DE2819183A1

DE2819183A1 - Selektive feuerabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2819183A1
Application number: DE19782819183
Authority: DE
Inventors: John W Lennington; Donald M Szeles
Original assignee: Sensors Inc
Current assignee: Kidde Graviner Ltd
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1978-11-30
Also published as: US4101767A; DE2819183C2; GB1604702A; IL54611A0; FR2391520A1; CA1104228A; FR2391520B1; GB1604704A; IL54611A; GB1604703A

Description

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Feuer- und Explosions-Abtastsysteme und insbesondere auf ein selektives Abtastsystem, um falschen Alarm zu verhindern.

Feuerabtastsysteme und Feuerabtastvorrichtungen, die auf die Anwesenheit einer Flamme oder einer Explosion ansprechen, um ein Ausgangs-Steuersignal zu erzeugen, das zur Betätigung einer Feuerunterdrückungsvorrichtung verwendet wird, sind allgemein bekannt. Üblicherweise wird bei derartigen Systemen ein Sensor oder Abtastorgan verwendet, um die Anwesenheit von Strahlung bei einer Wellenlänge zu bestimmen, die der CO^-Emission entspricht, welche charakteristischerweise mit einem Kohlenwasserstoff-Feuer oder -brand verbunden ist.

Bei militärischen Anwendungszwecken ist es wünschenswert, gegenüber einem Kohlenwasserstoff-Feuer zu unterscheiden, das beispielsweise durch die Explosion eines Treibstofftanks in Fahrzeugen, wie z.B. gepanzerten Personenbeförderungsmitteln oder Panzern, und hochenergetischen Geschoßen, wie z.B. Kohlladungsgeschoßen (HEAT), hervorgerufen werden kann. Hochenergetische Geschosse verursachen momentane hochenergetische Strahlungspegel und hohe Temperaturen von mehr als 3000⁰K und oft von mehr als 5000⁰K, welche nicht nur der Munition oder den Geschossan selbst zuzuschreiben sind, sondern aufgrund einer Sekundärreaktion mit der Panzerung der Fahrzeuge auftreten, welche theoretisch als pyrophore Reaktion bezeichnet wird. Hochenergetische Geschosse können jedoch gegebenenfalls ein Kohlenwasserstoff-Feuer auslösen oder nicht auslösen. Es ist somit wünschenswert, die Betätigung einer Feuerunterdrückungsvorrichtung zu verhindern, wenn ein hochenergetisches Geschoß in ein Fahrzeug eindringt, aber den Treibstofftank nicht explodieren

809848/0636

lässt und kein Feuer verursacht.

In der US-PS 3 825 754 ist ein Detektorsystem mit einer Abtasteinrichtung angegeben, um insbesondere hochenergetische Geschosse abzutasten und auf die Abtastung eines derartigen Geschosses anzusprechen, um die Kohlenwasserstoffeuer-Detektorvorrichtung des Systems für ein Zeitintervall unwirksam zu machen. Wenn nach der Verzögerungsperiode ein Kohlenwasserstoffeuer abgetastet wird, so wird die Feuerunterdrückungsvorrichtung betätigt. Ein beträchtlicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß während der Verzögerungsperiode ein explosives Kohlenwasserstof feuer ohne weiteres unterwegs bzw. im Entstehen begriffen sein kann, bevor das System es abtastet und die Feuerunterdrückungsvorrichtung betätigt. Somit besteht ein Bedarf an einem verbesserten selektiven Feuerabtastsystem, das, obwohl es die gewünschte Selektion zwischen hochenergetischen Geschossen, die ein resultierendes explosives Kohlenwasserstoffeuer hervorrufen, und denen, die ein derartiges Feuer nicht hervorrufen, liefert, nicht in unerwünschter Weise während einer Verzögerungsperiode außer Betrieb gesetzt ist, in der ein explosives Kohlenwasserstof feuer außer Kontrolle geraten kann, bevor die Feuerunterdrückungsvorrichtung betätigt wird.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Abtastvorrichtung angegeben wird, die nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn eine abgetastete Feueremission, ohne Rücksicht auf ihren Ursprung, so beschaffen ist, daß die auftretende Temperatur der Quelle sich unter einer vorgegebenen Farbtemperatur befindet, welche oberhalb der normalen Temperatur eines Kohlenwasserstoffeuers liegt. Ferner sind zusätzliche Abtasteinrichtungen vorgesehen, um die CO^-Emission eines Kohlenwasserstoffeuers abzutasten.Ein

— 7 —

809848/0636

an die Abtasteinrichtungen angeschlossener Logikschaltkreis verarbeitet die Ausgangssignale der Abtasteinrichtungen und liefert nur in dem Augenblick ein Steuerausgangssignal, wo der Strahlungsausgangsinhalt der Quelle die vorgegebenen Spektral- und Zeitveränderungskrxterien erfüllt. Ein derartiges System spricht sehr rasch auf ein Kohlenwasserstoffeuer an und unterscheidet gegenüber hochenergetischen Geschossen oder anderen Quellen, die eine auftretende Temperatur oder Gesamtstrahlungstemperatur oberhalb der vorgegebenen Temperatur aufweisen und die nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Kohlenwasserstof feuer hervorrufen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen im folgenden anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein elektrisches Blockschaltbild zur Erläuterung der wesentlichen Baugruppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Abtastkopfes,· der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung findet;

Fig. 3 eine elektrische Schaltung in schematischer Form und teilweise als Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im einzelnen; und in

Fig. 4a - 4h, 5a - 5h und 6a - 6h Diagramme von Spannungs-Wellenformen an verschiedenen Orten des Schaltkreises nach Fig. 3 unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

809848/0636

Fig. 1 der Zeichnung zeigt im Blockschaltbild die Schaltung der neuartigen Vorrichtung und weist eine bei 0,76 μπι arbeitende Detektoranordnung 10 auf, die mit einer als Detektor ausgebildeten handelsüblichen Siliziumdiode 12 (vgl. Fig. 3) und einem Filter 114 (vgl. Fig. 2) versehen ist, um lediglich Strahlung innerhalb eines schmalen Wellenlängenbandes, das sein Maximum bei 0,76 μπι aufweist, in das Gesichtsfeld der Siliziumdiode 12 durchlässt. Der Ausgang der Detektoranordnung 10 ist an den einen Eingang eines Verstärkerkreises 25 angeschlossen.

Eine zweite Detektoranordnung 20 weist eine zweite Siliziumdiode 20 (vgl. Fig. 3) und einen Filter 124 (vgl. Fig. 2) auf, der im Gesichtsfeld der Siliziumdiode 22 angeordnet ist, um in ihren Strahlungsabtastbereich ein Wellenlängenband mit Maximum bei 0,96 μπι durchzulassen. Der Ausgang der Detektoranordnung 20 ist ebenfalls an einen Eingang des Verstärkerkreises 25 angeschlossen.

Eine dritte Detektoranordnung 30 weist einen Thermosäulendetektor 32 (vgl. Fig. 3) und einen Filter 134 (vgl. Fig. 2) auf, der in der Weise in seinem Gesichtsfeld angeordnet ist, daß nur Strahlung innerhalb eines Wellenlängenbandes mit Maximum bei 4,4 μπι auf die Abtastfläche des Thermosäulen-Detektors 32 fällt. Der /Ausgang der Detektoranordnung 30 ist an den Eingang eines linearen Vcrstärkerkreises 35 angeschlossen.

