EP0631265B1 - Schaltungsanordnung für einen optischen Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums - Google Patents

Schaltungsanordnung für einen optischen Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums Download PDF

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EP0631265B1
EP0631265B1 EP94109718A EP94109718A EP0631265B1 EP 0631265 B1 EP0631265 B1 EP 0631265B1 EP 94109718 A EP94109718 A EP 94109718A EP 94109718 A EP94109718 A EP 94109718A EP 0631265 B1 EP0631265 B1 EP 0631265B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
computer
comparison signal
correction value
measuring
Prior art date
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EP94109718A
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English (en)
French (fr)
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EP0631265A1 (de
Inventor
Michael Sommer
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Hekatron GmbH
Original Assignee
Hekatron GmbH
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/185—Signal analysis techniques for reducing or preventing false alarms or for enhancing the reliability of the system

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for a optical detector based on the transmitted light principle for environmental monitoring and display of an interference medium (gas or smoke) a light source that is both exposed to the interference medium Measuring beam path a measuring photo cell as well as one of the interference medium exposed reference beam path irradiates a reference photocell, from the comparison of that of the measuring photocell and the reference photocell emitted received signals derived a comparison signal becomes.
  • an interference medium gas or smoke
  • CH-PS 571 750 it is also a photoelectric aerosol detector known with a radiation source that works according to the scattered light principle is working.
  • This detector uses a prism over which the measuring beams be directed into a light trap from which by present Aerosol scattered light is diverted onto a measuring photocell.
  • the prism also carries a reference beam path in which a part of the light originating from a single light source, that is also the light Measuring beam path feeds, redirected and fed to a reference photo cell becomes.
  • Measurement photo cell and reference photo cell form branches of one Bridge circuit, with which the evaluation is then carried out in a known manner different currents of the photocells is made.
  • the only light source is as shown in the associated Fig. 1 to an incandescent lamp, the light through a converging lens is summarized before entering the prism. Other information about the light source is not included in the publication.
  • DE-AS-2 702 933 in which one Fire detection device is described with a single light emitting diode as a light source as well as a measuring photo cell and a reference photo cell is working.
  • the reference photo cell is used here exclusively for temperature compensation, because it is optically isolated and changes in temperature of the Ambient air follows with a delay.
  • the measurement photo cell and the reference photo cell are the same as in the above treated Technology placed in a bridge circuit, which then in the usual way Brings about evaluation.
  • US-A-4,266,220 shows a transmitted light detector Measuring and reference beam path of the comparison signal obtained compared to a reference value. This The reference value is tracked for long-term system changes To take into account. However, this patent does no statement about how this tracking is realized.
  • the invention has for its object the circuit arrangement according to the invention to be able to adjust so that falsifications of measurement errors e.g. B. due to tolerances of the components or due to aging, Pollution and the like can not appear.
  • This object is achieved in that the received signals (measurement signal Reference signal) after their conversion into corresponding binary signals be fed to a computer, which is initially used to correct a Error of the comparison signal when the measuring beam path is free of interference medium saves a calculated difference of the binary signals as a correction value and in the subsequent environmental monitoring with this correction value corrected comparison signal determined.
  • the computer delivers evaluating each of the binary signals fed to it, a difference value, which represents the necessary correction value, which is the difference the received signals at the measuring photocell and at the reference photocell represents. This difference value can then during the Environmental monitoring offset against the determined comparison signal which always results in the desired correction.
  • both the method of apply in-phase as well as phase-shifted delivery of the flashes of light, where in the phase-shifted delivery of the flashes of light Computer allows a specific indication of the interference medium.
  • the computer can also advantageously be used to generate the comparison signal consult in environmental monitoring by: the computer the measurement signal and the reference signal with each other so linked that the comparison signal determined thereby by the correction value is constantly corrected.
  • the two Receive signals namely measurement signal and reference signal, according to their Conversion into corresponding binary signals compared by the computer, the desired comparison signal, possibly by the Correction value corrected, results.
  • this correction value can be done regularly, e.g. B. everyone Today, be carried out by doing this investigation is triggered by a command transmitted to the computer separately.
  • This command can be from a remote location, such as a Monitoring center are fed to the computer, so that at any time the correction value can be determined, provided that for the The measuring beam path is free of interference medium at the relevant time. If necessary, this must be ensured by means of an appropriate measure.
  • the computer itself can also determine the correction value are triggered, which then in particular at regular intervals, for.
  • B. Daily determination of the correction value at a specific time carries out. As a result, the determination of the correction value is automated, which is easily done by a known, entered the computer Clock can be carried out.
  • the detector remains due to the constant determination of the correction value always adapted to its conditions, so that the considerable signal-to-noise ratio resulting from the correction value constantly because of the constant adjustment of the correction value preserved.
  • the computer can also be used advantageously to trigger an alarm Response threshold of the comparison signal by a computer to change separately transmitted command. Because of the calculator its determination of the comparison signal for triggering an alarm If a response threshold is exceeded, it is possible to the calculator z. B. to control from a central office and this to transmit a command with which the response threshold is raised or lowered. In this way, if necessary, adapt the detector to different operating situations.
  • FIG. 1 shows the only in terms its basic structure, according to the transmitted light principle working detector 1, which consists of several one behind the other
  • chambers namely chamber 2 with the two light sources L1 and L2.
  • the chamber 2 is light-tight against the environment and also does not allow any interference medium to enter the Chamber.
