Адаптация моментов выборки схемы выборки и хранения оптического детектора дыма

Изобретение относится к области средств сигнализации дыма. Технический результат - устройство экономично в изготовлении и потребляет незначительный ток. Описано устройство (100) для детектирования дыма, которое содержит (а) источник (120) излучения для испускания излучения подсветки (120а), которое имеет временную последовательность импульсов излучения, (b) детектор (130) излучения для приема измеряемого излучения (130а), которое после по меньшей мере частичного рассеяния излучения (120а) подсветки попадает на детектор (130) излучения, (с) усилительную схему (140) для усиления выходного сигнала детектора (130) излучения, (d) аналого-цифровой преобразователь (156) со схемой (152) выборки и хранения для преобразования аналогового выходного сигнала усилительной схемы (140) в цифровое значение (156а) и (е) устройство (150) управления, которое связано с источником (120) излучения и схемой (152) выборки и хранения. Устройство (150) управления выполнено с возможностью управления источником (120) излучения и схемой (152) выборки и хранения таким образом, что временное положение момента выборки схемы (152) выборки и хранения по отношению к импульсу излучения зависит от временной длительности импульса излучения. Также описан способ для калибровки описанного детектора (100) дыма. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Настоящее изобретение относится к технической области средств сигнализации наличия дыма. Настоящее изобретение относится, в особенности, к обработке сигналов в устройстве для детектирования дыма на основе измерений рассеянного электромагнитного излучения. Настоящее изобретение также относится к способу калибровки устройства для детектирования дыма на основе измерений рассеянного электромагнитного излучения.

Оптические или фотоэлектрические сигнализаторы дыма работают обычно согласно известному способу измерения по рассеиванию света. При этом используется то, что чистый воздух практически не отражает свет. Однако если в измерительной камере находятся частицы дыма, то исходящая от источника света подсветка по меньшей мере частично отражается на частицах дыма. Часть этого рассеянного света падает тогда на оптический детектор, на который непосредственно не попадает свет от подсветки. В отсутствие частиц дыма в измерительной камере подсветка не попадет на оптический детектор.

Оптический детектор оптического сигнализатора дыма в типовом случае представляет собой фотодиод, который выдает лишь очень малый измеряемый сигнал. Поэтому за фотодиодом включена электрооптическая усилительная схема, которая предоставленный фотодиодом ток преобразует в напряжение и это напряжение настолько усиливает, что сигнал может далее обрабатываться последующей системой. Последующая система содержит, например, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер для дальнейшей обработки данных.

Усилительные схемы фотодиодов в оптических сигнализаторах дыма применяют множество операционных усилителей, которые также интегрируются в компоненты на специализированных интегральных схемах (ASIC) и/или микроконтроллерах. Они невыгодным образом определяют материальные затраты и потребление тока для усилительной схемы и, тем самым, для всего оптического детектора дыма.

В основе изобретения лежит относящаяся к устройству задача создания детектора дыма, основанного на принципе рассеянного излучения, который может быть изготовлен экономичным образом и к тому же имеет незначительное потребление тока. В основе изобретения лежит относящаяся к способу задача создания способа калибровки для детектора дыма, основанного на принципе рассеянного излучения.

Эта задача решается посредством совокупностей признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения предложенного изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения, описано устройство для детектирования дыма на основе измерений рассеянного электромагнитного излучения. Описанное устройство для детектирования дыма содержит (а) источник излучения для испускания излучения подсветки, которое имеет временную последовательность импульсов излучения, (b) детектор излучения для приема измеряемого излучения, которое после по меньшей мере частичного рассеяния излучения подсветки попадает на детектор излучения, (с) усилительную схему для усиления выходного сигнала детектора излучения, (d) аналого-цифровой преобразователь со схемой выборки и хранения для преобразования аналогового выходного сигнала усилительной схемы в цифровое значение и (е) устройство управления, которое связано с источником излучения и схемой выборки и хранения. В соответствии с изобретением устройство управления управляет источником излучения и схемой выборки и хранения таким образом, что временное положение момента выборки схемы выборки и хранения по отношению к импульсу излучения зависит от длительности импульса излучения.