Sämtliche Detektoranordnungen 10, 20 und 30 sind an einem in Fig. 2 gezeigten Abtastkopf 140 angeordnet. Der Abtastkopf 140 weist ein im allgemeinen rechteckiges Gehäuse auf, das mit einer lösbaren Deckwand 144 mit einer kreisförmigen Aussparung 146 versehen ist, in der die Dreieran-

809848/0636

Ordnung von Detektoranordnungen 10, 20 und 30 angeordnet ist. Die Filter 114, 124 und 134 sind im Handel erhältliche optische Filter, die in geeigneter "eise im Boden der Aussparung 146 angeordnet sind, welche eine Art Abschirmung oder Blende bildet, die das Gesichtsfeld der Detektoren begrenzt. Der Abtastkopf 140 überwacht somit ein gewünschtes Gebiet durch geeignete Montage des Gehäuses 142, wobei die Detektoren auf das zu überwachende Gebiet ausgerichtet sind. Das Gehäuse 142 weist ferner an einem Ende eine elektrische Eingangsverbindung 147 und am gegenüberliegenden Ende eine Ausgangsverbindung 148 auf, so daß eine Vielzahl von an verschiedenen Orten angebrachten Gehäusen 142, beispielsweise innerhalb eines Panzers oder eines gepanzerten Personenbeförderungsmittels , in Serie miteinander verbunden werden können. Zweckmässigerweise kann das Gehäuse 142 die Verstärkerkreise 25 und 35 sowie weitere elektrische Schaltkreise enthalten, die an den jeweiligen Abtastkopf 140 angeschlossen sind.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist der Verstärkerkreis 25 mit einer ersten Ausgangsleitung 27, die an den einen Eingang eines Farbtemperatur-Diskriminierungsschaltkreises 50 angeschlossen ist, und einer zweiten Ausgangsleitung 29 versehen, die an einen anderen Eingang des Farbtemperatur-Diskriminierungsschaltkreises 50 angeschlossen ist.

Damit die an die Detektoranordnungen 10 und 20 angeschlossenen Filter 114 bzw. 124 zusammen mit Siliziumdetektoren verwendet werden können, die wenig kostspielig, robust, unempfindlich und relativ stabil gegenüber veränderlichen Temperaturen etc. sind, werden die Filter so ausgewählt, daß sie schmale und scharfe Durchlässigkeitsbänder innerhalb des

- 10 -

809848/0636

Bereiches zwischen 0,6 μπι und 1,0 μΐιι aufweisen. Die auf diese Weise erzeugten Signale können zur Farbtemperatur-Diskriminierung oder -selektion verwendet werden.

Der maximale Kontrast im Verhältnis von zwei erzeugten Signalen als Funktion der Temperaturveränderung eines grauen Körpers als Strahlungsquelle lässt sich erreichen, wenn die beiden Wellenlängenbänder so weit wie möglich spektral getrennt werden; in diesem Falle wurden die Spektralbänder so gewählt, daß sie 0,6 (im und 1,0 μπι betragen. Es ist jedoch bekannt, daß die Emissionsspektren von Kohlenwasserstoff-Feuern, explodierenden Geschossen und einer wahrscheinlichen pyrophoren Reaktion alle ausgedehnte Linienstruktur bei niedrigeren Wellenlängen als 0,6 μηι und möglicherweise eine gewisse Linienstruktur zwischen 0,6 μηι und 0,7 μηι aufweisen. Da der Farbtemperatur-Diskriminierungsprozeß von der Strahlungsquelle abhängt, die sich wie ein Graustrahler-Kontinuum verhält, sollten die optischen Filterbänder so gewählt sein, daß keines von ihnen mit der Emissionslinienstruktur zusammenfällt. Es ist ganz sicher, daß keine Linienstruktur zwischen 0,75 μπι und 1,0 μΐη besteht, so daß die beiden Wellenlängenbänder so ausgewählt wurden, daß sie ungefähr zu den Extremen dieses Wellenlängenbereiches passen.

Was den Farbtemperatur-Diskriminierungsprozeß selbst angeht, so trifft es zu, daß das Verhältnis der Spektralenergie von einer Graukörper-Strahlungsquelle, die in ein schmales Wellenlängenband mit Zentrum bei 0,96 μπι fällt, geteilt durch die Spektralenergie, die in ein schmales Wellenlängenband mit Zentrum bei 0,76 μηι fällt, sich beträchtlich mit der Temperatur der Strahlungsquelle innerhalb des Bereiches zwischen 1000⁰K und 4000⁰K ändert und somit dazu verwendet

- 11 -

809848/0636

2813183

werden kann, zwischen Strahlungsquellen-Temperaturen zu unterscheiden, die oberhalb und unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegen, die beispielsweise 2400⁰K betragen kann. Diese vorgegebene Temperatur von 2400⁰K liegt deutlich über der Normaltemperatur eines typischen Kohlenwasserstoff-Feuers und deutlich unter der Temperatur eines hochenergetischen Geschosses und/oder einer damit verbundenen pyrophoren Reaktion. Sie liegt auch deutlich unterhalb der Temperatur von vielen Quellen für potentiellen falschen Alarm, wie z.B. der Sonne, Glühlicht und fluoreszierendem Licht, elektrischen Schweißeinrichtungen, Blitzen etc..

Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß das Verhältnis der Energien, die von den Detektoranordnungen 10 bzw. 20 bei einer Temperatur von 2800⁰K abgetastet wurden, ungefähr 1,61 betrug, während das Verhältnis bei 2100⁰K ungefähr 2,57 ausmachte. In ähnlicher Weise stieg das Energieverhältnis bei 1600⁰K auf 4,62 an. Unterhalb von 1600⁰K steigt das Verhältnis der Energien noch weiter an und beträgt bei 1400⁰K ungefähr 6,57. Auf diese Weise können sie Ausgangssignale von dem Farbtemperatur-Diskriminierungsschaltkreis 50 verarbeitet werden, um auf seiner Ausgangsleitung 55 ein Signal in Form einer logischen "1" oder logischen "0" zu liefern, welche bei einer bevorzugten Ausführungsform abgetastete Temperaturen unterhalb bzw. oberhalb von 2400⁰K repräsentieren.

Somit lässt sich unter Verwendung des Verhältnisses der Energien, die von einem Paar von getrennten Abtasteinrichtungen abgetastet werden, ein extrem genaues binäres Ausgangssignal erzeugen, um für einen Logikschaltkreis 60 eine Digitalinformation zu liefern, um eine Betätigung des Feuerabtastsystems in dem Augenblick zu verhindern, wo eine heißere Strahlungsquelle als ein typisches Kohlen-

809848/063B

hl

wassersLoff-Feuer von denjenigen Teiles des Systems abgetastet wird, die im folgenden noch näher erläutert werden sollen. Die praktische Anwendung dieser Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß das System immun gegenüber der irrtümlichen Abtastung von hochencrgetischcn Geschossen ist, die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne keine sekundären Kohlenwasserstoff-Feuer hervorrufen.