  • the light coming from the light source L1 is dotted Lines shown by the light source L2 by dashed lines Lines.
  • the two light sources L1 and L2 are arranged so that the light emanating from them is essentially uniform in the chamber mixes.
  • the chamber 2 is through the translucent wall 3, especially a glass plate, closed off so that from the light sources L1 and L2 outgoing light the two neighboring chambers 4 and 5 evenly flooded due to the light and gas tight Partition 6 are partitioned off from each other.
  • the chamber 4 is with the Environment connected by several openings 7, so that in the chamber 4 any disturbing medium present in the environment, in particular Gas or smoke, can occur and therefore the inside of the Chamber 4 met. Because of the presence of the partition 6 remains the chamber 5 always free of interference medium.
  • the two chambers 8 and 9 are connected to the chambers 4 and 5 on, the two chambers 4 and 5 and the chambers 8 and 9 through a translucent wall 10, in particular a glass plate, are separated from each other. That of the Light sources L1 and L2 thus exit light from the chambers 4 and 5 in the chambers 8 and 9, of which the chamber 8 with the measuring photocell 11 and the chamber 9 with the reference photocell 12 are provided.
  • the two chambers 8 and 9 are separated from each other by the Partition 13 separated, the two chambers 8 and 9 light and sealed off from one another in a gastight manner.
  • the chamber 8 plays the role of a measurement receiving chamber.
  • the light emitted by the two light sources L1 and L2 also reaches the reference photo cell 12 via the reference chamber 5, specifically because of the design of chambers 2, 5 and 9 unaffected by any Interference medium, so that the chamber 9 the role of a reference receiving chamber plays.
  • the detector 1 thus has one of the two light sources L1 and L2 outgoing measuring beam path through the chambers 2, 4 and 8 up to the measuring photo cell 11.
  • Both the measurement photocell 11 and Reference photocell 12 light from both light sources L1 and L2, the how said above, the chamber 2 mixed substantially uniformly over leaves the permeable wall 3.
  • the measuring photocell 11 emits a received signal that compared to the received signal emitted by the reference photo cell 12 is weakened.
  • the two from the measurement photo cell 11 and the reference photo cell 12 emitted received signals Sm and Sr are the comparator V, the a comparison signal Sv is determined from this and this to the threshold switch 14 feeds and / or fed to a computer R, as in Connection with Figures 2 and 3 is explained. If exceeded the threshold value 14 enters the threshold value concerned Alarm signal Sa ab.
  • the two light sources L1 and L2 are in one from the clock generator T clocked certain frequency, which e.g. Is 1 Hz.
  • the clock generator T clocked certain frequency which e.g. Is 1 Hz.
  • the flashes of light then represent a kind of carrier frequency for the the measurement photocell 11 and the reference photocell 12 received signals Sm and Sr represent, the latter being different from the carrier frequency can be easily separated, e.g. in the simplest case by managing the Receive signals Sm and Sr via a capacitor. In this way can any in the received signal Sm and Sr included DC components that lead to falsification of the comparison signal could suppress.
  • the light sources L1 and L2 exist this purpose from semiconductor light emitters with different Light spectrum that is largely seamless over a corresponding extends over a wide frequency range.
  • the light sources L1 and L2 can either control in phase or out of phase, for which the clock generator in is known to be designed accordingly.
  • Figure 2 shows a circuit, such as in connection with a detector 1 can be used.
  • the circuit according to figure 1 contains three light sources L3, L4 and L5, which consist of semiconductor light emitters exist with different light spectrum.
  • the of Light rays emerging from the light sources L3, L4 and L5 are as follows shown: Starting from light source L3 as a dash-dotted line Lines starting from light source L4 as dashed lines and starting from from light source L5 as dotted lines. That of the three light sources L3, L4 and L5 outgoing light radiation strikes the measuring photo cell 15 and the reference photo cell 16, the relevant Light rays pass through chambers as shown in FIG. 1.
  • the light radiation striking the reference photo cells 16 passes through that is, a reference beam path, while that on the measurement photocell 15 striking light radiation passes through a measuring beam path, the Radiation in the measuring beam path, possibly through an interference medium is influenced, as in connection with that shown in Figure 1 Detector 1 is explained above.
  • the three light sources L3, L4 and L5 are each individually by one individual clock generator 17, 18 and 19 operated, so that accordingly the description of FIG. 1 corresponds to the three light sources L3, L4 and L5 Give off flashes of light. These flashes of light can either are delivered in phase or out of phase, from which the effects indicated above result.
  • the measuring photocell 15 controls the measuring amplifier 20, one of which Measured photocell 15 originating received signal emits and over the capacitor 21 and the resistor 22 to the one input 23 of the Differential amplifier 24 supplies.
  • the other input 25 of the differential amplifier 24 receives its input voltage from the reference photo cell 16, which drives the reference amplifier 26, whose output signal as amplified received signal via the capacitor 27 and the resistor 28 is fed to the above-mentioned input 25.
  • the differential amplifier 24 converts the to Switching points 31 and 32 pending voltages in the event of a difference of these voltages in the comparison signal output at its output B.
  • the signals present at outputs A, B and C according to FIG. 2 are evaluated by means of the computer R shown in FIG. 3, why the circuit of Figure 3 with its connections A ", B" and C "is connected to the outputs A, B and C according to FIG. 2.
