemessenen Abstandsdaten und mit den Schwenk- Rotations- und Elevationswinkel- Daten des elektrisch betriebenen Schwenksockels MT gemäss dessen Schwenk-Instruktionen trifft.
RE eine Feuerkontrollfeld, welche die von der Detektionseinheit DE über die Signalleitung LN getroffene "Feuer"-Entscheidung empfängt.
Die in Fig, 7 gezeigte Feuerdetektionseinheit DE umfasst:
MPU1 einen Mikrocomputer,
ROM1 einen Speicherbereich, um Programme der nach den später in den Fig. 9A und 9B beschriebenen Flussdiagramme zu speichern,
ROM2 einen Speicherbereich zur Speicherung diverser Konstanten,
RAM1 einen Arbeitsspeicherbereich,
RAM2 einen Speicherbereich, um die Rotations- und Elevationswinkel α&sub0;, β&sub0;, und den Abstand L&sub0; zu jedem Überwachungspunkt zu speichern,
DP eine Anzeige, wie eine Anzeigelampe oder eine CRT (Kathodenstrahlröhre),
DIP ein DIP-Schalter zum Setzen der Selbstadressen und zur Rückstellung der Rotations- und Elevationswinkel α&sub0; und β&sub0; und des Abstandes L&sub0;,
TRX eine Sende/Empfangseinheit, versehen mit einem Empfangskreis, einem Serien/Parallel- und einem Parallel/Serien-Konverter, sowie einem Übertragungsschaltkreis, und
IF1 - IF2 Schnittstellen.
Fig. 8 zeigt den internen Schaltkreis des in Fig. 7 gezeigten Abstandsmessers RF und umfasst die folgenden Bauteile:
1. einen Mikrocomputer,
2. ein lichtemittierendes Element, wie eine Laserdiode, das Strahlung mit einer Wellenlängeim Bereich von 0.6 bis 3 µ emittiert,
3. einen Lichtemissions-Steuerkreis, der das lichtemittierende Element 2 veranlasst, Lichtimpulse gemäss der Steuerung durch den Mikrocomputer 1 zu emittieren,
4. eine konkave Linse zur Expansion des vom lichtemittierenden Element 2 emittierten Lichts,
5. eine konvexe Linse, die das durch die konkave Linse 4 ausgebreitete Licht zu einem Lichtstrahl bündelt,
6. einen halbdurchlässigen Spiegel,
7. einen reflektierenden Spiegel,
8. eine Photodiode, welche vom lichtemittierenden Element 2 emittiertes Licht detektiert,
9. einen Verstärker,
10. einen reflektierenden Spiegel, um das reflektierte Licht, z.B. das vom lichtemittierenden Element 2 emittierte und von der Wand- oder Deckenoberfläche, usw. reflektierte Laserstrahllicht zu kondensieren,
11. einen weiteren Spiegel,
12. ein optisches Filter,
13. ein Lichtempfängerelement, wie eine Lawinen-Photodiode oder einen Photovervielfacher PMT zur Detektion von reflektiertem Licht, d.h. des vom lichtemittierenden Element 2 emittierten und von der Wand, Decke usw. reflektierten Laserstrahls,
14. einen Verstärker,
15. einen Oszillator mit einer Frequenz von z.B. 150 MHz,
16. eine Torschaltung, die geöffnet ist, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 9 für das empfangene Licht eine vorbestimmte Amplitude erreicht hat, so dass das Oszillationssignal vom Oszillator 15 passieren kann, und die geschlossen ist, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 14 für das empfangene Signal eine vorbestimmte Amplitude erreicht hat, so dass der Durchgang des Oszillationssignals vom Oszillator 15 blockiert wird,
17. einen Zähler für den Oszillationssignaleingang durch die Torschaltung 16,
18. einen Empfangskreis zum Empfang eines Steuersignals von der Detektionseinheit DE, und