Der weitere Kanal des Schaltkreises der Feuerabtastvorrichtung weist eine bei 4,4 um arbeitende Detektoranordnung 30 auf, bei der der Ausgang des Verstärkerkreises 35 an einen Gradientendetektor-Schaltkreis 70 sowie an einen Energiediskriminator-Schaltkreis 80 angeschlossen ist. Der Gradientendetektor-Schaltkreis 70 bestimmt, ob die Intensität der Strahlung bei 4,4 pm, einer CO^-Emissionswellenlänge, zunimmt oder nicht; wenn dies der Fall ist, liefert er auf der Leitung 72 ein Ausgangssignal in Form einer logischen "1", das am Eingang des Logikschaltkreises 60 anliegt. Es wird ein Gradientendetektor-Schaltkreis verwendet, da bei den bekannten militärischen Anwendungsfällen innerhalb eines Zeitintervalles von 5 Millisekunden vom Aufprall des Geschosses an ein Feuer abgetastet und die Feuerunterdrückungsvorrichtung betätigt sein muß, wenn die Personen innerhalb des Fahrzeuges gegenüber dem Feuer geschützt werden sollen. Während der ersten 5 Millisekunden wird das Feuer mit Sicherheit stärker werden, so daß dann, wenn es für eine wirkungsvolle Feuerabtastung erforderlich .ist, daß das Feuer schnell wächst oder stärker wird, keine Quelle für potentiellen falschen Alarm, die nicht auch eine rasche Zunahme der Strahlungsintensität bei der 4,4 μΐη-Detektoranordnung hervorruft, auch tatsächlich einen falschen Alarm auslösen wird.

Der Energiediskriminator-Schaltkreis 80 erhält sein Eingangs-

- 13 -

809848/0636

signal vom Verstärkerkreis 35 und ermittelt, ob die abgetastete Strahlung einen vorgegebenen Schwellwert erreicht hat oder nicht, und liefert ein Ausgangssignal in Form einer logischen "1" auf der am Logikschaltkreis 60 anliegenden Leitung 82, wobei dieses Ausgangssignal für diesen Parameter repräsentativ ist.

Der Logikschaltkreis 6 0 spricht auf die Eingangssignale von den Schaltkreisen 50, 70 und 80 an und weist einen Schaltkreis zur Verhinderung von falschen Alarm auf, der nur auf solche Eingangssignale anspricht, die für ein Feuer mit ausgev/ählten Charakteristika repräsentativ sind, um die Betätigung der Feuerunterdrückungsvorrichtung auszulösen. In Abhängigkeit von diesen Signalen liefert der Logikschaltkreis 6 0 ein Ausgangssignal, das über eine Ausgangsleitung 62' am Betätigungsschaltkreis 100 der Feuerunterdrückungsvorrichtung anliegt. Der Betätigungsschaltkreis 100 weist Eingänge 102 und 104 auf, die mit gleich ausgebildeten Feuer-Abtastköpfen und angeschlossenen Schaltkreisen verbunden sind, so daß jeder Abtastkopf aus einer Vielzahl derartiger Abtastköpfe die Betätigung der Feuerunterdrückungsvorrichtung auslösen kann, um das Feuer zu löschen. Bei einigen Anordnungen wird raan eine Vielzahl von in unterschiedlichen Abständen angeordneten Feuerunterdrückungsvorrichtungen verwenden, die jeweils ihre eigenen Eetätigungsschaltkreise 100 auf v/eisen, bei anderen Anordnungen kann es wünschenswert sein, sämtliche Feuerunterdrückungsvorrichtungen durch einen einzigen Steuerkreis zu betätigen.

Nachdem der Gesamtaufbau des Systems mit dem Abtastkopf und den drei Detektoranordnungen kurz angegeben worden ist,

- 14 -

809848/0636

soll im folgenden im Zusammenhang mit Fig. 3 eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Schaltkreise und ihrer Wirkungsweise erfolgen, wobei in Fig. 3 die bereits erwähnten Bezugszeichen ebenfalls Verwendung finden.

Die Siliziumdiode 12 ist, wie aus Fig. 3 erkennbar, mit ihrer Kathode geerdet und mit ihrer Anode an die negative Eingangsklemme 2 eines als Differentialverstärker geschalteten Operationsverstärkers 21 angeschlossen, dessen positive Eingangsklemme geerdet ist. Ein einstellbarer Rückkopplungswiderstand 23 ist an die Ausgangsklemme 6 des Operationsverstärkers 24 angeschlossen und zur Eingangsklemme 2 des Operationsverstärkers 24 zurückgeführt, um die übertragungsfunktion des Operationsverstärkers 24 zu steuern. In gleicher V/eise ist die Siliziumdiode 22 als Detektor mit ihrqr Kathode geerdet und mit ihrer Anode an die negative Eingangsklemme eines zweiten, als Differentialverstärker geschalteten Operationsverstärkers 26 angeschlossen, dessen positive Eingangsklemme geerdet ist.

Ein fester Rückkopp-lungswiderstand 28 verbindet die Ausgangsleitung 29 des Operationsverstärkers 26 mit seiner negativen Eingangsklemme, um seine übertragungsfunktion zu steuern. Es darf darauf hingewiesen werden, daß die übertragungsfunktion eines derartigen Operationsverstärkers die folgende Form aufweist:

^Vo

Γ ^{= Rf}

- 15 -

809848/0636

V = Verstärker-Ausgangsspannung i = Fotodioden-Ausgangsstrom
R_ = Rückkopp-lungswiderstand.

Der Wert des Rückkopplungswiderstandes ist so gewählt, daß der Operationsverstärker 26 sich nicht in der Sättigung befindet, wenn das Gesichtsfeld der als Detektor ausgebildeten Siliziumdiode 12 vollständig von einer 2100⁰K - Strahlungsquelle ausgefüllt ist. Der veränderliche Rückkopplungswiderstand 23 wird so eingestellt, daß dann, wenn eine 2400⁰K - Strahlungsquelle innerhalb des Gesichtsfeldes des Systems liegt, die Signale an den positiven und negativen Eingängen des Komparators 52 gleich sind. Das Ergebnis dieser Einstellung impliziert, daß dann, wenn die Operationsverstärker in die Sättigung getrieben werden, die Temperatur der Strahlungsquelle sich oberhalb der maximal erwarteten Temperatur des Feuers von 2100⁰K befindet und somit jegliche Feuerabtastung verhindert sein sollte. Der aus den beiden Widerständen 51 und 53 mit Werten von 24 Kiloohm bzw. 51 Kiloohm bestehende Spannungsteiler gewährleistet, daß dann, wenn sich die beiden Operationsverstärker 21 und 26 in der Sättigung befinden, das Signal am positiven Eingang des Komparators 52 immer größer als am negativen Eingang sein wird. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal des Komparators 52 eine logische "1". Der Komparator 52 hat denselben logischen Ausgang, wenn eine Strahlungsquelle innerhalb des Gesichtsfeldes des Systems eine 2400⁰K überschreitende Temperatur aufweist, wobei zu bedenken ist, daß die Signale an den beiden Eingängen des Komparators bei einer Temperatur der Strahlungsquelle von 2400⁰K gleich sind. Für Strahlungsquellentemperaturen oberhalb von 2400⁰K wird das Signal am positiven Eingang des Komparators 52 größer als das Signal am negativen Eingang sein, und der Ausgang des Komparators 52 wird eine logische "1" sein. Sonst wird, mit Ausnahme des oben beschriebenen Sättigungs-

809848/0636

- 16 -

zuatandus, das Ausgangssignal dos !-Comparators 52 eine logische "0" sein.