  • the output C of the circuit according to FIG. 2 corresponds to that Switching point 32 at which the output from the reference photo cell 16 and increased reference voltage is present.
  • Different spectral sensitivity curves of the photocells 15 and 16 must be taken into account in the light sources L3, L4 and L5 containing circuits each have a resistor 56, 57 and 58 switched on, which is optionally adjustable. These resistances become like this set that each of one of the light sources L3, L4 and L5 individually emitted light flashes on the photocell 15 and 16, respectively generate the same tension.
  • the circuit according to FIG. 3 allows two variants of the connection the circuit according to FIG. 2.
  • variant 1 at of the comparison signal present at output B of the circuit according to FIG. 2 is exploited.
  • the circuit is according to Figure 3 via their connections B “to the output B and C” to the Output C connected. This means that the connections B “and C” the comparison signal and the reference signal in an analog manner.
  • Both signals are then through the ADC1 and ADC1 ADC2 converted into corresponding binary signals in a known manner.
  • the computer Exceeds the comparison signal emitted by the analog-digital converter ADC1 a certain numerical value (which corresponds to a threshold value), the computer outputs a signal at its computer output 52, which in 3, on the one hand a signal horn 53 and on the other hand a display instrument 54 activated. In the latter, it can be, for. B. act as a signal lamp.
  • the computer R now also determines that determined via the reference chamber 5 It can use the reference signal via the analog-to-digital converter ADC2 also in digital form that is present at connection C ' Reference signal that now before the actual environmental monitoring too an adjustment of the detector 1 and thus the entire system is used can be.
  • the measuring beam path is free of interference medium, it becomes of interference-free medium Measuring chamber 4 that of the analog-to-digital converter ADC1 supplied comparison signal with that from the analog-digital converter ADC2 supplied reference signal compared, in the case of ideal conditions the comparison signal should be zero. Since this is from the above Connection with the circuit according to Figure 2 reasons explained However, this is usually not the case, that is, the computer R also with complete Lack of interference medium to a certain extent deviating from the ideal value Signals from the two analog-digital converters ADC1 and ADC2 receives, the computer R can make a corresponding comparison calculation execute and store the difference determined in the memory M.
  • the computer can the difference stored in the memory M. take into account as a correction value so that Invoice to determine if a threshold value has been exceeded Correction value automatically taken into account. So the calculator only gives a signal at its computer output 52 when the supplied to it the comparison signal corrected by the correction value to the computer entered threshold exceeds.
  • the computer R constantly takes the one described above Determination of the correction value before. On the one hand, this can be done that the computer R does this on the basis of its command input 55 transmitted command. This can then be done, for example triggered by an operator every morning.
  • the computer R is also a clock U assigned to the computer in a known manner automatically certain time intervals, for example every morning or every evening activated accordingly.
  • the computer R according to variant 2 is used as follows:
  • the circuit according to FIG. 3 is connected to the terminal A ′′ Output A according to Figure 2 and with its connection C "to the output C connected according to Figure 2.
  • Output A agrees with the switching point 31 in Figure 2, i.e. H. on it is the one from the measuring amplifier 20 increased measuring voltage.
  • the computer receives R after conversion into binary signals via the ADC1 analog-digital converter and ADC2 both the measurement voltage and the reference voltage, so that the computer can use this to calculate the reference voltage (which in the circuit of Figure 2 determined by means of the differential amplifier 24 becomes).
  • the computer therefore arranges a special differential amplifier superfluous, since it is easily able from the digitally supplied measuring voltage and the reference voltage the comparison signal to calculate. If this comparison signal exceeds one certain value, the computer activates R via its computer output 52 the signal generator 53 and the display instrument 54.
  • Variant 2 can also be used in conjunction with the variant 1 described determination of the correction value beforehand either on special orders or at regular intervals using the clock carry out.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen optischen, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums (Gas oder Rauch) mit einer Lichtquelle, die sowohl über einen dem Störmedium ausgesetzten Meßstrahlengang eine Meßphotozelle als auch über einen vom Störmedium freigehaltenen Referenzstrahlengang eine Referenzphotozelle bestrahlt, wobei aus dem Vergleich der von der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle abgegebenen Empfangssignalen ein Vergleichssignal abgeleitet wird.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus einem Aufsatz von Aschoff, veröffentlicht in "Elektro-Anzeiger" vom 28.02.1968, Verlag W. Girardet, Essen, bekannt. Bei dieser Schaltung wird nach der Darstellung in dem Aufsatz eine auf einen Punkt konzentrierte einzige Lichtquelle verwendet, über deren Eigenschaften in der Druckschrift nichts gesagt ist. Die Auswertung der von der Meßphotozelle und der Referenzphotozelle abgegebenen Spannungen erfolgt in üblicher Weise über eine Brückenschaltung.
Es ist weiterhin aus der CH-PS 571 750 ein photoelektrischer Aerosoldetektor mit einer Strahlungsquelle bekannt, der nach dem Streulichtprinzip arbeitet. Dieser Detektor verwendet ein Prisma, über das die Meßstrahlen in eine Lichtfalle gelenkt werden, von denen aus durch anwesendes Aerosol Streulicht auf eine Meßphotozelle abgeleitet wird. Das Prisma führt außerdem in sich einen Referenzstrahlengang, in dem ein Teil des von einer einzigen Lichtquelle stammende Licht, das also auch den Meßstrahlengang speist, umgelenkt und einer Referenzphotozelle zugeleitet wird. Meßphotozelle und Referenzphotozelle bilden Zweige einer Brückenschaltung, mit der dann in bekannter Weise die Auswertung unterschiedlicher Ströme der Photozellen vorgenommen wird. Bei der einzigen Lichtquelle handelt es sich gemäß der Darstellung in der zugehörigen Fig. 1 um eine Glühlampe, deren Licht über eine Sammellinse vor Eintritt in das Prisma zusammengefaßt wird. Sonstige Angaben über die Lichtquelle sind in der Druckschrift nicht enthalten.