В основе описываемого детектора дыма лежит знание того, что временной сдвиг аналогового выходного сигнала усилительной схемы в отношении импульса излучения источника излучения, который возникает за счет вариации длительности импульса излучения подсветки, может компенсироваться посредством соответствующего временного управления схемой выборки и хранения. Таким способом может гарантироваться, что аналоговый выходной сигнал усилительной схемы оцифровывается в момент времени, к которому уровень выходного сигнала еще не достиг своего максимума, или к которому уровень выходного сигнала уже снова снизился. За счет оцифровки выходного сигнала в момент времени, к которому он по меньшей мере приблизительно имеет максимальный уровень, может обеспечиваться существенный вклад, с одной стороны, в надежное и, с другой стороны, характеризуемое низкой вероятностью ложных тревог детектирование дыма.

Следует отметить то, что длительность одного или более импульсов излучения, которые испускаются источником излучения, может адаптироваться, например, в рамках калибровки описываемого устройства детектирования дыма. При подобной калибровке обычно осуществляется сравнение оптического и/или электронного сигнального пути внутри детектора дыма. При этом определенное тело рассеивания вводится в измерительную камеру детектора дыма, и определяется оцифрованный выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя.

Оптический и/или электронный сигнальный путь включает в себя, например, управление источником излучения посредством устройства управления, кпд источника излучения, оптические условия рассеяния внутри измерительной камеры, кпд детектора излучения, усиление усилительной схемы и преобразование сигнала в аналого-цифровом преобразователе. Если при настройке специального детектора дыма цифровой выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя, например, из-за относительно слабого светового сигнала источника излучения, был бы меньше, чем предусмотрено, то в соответствии с изобретением это могло бы быть скомпенсировано путем удлинения длительности импульса излучения. Если, например, вследствие особенного сильного светового источника излучения выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя был бы больше, чем предусмотрено, то это могло бы быть скомпенсировано путем укорочения длительности импульса излучения.

Кроме того, следует отметить, что временное положение момента выборки схемы выборки и хранения, разумеется, может адаптироваться по отношению к управляющему импульсу для источника излучения. Управляющие импульсы для источника излучения, в частности, по времени коррелированы с фактическими импульсами излучения. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что может быть выполнена полная синхронизация между управляющим импульсом и моментом выборки в устройстве управления детектора дыма.

Устройство управления может определять момент выборки, зависимый от длительности импульса соответствующего импульса излучения посредством функции, сохраненной в устройстве управления, или посредством таблицы, сохраненной в устройстве управления.

Управление источником излучения посредством устройства управления может осуществляться без обратной связи или с обратной связью. В случае обратной связи устройство управления могло бы также называться устройством регулирования, которое регулирует источник излучения и/или режим работы схемы выборки и хранения. Понятие «управление» может в настоящей заявке обозначать как управление без обратной связи, так и управление с обратной связью.

В рамках этой заявки понятие «излучение» применяется для каждого вида электромагнитного излучения. При этом электромагнитное излучение может иметь дискретный или непрерывный спектр с любыми длинами волн. Излучение может представлять собой видимый, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Также рентгеновское или микроволновое излучение может применяться для измерений рассеяния в рамках заявленного изобретения.

Согласно примеру выполнения изобретения, усилительная схема представляет собой схему, выполненную из дискретных компонентов. При этом дискретные компоненты представляют собой, в частности, биполярные пассивные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы, и активные компоненты, такие как простые транзисторы. Это означает, что для описанной усилительной схемы не применяются интегральные компоненты, такие как операционные усилители или специализированные (ориентированные на приложение) интегральные схемы (ASIC).