Der Farbtemperatur-Diskriminierungsschaltkreis 50 erfordert eine logische "1" am Eingang 2 sowie am Eingang 4 des IIAHD-Ga te 59, um am Eingang 5 oder am Eingang 9 des NAND-Gate 64 ein Sperrsignal zu erzeugen. Die logische "1" tritt jedesmal dann am Ausgang des Komparators 54 auf, wenn das Signal auf der Ausgangsleitung 29 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, der am negativen Eingang des Komparators 54 von der Spannung +V und dem aus den beiden Widerständen 56 und 58 bestehenden Spannungsteiler aufgebaut wird. Es ist erforderlich, daß das Signal auf einem der Kanäle, in diesem Falle dem 0,96 μΐη-Kanal, einen vorher eingestellten Schwellwert überschreitet, damit irgendwelche Sperrsignale erzeugt werden, so daß garantiert ist, daß ein ausreichendes optisches Signal zur Verfugung steht, um genau zu ermitteln, ob die Temperatur der Strahlungsquelle sich oberhalb oder unterhalb der Temperatur von 2400⁰K befindet. Die in einer derartigen Schaltung tatsächlich verwendeten Bauelemente werden einen gewissen Fehler oder eine Abweichung liefern, und wenn die Abweichung in der gleichen Größenordnung wie die Pegel der zu verarbeitenden Signale liegen, dann kann auch die Entscheidung, den Abtastvorgang zu sperren, fehlerbehaftet sein. Der Schwellwert am negativen Eingang des Komparators

54 wird so eingestellt, daß er. mindestens eine Größenordnung höher als die erwarteten Fehler oder Abweichungen am Ausgang der Operationsverstärker 21 und 26 liegt. Auf diese Weise wird jedesmal dann ein Sperrsignal - eine logische "0" sperrt das NAHD-Gate 64 - auf der Ausgangsleitung

55 erzeugt, wenn die gemessene Temperatur der Strahlungsquelle im Gesichtsfeld der Abtastvorrichtung 2400⁰K überschreitet und das Signal im 0,96 μπι-Kanal ausreichend groß ist, so daß die binäre Bestimmung der Strahlungsquellentempe-

- 17 -

809848/0036

ratur genau ist. Ein Sperrsignal wird auch dann auf der Ausgangsleitung 55 erzeugt, wenn die Operationsverstärker 21 und 26 sich in der Sättigung befinden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Operationsverstärkern 21 und 26 um handelsübliche integrierte Schaltkreise vom Typ RM 1556 AT, während es sich bei den Komparatoren 52 und 54 ebenfalls um Operationsverstärker vom gleichen Typ handelt, die als Differentialkomparatoren verwendet werden.

Um sowohl diesen Operationsverstärkern als auch dem übrigen Schaltkreis ausreichende Betriebsenergie zur Verfügung zu stellen, ist eine Spannungsversorgung 15 vorgesehen und an die Schaltkreise in üblicher Weise angeschlossen. Die Spannungsversorgung 15 liefert eine positive Spannung +V und eine negative Spannung -V sowie eine regulierte Spannung +V , um die Spannungen zur Verfügung zu stellen, die für die verschiedenen im System verwendeten Referenzspannungen erforderlich sind.

Das Signal vom Thermosäulen-Detektor 32, der spektrale Kohlendioxid-Strahlung im 4,4 μΐη-Wellenlängenband abtastet, wird zuerst vom Operationsverstärker 34 verstärkt, der in üblicher Weise als nicht invertierender, linearer Verstärker geschaltet ist. Ein Kondensator 37 wird in der Weise verwendet, um die Bandbreite des Operationsverstärkers auf die zu verwendende Bandbreite zu begrenzen.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 34 ist über einen Kopplungskondensator 3G an den positiven Eingang eines Operationsverstärkers 40 angeschlossen, der in üblicher Weise als nicht invertierender Operationsverstärker geschaltet ist. Auch hier dient ein Kondensator 43 lediglich zur Begrenzung der Bandbreite des Operationsverstärkers 40. Der

- 13 -

809848/0636

aus dem Widerstand 45 und der Diode 4 6 bestehende Teil der Kückkopplungcschleifc dient dazu, für eine Reduzierung der Spannungsverstärkung des Operationsverstärkers 40 bei Signalen zu sorgen, deren Spannung die Durchlaßspannung der Siliziumdiode überschreitet. Er wird dazu verwendet, um eine Sättigung des Operationsverstärkers 40 verhindern zu helfen. Das Ausgangssignal des Verstärkerkreises 35 mit seinen als Differentialverstärkern geschalteten Operationsverstärkern 34 und 40 wird an den Gradientendetektor-Schaltkreis 70 und den Eingang des Energiediskriminator-Schaltkreises 80 angelegt. Der Gradientendetektor-Schaltkreis 70 weist einen als Differentialverstärker geschalteten Operationsverstärker 74 auf, dessen positiver Eingang direkt an den Ausgang des Operationsverstärkers 40 angeschlossen ist. Der negative Eingang des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand 75 an die Spannung +V angeschlossen, um eine positive Vorspannung an den negativen Eingang anzulegen. Ein RC-Integratorschaltkreis, bestehend aus einem an den negativen Eingang angeschlossenen und geerdeten Kondensator 76 und einem in Serie zwischen den negativen Eingang des Operationsverstärkers 74 und den Ausgang des Operationsverstärkers geschalteten Widerstand 77_; dient dazu, das vom Operationsverstärker 40 kommende und am negativen Eingang des Operationsverstärkers 74 anliegende Eingangssignal zu verzögern.

Wogen der positiven Vorspannung am negativen Eingang des Operationsverstärkers 74 wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 74 normalerweise eine logische "0" sein. Wenn jedoch das Signal vom Operationsverstärker mit einem vorgegebenen Anstieg zunimmt, so wird ein am positiven Eingang anliegendes Signal mit größerer Amplitude die Amplitude des verzögerten niedrigeren Amplituden-

- 19 -

809848/0636

signales plus dor positiven Vorspannung überschreiten, welche am negativen Eingang anliegt, so daß der als Differentialverstärker geschaltete Operationsverstärker veranlasst wird, umzuschalten und ein Ausgangssignal mit einer logischen "1" zu liefern. Dies findet in dem Augenblick statt, wo die CO^-Emission eines Feuers mit einem vorgegebenen Gradienten zunimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform war die Zuwachsrate so ausgewählt, um eine Wellenform einer Eingangsspannung mit einem Spannungsanstieg von ungefähr 5 Volt pro Sekunde abzutasten, wobei die RC-Zeitkonstante des Verzögerungsschaltkreises ungefähr für eine Verzögerung von einer Millisekunde ausgewählt war. Auf diese Weise hat der Kondensator 76 bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Wert von 0,22 pF, während der Widerstand 77 einen Wert von 5,1 Kiloohm besitzt.

