CN103026393A

CN103026393A - 光学危险报警器中的散射光信号的分析以及灰尘/蒸汽警告或火灾报警的输出

Info

Publication number: CN103026393A
Application number: CN2011800393838A
Authority: CN
Inventors: M.T.科莱
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: CN103026393B; HK1183736A1; AU2011288553A1; US8890700B2; WO2012019987A2; WO2012019987A3; PT2603907E; EP2603907B1; PL2603907T3; US20130234856A1; EP2603907A2; AU2011288553B2; ES2527250T3; DE102010039230B3

Abstract

本发明涉及一种用于分析根据散射光原理工作的光学危险报警器（1）的两个散射光信号（IR，BL）的方法。要探测的颗粒利用在第一波长范围中的光和利用在第二波长范围中的光来照射。被颗粒散射的光被转换成第一和第二散射光信号（IR'，BL'）。这两个散射光信号（IR'，BL'）相对彼此被归一化来使得这两个散射光信号（IR'，BL'）的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致。此外，求这两个散射光信号（IR，BL）之间的幅度比（R）以及确定幅度比较值（90%），该幅度比较值（90%）对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小。这两个散射光信号（IR，BL）根据当前比较结果（C）关于火灾特征量被进一步处理。根据本发明，针对幅度比（R）超过幅度比较值（90%）的情况，至少主要分析第一散射光信号（IR）以及输出灰尘/蒸汽密度信号（SD）。针对其他情况，至少主要分析第二散射光信号（BL）以及输出烟雾密度信号（RS）。

Description

光学危险报警器中的散射光信号的分析以及灰尘/蒸汽警告或火灾报警的输出

技术领域

本发明涉及一种用于分析在根据散射光原理工作的光学危险报警器中的两个散射光信号的方法。要探测的颗粒利用在第一波长范围中的光和利用在第二波长范围中的光来照射。被颗粒散射的光被转换成第一和第二散射光信号。这两个散射光信号相对彼此被归一化来使得这两个散射光信号的幅度变化曲线（Amplitudenverlauf）对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致。此外，求这两个散射光信号之间的幅度比以及确定幅度比较值，该幅度比较值对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小。这两种散射光信号根据当前比较结果关于火灾特征量被进一步处理。

此外，本发明还涉及一种光学危险报警器，其具有根据散射光原理工作的探测单元和具有与其连接的电子分析单元。探测单元具有至少一个用于照射要探测的颗粒的发光装置和至少一个用于探测被颗粒散射的光的光学接收器。由至少一个发光装置发出的光至少在第一波长范围中和在第二波长范围中。至少一个光学接收器对于第一波长范围和/或第二波长范围是敏感的以及被构造用于将接收到的被散射的光转换成第一和第二散射光信号。分析单元具有用于将这两个散射光信号归一化为使得这两个散射光信号的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致的第一装置。该分析单元具有用于求这两个散射光信号之间的幅度比的第二装置。最后，该分析单元具有用于将幅度比较值与当前所求得的幅度比进行比较的第三装置，该幅度比较值对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小。此外，第三装置还被设立用于根据当前比较结果关于火灾特征量来进一步处理这两个散射光信号。

背景技术

此外，通常公知的是，大小为大于1μm的颗粒主要为灰尘，而大小为小于1μm的颗粒主要为烟雾。

这样的方法或这样的危险警报器从国际公开文献WO 2008/064396 A1中公知。在该公开文献中，为了提高探测烟雾颗粒的灵敏度而建议，当幅度比对应于小于1μm的颗粒大小时，仅分析具有蓝色光波长的第二散射光信号。而如果幅度比对应于大于1μm的颗粒大小，则求由具有蓝色光波长的第二散射光信号和具有红外光波长的第一散射光构成的差。通过求差，抑制了灰尘的影响并且因此尽可能地抑制了对存在火灾的误报警的触发。

