CN1122486A - 早期火灾探测装置 - Google Patents

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Abstract

包括连到一控制中心的若干探测器的装置,其中一些装配有至少两个传感器(1,2),用以监测不同的火灾参数,最好,一个传感器(1)是热传感器而另一个(2)为光传感器。此外,该装置包括用于处理传感器信号的装置。这些处理装置就地安置在探测器内并包含一个微控制器(MCU)用以调整传感器信号和进行信号处理,以获得报警信号。该报警信号是在一中枢网络(NN)中得到的。

Description

早期火灾探测装置
本发明涉及一种早期火灾探测装置,该装置带有若干连接到控制中心的探测器,其中某些探测器装配有至少两个用于监测不同火焰参数的传感器,该装置还带有用于处理传感器信息的处理装置。
由于在带有多个传感器的探测器情况下各传感器监测不同的参数,探测器的响应特性可更令人满意地匹配,结果使每个探测点的假报警率明显减少了。此外,与许多点监测相连系的重复能力增强了可靠性并能获得在各个探测器中所发生的强,弱点之间的补偿。
由于本发明进一步减少了每个检测点的假报警率,故在同时有可能获得早期探测能力。
本发明这一目的实现是由于将用于处理传感器信号的所述装置局部安置在探测器内并具有用于调节传感器信号和以获得报警信号为目的而处理信号的微型控制器,以及在一中枢网络(neural network)中获得报警信号。
在根据本发明的装置中,进行处理的信号是从控制中心如此传到探测器并被分散,结果,一点不影响对控制中心与探测器之间普通链路的通信带宽的限制。此外,信号的监测长度并不受限制而是实际上消除了控制中心过载的可能性。再者,该系统高度重复的优点在于在控制中心的主处理器发生故障或损坏时,探测器能触发其本身发出警报。
使用中枢网络具有普遍改善探测器功能的可靠性,因为有可能存在一个宽广范围对能以最佳方式用于该中枢网络中的各种信号特征标记——识别模式进行连接。
下面借助一个实施例及诸附图详细说明本发明。附图表示:
图1是对探测器信号进行处理的方块图,
图2a,b是两个信号处理通路的示意图,和
图3是用于信号处理的中枢网络的示意图。
图1示出探测器中信号处理系统方块图,该处理系统可分为5段S1至S5。第一段S1包括传感器硬件,主要包括:NTC传感器形式的温度传感器1,一个由光脉冲发送器和光脉冲接收器构成的光传感器2,一个供热传感器1和ASIC4之用的偏置网络(biassing network)3。该传感器硬件还包括微型控制器MCU的A/D转换器5。
就已知方式而言,MCU有一包含该探测器的操作系统和传感器软件,以及在以下功能级,即传感器控制,信号处理以及对控制中心寻址和通信的所有监视器程序的ROM掩膜。ASIC5包含用于来自光脉冲接收器的信号,单片温度传感器的所有放大器和滤波器,用于光脉冲发送器,一个晶体振荡器和起动/电源管理,加用于MCU的线路监视的驱动电子设备。在MCU和ASIC4之间的是一双向,串行数据总线和各种监视器线路。信号在A/D转换器5之后的第二段S2中受到调整,在那里借助各种不同补偿,以获得实测变量值的最精确的重复。在第三段S3时,抽取出信号特征标记或准则(criteria),然后在第四段S4将它们在中枢网络NN中简缩为一分等级的报警信号并指配给报警段。最后,在验证段6将在第五段S5中有关肯定报警阶段的决定与功能情况或状态一道送至MCU的通信接口。
正如图1所示,来自热传感器1的信号和来自光传感器2的信号分隔地通过最初三段S1至S3,(图中用两条信号通路,一条“热”路和一条“光”路象征性地示出),然后在第四段S4,也就是在中枢网络中汇合。通过段S1至S3的两路信号流详细示于图2a和2b中,而中枢网络NN示于图3。
下面先描述热信号通路然后是光信号通路:NTC温度传感器1是通过偏置网络3脉冲驱动的,而NTC电压被馈送至A/D转换器5。然后,在段7检测断路和短路,分析NTC温度数据。再者,为提高测量精度,在段7,补偿驱动电压的少量变化对被测值的影响。在紧接着的“抗-EMI”算法8中,消除任何假信号脉冲。这就限制了从一个测量值到下一步存入MCU的数据存贮器的特定值的信号变化。正常火灾信号通过该算法是不变的。
最后,在线性化段9,通过取决于NTC传感器特性的一个内插表,将A/D转换器的输出信号转换成温度值。由于连接导线和塑料护套造成的热量耗散在块10中被补偿而NTC传感器1的热容量在块11中得到补偿。然后块10和11的输出信号通过一个数字滤波器组12并最后在段13中与诸参数链接。因此,取决于NTC信号从而取决于温度的若干信号特征标记或准则S1至Sm便可在段13的输出端因而在热路的末端获得。