Der Energiediskriminator-Schaltkreis 80 weist ebenfalls einen als Differentialverstärker geschalteten Operationsverstärker 84 auf, dessen positiver Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers 40 angeschlossen ist. Seine negative Eingangsklemme ist an den Verbindungspunkt von zwei Widerständen 85 und 86 angeschlossen, welche von der Spannungsversorgung +V in Serienschaltung geerdet

χ. fc*y

sind. Die Widerstände 85 und 86 bauen eine Referenzspannung auf, die an der negativen Eingangsklemme des Operationsverstärkers 84 anliegt, wobei der Wert der Referenzspannung so gewählt ist, daß nur eine vorgegebene Amplitude der 4,4 μηι-Strahlung, d.h. ein Schwellwcrtpegel, den Operationsverstärker 84 dazu bringen wird, auf der Ausgangsleitung ein Ausgangssignal in Form einer logischen "1" zu liefern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Widerstände 85 und 86 Werte von 100 Kiloohm bzw. 1,8 Kiloohm und waren als Präzisionswiderstände ausgebildet. Die Funktion des

- 20 -

809848/0836

Energiediskriminator-Schaltkreises 80 besteht darin, eine Betätigung dos Betütigungsschaltkreises 100 der Feuerunterdrückungsvorrichtung beispielsweise in einem solchen Augenblick zu verhindern, v/o eine relativ kleine Flamme, wie sie beispielsweise beim Entzünden einer Zigarette oder dergleichen auftritt, von der Abtastvorrichtung abgetastet wird. In dem Augenblick jedoch, wo die Flamme ausreichend groß ist, daß ihr Strahlungsenergiepegel den Schwellwert überschreitet, wird der Energiediskriminator-Schaltkreis 80 ein Ausgangssignal in Form einer logischen "1" liefern, das dem Logikschaltkreis 6 0 zugeführt wird.

Auf diese V7eise liefern der Gradientendetektor-Schaltkreis 70 und der Energiediskriminator-Schaltkreis 80 jeweils auf den Ausgangsleitungen 72 bzw. 82 ein Logik-Ausgangssignal in dem Augenblick, wo ein vorgegebener Schwellwert eines Kohlenwasserstoffeuers abgetastet wird bzw. die Amplitude mit vorgegebenem Anstieg zunimmt. Diese Signale liegen an den Eingangsklemmen 8 bzw. 6 eines NAND-Gate 64 mit vier Eingängen an, das zum Logikschaltkreis 60 gehört. Es hat sich herausgestellt, daß falscher Alarm gelegentlich von einer rasch abnehmenden Strahlungstemperatur erzeugt werden kann, bei der kein Kohlenwasserstoffeuer von Bedeutung abgetastet wird. Wenn beispielsweise ein hochenergetisches Geschoß und eine damit zusammenhängende pyrophore Reaktion den Gradientendetektor-Schaltkreis 70 und den Energiediskriminator-Schaltkreis 30 dazu bringen, an jedem Ausgang dem Logikschaltkreis 6 0 eine logische "1" zur Verfügung zu stellen, so könnte die Temperatur des beobachteten Gebietes unter einen Wert von ungefähr 1600⁰K fallen, bevor der Gradientendetektor-Schaltkreis 70 und der Energiediskriminator-Schaltkreis 80 ihren Zustand zurück zur logischen "0" änderten. In einem derartigen Falle würden

809848/0636

die Eingänge des Logikschaltkreises 60, auch wenn kein Kohlenwasserstoffeuer abgetastet wird, auf ^dem Pegel einer logischen "1" liegen, was einen falschen Alarm verursacht. Um einen derartigen falschen Alarm und insbesondere in Anwesenheit eines hochenergetischen Geschosses zu verhindern, ist die Ausgangsleitung 55 des Farbtemperatur-Diskriminierungsschaltkreises 50 über einen einzigen Abtast- und Verzögerungsschaltkreis an den Eingang des NAND-Gate 64 angeschlossen, was im folgenden näher erläutert werden soll.

Zunächst einmal darf darauf hingewiesen werden,daß sich herausgestellt hat, daß . in dem Augenblick, wo ein hochenergetisches Geschoß ein Kohlenwasserstoffeuer hervorruft, die vom Temperatur-Abtastschaltkreis abgetastete Temperatur in weniger als einer Millisekunde unter den Wert von 2400⁰K fällt. Man nimmt an, daß dies auf der Tatsache beruht, daß das Kohlenwasserstoffeuer tatsächlich die vom hochenergetischen Geschoß verursachte pyrophore Reaktion auslöscht. Diese Auslöschwirkung senkt die Temperatur üblicherweise in weniger als 0,50 Millisekunden vom ursprünglichen Eintritt des hochenergetischen Geschosses ab. Diese Tatsache macht es möglich, einen Abtast- und Diskriminierungsschaltkreis zu schaffen, der das Alarmsystem in Anwesenheit eines hochenergetischen Geschosses außer Betrieb setzt, indem das Zeitintervall abgetastet wird, in dem die auftretende Temperatur der Strahlungsquelle oberhalb von 24 00⁰K bleibt. Wenn sie beispielsweise für eine Millisekunde oberhalb von 2400⁰K bleibt, dann kann man sagen, daß sie nicht von einem Kohlenwasserstofffeuer ausgelöscht worden ist, und das System kann für ein kurzes Zeitintervall außer Wirkung gesetzt werden, um falschen Alarm zu verhindern, der aus Explosionen von hochenergetischen Geschossen resultieren kann.

Der Abtastschaltkreis weist einen ersten Verzögerungskreis

- 22 -

809848/0636

mit einem RC-Integrator auf, dar mit einem Widerstand 61 ausgebildet ist, welcher an einem Ende an die Ausgangsleitung 55 des Diskriminierungs-Schaltkreises 50 und mit seinem gegenüberliegenden Ende an ein als Inverter geschaltetes WOR-Gate 62 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen Widerstand 61 und IIOR-Gate 62 ist über einen Kondensator 6 3 an die negative Versorgungsspannung -V angeschlossen. Die Zeitkonstante des Widerstandes 61 und des Kondensators 6 3 ist so gewählt, daß sie ungefähr eine Millisekunde beträgt, und bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Widerstand 61 einen Wert von 100 Kiloohm, während der Kondensator 63 einen Wert von 0,01 \xF besitzt. Wenn die abgetastete Temperatur für mehr als eine Millisekunde oberhalb von 2400⁰K liegt, und somit für mehr als eine Millisekunde eine logische "0" an der Ausgangsleitung 55 liefert, so entleert sich der Kondensator 6 3 beträchtlich und lässt das Eingangssignal am NOR-Gate 62 auf eine logische«"0" abfallen. Das NOR-Gate 62 hat eine Ausgangsklemme 14, die an einen Inverter 65 angeschlossen ist, so daß die am Eingang des NOR-Gate 62 anliegende logische "0" am Ausgang 15' des Inverters 6 5 ebenfalls eine logische "0" hervorruft.