发明内容

从所述现有技术出发，本发明的任务是说明散射光信号的一种被扩展的分析方法以及一种改进的光学危险警报器。

本发明的任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利的方法变型方案和实施形式在从属权利要求中予以说明。

针对根据本发明的方法，对于幅度比超过幅度比较值的情况，至少主要分析第一散射光信号以及输出灰尘/蒸汽密度信号，而对于其他情况，至少主要分析第二散射光信号以及输出烟雾密度信号。“主要”指的是，最多分析最多10%的比重（Gewichtungsanteil）的各其他散射光信号。优选地，唯一地分别分析仅其中一个散射光信号。

本发明的核心思想是，除了输出用于可能的进一步处理的烟雾密度信号之外还附加地输出用于可能的进一步处理的灰尘/蒸汽密度信号。该信号例如可以给出关于是否存在不允许的高灰尘密度和/或（水）蒸汽密度的解释。过高的灰尘密度可以是高安全风险并且例如加速火灾传播或促进爆燃和/或爆炸。同样，过高的蒸汽密度或水蒸汽密度可以是对诸如在加热设备中的热水泄漏的提示。附加的灰尘/蒸汽密度信号因此可以有利地提供关于待监控的区域的其他信息、尤其是与烟雾密度信号结合的其他信息。

根据第一方法变型方案，颗粒利用波长从600nm到1000nm的红外光、尤其是波长为940nm±20nm的红外光和利用波长从450nm到500nm的蓝色光、尤其是波长为470nm±20nm的蓝色光来照射。该光例如来自唯一的光源，该唯一的光源在时间上交替地发出红外光和蓝色光。该光也可以来自两个分离的光源，尤其是来自蓝色发光二极管和红外发光二极管。特别有利地，在此使用波长在940nm±20nm附近的IR发光二极管以及波长为470nm±20nm的蓝色发光二极管。

优选地，可预给定的颗粒大小具有在为0.5μm到1.1μm的范围中的值，尤其是大约1μm的值。根据另一方法变型方案，幅度比较值被确定到在为0.8到0.95的范围中的值上，尤其是被确定到为0.9的值或被确定到其倒数。为0.9的值在此大致对应于为1μm的颗粒大小。

依据另一方法变型方案，将灰尘/蒸汽密度信号与第一信号阈值进行比较。在超过时，灰尘/蒸汽密度信号接着作为灰尘/蒸汽警告被输出。此外，将烟雾密度信号与第二信号阈值进行比较，并且在超过时将该烟雾密度信号作为火灾报警输出。因此，在无其他事件的正常运行时，没有消息被输出。而在颗粒密度过高时，根据幅度比要么输出灰尘/蒸汽警告要么输出火灾报警。相应消息的输出可以以光学和/或声学方式来进行。可替换地或附加地，该输出可以以有线方式和/或以无线方式被输出给火灾警报中心。

此外，本发明的任务利用一种光学危险警报器来解决，该危险警报器的电子分析单元具有第四装置，该第四装置被设立为针对幅度比超过幅度比较值的情况至少主要分析第一散射光信号以及输出灰尘/蒸汽密度信号，而针对其他情况，该第四装置被设立为至少主要分析第二散射光信号以及输出烟雾密度信号。

该电子分析单元可以是模拟和/或数字电子电路，所述模拟和/或数字电子电路具有例如A/D转换器、放大器、比较器、用于将散射光信号归一化的运算放大器等等。在最简单的情况下，该分析单元是微控制器、即处理器辅助的（prozessorgestuetzt）电子处理单元，该微控制器通常“本来”就为了对危险报警器进行整体控制而存在。分析单元的装置优选地通过如下程序步骤来模仿：所述程序步骤由微控制器来实施，必要时也在考虑到例如针对比较值和信号阈值的以电子方式存放的表值的情况下被实施。相对应的计算机程序可以被存放在微控制器的非易失性存储器中。可替换地，该计算机程序可以由外部存储器来加载。此外，微控制器可以具有一个或多个集成A/D转换器，用于以测量技术检测这两个散射光信号。该微控制器也可以具有例如D/A转换器，这两个光源中的至少一个的辐射强度可以通过该D/A转换器被调节，以将这两个散射光信号归一化。