Отказ от применения интегральных схем имеет преимущество, заключающееся в том, что описываемая усилительная схема и, тем самым, весь детектор дыма может быть изготовлен особенно экономичным образом. За счет описанной выше адаптации моментов выборки к длительности импульса излучения или к длительности импульса управления для источника излучения можно по меньшей мере в значительной степени скомпенсировать нежелательные артефакты, которые, по сравнению с основанной на операционных усилителях усилительной схемой, в дискретной усилительной схеме могут возникать в более сильной степени.

Наряду со снижением затрат, применение дискретной усилительной схемы предоставляет возможность снизить потребление тока всего детектора дыма. Это, в частности, имеет преимущество в детекторах дыма с батарейным питанием.

Согласно другому примеру выполнения изобретения, устройство детектирования дыма дополнительно содержит датчик температуры, который связан с устройством управления. При этом устройство управления выполнено с возможностью управлять источником излучения и схемой выборки и хранения таким образом, что временное положение момента выборки схемы выборки и хранения по отношению к импульсу излучения дополнительно зависит от температуры, определяемой датчиком температуры. Это имеет преимущество, состоящее в том, что, например, за счет целенаправленно вынужденного устройством управления временного сдвига моментов выборки может гарантироваться, что также после изменения температуры выборка аналогового выходного сигнала усилительной схемы всегда по меньшей мере приближенно осуществляется тогда, когда выходной сигнал имеет сравнительно высокий уровень. Температурные артефакты могут тем самым предпочтительным образом исключаться или по меньшей мере существенно снижаться.

Согласно другому примеру выполнения изобретения, датчик температуры представляет собой встроенный в устройство управления датчик температуры. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что не требуется вводить отдельный датчик температуры в детектор дыма и соответствующим способом соединять его проводами. Так как современные микропроцессоры и так уже оснащены датчиком температуры, то применение встроенного в устройство управления датчика температуры также является предпочтительным с экономической точки зрения.

Согласно другому примеру выполнения изобретения, аналого-цифровой преобразователь и устройство управления реализованы посредством общего интегрального компонента. Общий интегральный компонент может представлять собой, например, простой микропроцессор, который является более экономичным, чем отдельное устройство управления и отдельный аналого-цифровой преобразователь.

Согласно другому примеру выполнения изобретения, усилительная схема содержит интегратор.

Применение интегратора имеет преимущество, заключающееся в том, что выходной сигнал детектора излучения может простым образом усиливаться. При этом интегратор может рассматриваться как один и предпочтительно как первый каскад многокаскадной усилительной схемы.

Интегратор может быть предпочтительно реализован с помощью известной RC-схемы. При этом известным образом выходной сигнал детектора излучения интегрируется посредством аккумулирования заряда на конденсаторе. Разумеется, при этом как емкость конденсатора, так и значение омического сопротивления, может согласовываться относительно требуемой постоянной времени с соответствующими условиями.

Согласно другому примеру выполнения изобретения, схема выборки и хранения представляет собой схему слежения и запоминания.

В противоположность схеме выборки и хранения, которая применяется в большинстве аналого-цифровых преобразователей, в случае схемы слежения и запоминания вся цепь аналого-цифрового преобразователя остается подключенной в течение длительного интервала времени. Это справедливо, например, для всего или по меньшей мере длительного отрезка времени, в котором аналоговый выходной сигнал усилительной схемы возрастает.

Схема слежения и запоминания может, например, подключаться непосредственно после начала нарастания выходного сигнала усилительной схемы и при достижении максимума сигнала вновь отключаться или отсоединяться. Таким способом не только максимум сигнала, но и более длительное возрастание выходного сигнала усилительной схемы применяется для определения уровня выходного сигнала.

Схема слежения и запоминания может содержать конденсатор, который известным способом заряжается выходным сигналом усилительной схемы. При этом затем накопленный на конденсаторе заряд является непосредственной мерой для уровня выходного сигнала усилительной схемы и, тем самым, также плотности частиц дыма, которые находятся в измерительной камере.

Следует отметить, что нагрузка схемы аналого-цифрового преобразователя, которая по сравнению со схемой слежения и запоминания подключена дольше, уже при установке рабочей точки усилительной схемы может учитываться.

