TWI587248B - 具有塵土拒斥之粒子偵測器 - Google Patents

Description

具有塵土拒斥之粒子偵測器 發明領域

本發明係有關於應用在感測系統中用來偵測空氣容積中的粒子之粒子偵測器。更特別而言，儘管不是獨有的，本發明係有關於一抽氣式煙霧偵測器。然而，本發明並非限制於此項特定應用且用於偵測空氣容積中的粒子的其他類型的感測系統係包括在本發明之範疇內。

發明背景

煙霧偵測系統可由暴露至塵土而被錯誤地觸發。在抽氣式煙霧偵測系統中，已經實施過各種分析的解決方法用來減少塵土以及藉此避免假警報。在光散射基礎式煙霧偵測系統中，塵土判別或拒斥可藉由使用時間-振幅分析(塵土於散射訊號中傾向產生一隨後可移除之尖波)或藉由使用多數光波長、多數極化、多數視角、慣性分離、機械式過濾(例如透過一諸如泡棉的多孔性材料)或上列之組合來實施。

上述之方法係用來在大的粒子到達偵測器前優先地移除他們，或者是用來優先地減少由大粒子所造成的訊號(例如尖波偵測與移除)。這些方法因此能夠減少由塵土造成的訊號等級多於減少由煙霧造成的訊號等級。此係因塵土相對於煙霧含有更大的粒子。

雖然塵土可經由散射光位準中的尖波偵測而被偵測 到，但所關注的是此方法於高塵土位準且當尖波由於塵土而合併時(由於多數粒子同時地存在於偵測區域中)不會那麼的有效率。

因此本發明之目的係在於提供一種具備塵土偵測的改良式感測系統來解決上述的缺點，或至少提供公眾除已知系統外的一個有用的選擇。

說明書中任何習知技術之參照，並非，也不應被當成是承認此習知技術形成澳洲或其他管轄範圍中的常見一般知識的一部分，或此習知技術可合理地預期可由熟習此藝者辨明、瞭解以及被視為相關或當成是上述的任何形式之教示。

發明概要

本發明於一面相中提供一種粒子偵測方法，其包括：自一受監控之空氣容積分析一第一空氣樣本以及決定該第一空氣樣本中之第一粒子位準；自該空氣容積分析一第二空氣樣本以及決定該第二空氣樣本中之第二粒子位準；依據至少一個第一警報判據來處理該第一空氣樣本中之第一粒子位準及/或該第二空氣樣本中之第二粒子位準；且當至少一個判據符合的情況下：依據至少一個第二警報判據來執行該第一空氣樣本中之第一粒子位準及該第二空氣樣本中之第二粒子位準之差別處理；且當一第二警報判據符合的情況下： 執行一項動作。

執行一項動作之步驟包括發送一訊號，例如一指示出下列之訊號：一警報或故障狀態、一警報或故障狀態中之改變、一預先警報或預先故障狀態或其他訊號、一指示出第一或第二粒子位準任一者或二者之訊號。

第一及第二空氣樣本可自一共同的空氣樣本流抽取，例如可自一空器導管中之主流做二次取樣，自相同空氣樣本流分割等等。或者，他們也可自受監控之容積分開地抽取，例如使用分離式空氣取樣系統。此種方法可包括調節第二空氣樣本以建立第一空氣樣本，例如第二空氣樣本可經過濾以形成第一空氣樣本。

第一空氣樣本及第二空氣樣本可同時地、連續地或交替地分析。此外，第二空氣樣本的分析僅可發生在第一空氣樣本中的第一空氣粒子位準符合至少一個第一警報判據的情況下。

第二粒子可包括第一粒子，例如第一粒子可為第二粒子的子集合。第二粒子較佳地包括有益粒子(即搜尋偵測到的粒子)及有害粒子，而第一粒子則較佳地實質上排除有害粒子，例如第二粒子包括塵土及煙霧粒子，而第一粒子則為煙霧粒子。由於用於粒子偵測中的大多數過濾系統的統計上本質，例如泡棉過濾器、靜電過濾器、氣旋分離器，使得一個粒子類型的完全移除一般而言是不可能的。然而，即使具有粒子類別的分離中這樣的不確定程度，仍可達成有效的結果。因此，其應能瞭解的是，自第一空氣樣 本中完全排除所有的有害粒子是不可能的，並且因此第一粒子可包括一些有害粒子。