根据光学危险警报器的实施形式，该光学危险警报器的电子分析单元具有第五装置，用于将灰尘/蒸汽密度信号与第一信号阈值比较并且用于将烟雾密度信号与第二信号阈值比较。此外，第五装置具有用于在相应超过信号阈值时用信号通知灰尘/蒸汽警告和火灾报警的信令装置（Signalisierungsmittel）。

优选地，危险警报器是火灾警报器和尤其是吸入式烟雾警报器（Ansaugrauchmelder），所述吸入式烟雾警报器具有可连接到其上的管路系统，用于监控来自需要监控的空间和设备的被吸入的空气。

该任务利用独立权利要求的主题来解决。本发明的有利的方法变型方案和实施形式在从属权利要求中予以说明。

附图说明

以所附的附图为例阐述了本发明以及本发明的有利实施方案。在此，

图1分别示出了示例性的红外和蓝色散射光的幅度变化曲线的相对信号电平，其中所述散射光按对数方式以μm为单位被绘制并且带有绘出的通常的烟雾颗粒和灰尘颗粒的平均颗粒大小，

图2示出了按照用于阐述根据本发明的方法的方法变型方案的示例性流程图，

图3示出了根据本发明的根据第一实施形式的危险警报器的例子，以及

图4示出了根据第二实施形式的危险警报器的例子。

具体实施方式

图1分别示出了示例性的红外和蓝色散射光的幅度变化曲线KIR、KBL的相对信号电平IR、BL，所述散射光按对数方式以μm为单位被绘制并且带有绘出的针对示例性的烟雾颗粒和灰尘颗粒的平均颗粒大小AE1-AE4（气溶胶（Aerosole））。

用AE1在大约0.28μm处记录燃烧的棉花的平均烟雾颗粒大小，用AE2在大约0.31μm处记录燃烧的灯芯的烟雾颗粒大小，用AE3在大约0.42μm处记录被烧焦的吐司的烟雾颗粒大小，以及用AE3在大约3.2μm处记录波特兰（Portland）水泥的平均灰尘颗粒大小。此外在1μm处记录有表示针对通常要期望的颗粒的在烟雾与灰尘/蒸汽之间的经验边界的虚线。该经验边界（根据要监控的环境）也可以被确定在为0.5μm到1.1μm的范围中。

用KIR标明了波长为940nm的红外散射光信号IR的幅度变化曲线，而用KBL标明了波长为470nm的蓝色散射光信号BL的幅度变化曲线。这两个散射光信号IR、BL在所示的图示中已经相对彼此被归一化来使得这两个散射光信号IR、BL的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致。在本例子中，幅度变化曲线针对大于3μm的颗粒大小大致相一致。

如图1所示，蓝色光更多地在较小的颗粒上被散射，而红外光更多地在较大的颗粒上被散射。

图2示出了已经按照用于阐述根据本发明的方法的方法变型方案的示例性流程图。各个单独的步骤S1-S10可以通过计算机程序的合适的程序步骤来模仿并且在危险警报器的处理器辅助的处理单元上、譬如在微控制器上被实施。

用S0标明开始步骤。在初始化步骤中，例如可以确定幅度比较值，该幅度比较值对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小，譬如在1μm处的颗粒大小。在步骤S0中，也已经可以确定信号阈值Lim1、Lim2，以便根据所输出的灰尘/蒸汽密度信号生成或输出灰尘/蒸汽警告WARN或根据所输出的烟雾密度信号生成或输出火灾报警ALARM。

在步骤S1中，这两个散射光信号IR、BL相对彼此被归一化来使得这两个散射光信号IR、BL的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致。该校准过程优选地在危险警报器投入使用时并且必要时稍后循环地被重复。