19. einen Übertragungskreis zur Ausgabe von Signalen, wie etwa Abstandssignalen, an die Detektionseinheit DE.
Der Abstandsmelder RF steuert den Lichtemissions-Steuerkreis 3 und veranlasst des lichtemittierende Element 2 zur Emission von Lichtimpulsen, wenn der Mikrocomputer 1 den Empfang der Abstandsmesser- Instruktion von der Detetektionseinheit DE durch den Empfangskreis 18 bestätigt hat. Gleichzeitig gibt der Abstandsmesser RF am Ausgang das Betriebsfreigabesignal zum Torschaltkreis 16 und ebenso das Rückstellsignal zum Zähler 17 ab.
Wenn die Photodiode 8 die vom lichemittierenden Element 2 emittierten Lichtimpulse detektiert hat, wird der Torschaltkreis 16 geöffnet, um das Oszillationssignal vom Oszillator 15 zum Zähler 17 , der das Oszillationssignal zählt, freizugeben.
Wenn die Lawinen-Photodiode 13 das reflektierte Licht von dem Punkt, wo das Licht vom lichtemittierenden Element 2 reflektiert wurde, z.B. von der Wand-, Boden- oder Deckenfläche empfangen hat, wird die Torschaltung 16 durch das Ausgangssignal des empfangenen Lichts geschlossen und der Zähler 17 beendet den Zählvorgang des Oszillationssignals.
Der Mikrocomputer 1 liest den vom Zähler 17 gezählten Wert ein und berechnet die vom Start der Lichtemission bis zum Empfang des zurückgekehrten Lichts vergangene Zeit, und aus der Rückkehrzeit und der Lichtgeschwindigkeit den Abstand der gegenüberliegenden Fläche, und gibt diesen Abstandswert dann über den Übertragungskreis 19 an die Detektionseinheit DE aus.
Während in der beschriebenen Ausführung die Berechnung des Abstandes durch den Abstandsmesser RF vorgenommen wird, kann die Auswertung der Laufzeit des rückgekehrten Lichts oder die Abstandsberechnung auch von der Detektionseinheit DE durchgeführt werden.
Wenn die Intensität des reflektierten Lichts zur Diskrimination benutzt wird, können z.B. ein Abtasthaltekreis und AD-Konverter vorgesehen uns so angeordnet sein, dass der Ausgang des Verstärkers 14 vom Abtasthaltekreis synchron mit der Emission der Lichtimpulse abgetastet und das abgetastete Ausgangssignal in ein Digitalsignal konvertiert wird, welches dem Mikrocomputer 1 eingegeben und dieser Wert an die Detektionseinheit DE ausgegeben wird.
Um die Positionsdaten des elektrisch betriebenen Schwenksockels MZ z.B. den Rotations- und Elevations-Winkel festzustellen, kann ein Potentiometer oder ein impulsgetriebener Schrittmotor verwendet werden.
Der Betrieb des in Fig. 7 und 8 gezeigten Beispieles einer Feuerdetektionsvorrichtung, einschliesslich des Abstandsmessers RF und der Detektionseinheit DE, wird nachstehend mittels der in den beigeschlossenen Figuren 9A, 9B und 10 gezeigten Flussdiagramrne beschrieben.
Wie oben beschrieben, kann die Rauchüberwachung durch Abstandsmessung und auch durch zusätzliche Intensitätsmessung des reflektierten Lichts ausgeführt werden. Jedoch wird im behandelten Ausführungsbeispiel nur die Überwachung durch Abstandsmessung betrachtet und beschrieben.