依據本發明之一第二面相，其係提供一種用於偵測一空氣容積中之粒子的感測系統，該感測系統包括：一出自該空氣容積之入口，其係用於將一空氣流導入該感測系統；一第一空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第一部分從該入口導引至一第一偵測室，該第一偵測室包括用於偵測該空氣流之第一部分內的粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之第一部分內的粒子位準之第一訊號的偵測元件；一第二空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第二部分從該入口導引至一第二偵測室，該第二偵測室包括用於偵測該空氣流之第二部分內的粒子以及輸出一指示出該空氣流之第二部分內的粒子位準之第二訊號的偵測元件；粒子減少元件，其係配置在該第一偵測室之第一空氣流路徑上游中；處理元件，其係適於接收該等第一及第二訊號及將該第一訊號與一預定臨界位準相比較，其中若該第一訊號在該臨界位準以上，則該處理元件會比較該等第一及第二訊號並產生一基於該等第一及第二訊號之間相對差異之輸出訊號。

該粒子減少元件係用作於有助於減少空氣流之第一部分內較大粒子的數量。較大粒子一般係與塵土有關，因而 該粒子減少元件係有效地用作為一塵土減少元件。因此，來自第一偵測元件的第一訊號輸出可有助於用來指示出空氣流之第一部分中的煙霧位準。

空氣流之第二部份不會受到粒子減少作用，因此來自第二偵測元件之第二訊號輸出可有助於用來指示出空氣流之第二部分中的煙霧及塵土位準。

粒子減少元件較佳地包括靜電集塵技術(electrostatic precipitation)、一例如泡棉之機械式過濾器、慣性分離技術或重力分離技術，或上述的任何組合。

在一特定的較佳實施例中，第一訊號係與粒子強度之一臨界警報位準相比較。若第一訊號在臨界警報位準以上，則其可能指示空氣流之第一部分中有煙霧。這一般會造成警報的引發。然而，在這種情況下為了確保警報不會由於空氣容積中的塵土而被錯誤地引起，第一訊號接著會與第二訊號相比較。若第一及第二訊號間具有極少或沒有差異(例如少於30%之差異)，則處理器會發出煙霧存在的訊號並且引起警報。若第一及第二訊號間具有顯著的差異(例如大於30%之差異)，則處理器會發出塵土存在的訊號。

在塵土存在於空氣容積中的情況下，處理器係用作於有助於修改其偵測邏輯來減少警報的機率。

於本發明之一第三面相中，其係提供一種一種用於偵測空器容積中之粒子的感測系統，該感測系統形成部分的抽氣式煙霧偵測器且包括：一出自該空氣容積之入口，其係用於將一空氣流導入 該抽氣式煙霧偵測器；一第一空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第一部分從該入口導引至一第一偵測室，該第一偵測室包括用於偵測該空氣流之第一部分內的粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之第一部分內的粒子位準之第一訊號的偵測元件；一第二空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第二部分從該入口導引至一第二偵測室，該第二偵測室包括用於偵測該空氣流之第二部分內的粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之第二部分內的粒子位準之第二訊號的偵測元件；粒子減少元件，其係配置在該第一偵測室之第一空氣流路徑上游中；處理元件，其係適於接收該等第一及第二訊號及將該第一訊號與一預定臨界位準相比較，其中若該第一訊號在該臨界位準以上，則該處理元件會比較該等第一及第二訊號並產生一基於該等第一及第二訊號之間相對差異之輸出訊號；及其中若該等第一及第二訊號相差少於一預定臨界百分比，則該處理器輸出一指示有煙霧存在之訊號且觸發一警報，而其中若該等第一及第二訊號相差多於一預定臨界百分比，則該處理器輸出一有塵土存在之訊號且該處理器修改其偵測邏輯來減少警報的機率。