在危险警报器的通常正常运行中，在步骤S2，将被颗粒散射的光转换成第一散射光信号IR'和第二散射光信号BL'并且因此检测所述被颗粒散射的光。

在步骤S3，求这两个散射光信号IR、BL之间的幅度比。在本情况下，示例性地求比IR:BL。可替换地，也可以求这两个散射光信号IR、BL的倒数。

在步骤S4，当前的幅度比与示例性地为90%的预给定的幅度比较值进行比较，或针对求逆幅度比的情况，当前的幅度比与该幅度比较值的倒数进行比较。

根据已经存在的方法变型方案，在步骤S5，在比较结果为肯定的情况下，将所输出的灰尘/蒸汽密度信号还与第一信号阈值Lim1进行比较。在超过时，最后输出灰尘/蒸汽警告WARN。在其他情况下，分支返回到步骤S2。

此外，根据本方法变型方案，在步骤S6，在比较结果为否定的情况下，还将所输出的烟雾密度信号与第二信号阈值Lim2进行比较，并且在超过时输出火灾报警ALARM。在其他情况下，又分支返回到步骤S2。

用S9和S10标明了相应的结束步骤。

图3示出了根据本发明的根据第一实施形式的危险警报器1的例子。

光学危险警报器1尤其是火灾或烟雾警报器。该光学危险警报器1可以被构造为点型警报器（Punktmelder）。此外，该光学危险警报器1可以是吸入式烟雾警报器，所述吸入式烟雾警报器具有可连接到其上的管路系统，用于监控来自需要监控的空间和设备的被吸入的空气。此外，危险警报器具有根据散射光原理工作的探测单元2。后者例如可以被布置在具有位于其中的探测室DR的闭合的测量室中。在此情况下，火灾或烟雾警报器1是闭合式火灾或烟雾警报器。可替换地或附加地，火警或烟雾警报器1可以是所谓的开放式火灾或烟雾警报器，所述开放式火灾或烟雾警报器具有在探测单元2之外的探测室DR。

探测单元2具有至少一个未进一步示出的用于照射在探测室DR中的要探测的颗粒的发光装置以及至少一个用于探测被颗粒散射的光的光学接收器。优选地，探测单元具有红外发光二极管作为发光装置，该红外发光二极管具有在为600nm到1000nm的第一波长范围中的波长，尤其是具有为940nm±20nm的波长，并且探测单元具有蓝色发光二极管作为发光装置，该蓝色发光二极管具有在从450nm到500nm的第二波长范围中的波长、尤其是具有为470nm±20nm的波长。此外，探测单元2具有至少一个光学接收器，该光学接收器对第一波长范围和/或第二波长范围是敏感的并且被构造为将所接收到的散射光转换成第一和第二（未归一化的）散射光信号IR'、BL'。优选地，这种光学接收器是光电二极管或光电晶体管。这两个散射光信号IR'、BL'也可以时延地通过对这两个波长范围都敏感的唯一光学接收器被形成。在此情况下，交替地优选利用蓝色光和红外光来照射颗粒，并且与此同步地形成第一散射光信号IR'和第二散射光信号BL'。

此外，危险警报器1具有与探测单元2以信号或数据技术方式连接的分析单元，该分析单元具有多个电子装置。第一装置3被设置用于将这两个（未归一化的）散射光信号IR'、BL'相对彼此归一化，使得这两个散射光信号IR'、BL'的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致。该第一装置3例如可以具有可调节的放大器或衰减器，以便将这两个散射光信号IR'、BL'的信号电平相对彼此归一化。该第一装置3也可以提供一个或两个输出信号LED，以便调节探测单元2中的两个发光装置的相应的光强度，使得这两个散射光信号IR'、BL'的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒又大致相一致。用IR、BL最后标明这两个经过归一化的散射光信号。