Es sei schließlich noch auf die DE-AS-2 702 933 verwiesen, in der eine Brandmeldeeinrichtung beschrieben ist, die mit einer einzigen Leuchtdiode als Lichtquelle sowie einer Meßphotozelle und einer Referenzphotozelle arbeitet. Die Referenzphotozelle dient hier ausschließlich der Temperaturkompensation, da sie optisch isoliert ist und Temperaturänderungen der Umgebungsluft mit Verzögerung folgt. Die Meßphotozelle und die Referenzphotozelle sind wie bei dem vorstehend behandelten Stand der Technik in eine Brückenschaltung gelegt, die dann in üblicher Weise die Auswertung herbeiführt.
Die US-A-4 266 220 zeigt einen Durchlichtmelder mit Meß- und Referenzstrahlengang der das erhaltene Vergleichssignal mit einem Referenzwert vergleicht. Dieser Referenzwert wird nachgeführt um langfristigen Systemveränderungen Rechnung zu tragen. Jedoch macht diese Patentschrift keine Aussage darüber, wie diese Nachführung verwirklicht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung so abgleichen zu können, daß Verfälschungen von Meßfehlern z. B. wegen Toleranzen der Bauelemente oder wegen Alterungen, Verschmutzung und dergleichen nicht in Erscheinung treten können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Empfangssignale (Meßsignal Referenzsignal) nach ihrer Umwandlung in entsprechende Binärsignale einem Rechner zugeführt werden, der zunächst zur Korrektur eines Fehlers des Vergleichssignals bei von Störmedium freiem Meßstrahlengang eine errechnete Differenz der Binärsignale als Korrekturwert speichert und bei der folgenden Umweltüberwachung mit diesem Korrekturwert das dabei ermittelte Vergleichssignal korrigiert.
Aufgrund dieser Gestaltung der Schaltungsanordnung liefert der Rechner unter Auswertung der ihm zugeführten Binärsignale jeweils einen Differenzwert, der den notwendigen Korrekturwert darstellt, der den Unterschied der Empfangssignale an der Meßphotozelle und an der Referenzphotozelle repräsentiert. Dieser Differenzwert kann dann während der Umweltüberwachung mit dem ermittelten Vergleichssignal verrechnet werden, womit sich ständig die gewünschte Korrektur ergibt. Im Falle der Verwendung des Rechners läßt sich sowohl die Methode der gleichphasigen als auch phasenversetzten Abgabe der Lichtblitze anwenden, wobei im Falle der phasenversetzten Abgabe der Lichtblitze der Rechner eine spezifische Angabe des betreffend Störmediums ermöglicht.
Vorteilhaft läßt sich der Rechner auch zur Erzeugung des Vergleichssignals bei der Umweltüberwachung heranziehen, und zwar dadurch, daß der Rechner das Meßsignal und das Referenzsignal miteinander so verknüpft, daß das dabei ermittelte Vergleichssignal durch den Korrekturwert ständig korrigiert wird. In diesem Falle werden die beiden Empfangssignale, nämlich Meßsignal und Referenzsignal, nach ihrer Umwandlung in entsprechende Binärsignale vom Rechner verglichen, wobei sich das gewünschte Vergleichssignal, gegebenenfalls durch den Korrekturwert korrigiert, ergibt.
Die Ermittlung dieses Korrekturwertes kann regelmäßig, z. B. jeden Morgen, durchgeführt werden, und zwar dadurch, daß diese Ermittlung durch einen dem Rechner gesondert übermittelten Befehl ausgelöst wird. Dieser Befehl kann von einer entfernten Stelle, beispielsweise von einer Überwachungszentrale dem Rechner zugeleitet werden, so daß jederzeit der Korrekturwert ermittelt werden kann, vorausgesetzt, daß zu dem betreffenden Zeitpunkt der Meßstrahlengang von Störmedium frei ist. Dies ist gegebenenfalls durch eine entsprechende Maßnahme sicherzustellen.
Die Ermittlung des Korrekturwertes kann auch durch den Rechner selbst ausgelöst werden, der dann insbesondere in regelmäßigen Intervallen, z. B. täglich zu einer bestimmten Zeit die Ermittlung des Korrekturwertes durchführt. Hierdurch wird die Ermittlung des Korrekturwertes automatisiert, was ohne weiteres durch eine bekannte, dem Rechner eingegebene Uhr vollzogen werden kann.