較佳地，該臨界百分比可為20-40%，且更佳可為30%。

本發明亦提供一種減少可歸因於煙霧偵測裝置中的塵土之假警報的發生率之方法，該方法包括獲得至少兩個樣本空氣流，使一第一空氣流受到粒子減少作用及測量該第一空氣流中之粒子位準並產生一指示出其強度之第一訊號，測量該第二空氣流中之粒子位準並產生一指示出其強度之第二訊號，將該第一訊號與一預定警報位準相比較及，若達到該警報位準，隨後比較該等第一及第二訊號並產生一基於該等第一及第二訊號之間相對差異之輸出訊號。

在一特定的較佳實施例中，該方法更包括基於該輸出訊號暫時地修改該煙霧偵測器的行為。

於本發明上述面相中，係設想該等第一及第二偵測室為彼此互相分離，然而於本發明之範疇內其亦提供一具有第一及第二輸入空氣流路徑(如上所述)之單一偵測室。該等第一及第二空氣流路徑各更包括用於選擇性地允許該等第一及第二空氣流路徑通至該偵測室之閥元件。該粒子減少元件係較佳地位在該第一空氣流路徑中且介於個別的閥元件與該偵測室之間。

圖式簡單說明

本發明現在會僅由舉例之方式，並參照隨附之圖式作說明，其中：第1圖係依據本發明一實施例的完全流動偵測器的概略例示圖。

第2圖係當塵土存在時，例示訊號L與M對時間之趨勢 的範例圖表。

第3圖係當煙霧存在時，例示訊號L與M對時間之趨勢的範例圖表。

第4圖係依據本發明另一實施例的二次取樣偵測系統的概略例示圖。

第5圖係依據本發明另一實施例的另一種使用單一偵測室的二次取樣偵測系統的概略例示圖。

較佳實施例之詳細說明

本發明之較佳實施例允許一粒子偵測系統有差別地偵測具有不同特性的粒子。在較佳的形式態樣中，該系統能夠使得形成部分的第一粒子尺寸分佈之粒子與屬於一第二尺寸分佈之粒子被分離地偵測。此係較佳地藉由偵測空氣容積中的總粒子的兩個子集合中之粒子來實施，且該等子集合之一者係實質上被消除並執行該受偵測粒子位準之差別分析。

舉例來說，存在於房間中的塵土粒子可能具有一距中心2μm的粒子分佈，且由一電子系統火災所造成的煙霧可能具有一距中心0.75μm的粒子分佈。在調節使得第一分佈(塵土)中的粒子被移除後，其可進行空氣流中粒子的第一測量。其係可進行包括來自二者分佈的粒子之空氣流的第二測量，換言之，具有煙霧及塵土存在的空氣可以被分析。這兩個粒子位準可以接著藉由比較該等兩個訊號來決定單獨由煙霧引起的訊號。

第1圖係依據本發明一實施例的粒子偵測系統的概略示意圖。空氣沿著導管C進入偵測系統。空氣可能是乾淨的或可能含有煙霧、塵土或同時地含有煙霧或塵土二者。

空氣流接著***成兩條空氣流路徑F與G。路徑F中的第一空氣流通過區域A中用於塵土減少的元件，並且接著通至偵測區域B中。路徑G中的第二空氣流直接地通至偵測區域H。

區域A中用於減少塵土的元件，舉例來說，可為靜電集塵技術(electrostatic precipitation)、機械式過濾器(例如泡棉或網狀過濾器)、慣性分離器或重力分離器，或上述的任何組合或其他的過濾機制。

偵測區域B及H各者中的粒子位準係接著利用傳統的粒子偵測元件測量，且訊號M、L係由該等偵測區域各者產生，指示出個別區域中的粒子位準，並輸出至處理器D。舉例來說，一光學粒子偵測器，例如光散射偵測器或減光偵測器(obscuration detector)，係可用來測量各區域中的粒子。

