DE4307585C1

DE4307585C1 - Compensating for air humidity in stray light signal unit for fire alarm system - contg. first light transmitter with associated optic and light receiver with associated optic with its output signal representing measured value of smoke density

Info

Publication number: DE4307585C1
Application number: DE4307585A
Authority: DE
Inventors: Otfried Dipl Ing Post
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: ES2091645T3; EP0615218B1; ATE142807T1; GR3021486T3; EP0615218A1; DK0615218T3; DE59400613D1

Abstract

The compensating method involves using a second light transmitter(LS2) is provided, which with the existing light receiver(LE) detects a moisture coating on the receiver optic(EL). Whilst periodically the smoke density(MWR) is measured with t he first light transmitter(LS1), and at times alternates with the humidity(MWF) measured with the first light transmitter(LS2). The two measurement values are processed. The second light transmitter is arranged in the direct vicinity of the light receiver(LE) or its receiver optic(EL), such that the transmitted light brushes the receiver optic(EL) approximately tangentially, and the moisture coating(WT) reflects the light of the second light transmitter. So that the receiver output signal weakens, depending on the thickness of the moisture coating. ADVANTAGE - Compensated smoke density value is further processed for forming alarm criteria to improve known method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompen sation der Luftfeuchtigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for Kompen sation of air humidity according to the generic term of Claim 1 and a device for performing of the procedure.

Die heute verwendeten rückwärtsstreuenden optischen Rauch melder sind hervorragende Frühwarnmelder bei Bränden mit Rauchentwicklung, beispielsweise Schwelbrände. Beim Ein satz in Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit kommt es wegen der Betauung im optischen Melder häufig zu unerwünscht hohen Fehlalarmraten. Obwohl die rückwärts streuenden optischen Rauchmelder, im allgemeinen als Streulicht melder bezeichnet, sehr gute Rauchdetektionseigenschaften haben, reagieren sie in nachteiliger Weise auf Wasserdampf bzw. kleine Wassertröpfchen, denn die Streulichtmelder können das Streulicht von in die Meßkammer eingedrungenen Wasserdampf, der sich z. B. am Labyrinth, an Stegen und Linsen als Betauung niederschlägt, nicht vom durch Rauch verursachten Streulicht unterscheiden.The backscattering optical smoke used today detectors are excellent early warning devices for fires Development of smoke, for example smoldering fires. When on in rooms with high humidity it comes about condensation in the optical detector is often too undesirable high false alarm rates. Although the backward scattering optical smoke detectors, generally as stray light designated detector, very good smoke detection properties they react adversely to water vapor or small water droplets, because the stray light detectors can the stray light from entering the measuring chamber Water vapor, the z. B. on the labyrinth, on bridges and Lentils as condensation, not from smoke distinguish the scattered light caused.

Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, im Streulichtmelder die Luftfeuchtigkeit zu messen und bei hoher Luftfeuchtig keit die Meßwerte zu kompensieren. In der europäischen Patentanmeldung EP 0 418 410-A1 ist ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung dazu beschrieben. Zusätzlich zur Brandkenngröße Rauchdichte wird die Umgebungskenngröße relative Luftfeuchtigkeit mit einem in der Meßkammer angeordnetem Feuchtesensor gemessen und daraus mittels einer Meßgrößen-Linearisierungseinrichtung ein Feuchte- Meßwert ermittelt. Oberhalb eines bestimmten Meßwerts für die relative Luftfeuchtigkeit wird der Rauchdichte-Meßwert mit dem Feuchte-Meßwert kompensiert und der kompensierte Rauchdichte-Meßwert zur Bildung von Alarmkriterien weiter verarbeitet. Die dafür vorgesehene Vorrichtung ist so aus gebildet, daß der Streulichtmelder eine Sendeschaltung, die den Lichtsender ansteuert, eine Empfangsschaltung, die den Empfängerstrom des Lichtempfängers in eine Frequenz änderung umsetzt, eine Oszillatorschaltung, die die Meß signale des Feuchtesensors in frequenzanaloge Signale um setzt, und einen Mikrorechner aufweist, der die Sender schaltung ansteuert. Der Mikrorechner mißt während einer quarzstabilen Torzeit die Frequenzänderung des Licht empfängers und speichert diese als Rauchdichte-Meßsignal ab. Des weiteren mißt er die frequenzanalogen Signale des Feuchtesensors und ermittelt daraus über eine Lineari sierungstabelle im Festwertspeicher den Wert der relativen Luftfeuchtigkeit und speichert diesen als Feuchte-Meßwert ab und kompensiert den Rauchdichte-Meßwert mit dem Feuchte- Meßwert.It has therefore already been proposed in the stray light detector measure the humidity and at high humidity speed to compensate the measured values. In the European Patent application EP 0 418 410-A1 is such a method and described a device therefor. In addition to Fire parameter Smoke density becomes the environmental parameter relative humidity with a in the measuring chamber Arranged moisture sensor measured and from it by means of a measurement linearization device a humidity Measured value determined. Above a certain measured value for the relative humidity becomes the smoke density reading compensated with the measured moisture value and the compensated Smoke density measurement for the formation of alarm criteria processed. The device provided for this is so formed that the stray light detector a transmission circuit, which controls the light transmitter, a receiving circuit which the receiver current of the light receiver into a frequency implements change, an oscillator circuit that the measuring signals from the moisture sensor into frequency-analog signals sets, and has a microcomputer that the transmitter circuit controls. The microcomputer measures during one quartz-stable gate time the frequency change of the light receiver and stores this as a smoke density measurement signal from. Furthermore, it measures the frequency-analog signals of the Humidity sensor and determined from it via a lineari table in the read-only memory the value of the relative Humidity and stores it as a measured moisture value and compensates the smoke density measurement with the moisture Reading.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung weiterzubilden und zu ver bessern.The object of the invention is to use the known method or to further develop the known device and ver improve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß des Anspruchs 1 gelöst und bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. This object is achieved according to the invention with the method of claim 1 solved and with respect to the device the features of claim 5.