Infolge-dessen wird die an den Ausgang 15' des Inverters 65 angeschlossene Diode 66 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und das Signal am Eingang 9 des NAND-Gate 64, das normalerweise eine logische "1" ist, wird eine logische "0". Auf diese Weise ist das NAND-Gate 64 gesperrt. Auch wenn das Signal am Ausgang 5¹ des Inverters 65 wieder zu einer logischen "1" wird, so bleibt der Eingang 9 des NAND-Gate 64 bei einer logischen "0", und zwar für ein Zeitintervall, das von den Werten des Widerstandes 67 und des Kondensators 60 abhängt. Boi einer bevorzugten Ausführungsform beträgt dieses Zeitintervall ungefähr 20 Millisekunden.

809848/0638

Ferner hat der Widerstand 67 bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Wert von 2,2 Megohm, während der Kondensator 68 einen Viert von 0,01 μΓ besitzt.

Daraus ergibt sich, daß die Eingangsklerame 9 des NAND-Gate normalerweise auf dem Pegel einer logischen "1" gehalten wird und daß nur in dem Augenblick eine logische "0" an die Eingangsklemme 9 des NAND-Gates 64 angelegt wird, um dieses außer Betrieb zu setzen, wenn die abgetastete Farbtemperatur den Wert von 2400⁰K für ein längeres Zeitintervall als eine Millisekunde überschreitet. Ein direktes Sperrsignal wird auf der Ausgangsleitung 55 am NAND-Gate 64 während der gesamten Zeit anliegen, wo die Temperatur der Strahlungsquelle tatsächlich oberhalb von 24 00⁰K liegt. Dies wird nur in dem Augenblick stattfinden, wo ein hochenergetisches oder HEAT-Geschoß auftrifft, das kein Kohlenwasserstoffeuer hervorruft. In dem Augenblick, wo ein hochenergetisches Geschoß ein Kohlenwasserstoffeuer auslöst, werden die Ausgangssignale auf den Ausgangsleitungen 72 und 82 auf dem Pegel einer logischen "1" liegen, was auch nach ungefähr einer halben Millisekunde für die Ausgangsleitung 55 gilt, so daß das NAND-Gate 64 anspricht und an seiner Klemme 10^f ein Ausgangssignal mit dem Pegel einer logischen "0" liefert. Wenn ein Kohlenwasserstoffeuer aus irgendeinem anderen Grunde hervorgerufen wird, so wird der Ausgang des Farbtemperatur-Diskriminierungsschaltkreises 50 den Pegel einer logischen "1" haben, und zwar ebenso wie die Ausgangsleitungen 72 und 82 des 4,4 μΐη-Abtastkanals. Die Betätigung des NAND-Gates wird ein Ausgangssignal mit einer logischen "0" liefern, die über eine Diode 6 9 am Betätigungsschaltkreis 100 anliegt. An die anderen Eingänge 102 und 104 angeschlossene, gleiche Dioden bilden ein OR-Gate zur Betätigung des Betätigungsschaltkreises 100 durch irgendeinen der Abtastköpfe 140.

- 24 -

809848/0636

Der Betätigungsschaltkreis 100 weist einen monostabilen Multivibrator 106 auf, der sich normalerweise in seinem stabilen Zustand mit einer logischen "0" am Ausgang befindet. In dem Augenblick, wo eine logische "0" von irgendeinem der Logikschaltkreise, die an einen oder mehrere der Abtastköpfe angeschlossen sind, an den monostabilen Multivibrator 106 angelegt wird, ändert dieser jedoch seinen Zustand und liefert an seinem Ausgang eine logische "1", die an einer Eingangsklemme des NAND-Gates 108 für ein vorgegebenes Zeitintervall TT anliegt. Die andere Eingangsklemme des NAND-Gates 108 ist an einen monostabilen Multivibrator 110 angeschlossen, der sich normalerweise in einem Zustand befindet, daß er an das NAND-Gate 108 ein Signal mit dem Pegel einer logischen "1" anlegt. Wenn somit beide Eingänge des NAND-Gates 108 den Pegel einer logischen "1" haben, so liefert das NAND-Gate 108 ein Ausgangssignal mit dem Pegel einer logischen "0" für einen Leistungsverstärker 112, der Strom an das als Widerstand ausgebildete Betätigungselement 1114 der ünterdrückungsvorrichtung anlegt, wobei das Betätigungselement 1114 üblicherweise entfernt vom Betätigungsschaltkreis 100 angeordnet ist, wie es durch die das Betätigungselement umgebende, gestrichelte Linie angedeutet ist.

In Abhängigkeit von dem relativ hohen Strompegel, der am Betätigungselement für die ünterdrückungsvorrichtung anliegt, kann es entweder den Schaltkreis öffnen und dadurch die Ünterdrückungsvorrichtung aktivieren und auslösen oder aber den Schaltkreis kurzschließen, wobei es immer noch die ünterdrückungsvorrichtung aktiviert, aber den Betätigungsschaltkreis 100 besonders stark auflädt. Um eine Beschädigung des Betätigungsschaltkreises für die Unterdrückungsvorrichtung zu verhindern, ist ein Kurzschluß-Abtastschaltkreis 116 vor-

- 25 -

809848/0636

ORIGINAL INSPECT1B

gesehen und kann beispielsweise einen Transistor aufweisen, der in einen nicht-leitenden Zustand vorgespannt ist, außer wenn er unter der KurzSchlußbedingung steht. Wenn ein Kurzschluß auftritt, erhält der monostabile Multivibrator 110 ein Signal, das dafür sorgt, daß sein Ausgang für ein vorgegebenes Zeitintervall, das größer als L, ist, vom Zustand der logischen "1" auf den Pegel der logischen "0" übergeht und auf diese Weise den Leistungsverstärker 112 über das NAND-Gate 108 außer Betrieb setzt. Da das Zeitintervall des monostabilen Multivibrators 110 größer als das des monostabilen Multivibrators 106 ist, wird beim Auftreten eines Kurzschlusses der Leistungsverstärker 112 so lange nicht wieder aktiviert, bis am Eingang des monostabilen Multivibrator 106 eine weitere Abtastung angezeigt wird. Auf diese Weise schafft der Betätigungsschaltkreis 100 außerdem eine verbesserte Einrichtung zur Betätigung des Betätigungselementes 1114 für die Unterdrückungsvorrichtung.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Schaltung lässt sich am besten unter Bezugnahme auf die Diagramme der Spannungswellenformen in Fig. 4, 5 und 6 verstehen. Die Spannungswellenformen a bis h in den Fig. 4, 5 und entsprechen Signalen an den ebenso bezeichneten Punkten der Schaltung nach Fig. 3 für die speziellen unten beschriebenen Betriebsvorgänge.

Im.folgenden soll zunächst auf Fig. 3 und 4 Bezug genommen werden; eine mögliche Betriebsart findet statt, wenn ein abgefeuertes hochenergetisches Geschoß sowohl in die Panzerung als auch einen vollen Treibstofftank eindringt und ein explosives Feuer auslöst. In diesem Augenblick steigen beide Spannungssignale in den Fig. 4a und 4b rasch in ihrer Amplitude an. Da die anfänglich auftretende, optisch abge-

- 26 -

tastete Temperatur höher als 2400⁰K ist, ist die Spannungsamplitude nach Fig. 4a größer und das Ausgangssignal des NAND-Gates 59 geht auf die logische "0" nach Fig. 4c, welche das NAND-Gatc 64 sperrt und ein Ausgangssignal verhindert. Innerhalb von 200 Mikrosekunden hat sich dieser Hochtemperaturblitz auf eine Temperatur unterhalb von 2400⁰K durch den Treibstoff aus dem Tank abgekühlt, und das NAND-Gate 59 geht auf seine logische "1" zurück.