Für die Ermittlung des Korrekturwertes ist in jedem Falle natürlich darauf zu achten, daß dies nicht gerade zu einem Zeitpunkt geschieht, in dem sich aufgrund extremer Verhältnisse z. B. wegen eines entstehenden Brandes der Melder sich im Zustand der Feststellung des unnormalen Vorhandenseins eines Störmediums befindet. In diesem Falle muß natürlich der Melder zuerst seine normale Funktion, insbesondere auch die Auslösung eines Alarms vollziehen können, da dies vor der Ermittlung des Korrekturwertes Vorrang hat. Dies läßt sich ohne weiteres dadurch herbeiführen, daß im Falle der Feststellung eines extremen Vergleichssignals die Ermittlung des Korrekturwertes solange unterdrückt wird, bis der Melder normale Verhältnisse feststellt.
Aufgrund der ständigen Ermittlung des Korrekturwertes bleibt der Melder stets an seine in ihm hemchenden Verhältnisse angepaßt, so daß der sich aufgrund des Korrekturwertes ergebende erhebliche Störabstand ständig wegen der immer wieder erfolgenden Anpassung des Korrekturwertes erhalten bleibt.
Der Rechner läßt sich auch vorteilhaft dazu ausnutzen, eine alarmauslösende Ansprechschwelle des Vergleichssignals durch einen dem Rechner gesondert übermittelten Befehl zu verändern. Da der Rechner aufgrund seiner Ermittlung des Vergleichssignals für die Auslösung eines Alarms auch das Überschreiten einer Ansprechschwelle feststellt, ist es möglich, den Rechner z. B. von einer Zentralstelle aus anzusteuern und diesem dabei einen Befehl zu übermittelten, mit dem die Ansprechschwelle angehoben oder abgesenkt wird. Auf diese Weise läßt sich, falls erforderlich, der Melder an jeweils unterschiedliche Betriebssituationen anpassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Figur 1
die Struktur der Schaltungsanordnung mit prinzipieller Darstellung der Lichtstrahlenführung,
Figur 2
die elektrische Gestaltung der Schaltungsanordnung bis zur Abgabe der Empfangssignale und des Vergleichssignals,
Figur 3
die an Figur 2 anschließbare Schaltung zur digitalen Auswertung der Empfangssignale und des Vergleichssignals mittels des Rechners.
Die in der Figur 1 dargestellte Anordnung zeigt den nur hinsichtlich seiner prinzipiellen Struktur dargestellten, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder 1, der aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern besteht, nämlich der Kammer 2 mit den beiden Lichtquellen L1 und L2. Die Kammer 2 ist gegenüber der Umwelt lichtdicht abgeschlossen und erlaubt auch keinen Zutritt eines Störmediums in die Kammer. Das von der Lichtquelle L1 ausgehende Licht ist durch punktierte Linien dargestellt, das von der Lichtquelle L2 durch gestrichelte Linien. Die beiden Lichtquellen L1 und L2 sind so angeordnet, daß das von ihnen ausgehende Licht sich in der Kammer im wesentlichen gleichmäßig mischt. Die Kammer 2 ist durch die lichtdurchlässige Wand 3, insbesondere eine Glasplatte, abgeschlossen, so daß das von den Lichtquellen L1 und L2 ausgehende Licht die beiden benachbarten Kammern 4 und 5 gleichmäßig durchflutet, die durch die licht- und gasdichte Trennwand 6 gegeneinander abgeschottet sind. Die Kammer 4 ist mit der Umwelt durch mehrere Öffnungen 7 verbunden, so daß in die Kammer 4 jegliches in der Umwelt vorhandene Störmedium, insbesondere also Gas oder Rauch, eintreten kann und damit den im Innenraum der Kammer 4 erfüllt. Wegen des Vorhandenseins der Trennwand 6 bleibt die Kammer 5 stets von Störmedium frei. Das Ergebnis dieser Ausbildung der Kammern 4 und 5 ist, daß das die Kammer 4 durchflutende Licht von durch die Öffnung 7 eingetretenes Störmedium beeinflußt wird, die Kammer 4 bildet damit die Meßkammer des Melders 1, wogegen das die Kammer 5 durchflutende Licht von Störmedium unbeeinflußt bleibt, so daß die Kammer 5 die Referenzkammer des Melders 1 bildet.
An die Kammern 4 und 5 schließen sich die beiden Kammern 8 und 9 an, wobei gemäß der Darstellung in Figur 1 die beiden Kammern 4 und 5 und die Kammern 8 und 9 durch eine lichtdurchlässige Wand 10, insbesondere eine Glasplatte, voneinander getrennt sind. Das von den Lichtquellen L1 und L2 austretende Licht gelangt somit von den Kammern 4 und 5 in die Kammern 8 und 9, von denen die Kammer 8 mit der Meßphotozelle 11 und die Kammer 9 mit der Referenzphotozelle 12 versehen sind. Die beiden Kammern 8 und 9 sind voneinander durch die Trennwand 13 getrennt, die die beiden Kammern 8 und 9 licht- und gasdicht voneinander abschottet.
Aufgrund dieser Anordnung erreicht das von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehende Licht über die Meßkammer 4 die Meßphotozelle 11, wobei die Kammer 8 die Rolle einer Meßempfangskammer spielt. Das von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehende Licht erreicht außerdem über die Referenzkammer 5 die Referenzphotozelle 12, und zwar wegen der Gestaltung der Kammern 2, 5 und 9 unbeeinflußt von irgendeinem Störmedium, so daß die Kammer 9 die Rolle einer Referenzempfangskammer spielt.