Применение схемы слежения и запоминания по сравнению с применением обычной схемы выборки и хранения с одним конденсатором выборки и хранения имеет преимущество, заключающееся в том, что не возникают никакие так называемые пики выборки и хранения, которые возникают из-за лишь кратковременного подключения конденсатора схемы выборки и хранения.

Согласно другому аспекту изобретения, описан способ калибровки устройства для детектирования дыма на основе измерения рассеянного электромагнитного излучения. Способ может осуществляться, в частности, в детекторе дыма вышеназванного типа. Описываемый способ калибровки включает в себя (а) установку длительности импульса источника излучения для испускания излучения подсветки, которое имеет временную последовательность импульсов излучения, которые после по меньшей мере частичного рассеяния излучения подсветки принимаются как измеряемое излучение детектором излучения, и (b) установку моментов выборки схемы выборки и хранения аналого-цифрового преобразователя, который преобразует аналоговый выходной сигнал подключенной к детектору излучения усилительной схемы в цифровое измеренное значение, по отношению к началу и/или концу длительности импульса источника излучения. В соответствии с изобретением временное положение моментов выборки схемы выборки и хранения по отношению к импульсу излучения зависит от временной длительности импульса излучения.

Также в основе описываемого способа калибровки лежит знание того, что временной сдвиг аналогового выходного сигнала усилительной схемы, который возникает за счет вариации длительности импульса излучения подсветки, может компенсироваться посредством соответствующего временного управления схемой выборки и хранения. Тем самым может гарантироваться, что оцифровка выходного сигнала осуществляется в момент времени, к которому он по меньшей мере приблизительно имеет максимальный уровень.

Согласно примеру выполнения изобретения, установленная длительность импульса зависит от опорного измеряемого значения для цифрового измеряемого значения, причем опорное измеряемое значение определяется путем измерения рассеянного излучения в определенной рассеивающей среде.

За счет описанного опорного измерения может определяться весь оптический и электронный сигнальный путь в пределах детектора дыма. Отклонения от допусков соответствующих компонентов детектора дыма, таких как блок управления источниками излучения, источник излучения, измерительная камера, детектор излучения, усилительная схема и аналого-цифровой преобразователь (включая схему выборки и хранения), могут, таким образом, компенсироваться посредством соответствующей адаптации длительности импульса источника излучения. Так, например, при слабом источнике излучения, при сравнительно малоэффективном детекторе излучения и/или при сравнительно слабом усилителе длительность импульса излучения увеличивается, чтобы несмотря на это получить надежный сигнал излучения.

Следует отметить, что формы выполнения изобретения были описаны в отношении различных объектов изобретения. В особенности, некоторые формы выполнения изобретения описаны пунктами формулы изобретения, относящимися к устройству, а другие формы выполнения изобретения описаны пунктами формулы изобретения, относящимися к способу. Однако специалисту на основе изучения материалов настоящей заявки должно быть совершенно ясно, что, если только в явном виде не указано иное, дополнительно к комбинации признаков, которые относятся к одному типу объекта изобретения, также возможны любые комбинации признаков, которые относятся к различным типам объектов изобретения.

Другие преимущества и признаки предложенного изобретения вытекают из приведенного в качестве примера последующего описания предпочтительных в настоящее время форм выполнения. Отдельные чертежи настоящей заявки следует рассматривать только как схематичные, но не как представленные в истинном масштабе.

Фиг.1 показывает основанный на оптическом принципе рассеяния детектор дыма согласно примеру выполнения изобретения,

Фиг.2 показывает в схематичном представлении весь оптический и электронный сигнальный путь внутри показанного на фиг.1 оптического детектора дыма,

Фиг.3А - возбуждающая схема для источника света показанного на фиг.1 оптического детектора дыма,

Фиг.3B - схема выборки и хранения, которая встроена в устройство управления показанного на фиг.1 оптического детектора дыма,

Фиг.4 показывает для представленного на фиг.1 оптического детектора дыма сравнение временного режима между управлением источником света и выходным сигналом усилительной схемы.