來自偵測區域B的訊號位準M首先與一「有效訊號」或警報臨界值T1相比較。此流程的圖形示意圖係顯示於第2圖及第3圖中。警報臨界值係預定的且係典型地會引發警報的位準。若來自偵測區域B的訊號位準M大於警報臨界值T1，則分別來自偵測器B及H的訊號M及L係在處理器D中做比較。若他們相差多於一預定的量，例如一臨界百分比T3(例如30%)，則處理器會在訊號線E上發出「塵土存在」的訊號。否則就會發出「煙霧存在」的訊號。

若塵土存在，則處理器會修改他的警報邏輯以減少假警報的機率。舉例來說，處理器可以暫時地增加他的警報確認延遲，其可減少少數塵土的情況所造成警報的機會。在i)訊號M及L相差少於臨界百分比T3或ii)訊號M減少至臨界值T1以下之後，該等延遲會回復至他們正常的位準。

或者，處理器也可暫時地增加他的警報位準臨界值T2。在i)訊號M及L相差少於臨界百分比T3或ii)訊號M減少至臨界值T1以下之後，該等臨界值會回復至他的正常位準。

某些遲滯作用(hysteresis)可用來比較處理器D中的訊號位準M及L，以避免太快速地在「塵土存在」及「煙霧存在」模式之間切換。

其亦可設想的是，「塵土存在」訊號可以指示出一錯誤且遞送至一監控偵測系統的人，用來幫助他們針對情勢以及使否需要引發警報做判斷。

一替代性實施例係顯示在概略地例示於第4圖中之偵測系統。在此系統中，二子樣本係從主空氣流導管C取得。來自該等二樣本的訊號位準係經比較以用來偵測塵土的存在。

一第一子樣本係被帶進區域O中。此樣本係意欲優先地包括煙霧多過於塵土。塵土可相對於此樣本中的煙霧而減少，其係藉由組合a)藉由利用面離流動的一入口在樣本點O處的慣性塵土減少以及b)進一步的塵土減少測量，例如在區域A中的樣本點後的泡棉過濾及靜電集塵。

一第二子樣本係被帶至N處。在N處，空氣的取樣可配置成均勻地抽樣空氣樣本中的塵土及煙霧或可選擇地增加塵土的相對集中度。塵土的集中度可藉由例如放慢相對於主空氣流速度的樣本空氣流速度來增加-藉由使用比區域O的入口直徑更大的入口直徑。這樣做的優點是會增加塵土到達隨後的偵測器H的集中度並藉此容許主流動C中較低集中度的塵土存在之偵測。

來自區域O的空氣樣本通至偵測器B，且來自區域N的空氣樣本則通至偵測器H。如上所述，來自偵測器B的訊號接著與一臨界警報位準相比較。若來自偵測器B的訊號高於臨界警報位準，則來自偵測器B與H的訊號係在處理器D中做比較。若該等訊號相差多於一預定百分比(如第2圖所示)，則該處理器會發出「塵土存在」的訊號。

本發明的進一步實施例係利用顯示於第5圖中的單一偵測區域。

在此實施例中，主空氣流在C處進入偵測系統。此實施例的偵測系統使用了一具有閥P與Q的單一偵測區域B或一單一轉換閥用來引導主空氣流的樣本：i)透過塵土減少元件A，引導至偵測區域B，或ii)直接引導至偵測區域B。

該偵測系統通常係以閥P開啟及閥Q關閉而運作。當來自偵測器B之訊號經偵測係在「有效訊號」臨界值或警報臨界值T1以上，則閥Q會暫時地開啟且同時閥P會暫時地關閉。若該訊號位準接著增加多於一臨界T3，則該處理器會 發出「塵土存在」的訊號。

在此實施例中，係需要去辨別由於閥開關的訊號增加與空氣流C中之煙霧的自然增加。這可以藉由開關該等閥多次來達成，並且若訊號與該等閥的開關同步地增加或減小才能夠決定「塵土存在」。