Die Rauchdichte wird mit einem Streulichtmelder nach dem Prinzip der optischen Rückwärtsstreuung gemessen. Ein im allgemeinen impulsbetriebener Lichtsender, z. B. eine Infrarotlicht emittierende Halbleiterdiode und ein Licht empfänger, z. B. eine Fotodiode, sind in einer Labyrinth kammer so angeordnet, daß nur das von in die Meßkammer eingedrungenen, Rauchpartikeln gestreute Licht auf den Lichtempfänger fällt. Eine elektronische Schaltung ver stärkt den Empfängerstrom, der als Rauchdichte-Meßwert weiterverarbeitet wird.The smoke density is checked with a scattered light detector Principle of optical backward scattering measured. A generally pulse powered light transmitter, e.g. Legs Infrared light emitting semiconductor diode and a light recipient, e.g. B. a photodiode are in a labyrinth chamber arranged so that only that in the measuring chamber penetrated, smoke particles scattered light on the Light receiver falls. An electronic circuit ver strengthens the receiver current as a smoke density measurement is processed further.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Luftfeuchte nicht mit einem eigenen Feuchtesensor ermittelt, sondern mit Hilfe eines weiteren Lichtsenders und des bereits vorhandenen Lichtempfängers. Dabei wird ein Feuchtigkeits belag auf der Empfangsoptik detektiert, indem periodisch die Rauchdichte mit dem ersten Lichtsensor und dazu zeitlich versetzt die Feuchtigkeit mit dem zweiten Licht sensor gemessen wird und die beiden Meßwerte in einem nachgeschalteten Mikrorechner verarbeitet werden. Der Feuchtigkeitsbelag auf der Empfängerlinse reflektiert in Abhängigkeit seiner Stärke das Licht vom zweiten Licht sender, der in unmittelbarer Nähe des Lichtempfängers derart angeordnet ist, daß das ausgesandte Licht die Empfangsoptik auf seiner Oberfläche annähernd tangential streift. Dabei ist das Ausgangssignal des Lichtempfängers für die Feuchtigkeitserfassung von der Dicke des Feuchtig keitsfilm abhängig und wird entsprechend stärker geschwächt, wenn mehr Feuchtigkeit im Melder vorhanden ist. Dies wird im nachgeordneten Mikroprozessor in an sich bekannter Weise ausgewertet. Dabei ist es zweckmäßig, das Empfangs signal bei trockenem Streulichtmelder über die Ansteuer leistung des zweiten Lichtsenders so einzustellen, daß ein dem Lichtempfänger nachgeschalteter Verstärker im oberen Aussteuerungsbereich arbeitet.In the method according to the invention, the air humidity not determined with its own moisture sensor, but with the help of another light transmitter and already existing light receiver. Doing so is a moisture coating on the receiving optics detected by periodically the smoke density with the first light sensor and more temporally offset the moisture with the second light sensor is measured and the two measured values in one downstream microcomputers can be processed. Of the Moisture coating on the receiver lens reflects in Dependence of its strength the light from the second light transmitter in the immediate vicinity of the light receiver is arranged such that the emitted light is the The receiving optics are almost tangential on its surface grazes. The output signal of the light receiver for moisture detection based on the thickness of the moisture dependent film and is weakened accordingly, if there is more moisture in the detector. this will in the downstream microprocessor in a known manner Way evaluated. It is useful to receive signal for dry scattered light detectors via the control power of the second light transmitter so that a amplifier downstream of the light receiver in the upper one Control range works.