Zuerst werden Schritte vorgenommen, um den Abstand zu mehreren geforderten Überwachungspunkten in einem überwachten Raum mittels des Abstandsmessers RF zu messen, und den Rotationswinkel α&sub0;, den Elevationswinkel β&sub0; und den Abstand L&sub0; des Sockels MT zu jedem der Überwachungspunkte im Datenspeicherbereich RAM2 zur Verwendung als Referenzwerte beim "Feuer"-Beurteilungsschritt zu speichern (Schritte 904 - 920).
In diesem Fall kann jeder Zielpunkt für die Rauchüberwachung durch die Feuerdetektionsvorrichtung durch den auf einen festen Wert β&sub0; gesetzten Winkel des Sockels MT und den auf einen bestimmten Winkel α&sub0; gesetzten Rotationswinkel festgelegt werden, wie beim Schwenken des Sockels von einer Referenzposition erreicht, z.B. zwei Mal. Dann wird der Abstandswert L&sub0; zu jedem Überwachungszielpunkt, z.B. der dem Abstandsmesser RF gegenüberliegenden Wand für jeden Rotationswinkel und Elevationswinkel β&sub0; eingelesen und im Referenzdaten-Speicherbereich RAM2 zusammen mit dem entsprechenden Rotationswinkel α&sub0;und dem Elevationswinkel β&sub0; von der Referenzposition gespeichert.
Für die Flammenüberwachung durch die Feuerdetektionsvorrichtung wird der Überwachungszielpunkt auf eine Position gesetzt, wie sie erreicht wird, wenn der Sockel MT horizontal und vertikal auf bestimmte Winkel von bestimmten Referenzpositionen geschwenkt wird, z.B. zwei Mal, Dann werden die Abstandsdaten L&sub0; zum Zielpunkt der Überwachung, z.B. dem Abstandsmesser RF gegenüberliegenden Wandoder Bodenflächen, für jeden Rotationswinkel α&sub0; und Elevationswinkel β&sub0; eingelesen und im Referenzdatenspeicherbereich RAM2 zusammen mit dem entsprechenden Rotationswinkel α&sub0; und Elevationswinkel β&sub0; des Sockels von der Referenzposition gespeichert.
Weiterhin ist es möglich, zur gleichzeitigen Rauch- und Flammenüberwachung durch die Feuerdetektionsvorrichtung die Referenzdaten durch horizontale und vertikale Schwenkung des Abstandsmessers abzunehmen, z.B. zwei Mal, wie für die Flammenüberwachung getan, und sie in dem Referenzdatenspeicherbereich RAM2 zu speichern.
Die in den in den Figuren 9A, 9B und 10 gezeigten Ausführungen beschreiben den Betrieb für die gleichzeitige Rauch- und Flammenüberwachung.
Nachdem die Speicherung von Rotationswinkel α&sub0;, Elevationswinkel β&sub0; und Abstand L&sub0; als Referenzdaten für jeden Überwachungszielpunkt im Referenzdatenspeicherungsmittel RAM2 in den Schritten 904 - 920 abgeschlossen ist, wird der Sockel MT so geschwenkt, dass er nacheinander auf jeden Überwachungszielpunkt gerichtet wird, und führt so die Feuerüberwachung aus, indem der Abstand L zu jedem Zielpunkt vom Abstandsmesser RF gemessen wird. Jeder gemessene Abstand wird im Arbeitsspeicherbereich RAML gespeichert (Schritte 922 - 938), dann wird der im Arbeitsspeicherbereich RAM1 gespeicherte Abstand L mit dem im Referenzdatenspeicherbereich RAM2 gespeicherten Referenzabstand L&sub0; desselben Überwachungszielpunktes verglichen (Schritt 938). Falls L fast gleich L&sub0; ist, bedeutet dies, dass kein Rauch oder Flammen zwischen dem Abstandsmesser RF und dem Überwachungszielpunkt vorhanden sind, und die gleichen Überwachungsschritte werden am nächsten Überwachungszielpunkt durchgeführt, beginnend mit Schritt 924. Falls jedoch L eine Abweichung von L&sub0; zeigt, die ein erlaubtes Mass überschreitet, wird dies als "Feuer" beurteilt und signalisiert, und die Information, z.B. Rotationswinkel und Elevationswinkel des Sockels und Abstand L&sub0; des Überwachungszielpunktes, wird an den die Feuerkontrolltafel RE oder dergleichen ausgegeben (Schritt 940).