當同時閥P開啟且閥Q關閉才能夠完成警報偵測。

需了解的是，上述的塵土偵測方法對於高度集中的塵土有效。所述之偵測系統係特別的有益處，因為他們允許處理器可決定空氣流中經偵測的粒子強度是否可歸因於塵土。這項決定能夠使得偵測器系統行為暫時地修改，並且由塵土所觸發之假煙霧警報的發生率可藉此降低。

在本發明之一較佳實施例中，其係使用一具有向前散射幾何的光散射粒子偵測器，例如由Xtralis Pty Ltd有限公司之商標Vesda下所販售的煙霧偵測器。儘管使用不同偵測機制的其他類型之粒子偵測室亦可做使用。

替代性實施例亦可延伸為藉由選擇不同的粒子尺寸分離元件來優先地偵測任何所欲粒子尺寸範圍中之粒子，例如在本發明之範例中，一過濾器係一般地被使用來自第一空氣樣本移除大的粒子，然而，在使用氣旋式或其他慣性分離方法之實施例中，其係可分析優先包括大的粒子之空氣樣本。

必須瞭解到，本說明書中所揭露及界定之發明係可延伸至文字或圖式所提到或明顯見於文字或圖式的兩個或更多個獨立特徵之所有替代性組合。所有這些不同組合構成 本發明的各種替代性面相。

A‧‧‧區域

B‧‧‧區域

C‧‧‧導管

D‧‧‧處理器

E‧‧‧訊號線

F‧‧‧空氣流路徑

G‧‧‧空氣流路徑

H‧‧‧區域

L‧‧‧訊號

M‧‧‧訊號

第1圖係依據本發明一實施例的完全流動偵測器的概略例示圖。

第2圖係當塵土存在時，例示訊號L與M對時間之趨勢的範例圖表。

第3圖係當煙霧存在時，例示訊號L與M對時間之趨勢的範例圖表。

第4圖係依據本發明另一實施例的二次取樣偵測系統的概略例示圖。

第5圖係依據本發明另一實施例的另一種使用單一偵測室的二次取樣偵測系統的概略例示圖。

A‧‧‧區域

B‧‧‧區域

C‧‧‧導管

D‧‧‧處理器

E‧‧‧訊號線

F‧‧‧空氣流路徑

G‧‧‧空氣流路徑

H‧‧‧區域

L‧‧‧訊號

M‧‧‧訊號

Claims (19)