Здесь следует отметить, что на чертежах ссылочные позиции одинаковых или соответствующих друг другу компонентов различаются друг от друга только первой цифрой.

Кроме того, следует отметить, что описанные далее формы выполнения представляют только ограниченный выбор возможных вариантов выполнения изобретения. В особенности, возможно признаки отдельных форм выполнения подходящим образом комбинировать друг с другом, так что для специалиста с помощью представленных здесь вариантов выполнения следует рассматривать множество различных форм выполнения, как явно раскрытые.

Последующее описание относится к детектору дыма, который детектирует наличие дыма через возникновение рассеяния света на частицах дыма. При этом свет может быть инфракрасным, видимым или ультрафиолетовым светом. Как изложено выше, для детектирования дыма вместо света может использоваться любой вид электромагнитного излучения с любой длиной волны.

На фиг.1 показан основанный на оптическом принципе рассеяния детектор 100 дыма. Детектор дыма содержит измерительную камеру 110, в которую, например, при пожаре проникает дым. Измерительная камера обозначена как объем 110 рассеяния. В измерительной камере 110 находится выполненный как фотодиод источник 120 света, на который по управляющей линии 170а подаются управляющие импульсы и который в соответствии и с этим побуждается к тому, чтобы испускать импульсный свет 120а подсветки. Кроме того, в краевой области измерительной камеры 110 имеется еще выполненный как фотодиод детектор 130 света, который принимает измеряемый свет 130а, который после по меньшей мере частичного рассеяния света 120а подсветки на частицах дыма попадает на детектор 130 света. Оптический барьер 111 препятствует тому, чтобы свет 120а подсветки прямо попадал на детектор 130 света.

К выходу детектора 130 света подключена усилительная схема 140, которая преобразует фототок, возникающий при падении света на детектор 130 света, в сигнал напряжения, который устройством 150 управления может далее обрабатываться. Согласно представленному здесь примеру выполнения, усилительная схема 140, как будет описываться ниже более подробно со ссылкой на фиг.3B, выполнена только из отдельных дискретных электронных компонентов. Компоненты операционных усилителей или специализированных интегральных схем (ASIC) в усилительной схеме 140 по причинам экономии затрат не содержатся.

Как видно из фиг.1, в устройство 150 управления еще встроены схема 152 выборки и хранения и аналого-цифровой преобразователь 156. Оба эти компонента служат для преобразования аналогового выходного сигнала усилительной схемы 140 в цифровое измеряемое значение 156а, которое может далее обрабатываться не показанным способом и, например, в случае превышения определенного предельного значения инициировать сообщение пожарной сигнализации.

Согласно представленному здесь примеру выполнения, схема выборки и хранения функционирует как схема 152 слежения и запоминания. Как уже отмечено выше при описании сущности изобретения, в случае схемы слежения и запоминания вся схема аналого-цифрового преобразователя остается подключенной в течение более длинного промежутка времени. Согласно представленному здесь примеру выполнения, схема слежения и запоминания подключается непосредственно после начала нарастания выходного сигнала усилительной схемы 140 и вновь отключается при достижении сигнального максимума выходным сигналом усилительной схемы 140. Таким способом не только сигнальный максимум, но и длинный участок нарастания выходного сигнала усилительной схемы применяется для определения уровня выходного сигнала.

Устройство 150 управления содержит, кроме того, возбуждающую схему 170 для источника 120 света, который через управляющую линию 170а соединен с устройством 150 управления или с возбуждающей схемой 170. Возбуждающая схема 170 далее пояснена более подробно со ссылкой на фиг.3А.

Как видно также из фиг.1, устройство 150 управления содержит, кроме того, внутренний диод 158 измерения температуры, с помощью которого может определяться температура управляющего устройства 150 и, при необходимости, также температура всего детектора 100 дыма. В качестве альтернативы или в комбинации, температура может также определяться с помощью внешнего чувствительного элемента 168 датчика измерения температуры. Внешний чувствительный элемент 168 датчика измерения температуры может представлять собой, например, терморезистор или так называемый терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC).