Der Melder 1 besitzt somit einen von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehenden Meßstrahlengang, der durch die Kammern 2, 4 und 8 bis zur Meßphotozelle 11 reicht. Demgegenüber existiert ein ebenfalls von den beiden Lichtquellen L1 und L2 ausgehender Referenzstrahlengang, der durch die Kammern 2, 5 und 9 bis zur Referenzphotozelle 12 verläuft. Dabei erhalten sowohl die Meßphotozelle 11 als auch die Referenzphotozelle 12 Licht von beiden Lichtquellen L1 und L2, das, wie oben gesagt, die Kammer 2 im wesentlichen gleichmäßig gemischt über die durchlässige Wand 3 verläßt. In diesen Strahlengängen wird lediglich im Bereich der Meßkammer 4 das diese Kammer durchflutende Licht gegebenenfalls von dem Vorhandensein eines Störmediums beeinflußt, insbesondere also geschwächt, so daß im Fall des Vorhandenseins eines Störmediums die Meßphotozelle 11 ein Empfangssignal abgibt, daß gegenüber dem von der Referenzphotozelle 12 abgegebenen Empfangssignal geschwächt ist.
Die beiden von der Meßphotozelle 11 und der Referenzphotozelle 12 abgegebenen Empfangssignale Sm und Sr werden dem Vergleicher V, der daraus ein Vergleichssignal Sv ermittelt und dieses dem Schwellwertschalter 14 zuführt und/oder einem Rechner R zugeführt, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert ist. Bei Überschreiten des betreffenden Schwellwertes gibt der Schwellwertschalter 14 ein Alarmsignal Sa ab.
Die beiden Lichtquellen L1 und L2 werden in einer von dem Taktgenerator T bestimmten Frequenz getaktet, die z.B. 1 Hz beträgt. Damit erzeugen die Lichtquellen L1 und L2 Lichtblitze mit einer Dauer von ca. 100 µs. Die Lichtblitze stellen dann eine Art Trägerfrequenz für die von der Meßphotozelle 11 und der Referenzphotozelle 12 abgegebenen Empfangssignale Sm und Sr dar, wobei letztere sich von der Trägerfrequenz leicht abtrennen lassen, z.B. im einfachsten Fall durch Leitung der Empfangssignale Sm und Sr über einen Kondensator. Auf diese Weise lassen sich irgendwelche in dem Empfangssignal Sm und Sr enthaltenen Gleichstromanteile, die zur Verfälschung des Vergleichssignals führen könnten, unterdrücken.
Aufgrund der Mischung des von den Lichtquellen L1 und L2 ausgehenden Lichtes ergibt sich insgesamt eine relativ große Bandbreite des den Meßstrahlengang und den Referenzstrahlengang durchflutenden Lichts mit dem Ergebnis, daß das von der Meßphotozelle abgegebene Empfangssignal auf jeden Fall von praktisch jeglicher Teilchengröße in einem Störmedium beeinflußt wird. Die Lichtquellen L1 und L2 bestehen zu diesem Zweck aus Halbleiter-Lichtemittern mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum, das sich weitgehend lückenlos über einen entsprechend großen Frequenzbereich erstreckt.
Aufgrund dieser Maßnahmen ergibt sich eine sehr große Sicherheit der Erfassung jeglichen Störmediums und damit eine entsprechend hohe Sicherheit, insbesondere bei der Brandmeldung.
Die Lichtquellen L1 und L2 lassen sich, wie oben dargelegt, entweder gleichphasig oder phasenversetzt steuern, wozu der Taktgenerator in bekannter Weise entsprechend zu gestalten ist. Dabei ergeben sich die oben erläuterten Vorteile für die eine und die andere Betriebsweise.
Die Erläuterung der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 unter Zugrundelegung von zwei Lichtquellen L1 und L2 stellt nur ein Beispiel dar. Im Falle der Verwendung von zusätzlichen Lichtquellen, insbesondere dreier Lichtquellen, läßt sich natürlich ein entsprechend breiteres Frequenzband aussenden, durch das dann die Sicherheit des betreffenden Melders entsprechend erhöht wird.
Figur 2 zeigt eine Schaltung, wie sie im Zusammenhang mit einem Melder gemäß Figur 1 Verwendung finden kann. Die Schaltung gemäß Figur 1 enthält drei Lichtquellen L3, L4 und L5, die aus Halbleiter-Lichtemitter mit jeweils unterschiedlichem Lichtspektrum bestehen. Die von den Lichtquellen L3, L4 und L5 ausgehenden Lichtstrahlen sind folgendermaßen dargestellt: Ausgehend von Lichtquelle L3 als strichpunktierte Linien, ausgehend von Lichtquelle L4 als gestrichelte Linien und ausgehend von Lichtquelle L5 als punktierte Linien. Die von den drei Lichtquellen L3, L4 und L5 ausgehende Lichtstrahlung trifft auf die Meßphotozelle 15 und die Referenzphotozelle 16, wobei die betreffenden Lichtstrahlen Kammern durchlaufen, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Die auf die Referenzphotozellen 16 treffende Lichtstrahlung durchläuft also einen Referenzstrahlengang, während die auf die Meßphotozelle 15 treffende Lichtstrahlung einen Meßstrahlengang durchläuft, wobei die Strahlung im Meßstrahlengang gegebenenfalls durch ein Störmedium beeinflußt wird, wie dies im Zusammenhang mit dem in Figur 1 dargestellten Melder 1 oben erläutert ist.