1. 一種粒子偵測方法，其包括下列步驟：自一受監控之空氣容積分析一第一空氣樣本以及決定該第一空氣樣本中之一第一粒子位準；自該空氣容積分析一第二空氣樣本以及決定該第二空氣樣本中之一第二粒子位準；依據至少一個第一警報判據來處理該第一空氣樣本中之該第一粒子位準及/或該第二空氣樣本中之該第二粒子位準；且當該至少一個第一警報判據符合的情況下：依據至少一個第二警報判據來執行該第一空氣樣本中之該第一粒子位準及該第二空氣樣本中之第二粒子位準之差別處理；比較該差別處理之結果與該至少一個第二警報判據，其中一經比較的結果係被用來做出有關一目前情形之判斷；且當該至少一第二警報判據符合的情況下：根據有關該情形之該判斷執行一動作。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該執行一動作之步驟包括發送一指示出下列之訊號：一警報或故障狀態、一警報或故障狀態中之一改變、一預先警報或預先故障狀態或其他訊號、一指示出該第一或第二粒子位準中之任一者或二者之訊號。
3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該等第二粒子包括有益粒子及有害粒子，且該等第一粒子實質上排除 有害粒子。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其包括過濾該第二空氣樣本以建立該第一空氣樣本。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二空氣樣本之分析僅發生於該第一空氣樣本中的該第一粒子位準符合該至少一個第一警報判據的情況下。
6. 一種用於偵測空氣容積中之粒子的感測系統，該感測系統包括：一出自該空氣容積之入口，其係用於將一空氣流導入該感測系統；一第一空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第一部分從該入口導引至一第一偵測室，該第一偵測室包括用於偵測該空氣流之該第一部分內的粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之該第一部分內的粒子位準之第一訊號的偵測元件；一第二空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第二部分從該入口導引至一第二偵測室，該第二偵測室包括用於偵測該空氣流之該第二部分內的該等粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之該第二部分內的該等粒子位準之第二訊號的偵測元件；粒子減少元件，其係配置在該第一偵測室之該第一空氣流路徑之上游中；及處理元件，其係適於接收該等第一及第二訊號及將該第一訊號與一預定臨界位準相比較，其中若該第一訊 號在該臨界位準以上，則該處理元件會比較該等第一及第二訊號並基於該等第一及第二訊號間之相對差異產生一輸出訊號。
7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該粒子減少元件係用作於減少該空氣流之該第一部分內的較大粒子的數量。
8. 如申請專利範圍第6或7項之系統，其中該第一訊號係與一粒子強度之臨界警報位準相比較。
9. 如申請專利範圍第6項之系統，其中當塵土存在於該空氣容積中的情況下，該處理器係用作於修改其偵測邏輯來減少一警報的機率。
10. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該等第一及第二偵測室係具有第一及第二輸入空氣流路徑之單一偵測室。
11. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該等第一及第二空氣流路徑各更包括用於選擇性地允許該等第一及第二空氣流路徑中之一者通至該偵測室之閥元件。
12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中該粒子減少元件係位在該第一空氣流路徑中且介於個別的閥元件與該偵測室之間。
13. 一種用於偵測空氣容積中之粒子的感測系統，該感測系統形成一抽氣式煙霧偵測器的部分且包括：一出自該空氣容積之入口，其係用於將一空氣流導入該抽氣式煙霧偵測器；一第一空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第一 部分從該入口導引至一第一偵測室，該第一偵測室包括用於偵測該空氣流之該第一部分內的粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之該第一部分內的粒子位準之第一訊號的偵測元件；一第二空氣流路徑，其係用於將該空氣流之一第二部分從該入口導引至一第二偵測室，該第二偵測室包括用於偵測該空氣流之該第二部分內的粒子位準以及輸出一指示出該空氣流之該第二部分內的粒子位準之第二訊號的偵測元件；粒子減少元件，其係配置在該第一偵測室之該第一空氣流路徑之上游中；處理元件，其係適於接收該等第一及第二訊號及將該第一訊號與一預定臨界位準相比較，其中若該第一訊號在該臨界位準以上，則該處理元件會比較該等第一及第二訊號並基於該等第一及第二訊號間之相對差異產生一輸出訊號；及其中若該等第一及第二訊號相差少於一預定臨界百分比，則該處理器輸出一指示有煙霧存在之訊號且觸發一警報，而其中若該等第一及第二訊號相差多於一預定臨界百分比，則該處理器輸出一有塵土存在之訊號且該處理器修改其偵測邏輯來減少一警報的機率。
14. 如申請專利範圍第13項之系統，其中該臨界百分比係20-40%。
15. 如申請專利範圍第13項之系統，其中該等第一和第二 偵測室為具有第一和第二輸入空氣流路徑之單一偵測室。
16. 如申請專利範圍第15項之系統，其中該等第一和第二空氣流路徑各更包括用於選擇性地允許該等第一及第二空氣流路徑中之一者通至該偵測室之閥元件。
17. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該粒子減少元件係位在該第一空氣流路徑中且介於個別的閥元件與該偵測室之間。
18. 一種用於減少可歸因於煙霧偵測裝置中的塵土之假警報的發生率之方法，該方法包括獲得至少兩個樣本空氣流，使一第一空氣流受到粒子減少作用及測量該第一空氣流中之粒子位準並產生一指示出其強度之第一訊號，測量該第二空氣流中之粒子位準並產生一指示出其強度之第二訊號，將該第一訊號與一預定警報位準相比較及，若達到該警報位準，隨後比較該等第一及第二訊號並基於該等第一及第二訊號間之相對差異產生一輸出訊號。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，更包括基於該輸出訊號暫時地修改該煙霧偵測器的行為。