Чтобы гарантировать безупречную работу детектора 100 дыма, перед пуском в эксплуатацию проводится калибровка. При этом в измерительную камеру 110 помещается не показанное на фиг.1 определенное рассеивающее тело, и определяется оцифрованный выходной сигнал 156а аналого-цифрового преобразователя 156, который сравнивается с заданным опорным значением. За счет применения заданного рассеивающего тела автоматически определяется весь оптический и электронный сигнальный тракт внутри детектора дыма.

На фиг.2 показано схематичное представление всего оптического и электронного сигнального тракта внутри оптического детектора 100 дыма, который теперь обозначен ссылочной позицией 200. Этот сигнальный тракт включает в себя, в частности, управление источником света 220 посредством устройства 250 управления, кпд источника 220 света, оптические условия рассеяния внутри измерительной камеры 210, кпд 230 детектора света, усиление усилительной схемы 240 и преобразование сигнала в аналого-цифровом преобразователе внутри устройства 250 управления.

Если при настройке установлено, что оцифрованный выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя, например, вследствие относительно слабого источника 220 света меньше, чем предусмотрено, то это компенсируется посредством соответствующего удлинения длительности импульса источника света. Если, например, вследствие особенно сильного источника 220 света выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя больше, чем предусмотрено, то это может быть скомпенсировано посредством укорочения длительности импульса света.

Это означает, что, в противоположность известным оптическим детекторам дыма, в описанном здесь детекторе 100 дыма настройка осуществляется не через адаптацию усиления усилительной схемы 240, а через адаптацию длительности импульса испускаемого источником 220 света импульса подсветки.

Чтобы длительность включения источника 220 света удерживать внутри заданных пределов, источник 220 света может быть получен предварительным выбором из различных, в отношении их силы света, источников света разной эффективности с определенными мощностями света.

Фиг.3А показывает возбуждающую схему 370 для источника 120 света представленного на фиг.1 оптического детектора 100 дыма. Источник света теперь обозначен ссылочной позицией 320.

Возбуждающая схема 370 содержит транзистор 372, коллектор которого через источник 320 света, который при соответствующем протекании тока испускает свет 320а подсветки, связан с напряжением Vcc питания. База транзистора 372 через омическое сопротивление 374 соединена с входным управляющим сигналом Uin. Коллектор транзистора 372 через омическое сопротивление 374 связан с массой GND.

При соответствующем уровне входного управляющего сигнала Uin транзистор 372 переключается, и создается протекание тока через выполненный в виде светодиода источник 320 света. Соответствующая сила тока через светодиод 320 зависит, известным образом, от напряжения Vcc питания и сопротивления 376.

На фиг.3B показана содержащая только дискретные компоненты усилительная схема 340, как она применяется согласно представленному здесь примеру выполнения для усилительной схемы 140 изображенного на фиг.1 оптического детектора 100 дыма. Дискретная усилительная схема 340 содержит полное переходное сопротивление R1, посредством которого ток через фотодиод 330 преобразуется в первичный сигнал напряжения. Конденсатор С1 служит для сглаживания сигнала напряжения. Конденсатор С2 представляет вместе с сопротивлением R4 интегратор 342 тока по времени, который может рассматриваться как первый каскад усиления. Части усилительной схемы 340 на транзисторах Т1, Т2 и Т3 могут рассматриваться как второй каскад усиления, причем Т2 и Т3 представляют управляемый источник тока.

Как видно из фиг.3B, вся усилительная схема 340 питается от напряжения Vcc питания. Ссылочной позицией 352 обозначена находящаяся на выходе усилительной схемы 340 схема выборки и хранения, которая вместе с подключенным к ней аналого-цифровым преобразователем 356 обеспечивает надежное преобразование аналогового выходного сигнала усилительной схемы 340 в цифровой измеряемый сигнал.