此外，分析单元还具有第二装置4，用于求这两个散射光信号IR、BL之间的幅度比R。在本例中，该装置4是模拟除法器。

此外，分析单元还具有比较器形式的第三装置5。第三装置5被构造用于将幅度比较值90%与当前所求得的幅度比R进行比较，该幅度比较值90%对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小。基于当前的比较结果C，接着将这两个散射光信号IR、BL关于火灾特征量进行进一步处理。

根据本发明，进一步处理通过分析单元的第四装置6、7来进行。该装置6被设立为针对幅度比R超过幅度比较值90%的情况至少主要分析第一散射光信号IR以及输出灰尘/蒸汽密度信号SD。此外，该装置6还针对其他情况被设立为至少主要分析第二散射光信号BL以及输出烟雾密度信号RS。

在本情况下，通过如下方式示出了对这两个散射光信号IR、BL的特别简单实现的进一步处理：两个可控制的开关6、7根据比较结果C被控制，以便接通作为灰尘/蒸汽密度信号SD的第一散射光信号IR或者接通或抑制作为烟雾密度信号RS的第二散射光信号BL。

图4示出了根据第二实施形式的危险警报器1的例子。该实施形式与上述实施形式的区别在于，这两个散射光信号IR、BL还分别与可预给定的信号阈值Lim1、Lim2进行比较。这在本例子中借助两个比较器8、9进行。在输出侧，这两个比较器8、9提供了相对应的控制信号SD+、RS+，所述相对应的控制信号SD+、RS+接着根据比较结果C作为灰尘/蒸汽警告WARN或者作为火灾报警ALARM被接通。附加地，在本例子中，通过控制两个灯10、11形式的光学报警显示器来用信号通知警告或报警。

优选地，在图3和图4中所示的分析单元的所有部件通过处理器辅助的处理单元、譬如通过微控制器来实现。后者优选地具有用于检测这两个散射光信号IR'、BL'的集成A/D转换器以及D/A转换器和/或用于输出烟雾密度信号RS、灰尘/蒸汽密度信号SD以及火灾报警ALARM和灰尘/蒸汽警告WARN的数字输出端口。分析单元的这些装置优选地通过合适的程序步骤来模仿，所述程序步骤接着在微控制器上被实施。

附图标记列表

1 危险警报器、烟雾警报器、火灾警报器

2 探测单元

3 第一装置、用于归一化的装置

4 第二装置、比例构成器、除法器

5 第三装置、比较器

6、7 第四装置、开关、“与”环节

8、9 比较器

AE1-AE4 烟雾和灰尘颗粒、气溶胶

BL 第二散射光信号、蓝色光

BL' 未归一化的第二散射光信号

C 比较结果

DR 探测室

IR 第一散射光信号、红外光

IR' 未归一化的第一散射光信号

KIR、KBL 幅度变化曲线

LED 发光装置的输出信号

Lim1、Lim2 信号阈值

R 幅度比

RS 烟雾密度信号

S1-S10 步骤

SD 灰尘/蒸汽密度信号

SD+、RS+ 开关信号

90% 幅度比较值

Claims

1.一种用于分析在根据散射光原理工作的光学危险警报器（1）中的两个散射光信号（IR，BL）的方法，其中，

- 要探测的颗粒至少利用在第一波长范围和第二波长范围中的光来照射，

- 被颗粒散射的光被转换成第一和第二散射光信号（IR'，BL'），

- 所述两个散射光信号（IR'，BL'）相对彼此被归一化来使得所述两个散射光信号（IR'，BL'）的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致，

- 求所述两个散射光信号（IR，BL）之间的幅度比（R），

- 确定幅度比较值（90%），所述幅度比较值（90%）对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小，以及