Jedem Lichtsender ist eine Sendeschaltung zugeordnet, die vom Mikrorechner her ange steuert wird, dem Lichtempfänger ist eine Empfangs schaltung nachgeschaltet, in der die Ausgangssignale des Lichtsenders verstärkt werden und dann dem Mikrorechner zugeführt werden, der das Empfangssignal digitalisiert und dann weiterverarbeitet.Every light transmitter is one Assigned transmission circuit, the ange from the microcomputer ago is controlled, the light receiver is receiving downstream circuit in which the output signals of Light transmitter are amplified and then the microcomputer are supplied, which digitizes the received signal and then processed further.

An einem Ausführungsbeispiel wird anhand der einzigen Figur die Erfindung näher erläutert.One embodiment is based on the only Figure explains the invention in more detail.

In der Zeichnung ist ein Streulichtmelder SM angedeutet, der eine optische Meßkammer MK, ein sogenanntes Labyrinth, aufweist. In dieser Meßkammer MK strahlt das Licht, das von dem ersten Lichtsender LS1 durch die Senderlinse SL abgegeben wird. Treten in die Meßkammer MK Rauchpartikeln RP oder auch Wassertröpfchen WT ein, so wird das Licht des Lichtsenders LS1 nach rückwärts gestreut und der Licht empfänger LE mit seiner Empfangsoptik EL empfängt das gestreute Licht. Erfindungsgemäß ist in unmittelbarer Nähe des Lichtempfängers LE bzw. der Empfangsoptik EL ein zweiter Lichtsender LS2 so angeordnet, daß die aus gesendete Strahlung die Linsenoberfläche annähernd tangen tial streift. Die Ausgangssignale des Lichtempfängers LE werden über eine Empfängerschalter E-Sch verstärkt, dem Mikrorechner µR zugeführt, in dem sie mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers ADW digitalisiert werden. Der Mikrorechner steuert die beiden Sendeschaltungen S-Sch1 und S-Sch2 an, die die Lichtsender LS1 und LS2 zeitlich versetzt ansteuern. Der Mikrorechner µR ist mit der Melde primärleitung ML verbunden, diese ist wiederum über die a- und b-Ader an einer Zentrale Z angeschlossen. Der Lichtempfänger LE ist im allgemeinen eine Fotodiode, die einmal das bei vorhandenem Rauch gestreute Licht der ersten Lichtsendediode LS empfängt und das andere Mal das Licht von der zweiten Lichtsendediode (Infrarot-Halbleiter diode) LS2. Wie bereits gesagt, ist die zweite Infrarot licht emittierende Halbleiterdiode so in unmittelbarer Nähe der Empfangslinse EL angeordnet, daß die ausgesendete Strahlung die Linsenoberfläche annähernd tangential streift. Dabei wird bei gegebenem Aufbau die Ausgangs spannung der Empfängerschaltung E-Sch über die Ansteuer leistung der zweiten Infrarotlicht emittierenden Diode LS2 bei trockener Oberfläche der Empfangslinse EL so einge stellt, daß sie in den oberen Aussteuerungsbereich des Empfangsverstärkers (E-Sch) kommt. Eine Betauung, d. h. ein Feuchtigkeitsbelag auf der Empfangslinsenoberfläche führt zu einer Reflexion der Infrarotstrahlung der zweiten lichtemittierenden Diode LS2 an der Oberfläche der auf der Empfangslinse EL sitzenden Wassertröpfchen WT, was zur Verringerung des Empfängerausgangssignals führt.A stray light detector SM is indicated in the drawing, which has an optical measuring chamber MK, a so-called labyrinth, having. The light radiates in this measuring chamber MK from the first light transmitter LS1 through the transmitter lens SL is delivered. Step into the measuring chamber MK smoke particles RP or water droplets WT, so the light of the Light transmitter LS1 scattered backwards and the light receiver LE with its receiving optics EL receives that scattered light. According to the invention is in immediate Near the light receiver LE or the receiving optics EL a second light transmitter LS2 arranged so that the off emitted radiation approximately tangent to the lens surface tial grazes. The output signals of the light receiver LE are amplified via a receiver switch E-Sch, the Microcomputer supplied µR, in which it is using a Analog-digital converter ADW can be digitized. Of the Microcomputer controls the two transmission circuits S-Sch1 and S-Sch2 on which the light transmitters LS1 and LS2 are timed control offset. The microcomputer µR is with the message primary line ML, which in turn is via the a and b core connected to a central Z. Of the Light receiver LE is generally a photodiode once the light scattered when smoke is present first light-emitting diode LS receives and the other time that Light from the second light emitting diode (infrared semiconductor diode) LS2. As I said, the second is infrared light-emitting semiconductor diode so in immediate Arranged near the receiving lens EL that the emitted Radiation makes the lens surface almost tangential grazes. Given the structure, the output voltage of the receiver circuit E-Sch via the control performance of the second infrared light-emitting diode LS2 so on with dry surface of the receiving lens EL represents that they are in the upper level range of the Reception amplifier (E-Sch) comes. A condensation, i.e. H. a layer of moisture on the surface of the receiving lens leads to a reflection of the infrared radiation of the second light emitting diode LS2 on the surface of the on the Receiving lens EL seated water droplets WT, which leads to Reduction of the receiver output signal leads.

Die Empfangslinse kann auch eine linsenförmig ausgebildete Oberfläche eines Lichtleiters sein, der die auftreffende Infrarotstrahlung zur Fotodiode leitet.The receiving lens can also be a lens-shaped one Surface of a light guide, which is the incident Infrared radiation leads to the photodiode.