Die drei Lichtquellen L3, L4 und L5 werden jeweils einzeln von einem individuellen Taktgenerator 17, 18 und 19 betrieben, so daß entsprechend der Beschreibung zu Figur 1 die drei Lichtquellen L3, L4 und L5 entsprechende Lichtblitze abgeben. Diese Lichtblitze können entweder gleichphasig oder phasenversetzt abgegeben werden, woraus sich dann die oben angegebenen Effekte ergeben.
Die Meßphotozelle 15 steuert den Meßverstärker 20, der ein von der Meßphotozelle 15 stammendes Empfangssignal verstärkt abgibt und über den Kondensator 21 und den Widerstand 22 dem einen Eingang 23 des Differenzverstärkers 24 zuführt. Der andere Eingang 25 des Differenzverstärkers 24 erhält seine Eingangsspannung von der Referenzphotozelle 16, die den Referenzverstärker 26 aussteuert, dessen Ausgangssignal als verstärktes Empfangssignal über den Kondensator 27 und den Widerstand 28 dem vorstehend genannten Eingang 25 zugeführt wird. Dabei dienen die Widerstände 29 und 30 zur Festlegung des Verstärkungsfaktors des Differenzverstärkers 24. Der Differenzverstärker 24 wandelt die an den Schaltpunkten 31 und 32 anstehenden Spannungen im Falle einer Differenz dieser Spannungen in das an seinem Ausgang B abgegebene Vergleichssignal um, das ein Maß für die Abschwächung des Lichtes im Meßstrahlengang innerhalb der Kammer 4 ist. Auf diese Weise wird mit der Schaltung gemäß Figur 2 in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Störmedium in der Kammer 4 ein z. B. für einen Alarm verwendbares elektrisches Signal erzeugt.
Die an den Ausgängen A, B und C gemäß Figur 2 anstehenden Signale werden mittels des in Figur 3 dargestellten Rechners R ausgewertet, wozu die Schaltung gemäß Figur 3 mit ihren Anschlüssen A", B" und C" an die Ausgänge A, B und C gemäß Figur 2 angeschlossen wird. Der Ausgang C der Schaltung gemäß Figur 2 entspricht dabei dem Schaltpunkt 32, an dem die von der Referenzphotozelle 16 abgegebene und verstärkte Referenzspannung ansteht.
Um unterschiedliche Spektralempfindlichkeitskurven der Photozellen 15 und 16 zu berücksichtigen, ist in die die Lichtquellen L3, L4 und L5 enthaltenden Stromkreise jeweils ein Widerstand 56, 57 bzw. 58 eingeschaltet, der wahlweise einstellbar ist. Diese Widerstände werden so eingestellt, daß jeder von einer der Lichtquellen L3, L4 und L5 individuell ausgesandten Lichtblitze an der Photozelle 15 bzw. 16 jeweils die gleiche Spannung erzeugen.
Die Schaltung gemäß Figur 3 erlaubt zwei Varianten der Anschaltung an die Schaltung gemäß Figur 2. Zunächst sei die Variante 1 betrachtet, bei der das am Ausgang B der Schaltung gemäß Figur 2 anstehende Vergleichssignal ausgenutzt wird. Dementsprechend ist die Schaltung gemäß Figur 3 über ihre Anschlüsse B" an den Ausgang B und C" an den Ausgang C angeschlossen. Damit steht an den Anschlüssen B" und C" das Vergleichssignal und das Referenzsignal in analoger Weise an. Diese beiden Signale werden dann durch die Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 in entsprechende Binärsignale in bekannter Weise umgewandelt. Übersteigt das vom Analog-Digital-Wandler ADC1 abgegebene Vergleichssignal einen bestimmten Zahlenwert (der einem Schwellwert entspricht), so gibt der Rechner an seinem Rechnerausgang 52 ein Signal ab, das in der Schaltung gemäß Figur 3 einerseits ein Signalhorn 53 und andererseits ein Anzeigeinstrument 54 aktiviert. Bei letzterem kann es sich z. B. um eine Signallampe handeln.
Damit nun der Rechner R auch das über die Referenzkammer 5 ermittelte Referenzsignal verwerten kann, erhält er über den Analog-Digital-Wandler ADC2 auch in digitaler Form das am Anschluß C' anstehende Referenzsignal, das nun vor der eigentlichen Umweltüberwachung zu einer Justierung des Melders 1 und damit der gesamten Anlage ausgenutzt werden kann.
Hierzu wird bei von störmediumfreiem Meßstrahlengang also von störmediumfreier Meßkammer 4 das von dem Analog-Digital-Wandler ADC1 gelieferte Vergleichssignal mit dem vom Analog-Digital-Wandler ADC2 gelieferte Referenzsignal verglichen, wobei im Falle idealer Verhältnisse das Vergleichssignal Null sein müßte. Da dies aus den bereits oben im Zusammenhang mit der Schaltung gemäß Figur 2 erläuterten Gründen jedoch meist nicht der Fall ist, der Rechner R also auch bei völligem Fehlen von Störmedium in gewissem Umfang vom idealen Wert abweichende Signale von den beiden Analog-Digital-Wandlern ADC1 und ADC2 erhält, kann der Rechner R eine entsprechende Vergleichsrechnung ausführen und die dabei ermittelte Differenz im Speicher M abspeichern. Wenn dann die Umweltüberwachung vorgenommen wird und Störmedium in der Meßkammer 4 auftritt mit der Folge eines entsprechenden Vergleichssignals am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers ADC1, dann kann der Rechner die im Speicher M abgespeicherte Differenz als Korrekturwert berücksichtigen, so daß die von ihm angestellte Rechnung zur Feststellung des Überschreitens eines Schwellwertes diesen Korrekturwert automatisch berücksichtigt. Der Rechner gibt also nur dann ein Signal an seinem Rechnerausgang 52 ab, wenn das ihm zugeführte durch den Korrekturwert korrigierte Vergleichssignal den dem Rechner eingegebenen Schwellwert übersteigt.