Gleichzeitig löst das explosive Feuer die langsam ansteigende Signalspannung nach Fig. 4d aus, die einer expandierenden Flammenfront entspricht. Beide Eingangssignale an den als Differentialverstärker geschalteten Operationsverstärkern 74 und 84 entsprechen dem Zustand zunehmender Amplitude und ausreichender Amplitude, um die Wellenformen nach Fig. 4e bzw. 4f zu erzeugen.

Darüber hinaus ist die Dauer des ursprünglichen Blitzes von weniger als einer Millisekunde zu kurz, um das NOR-Gate 62 zu aktivieren, und die Spannungswellenform nach Fig. 4g bleibt unverändert. In Abhängigkeit von diesen Spannungssignalen ergibt sich die Spannungswellenform nach Fig. 4h im Punkt A, die den monostabilen Multivibrator 106 aktiviert, der mit seinem angeschlossenen Schaltkreis ein Signal liefert, um den Feuerunterdrückungsmechanisnius zu triggern. Da nur durch optische Strahlung verursachte Signale verwendet werden, um die Anwesenheit von Feuer zu bestimmen, erfordert der Schaltkreis gemäß der Erfindung nicht die Verwendung von möglicherweise irreführenden und willkürlichen Zeitverzögerungen, um die momentane /umtastung eines explosiven Feuers zu verhindern. Ferner wird die Signalinformation, die zum Verhindern einer falschen Abtastung verwendet wird, ausschließlich aus optischen Strahlungssignalen abgeleitet.

- 27 -

809848/0636

Eine andere mögliche Situation tritt auf, wenn das abgefeuerte hochenergetische Geschoß den vollen Treibstofftank vollständig verfehlt und kein Feuer verursacht. Für diesen Zustand ist es selbstverständlich von Wichtigkeit, ein Ausgangs-Triggersignal vom NAND-Gate 64 in Fig. 3 zu verhindern. Bei einem derartigen Ereignis steigen beide Spännungssignale in den Punkten a und b in Fig. 3 in der in den Fig. 5a und 5b angegebenen Weise rasch an und bleiben bei Amplituden, die eine auftretende, optische Strahlungstemperatur mit einem wesentlich höheren Wert als 2400⁰K anzeigen; dies führt zu einem Ausgangssignal mit dem Pegel einer logischen "0"vom NAND-Gate 59, dessen Wellenform in Fig. 5c wiedergegeben ist und hindert das NAND-Gate 64 daran, ein Ausgangs-Triggersignal zu liefern, und zwar unabhängig davon, was die anderen Wellenformen anzeigen.

Darüberhinaus erzeugen die in dem Explosivgeschoß enthaltenen brennenden Verbrennungsprodukte Kohlendioxid mit hoher Temperatur, so daß die C0₉-Emissionen vom

Cm

Thermosäulen-Detektor 32 nach Fig. 3 abgetastet werden. Die langsam ansteigende Spannungswellenform in Fig. 5d entspricht dieser anfänglichen hochenergetischen Reaktion. In Abhängigkeit von diesem Spannungssignal ergeben sich die Wellenformen nach Fig. 5e und 5f. Während dieses ersten Zeitintervalls bleiben jedoch die beiden zuletzt genannten Signale unwirksam, was ihren Beitrag zum AUsgangstriggersignal anbetrifft, und zwar wegen des Ausgangssignales mit dem Pegel der logischen "0" vom NAND-Gate 5^nach Fig. 3.

Außerdem führt das hochenergetische Eingangssignal zu einer Ansammlung von Ladungen im Kopplungskondensator 38, der sich über den Widerstand 41 entlädt. Diese Entladung entspricht

- 28 -

$09848/0838

dem negativen und zweiten positiven Teil der Wellenform in Fig. 5d. In dem Augenblick, wo die auftretende, optische Strahlungstemperatur unter einen Viert von 2400⁰K abgenommen hat und sich die oben erwähnte RC-Schaltung noch nicht stabilisiert hat, würde ein falsches Triggersignal zu einem durch den Punkt A in Fig. 5 angedeuteten Zeitpunkt den Feuerunterdrückungs- oder Steuermechanismus betätigen.

Hier wird die Bedeutung des Spannungssignales im Punkt σ in Fig. 3 in vollem Umfang deutlich. Das potentielle falsche Triggersignal wird verhindert, v/eil das Spannungssignal vom NAND-Gate 59 langer als eine Millisekunde angelegen hat und damit das NOR-Gate 62 dazu gebracht hat, einen 20 Millisekunden langen Impuls mit dem Pegel einer logischen "0" zu liefern, wie er in Fig. 5g dargestellt ist.

Eine dritte Situation tritt auf, wenn das Geschoß außerhalb des Treibstofftanks explodiert und dazu führt, daß etwas später ein Feuer ausbricht. Entweder Bruchstücke der Fahrzeugpanzerung oder Teile des Geschosses können den Treibstofftank zum Bersten bringen, und ausfließender Treibstoff kann sich anschließend durch die vom Geschoß herrührenden heißen Trümmer entzünden. Die in Fig. 3 wiedergegebene Schaltung wird in dieser Situation Spannungssignale erzeugen, um eine Unterscheidung gegenüber Explosionen von hochenergetischen Geschossen zu treffen. Nach einer kurzen Zeitspanne gehen die Spannungssignale wieder in einen Ruhezustand zurück,und es kann wiederum die Anv/esenheit eines Feuers abgetastet werden, wie es durch den Punkt B in Fig. 5 angedeutet ist.

Die weitere Bezugnahme auf die Spannungswellenformen nach Fig. 5 bezieht sich auf den Zeitraum, der auf den durch den Punkt B angedeuteten Zeitpunkt folgt. Die Spannungssignale

- 29 -

609848/0636

in den Punkten a. und b nach Fig. 3 werden dann die entsprechenden, in Fig. 5a und 5b angegebenen Wellcnformcn haben. Die Spannungswellenformen in Pig. 5c und 5g sind unverändert, da die von den als Detektoren ausgebildeten Siliziumdioden 12 und 22 nach Fig. 3 abgetasteten auftretenden, optischen Strahlungstemperaturen deutlich unterhalb von 2700⁰K liegen.