Der Diodenstrom der zweiten lichtemittierenden Diode beträgt nur wenige Prozent des Diodenstroms der ersten lichtemittierenden Diode. Die beiden Lichtsender werden zeitlich versetzt betrieben. Wegen der geringen An steuerungsleistung und der speziellen Strahlausrichtung des zweiten Lichtsenders ist das resultierende Empfangs signal nur abhängig von der Stärke des Feuchtigkeitsfilms auf der Oberfläche der Empfangslinse, nicht aber von evtl. vorhandenen Rauchpartikeln in der Meßkammer. Das Ausgangssignal des Lichtempfängers ist in diesem Fall somit ein Meßwert für die Luftfeuchtigkeit. Der Mikro rechner µR ermittelt aus diesem verstärkten und digitalisierten Ausgangssignal des Lichtempfängers über eine Linearisierungstabelle im Festwertspeicher den Grad der Betauung und speichert ihn als Betauungswert bzw. den Feuchtigkeitswert ab. Der Rauchdichte-Meßwert und der Feuchtigkeitsmeßwert können entweder über die angeschlossene Meldeprimärleitung ML periodisch zur Brandmeldezentrale Z gesendet werden, so daß die Luftfeuchtigkeitskompensation des Rauchdichte- Meßwerts in der Zentrale durchgeführt wird. Es kann aber auch die Feuchtekompensation des Rauchdichte-Meßwerts im Streulichtmelder selbst, d. h. im Mikrorechner des Streu lichtmelders erfolgen. Der Mikrorechner gibt dann vom Melder über die angeschlossene Meldeprimärleitung als Meldesignal den kompensierten Rauchdichte-Meßwert an die Brandmeldezentrale.The diode current of the second light emitting diode is only a few percent of the diode current of the first light emitting diode. The two light transmitters will be operated at different times. Because of the small number control performance and the special beam alignment of the second light transmitter is the resulting reception signal only depends on the thickness of the moisture film on the surface of the receiving lens, but not from any smoke particles present in the measuring chamber. The The output signal of the light receiver is in this case thus a measured value for the air humidity. The mic calculator µR determines from this amplified and digitized output signal of the light receiver via a linearization table in the Read-only memory stores the degree of condensation and stores it as the condensation value or the moisture value. Of the Smoke density reading and moisture reading can either via the connected primary signal line ML periodically sent to the fire alarm center Z, so that the humidity compensation of the smoke density Measured value is carried out in the control center. But it can also the moisture compensation of the smoke density measured value in Scattered light detector itself, d. H. in the microcomputer of the litter light detector. The microcomputer then gives the Detector via the connected primary signal line as Signal signal the compensated smoke density measured value to the Fire alarm center.

Aufgrund von durchgeführten Messungen an erfindungsgemäßen Streulichtmeldern in der Klimakammer hat sich ergeben, daß im Feuchtebereich von 0 bis etwa 85% relative Luftfeuchte ein sehr kleiner und annähernd linearer Zusammenhang zwischen der relativen Luftfeuchtigkeit und dem Meßwert des Rauchmelders besteht. Der Rauchmeldermeßwert steigt in diesem Feuchtebereich um etwa 0,16% pro Feuchteprozent an. Oberhalb etwa 85% relativer Luftfeuchte erhöht eine beginnende Betauung bzw. eine einsetzende Luftfeuchtigkeit im Melder speziell auf der Empfangslinse den Rauchmelder meßwert exponentiell. Mit weiter steigender Betauung bzw. Luftfeuchtigkeit kommt es an den Wassertröpfchen zu ver mehrter Reflexion des Infrarotlichtes, die den Melder meßwert weiter erhöhen bis in den Alarmbereich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vor richtung hierfür wird dies in vorteilhafter Weise verhindert. Dabei berücksichtigt die Vorschrift zur Luft feuchtigkeitskompensation den oben geschilderten Zusammen hang zwischen der Luftfeuchtigkeit bzw. der Betauung und dem unkompensierten Rauchmeldermeßwert in der Weise, daß die Bildung von Wassertröpfchen erkannt und die daraus resultierende Lichtreflexion nicht zur Erhöhung des Rauch meldermeßwertes führt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Rauchdichte-Meßwert kompensiert und der kompen sierte Rauchdichte-Meßwert für die Alarmbildung weiter verarbeitet. Dadurch ist gewährleistet, daß der Streulicht melder eingedrungene Rauchpartikel auch bei hoher rela tiver Luftfeuchtigkeit mit annähernd gleichbleibender Empfindlichkeit detektiert und bei Betauung keine Fehl alarme liefert.Based on measurements carried out on the invention Scattered light detectors in the climate chamber have shown that in the humidity range from 0 to about 85% relative air humidity a very small and almost linear relationship between the relative humidity and the measured value of the smoke detector. The smoke detector reading rises in this moisture range by about 0.16% per moisture percentage at. Above about 85% relative humidity, one increases beginning of condensation or an onset of air humidity the smoke detector in the detector, especially on the receiving lens measured value exponentially. With further increasing condensation or Humidity occurs at the water droplets Multiple reflection of infrared light that the detector Increase the measured value further up to the alarm range. With the inventive method and the corresponding before Direction for this will be advantageous prevented. The regulation on air is taken into account moisture compensation the above described together hang between the humidity or the condensation and the uncompensated smoke detector measurement in such a way that the formation of water droplets is recognized and the resultant resulting light reflection does not increase smoke leads measured value. With the method according to the invention the smoke density measured value is compensated and the compensated based smoke density measured value for alarm generation processed. This ensures that the stray light Detector penetrated smoke particles even at high rela tive air humidity with almost constant Sensitivity detected and no defects when condensation supplies alarms.