Da sich nun die Verhältnisse im Melder 1 sowohl aufgrund einer gewissen Verschmutzung als auch durch Alterung ständig etwas verändern können, nimmt der Rechner R ständig die vorstehend beschriebene Ermittlung des Korrekturwertes vor. Dies kann einerseits dadurch geschehen, daß der Rechner R diesen Vorgang aufgrund eines seinem Befehlseingang 55 übermittelten Befehls vornimmt. Dies kann dann beispielsweise von einem Bedienungsperson jeden Morgen ausgelöst werden.
In der Schaltung gemäß Figur 3 ist dem Rechner R außerdem eine Uhr U zugeordnet, die in bekannter Weise den Rechner automatisch in bestimmten Zeitabständen, beispielsweise jeden Morgen oder jeden Abend entsprechend aktiviert.
Die Verwendung des Rechners R gemäß der Variante 2 geschieht folgendermaßen:
Die Schaltung gemäß Figur 3 wird mit ihrem Anschluß A" an den Ausgang A gemäß Figur 2 und mit ihrem Anschluß C" an den Ausgang C gemäß Figur 2 angeschlossen. Der Ausgang A stimmt mit dem Schaltpunkt 31 in Figur 2 überein, d. h. an ihm steht die vom Meßverstärker 20 verstärkte Meßspannung an. Auf diese Weise erhält der Rechner R nach Umwandlung in Binärsignale über die Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 sowohl die Meßspannung als auch die Referenzspannung, so daß der Rechner hieraus die Vergleichsspannung errechnen kann (die bei der Schaltung gemäß Figur 2 mittels des Differenzverstärkers 24 ermittelt wird). Der Rechner macht also die Anordnung eines besonderen Differenzverstärkers überflüssig, da er ohne weiteres in der Lage ist, aus den digital zugeführten Meßspannung und der Referenzspannung das Vergleichssignals auszurechnen. Überschreitet dieses Vergleichssignal einen bestimmten Wert, so aktiviert der Rechner R über seinen Rechnerausgang 52 den Signalgeber 53 und das Anzeigeinstrument 54.
Auch bei der Variante 2 läßt sich die in Zusammenhang mit der Variante 1 beschriebene Ermittlung des Korrekturwertes vorher entweder auf besonderen Befehl oder in regelmäßigen Abständen mittels der Uhr durchführen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei Verwendung des Rechners R sowohl in Variante 1 als auch Variante 2 eine Justierung der Schaltung gemäß Figur 2 mittels des Widerstandes 33 unnötig ist, da diese Justierung mittels des Rechners durch Abspeicherung des Korrekturwertes möglich ist.
Über den Befehlseingang des Rechners R läßt sich diesem auch ein Signal zur Änderung der Alarm auslösenden Ansprechschwelle übermitteln, so daß je nach den gegebenen Verhältnissen das Vergleichssignal bei höheren oder niedrigeren Werten zu einem Ausgangssignal des Rechners und damit einer Aktivierung des Signalgebers 53 und des Anzeigeinstrumentes 54 führt.

Claims (5)

  1. Schaltungsanordnung für einen optischen, nach dem Durchlichtprinzip arbeitenden Melder (1) zur Umweltüberwachung und Anzeige eines Störmediums (Gas oder Rauch) mit einer Lichtquelle (L1,L2; L3,L4,L5), die sowohl über einen dem Störmedium ausgesetzten Meßstrahlengang eine Meßphotozelle (11,15) als auch über einen vom Störmedium freigehaltenen Referenzstrahlengang eine Referenzphotozelle (12,16) bestrahlt, wobei aus dem Vergleich der von der Meßphotozelle (11,15) und der Referenzphotozelle (12,16) abgegebenen Empfangssignaie ein Vergleichssignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale (Meßsignal 31, Referenzsignal 32) nach ihrer Umwandlung in entsprechende Binärsignale einem Rechner (R) zugeführt werden, der, bei von Störmedium freiem Meßstrahlengang, zur Korrektur eines Fehlers des Vergleichssignals zunächst eine ermittelte Differenz der Binärsignale als Korrekturwert speichert und bei der folgenden Umweltüberwachung mit diesem Korrekturwert das dabei ermittelte Vergleichssignal korrigiert.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Vergleichssignals bei der Umweltüberwachung der Rechner (R) das Meßsignal und das Referenzsignal miteinander so verknüpft, daß das Vergleichssignal durch den Korrekturwert ständig korrigiert wird.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Korrekturwertes durch einen dem Rechner (R) übermittelten Befehl (55) ausgelöst wird.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (R) den Befehl zur Ermittlung des Korrekturwertes in regelmäßigen Intervallen selbst auslöst (U).
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine alarmauslösende Ansprechschwelle des Vergleichssignals durch einen dem Rechner (R) gesondert übermittelten Befehl verändert wird.
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