Представленная усилительная схема 340, как и ее выход, рассчитаны на очень малое потребление тока примерно от 3 мкА до 5 мкА. На этой основе усилительная схема 340, а также ее выход не в состоянии быстро скомпенсировать электрические изменения нагрузки. Такие изменения нагрузки могут, однако, вызываться подключением типового входного каскада выборки и хранения (с низкоомным связанным конденсатором) для аналого-цифрового преобразователя 356. Тем самым измеряемый аналоговый выходной сигнал усилительной схемы 340 кратковременно из-за по меньшей мере одного пика оказывался бы сильно рассогласованным. Разумеется, можно было бы усилительную схему 340 выполнить также низкоомной, однако это привело бы к повышению потребления тока усилительной схемы 340.

Чтобы обойти этот недостаток и, несмотря на это, при незначительном потреблении тока избежать рассогласования аналогового выходного сигнала усилительной схемы 340, в соответствии с описанным здесь примером выполнения схема выборки и хранения работает как схема 352 слежения и запоминания.

На фиг.3С показана схема 352 выборки и хранения, работающая как схема слежения и запоминания, встроенная в устройство управления показанного на фиг.1 оптического детектора 100 дыма.

Центральным элементом схемы 352 слежения и запоминания является конденсатор 353, который берет на себя функцию запоминания для аналоговых значений, которые приложены к входу IN схемы 352 слежения и запоминания. Сюда добавляется электронный переключатель 355, который определяет фазу выборки и хранения. На выходе OUT схема 352 слежения и запоминания предоставляет сигнал, предусмотренный для оцифровки посредством аналого-цифрового преобразователя 356.

Если переключатель 355 замкнут, то конденсатор 353 заряжается. Для того чтобы конденсатор 353 можно было быстро зарядить, конденсатор 353 может иметь малую емкость. Однако конденсатор 353 с малой емкостью имеет недостаток, заключающийся в том, что он также быстро разряжается, и, тем самым, выходное напряжение усилительной схемы 340 не слишком долго может поддерживаться на необходимом уровне.

Переключатель 355 имеет в выключенном состоянии высокое запирающее сопротивление, и изоляция конденсатора 353 очень хорошая. Тем самым можно противодействовать нежелательному автономному разряду конденсатора 353.

Накопленный на конденсаторе 353 заряд является непосредственной мерой уровня выходного сигнала усилительной схемы 340 и, тем самым, также плотности частиц дыма, которые находятся в измерительной камере 110.

В отличие от схемы выборки и хранения, при которой переключатель 355 лишь на сравнительно короткое время замкнут, и при которой за счет кратковременного замыкания переключателя 355 возникают нежелательные выбросы или кратковременные рассогласования определяемого аналогового сигнала, в случае схемы 352 слежения и запоминания вся цепь аналого-цифрового преобразователя 356 остается подключенной в течение длительного интервала времени. Это справедливо, например, для всего или по меньшей мере длительного отрезка времени, в котором аналоговый выходной сигнал усилительной схемы 340 возрастает.

Схема 352 слежения и запоминания может, например, подключаться непосредственно после начала нарастания выходного сигнала усилительной схемы 340 посредством замыкания переключателя 355 и при достижении максимума сигнала вновь отключаться или отсоединяться. Тем самым предпочтительным образом не только максимум сигнала, но и более продолжительное нарастание выходного сигнала усилительной схемы 340 применяется для заряда конденсатора 353 и, тем самым, для определения уровня выходного сигнала. Нежелательные пики, которые, как описано выше, обычно возникают в схеме выборки и хранения, в схеме 352 слежения и запоминания не проявляются.

Следует отметить, что нагрузка аналого-цифрового преобразователя 356, которая, по сравнению со схемой выборки и хранения, в описываемой схеме 352 слежения и запоминания подключена дольше, может учитываться уже при установлении рабочей точки усилительной схемы 340.

На фиг.4 показано для представленного на фиг.1 оптического детектора 100 дыма, сравнение временного режима между управлением источника света (сверху) и выходного сигнала усилительной схемы 140, 340 (снизу).