Claims

1. Method for compensating the air humidity in a scattered light detector (SM) with a measuring chamber (MK), a light transmitter (LS1) with associated optics (SL) and a light receiver (LE) with associated optics (EL), the output signal of which is a measured value for Smoke density represents and for alarm formation in a fire alarm system with a center (Z) and primary alarm lines (ML), to which the scattered light detectors (SM) are connected, with the air humidity in the measuring chamber (MK) measured and by means of a measurement linearization device Moisture measurement value (MWF) is determined and above a certain limit the smoke density measurement value (MWR) is compensated with the moisture measurement value (MWF) and the compensated smoke density measurement value (KMWR) is further processed to form alarm criteria, characterized in that with a further light transmitter ( LS2) and the existing light receiver (LE) a moisture coating (WT) on the receiving optics (EL) detek is measured by periodically measuring the smoke density (MWR) with the first light transmitter (LS1) and with a time offset the humidity (MWF) with the second light transmitter (LS2) and processing the two measured values, the second light transmitter (LS2) in The immediate vicinity of the light receiver (LE) or its receiving optics (EL) is arranged such that the emitted light touches the receiving optics (receiving lens surface EL) approximately tangentially and the moisture coating (WT) reflects the light from the second light transmitter (LS2) and thus the receiver output signal weakens depending on the thickness of the moisture deposit.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Receive output signal when there is no moisture coating via the control power of the second light transmitter (LS2) receives a basic setting.

3. The method according to claim 2, characterized in that the reason Setting is selected so that the light receiver (LE) downstream amplifier (E-Sch) in the upper Control range is operated.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the com pensatian either in the scattered light detector (SM; µR) and the compensated smoke density measurement (KMWR) for Central (Z) is transmitted, or that alternately the Smoke density measurement (MWR) and the humidity measurement (MWF) is transmitted to the head office (Z).

5. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, wherein the scattered light detector (SM) has the following features:
a first transmitter circuit (S-Sch1) which controls the first light transmitter (LS1),
a second transmitter circuit (S-Sch2) which controls the second light transmitter (LS2), which is arranged in the immediate vicinity of the light receiver (LE) or its receiving optics (EL) such that the emitted light touches the receiving optics approximately tangentially ,
a receiving circuit (E-Sch) which amplifies the output signal of the light receiver (LE) and feeds it to a microcomputer (µR), which alternately controls the two light transmitters (LS1, LS2) and digitizes the received signal for further processing (ADC), the microcomputer ( µR) saves the measured smoke density values (MWR) and from the measured signals the air humidity (MWF) uses a linearization table in the read-only memory (EPROM) to determine the value of the air humidity and saves it as a measured moisture value (MWF).