Die Fig. 10 zeigt eine andere Ausführung von Schritt 940 als die in Fig. 9B gezeigte, und ist ein Beispiel von Programmen zur Detektion und zur Diskrimination der Arten von Feuererscheinungen, d.h. ob das bei Schritt 938 gefällte "Feuer"-Urteil von weissem Rauch, schwarzem Rauch oder von Flammen herrührt. Diese Diskrimination wird mittels der Unterschiede in den Charakteristiken von weissem Rauch, schwarzem Rauch und Flammen durchgeführt, d.h. durch die Tatsache, dass weisser Rauch eine Abnahme des gemessenen Abstandes bei geringer Fluktuation verursacht, während schwarzer Rauch eine Zunahme des gemessenen Abstandes bei geringer Fluktuation verursacht und der vergrösserte Wert sich dem Unendlichen annähert, und Flammen eine Abstandsänderung mit grösseren Fluktuationen, verglichen mit Rauch, verursachen.
Falls als Ergebnis des Vergleichs bei Schritt 938 in der Fig. 10 geurteilt wird, dass L von L&sub0; abweicht (N bei Schritt 938), wird der Abstandsmesser RF auf den Überwachungszielpunkt fixiert und die Abstandsmessdaten für diesen Überwachungszielpunkt werden für eine vorbestimmte Zeit eingelesen (Schritt 950). Auf der Basis der während dieser vorbestimmten Zeit erhaltenen Daten wird dann ein Urteil gefällt, ob der Messwert eine Änderung erfahren hat oder nicht (Schritt 952). Falls das Resultat der Beurteilung eine solche Änderung wie in Fig. 6 gezeigt ergibt (Y bei Schritt 952), bedeutet dies, dass mit grosser Wahrscheinlichkeit ein Feuer, d.h. eine Flamme, vorhanden ist, und die Positionsdaten α und β und eine Information über das Auftreten einer Flamme werden zur Feuerkontrolltafel RE übermittelt (Schritt 954).
Falls keine Änderung der Abstandsdaten L (N bei Schritt 952) bemerkt wird und dennoch alle Abstandsdaten L grösser sind als der Referenzabstand L&sub0; (Y bei Schritt 956), zeigt dies das Vorhandensein von schwarzem Rauch an, wie in Fig. 4 dargestellt, und die Positionsdaten und eine Information über schwarzen Rauch werden zur Feuerkontrolltafel übermittelt (Schritt 958).
Wenn jedoch keine Änderung der Abstandsdaten L auftritt und dennoch alle Abstandsdaten kleiner als die Referenzdaten L&sub0; sind (N bei Schritt 952, N bei Schritt 956, Y bei Schritt 960), zeigt dies die Gegenwart von weissem Rauch an, wie in Fig. 2 gezeigt, und entsprechend werden die Positionsdaten und eine Information über weissen Rauch zur Feuerkontrolltafel RE übertragen (Schritt 962).
Wenn jedoch keine grossen Änderungen in den Abstandsdaten L auftreten und dennoch einige grösser und einige kleiner sind als die Referenzdaten L&sub0;, wird geschlossen, dass im Verlauf der Messung zu gewisser Zeit schwarzer Rauch und zu anderer Zeit weisser Rauch vorhanden war. Da in nach dieser Beurteilung jedem Fall ein Feuer aufgetreten war, werden die positionsdaten und ein Feuer-Signal an die Feuerkontrolltafel RE übertragen (Schritt 964).