- 其中所述散射光信号（IR，BL）根据当前比较结果（C）关于火灾特征量被进一步处理，

其特征在于，针对幅度比（R）超过幅度比较值（90%）的情况，至少主要分析第一散射光信号（IR）以及输出灰尘/蒸汽密度信号（SD），而针对其他情况至少主要分析第二散射光信号（BL）以及输出烟雾密度信号（RS）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，颗粒利用波长为从600nm到1000nm的红外光、尤其是波长为940nm±20nm的红外光和利用波长为从450nm到500nm的蓝色光、尤其是波长为470nm±20nm的蓝色光来照射。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，可预给定的颗粒大小具有在为0.5μm到1.1μm的范围中的值、尤其是为大约1μm的值。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，幅度比较值（90%）被确定到在为0.8到0.95的范围中的值上，尤其是被确定到为0.9的值上或被确定到其倒数上。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，

- 灰尘/蒸汽密度信号（SD）与第一信号阈值（Lim1）进行比较并且在超过时作为灰尘/蒸汽警告（WARN）被输出，以及

- 烟雾密度信号（RS）与第二信号阈值（Lim2）进行比较并且在超过时作为火灾报警（ALARM）被输出。

6.一种光学危险警报器，其具有根据散射光原理工作的探测单元（2）和具有与其连接的电子分析单元，该光学危险警报器具有：

- 探测单元（2），所述探测单元（2）具有至少一个用于照射要探测的颗粒的发光装置和具有至少一个用于探测被颗粒散射的光的光学接收器，其中由至少一个发光装置发出的光至少在第一波长范围中和在第二波长范围中，并且其中所述至少一个光学接收器对第一波长范围和/或第二波长范围敏感，以及所述至少一个光学接收器被构造用于将所接收到的散射光转换成第一和第二散射光信号（IR'，BL'），以及

- 电子分析单元，该电子分析单元具有：

- 第一装置（3），用于将所述两个散射光信号（IR'、BL'）归一化来使得所述两个散射光信号（IR'、BL'）的幅度变化曲线对于如灰尘和蒸汽这样的较大颗粒而言大致相一致，

- 第二装置（4），用于求所述两个散射光信号（IR、BL）之间的幅度比（R），

- 第三装置（5），用于将幅度比较值（90%）与当前所求得的幅度比（R）进行比较以及用于根据当前比较结果（C）关于火灾特征量进一步处理所述两个散射光信号（IR、BL），其中所述幅度比较值（90%）对应于在从烟雾到灰尘/蒸汽的过渡区中的可预给定的颗粒大小，

其特征在于，该电子分析单元具有第四装置（6），该第四装置（6）被设立为针对幅度比（R）超过幅度比较值（90%）的情况至少主要分析第一散射光信号（IR）以及输出灰尘/蒸汽密度信号（SD），而针对其他情况，该第四装置（6）被设立为至少主要分析第二散射光信号（BL）以及输出烟雾密度信号（RS）。

7.根据权利要求6所述的光学危险警报器，其中，探测单元（2）具有红外发光二极管，该红外发光二极管具有在为600nm到1000nm的第一波长范围中的波长、尤其是具有为940nm±20nm的波长，并且探测单元（2）具有蓝色发光二极管，所述蓝色发光二极管具有在从450nm到500nm的第二波长范围中的波长、尤其是具有为470nm±20nm的波长。

8.根据权利要求6或7所述的光学危险警报器，其中，可预给定的颗粒大小具有在为0.5μm到1.1μm的范围中的值，尤其是具有为大约1μm的值。

9.根据权利要求6至8之一所述的光学危险警报器，其中，幅度比较值（90%）被确定到在为0.8到0.95的范围中的值上，尤其是被确定到为0.9的值上或被确定到其倒数上。

10.根据权利要求6至9之一所述的光学危险警报器，其中，所述电子分析单元具有第五装置（8，9），用于将灰尘/蒸汽密度信号（SD）与第一信号阈值（Lim1）进行比较并且用于将烟雾密度信号（RS）与第二信号阈值（Lim2）进行比较，以及所述电子分析单元具有信令装置（10，11），所述信令装置（10，11）用于在分别超过信号阈值（Lim1，Lim2）时用信号通知灰尘/蒸汽警告（WARN）和火灾报警（ALARM）。