Das langsam ansteigende Spannungssignal am Punkt d in Fig. 3 mit der in Fig. 5d wiedergegebenen Wellenform entspricht einem sich ausbreitenden Feuer. Wenn die Spannungsamplitude im Punkt d den vorgegebenen Spannungspegel überschreitet, so liefert der als Differentialverstärker geschaltete Operationsverstärker 84 nach Fig. 3 ein Spannungssignal mit dem Pegel einer logischen "1" im Punkt f_. Wenn dieses expandierende Feuer eine vorgegebene Wachstumsrate oder Anstiegsgeschwindigkeit überschreitet, so wird der als Differentialverstärker geschaltete Operationsverstärker 74 nach Fig. 3 ebenfalls ein Ausgangsspannungssignal mit dem Pegel einer logischen "1" am Punkt e_ liefern. Die Spannungswellenformen für diese beiden Zustände sind in den Fig. 5f bzw. 5e angegeben. In Abhängigkeit von diesen Spannungssignalen ergibt sich die Spannungswellenform nach Fig. 5h im Punkt C, welche den Feuerunterdrückungs-Schaltkreis aktiviert.

Schließlich ist es auch möglich, daß die plötzliche Zündung von Kohlenwasserstoffdämpfen ein Diffusionsfeuer verursacht. Dieses Feuer kann entweder ein sekundäres Resultat eines hochenergetischen Geschosses oder aber durch ein ganz unabhängiges Ereignis verursacht sein. Wie in der vorhergehenden Situation sind die Spannungssignale in den Punkten a_r b, £ und cj. nach Fig. 3, deren Wellenformen in den entsprechenden Figuren 6a, 6b, 6c bzw. 6g dargestellt sind, nicht zum Abtasten des Feuers verwendet. Im Augenblick der Zündung haben

-3 0-

809848/0636

-reflüchtigen Kohlenwasserstoffdämpfe die Explosionsgrenze erreicht, und es steht ausreichende Hitzeenergie zu ihrer Zündung zur Verfügung. Der Thermosäulen-Detektor 32 nach Fig. 3 erzeugt ein Spannungssignal in Abhängigkeit von dem bei dieser Zündung erzeugten heißen Kohlendioxidgas, und das verstärkte Spannungssignal im Punkt d_ hat die in Fig. 6d wiedergegebene Wellenform. In Abhängigkeit von diesem Signal und den anderen Signalen, deren Wellenform in Fig. 6 wiedergegeben ist, wird der Feuerunterdrückungs- oder -Steuermechanismus zu dem Zeitpunkt aktiviert, der durch den Punkt Λ in Fig. 6 angedeutet ist.

Sichtbares Licht, das durch brennende Kohlenstoffteilchen erzeugt wird, tritt während dieses frühen Stadiums des Feuers nicht auf, und die Abtast-Ansprechzeit würde um einige Millisekunden in einem System, das eine sichtbare Bestätigung des Feuers erfordert, verländert bzw. erhöht. Das selektive Abtasten von Kohlendioxid-Verbrennungsprodukten durch das oben beschriebene neuartige System ermöglicht nicht nur kurze Abtastzeitintervalle, sondern liefert auch ein hohes Haß an Unempfindlichkeit gegenüber falschem Alarm. Auf diese Weise stellt die Abtastung der optischen Strahlung von durch Verbrennung erzeugten Gasen ein sehr wesentliches Merkmal des oben beschriebenen neuartigen Systems dar.

809848/0836

Claims

Patentansprüche

1.! Selektive Feuerabtastvorrichtung, g e k e η η zeichnet

durch einen ersten Schaltkreis (50) zum Abtasten der Farbtemperatur eines Feuers und zur Lieferung eines Ausgangssignales, das anzeigt, ob die Farbtemperatur oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt, durch einen zweiten Schaltkreis (35, 70, 80) zum Abtasten des Energiepegels eines Kohlenwasserstoff-Feuers und zur Lieferung eines Ausgangs-Steuersignals, wenn der abgetastete Pegel oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt und mit vorgegebenem Anstieg zunimmt, und durch einen Logikschaltkreis (60, 100), der an den ersten (50)

809848/0636 ²

und den zweiten Schaltkreis (35, 70, 80) angeschlossen ist und auf Signale von ihnen anspricht, um nur dann ein Betätigungssignal zu liefern, wenn ein Steuersignal vom zweiten Schaltkreis (35, 70, 80) vorliegt und wenn das Signal vom ersten Schaltkreis (50) anzeigt, daß sich die Farbtemperatur des Feuers unterhalb des vorgegebenen Schwell wertes befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der vorgegebene Schwellwert bei 2400° K liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis (50) ein Paar von Detektoranordnungen (10, 12, 20,22 ) aufweist, um Strahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen abzutasten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e^J η η zeichnet , daß der erste Schaltkreis (50) ein Paar von Detektoranordnungen (10, 12, 20, 22) aufweist, um Strahlungen mit verschiedenen Wellenlängen abzutasten, die ungefähr im Wellenlängenbereich zwischen 0,6 μπι und 1,0 μπι liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Paar von Detektoranordnungen (10, 12, 20, 22) eine erste Detektoranordnung (10, 12) zum Abtasten von Strahlung mit Wellenlängen von ungefähr 0,76 μηι und eine zweite Detektoranordnung (20, 22) zum Abtasten von Strahlung mit Wellenlängen von ungefähr 0,96 μπι aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltkreis (35, 70, 30)

809848/0638

eine Abtasteinrichtung (30, 32) zum Abtasten von Strahlung, die CO -Emissionen entspricht, aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung (30, 32) Strahlung innerhalb eines Wellenlängenbandes abtastet, dessen Zentrum ungefähr bei 4,4 μΐη liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Logikschaltkreis (60, 100) einen ersten Verzögerungskreis (61, 63) aufweist, der die Erzeugung eines Betätigungssignales für ein vorgegebenes Zeitintervall verhindert, wenn die abgetastete Temperatur während eines längeren Zeitraumes als einer 14illisekunde den Wert von ungefähr 2400° K überschreitet.

9. Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Signales als repräsentatives Signal für eine oberhalb oder unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegende Feuertemperatur, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

Abtasten der Strahlung bei einer ersten Wellenlänge und Lieferung eines ersten elektrischen Signales, das repräsentativ für die Amplitude ist, Abtasten der Strahlung bei einer zweiten V7cllenlänge und Lieferung eines zweiten elektrischen Signales, das repräsentativ für die Amplitude ist, und Verarbeiten der ersten und zweiten elektrischen Signale zur Lieferung eines Ausgangs-Stcuersignals, wenn die ersten und zweiten elektrischen Signale eine Temperatur der Strahlungsquelle anzeigen, die oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Pegels liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η -

809848/0636

zeichnet ,daß für die erste und die zweite Wellenlänge solche Wellenlängen verwendet werden, die ungefähr innerhalb eines Bereiches zwischen 0,6 μΐη und 1,0 μπι liegen.

11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß als erste Hellenlänge ein Wert von ungefähr 0,76 |im und für die zweite Viellenlänge ein Wert von ungefähr 0,96 um verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Verarbeitung der beiden elektrischen Signale folgende Schritte umfasst:

Abschwächen des zweiten elektrischen Signals, so daß die Amplituden der ersten und zweiten elektrischen Signale ungefähr gleich sind, wenn die beiden Abtasteinrichtungen eine Strahlungsquelle beobachten, deren Temperatur gleich einem vorgegebenen Wert ist,

Lieferung eines Differenzsignales, dessen Viert gleich dem des um das zweite, abgeschwächte Signal verringerten ersten Signals ist, und

Lieferung eines Ausgangs-Steuersignals, wenn das Differenzsignal größer als Null ist.

809848/0639