Obwohl in Fig. 10 angegeben ist, dass der Abstandsmesser bei der Detektion einer Abstandsänderung bei Schritt 938 auf diesen Punkt fixiert wird, um kontinuierlich den Abstand bei Schritt 950 zu messen, kann der Abstandsmesser so geschwenkt werden, dass der Abstand jedes Mal gemessen wird, wenn der Abstandsmesser auf den Punkt, um dessen Änderung im Laufe der Zeit zu messen.
Es können auch Vorkehrungen getroffen werden, dass der Rotationswinkel α&sub0;, der Elevationswinkel β&sub0; und der Abstand L&sub0; als Referenzdaten für den Zielpunkt, wie die Wand- oder Bodenfläche, nicht nur zu der Anfangszeit eingelesen und gespeichert werden, sondern auch zu Zeiten, wenn Änderungen im Überwachungsgebiet vorgenommen werden, indem der DIP-Schalter DIP betätigt wird, oder durch Steuerung durch die Feuerkontrolltafel RE (Schritt 944). So ist es möglich, schnell irgendwelche Änderungen im Überwachungsgebiet zu berücksichtigen, wie sie häufig in Räumlichkeiten wie Ausstellungshallen vorgenommen werden können.
Obwohl durch Verwendung eines extrem gut fokussierten Laserstrahls ein grosses Areal von mehr als hundert Metern Ausdehnung bequem überwacht werden kann, können auch gewöhnliche lichtemittierende Dioden und gewöhnliche Photodioden zur Feuer- und Rauchüberwachung kleinerer Räume benutzt werden. Bei der Verwendung von solchen gewöhnlichen lichtemittierenden Dioden ist es günstig, eine Linse vor der Photodiode vorzusehen, so dass ein fast paralleler Lichtstrahl gebildet wird, obwohl ein Laserstrahl, der nahezu keine Divergenz zeigt, besser zur Überwachung grosser Räume und ausgedehnter Gebiete geeignet ist.
Während im oben beschriebenem Ausführungsbeispiel die Diskrimination von Rauch und Flammen nur durch Abstandsmessung vorgenommen wird, kann eine genauere Überwachung durch eine Diskrimination mittels der Auswertung der Intensität des reflektierten Lichts zusätzlich zur Abstandsmessung vorgesehen sein. In diesem Fall wird ausser dem Referenzabstand die Referenzreflexionsintensität vorgängig im ROM oder dergleichen gespeichert und von der Tastatur oder dergleichen eingegeben werden müs6en. Dadurch kann eine noch bessere Diskrimination verschiedener Feuertypen erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zur Feuerdetektion, bei welchem ein Strahl elektromagnetischer Strahlung in einen zu Überwachenden Raum emittiert, die aus besagtem Raum zurückgekehrte Strahlung gemessen und ein Feuersignal in Reaktion auf eine vorbestimmte Änderung der gemessenen zurückgekehrten Strahlung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeit (L) der zurückgekehrten Strahlung zwischen Emission der besagten Strahlung und Empfang der besagten zurückgekehrten Strahlung gemessen und mit einer vorgängig gespeicherten Referenzlaufzeit (L&sub0;) verglichen wird, und ein Feuersignal erzeugt wird, wenn die gemessene Laufzeit (L) in einer vorbestimmten Weise von der besagten gespeicherten Laufzeit (L&sub0;) abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzrückkehrlaufzeit (L&sub0;) der Entfernung einer gegenüberliegenden Oberfläche entspricht, von der die emittierte Strahlung reflektiert und zurückgeworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Anzeige des Vorhandenseins eines Feuers die Art des Feuers angezeigt wird, wobei