就光信号通路而言,每3秒产生100μs长的电流脉冲的脉冲发生器14驱动构成光脉冲发送器的一个红外光发射二极管15,将一个光脉冲发送至直观漫射空间。通过任何存在的烟散射的光经一透镜会聚后送至接收器的光电二极管15′。由此产生的光电流通过积分器16以与发送脉冲同步的方式积分。接着的差动电压放大器17提供了几种可自由选择的放大率调整装置。这形成了探测器的粗调。一个称为AMB滤波器18消除了该信号的直流分量和低频干扰。高频干扰则已由积分器17消除。一个单极性信号经由电压放大器19进一步放大后出现在AMB滤波器18的输出端。
放大器19的输出信号在A/D转换器5中被转换成数字数据,借此,开始软件驱动信号处理(图1,段S2)。亮和暗测量之间的有效信号偏差现在段20中经由减法确定。该偏差到达方块21并由于可利用ASIC温度而能在此处被校正,使得对光电元件的温度输出得以进行范围广泛的补偿。在方块21中还执行软件驱动细调,用作将这些信号到达一设定点值的最终和或多或少的连续匹配。在下一方块22,一个校正操作除去了由极慢的环境影响(例如灰尘的累积)所引起,和随着时间流逝可能产生的虚假烟信号和因此可能改变灵敏度的那些信号分量。
前述诸处理步骤的结果是一个代表有效的经过滤,调整,温度补偿和校正后的烟量值和用于确定报警阶段的直接基准的变量。评价代表烟值变量的时间特征,由各种参数组控制的算法是作为光信号处理过程中的最后因素操作(方块23)。然后在光信号处理通路的末端可获得信号特征标记sm+1至Sn。
热路和光路的特征标记信号S1至Sn构成多层的中枢网络NN的输入电平L0,该网络示于图3。从图1中所表示的中枢网络NN可见:这些输入变量或取决于温度信号(T),或取决于光信号(0)或取决于这两者。除了输入电平L0以外,该网络还有称之谓神经原(neurons)或结点的电平L1至L5。在这些结点中,对诸参数加权的输入变量进行一个相加和一个最大和/或最小交连(linkage)。该相加发生在标有A的神经原点,而最大和/或最小交连发生在标有M的原点。
此处最大耦合为非线性网格函数:
Yi=ma×(W1*×1,W2*×2,…,Wn*×n),[Xi=输入值,Yi=输出值)它根据“全都属于最强的”原则操作。
该组合为标量积:
Yi=∑Wi*Xi,[Xi=输入值,Yi=输出值]
在原点之间的所有连接基本上都是可能的。在开发该探测器期间的学习阶段,可在学习场合插入该网络。这里,由于该网络的学习效果,某些连接被证实是最好的并得以增强,而其他一些可以说退化。另一方面也可将网络设计成没有学习阶段的。为安全起见,在两种情况下操作期间,冻结(frozen)网络的加权。
在中枢网络NN的输入和输出电平L0或L5之间发生将各输入变量集聚成一个代表标量报警信号的单一输出变量。该报警信号在量化阶段24定位于若干个,例如,至少三个报警段之一,并且定位于报警段之一的该信号是中枢网络NN的输出信号GS。
在连接在中枢网络下游的验证段6,对最后的报警段进行验证。与功能状态(图1“status”一起的相应输出信号Gsdef是借助MCU的通信接口同控制中心通信的。
最后,应讲述所述烟雾报警的几个主要优点和附加功能:
现已讲过借助单片温度传感器对当前ASIC温度的测量。周期性地进行的该测量产生一温度值,通过软件用此温度值补偿光电元件的温度响应,以致即使在极限温度下也能完成可靠的烟雾浓度的测量。
信号校正操作的方式也已涉及到。为了滤除比火灾现象慢得多的环境影响(例如尘埃堆积),该烟雾浓度信号不含极低频分量。因此获得了对烟雾灵敏度的极好的长期稳定性。
探测器须经详情判断的定期自-测试是自动地对某些故障实现的。
纵然,从控制中心至探测器的信号进行处理时的传送和对带有多个传感器的探测器使用中枢网络进行信号处理是特别有利的,但应理解为这些多个传感器并不是一种限制。自然,也能以所述方式构成仅带一个传感器的探测器。此外,应该提及的是:中枢网络NN呈现一个类似于模糊逻辑的相当特殊类型因此也可用模糊逻辑来替代。
本装置的一个非常基本的特性是由数字滤波器组12和块23(图1)构成的,特别是该滤波器组能包括递归滤波器。若用一中枢网络代替该滤波器组和/或块23并给该网络连续供以传感器信号的时标图形,则与所建议方案比较有两个基本优点:
该替代滤波器组12和/或块23的所述中枢网络会呈现一种横向滤波器并具有比递归滤波器小得多的存储器。
在那些中枢网络任一输出端,每次火灾现象(烟雾,温度)仅可获得一个信号标记,而所建议的解决方案可获得作为温度火灾现象的S1至Sm信号标记和作为烟雾火灾现象的信号标记Sm+1至Sn。这多个信号标记对于中枢网络NN(图3)的安全功能是极其重要的,它们可设计成功能完全清楚并能被监视。而后者对一个保安系统来讲是必不可少的。