a) weisser Rauch angezeigt wird, wenn die gemessene Laufzeit (L) um ein gewisses Mass unter die besagte Referenzlaufzeit (L&sub0;) fällt und keine einen vorgegebenen Wert übersteigende Fluktuation zeigt,

b) schwarzer Rauch angezeigt wird, wenn die gemessene Laufzeit (L) die Referenzlaufzeit (L&sub0;) um ein gewisses Mass übersteigt und keine einen vorgegebenen Wert übersteigende Fluktuation zeigt, und

c) eine Flamme angezeigt wird, wenn die Fluktuation der gemessenen Rückkehrlauf zeit (L) ein vorbestimmtes Mass übersteigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Messung der Rückkehrzeit der emittierten Strahlung die Intensität der zurückgekehrten Strahlung gemessen und mit einem vorgängig gespeicherten Intensitätsreferenzwert verglichen und ein Signal gegeben wird, wenn die gemessene Intensität um ein vorbestimmtes Mass vom Intensitätsreferenzwert abweicht.

5. Vorrichtung zur Feuerdetektion, die das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 benutzt, gekennzeichnet durch

a) Mittel (RF) zur Entfernungsmessung nach dem Strahltyp, das einen Strahl elektromagnetischer Strahlung gegen eine Oberfläche im überwachten Raum aussendet und die Laufzeit der zurückgekehrten Strahlung entsprechend dem Abstand zu besagter Oberfläche misst,

b) Speichermittel (RAM1) zur Speicherung der gemessenen Laufzeit oder dem Abstand zu besagter Oberfläche als Referenzwert,

c) Vergleichsmittel (938) zum Vergleich der während der Feuerüberwachung gemessenen Rückkehrlauf zeit mit dem vorgängig gespeicherten Referenzwert, und

d) Feuerdiskriminationsmittel (940), die den Ausbruch und/oder die Art eines Feuers auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs durch das Vergleichsmittel (938) anzeigen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessmittel (RF) auf einem Sockel angebracht ist, der in einem bestimmten horizontalen und vertikalen Bereich in allen Richtungen frei schwenkbar ist, so dass die Abstände zu mehreren Oberflächen im überwachten Raum gemessen und im Speichermittel (RAM2) als Referenzwerte zusammen mit den entsprechenden Referenzrichtungen (α&sub0;, β&sub0;,) gespeichert werden können.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuerdiskriminationsmittel Mittel zur Unterscheidung verschiedener Feuerarten umfasst, durch Anzeige von

a) weissem Rauch, wenn die gemessene Rückkehrlaufzeit oder der Abstand um ein gewisses Mass unter den Referenzwert fällt und kaum Fluktuation zeigt (962),

b) schwarzem Rauch, wenn die gemessene Rückkehrlauf zeit oder der Abstand den Referenzwert um ein gewisses Mass übersteigt und kaum Fluktuation zeigt (958), und

c) einer Flamme, wenn die gemessene Rückkehrlauf zeit oder der Abstand vom Referenzwert abweicht und eine ein vorbestimmtes Mass übersteigende Fluktuation zeigt (954).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Entfernungsmessmittel (RF) zusätzlich die Intensität der zurückgekehrten Strahlung misst, dass besagtes Speichermittel zusätzlich die Intensität der zurückgekehrten Strahlung als weiteren Referenzwert speichert, dass besagtes Vergleichsmittel zusätzlich die während der Feuerüberwachung zurückgekehrte Strahlung mit besagten Referenzwerten vergleicht, und dass besagtes Feuerdiskriminationsmittel zur Anzeige von weissem Rauch berücksichtigt, ob die Intensität der rückgekehrten Strahlung die Referenzintensität übersteigt, und zur Anzeige schwarzen Rauchs, ob die Intensität der rückgekehrten Strahlung besagte Referenzintensität unterschreitet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessmittel (RF) einen LASER (2) umfasst, der Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 0.6 und 3 µ emittiert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernungsmessmittel (RF) Strahlungsimpulse kurzer Dauer in den überwachten Raum emittiert, von welchem die Impulse zu einem Empfänger (13) zurückgesandt werden, und gleichzeitig auf einem kürzeren Pfad direkt zu einem Empfänger (8), und dass ein Zeitmessmittel (17) zur Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang besagter direkt zurückgesandter Strahlungsimpulse und den aus dem überwachten Raum zurückgekehrten Strahlungsimpulsen vorgesehen ist.