Claims (17)

1.早期火灾探测装置,带有若干连到一控制中心的探测器,其中一些探测器装有至少两个传感器,用以监视不同的火灾参数,还带有用于处理传感器信号的装置,其特征在于:所述用于处理传感器(1,2)之信号的装置就地安置在探测器中,并有用于调节传感器信号和用于信号处理的微控制器,借此获得报警信号;该报警信号是在一中枢网络(NN)中获得的。
2.根据权利要求1的装置,其特征在于:该信号处理时对两个传感器(1,2)的每一个有一条独立路径;而这两条路径在中枢网络(NN)的输出端汇合。
3.根据权利要求1或2的装置,其特征在于中枢网络(NN)对结点(A,M)有若干电平(L1至L5),网络中对诸参数加权的输入变量受到一个相加和一个最大和/或最小交连。
4.根据权利要求3的装置,其特征在于所述微控制器(MCU)具有一个对操作系统和探测器的传感器软件的防护罩,和一个数据存储器,还在于包括用于光学传感器(2)的接收器信号的放大器和滤波器,温度传感器,用于光学传感器的发送器的驱动电子设备,和一个晶体振荡器的ASIC(4)被配给微控制器(MCU)。
5.根据权利要求3的装置,其特征在于:所述热路包括具有用于操作热传感器(1)的偏置网络(3)和A/D转换器(5)的第一段(S1),用于调整可能用于诸补偿的信号的第二段(S2),用于获得形成中枢网络(NN)的输入变量的信号标记的第三段(S3)。
6.根据权利要求5的装置,其特征在于第二段(S2)有一用于分析A/D转换器(5)的输出信号的块(7);用于对驱动电压被测值的变化影响的可能误差和/或补偿和/或用去除低频干扰的块(8),一个用于将被测值转换为温度值的块(9)和/或用以补偿热量耗散和/或热容量的块(分别为10或11)。
7.根据权利要求6的装置,其特征在于:在块(8)中信号从一个测值变成另一值的变化被限制为某些值,以去除低频干扰。
8.根据权利要求5的装置,其特征在于第三段(S3)包括用于链接所述诸元件输出信号的装置,以使从温度信号导出的不同标记信号可在热路终端获得。
9.根据权利要求3的装置,其特征在于:所述光路包括第一段(S1),该段有一个用于驱动发送器(15)的脉冲发生器(14)和一个用于光传感器(2)的接收器(15′)之信号的积分器(16),以及一个A/D转换器(5),一个用于实施任何补偿的第二段(S2),和一个第三段(S3)用于获得构成中枢网络(NN)的输入变量的信号标记。
10.根据权利要求9的装置,其特征在于:用于粗调的电压放大器(17)被连接在积分器(16)的下游和一个用以有选择地探测接收到的光脉冲和抑制干扰信号的滤波器(18)被连接到所述电压放大器的下游。
11.根据权利要求10的装置,其特征在于:对信号脉冲值的计算是在光脉冲之前,之后和期间借助滤波器进行的。
12.根据权利要求9或10的装置,其特征在于:第二段(S2)包括用于测定信号偏差的块(20),用于补偿光一电子元件的温度输出和/或用于细调的块(21),和/或一个块(22)用以补偿背景信号和用于消除由慢环境效应组成的信号分量,致使第二段的输出信号代表经过调整,温度补偿和较正后的烟雾值。
13.根据权利要求9的装置,其特征在于第三段(S3)包括块(23)用以评定通过借助一滤波装置由第二段(S2)施加的烟雾值的时间特征,还在于如此滤波后的烟雾值信号形成了光路的标记信号。
14.根据权利要求5或9的装置,其特征在于:所述输入变量的集聚发生在中枢网络(NN)的结点(A,M);而且一个标量报警信号可在该网络的输出电平(L5)上获得并定位于若干报警段之一的量化段(24)中。
15.根据权利要求14的装置,其特征在于:用于验证最后决定报警段的验证段(6)被连接在中枢网络的下游。
16.根据权利要求1的装置,其特征在于:一个数字滤波器组(12)被连接在中枢网络(NN)的上游,该数字滤波器组被供以至少一种传感器(1)的信号和使得在其输出端可获得至中枢网络的若干信号标记或对各火灾现象的准则。
17.根据权利要求16的装置,其特征在于:所述数字滤波器(12)包括递归滤波器。
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