Как уже пояснено выше, в соответствии с изобретением осуществляется настройка оптического и электронного сигнального тракта внутри детектора 100 дыма за счет соответствующего согласования временной длительности импульсов управления. Так как импульсы подсветки по меньшей мере приближенно следуют ходу импульсов управления, тем самым, за счет варьирования временной длительности Т также варьируется длительность импульса света подсветки.

На нижней диаграмме на фиг.4 представлены характеристики трех различных выходных сигналов, которые получаются для различных временных длительностей Т для импульса управления для источника света. При этом сплошная линия 491 представляет выходной сигнал усилительной схемы при сравнительно большой длительности импульса Т. Пунктирная линия 492 представляет выходной сигнал усилительной схемы при средней длительности импульса Т. Пунктирная линия 493 представляет выходной сигнал усилительной схемы при сравнительно короткой длительности импульса Т.

Как видно из фиг.4, максимум соответствующего выходного сигнала с увеличением длины управляющего импульса Т сдвигается назад. Этот сдвиг в соответствии с изобретением компенсируется за счет того, что так называемый момент времени запоминания, в который осуществляется собственно аналого-цифровое преобразование, соответствующим образом, по отношению к моменту времени t0, в который управляющий импульс имеет свой нарастающий фронт импульса, сдвигается назад. Эта настройка момента времени запоминания осуществляется с помощью показанного на фиг.1 устройства 150 управления.

Как также можно видеть из фиг.4, согласно представленному здесь примеру выполнения, сигнал дыма детектора дыма определяется за счет формирования разности между максимумом выходного сигнала усилительной схемы к моменту времени t2 и значением сдвига выходного сигнала усилительной схемы к моменту времени t1. При этом момент времени t1 предпочтительно выбирается так, что соответствующее измерение значения смещения, которое также осуществляется посредством схемы слежения и запоминания и посредством подключенного к ней аналого-цифрового преобразователя, никоим образом не искажается измерением рассеянного света.

Следует отметить, что также температура всего детектора 100 дыма и, в частности, температура усилительной схемы 140 и/или устройства 150 управления может способствовать сдвигу максимума выходного сигнала усилительной схемы 340. За счет определения соответствующей температуры с помощью внутреннего термочувствительного диода 158 и/или с помощью внешнего термочувствительного датчика 168 можно также компенсировать и это температурное влияние за счет соответствующей адаптации момента времени запоминания и, там самым, способствовать надежному детектированию дыма.

Перечень ссылочных позиций

100 Детектор дыма

110 Измерительная камера/объем рассеяния

111 Барьер

120 Источник излучения/источник света/светодиод

120а Излучение подсветки/свет подсветки

130 Детектор излучения/детектор света/фотодиод

130а Измеряемое излучение/измеряемый свет

140 Усилительная схема

150 Устройство управления

152 Схема выборки и хранения/схема слежения и запоминания

156 Аналого-цифровой преобразователь

156а Измеряемое значение

158 Внутренний диод измерения температуры

168 Внешний чувствительный элемент датчика измерения температуры/NTC

170 Схема возбуждения

170а Линия управления

200 Детектор дыма

210 Измерительная камера/объем рассеяния

220 Источник излучения/источник света/светодиод

230 Детектор излучения/детектор света/фотодиод

240 Усилительная схема

250 Устройство управления

270а Управляющая линия

320 Источник излучения/источник света/светодиод

320а Излучение подсветки/свет подсветки

330 Детектор излучения/детектор света/фотодиод

330а Измеряемое излучение/измеряемый свет

340 Усилительная схема

342 Интегратор

352 Схема выборки и хранения/схема слежения и запоминания

353 Накопительный конденсатор

355 Переключатель

356 Аналого-цифровой преобразователь

370 Схема возбуждения

372 Транзистор

374 Сопротивление

376 Сопротивление

Vcc Питающее напряжение

GND Масса

R Сопротивление

Т1-Т6 транзистор

C1-C6 Конденсатор

R1-R10 Сопротивление

IN Вход

OUT Выход

Uin Входной управляющий сигнал

491 Выходной сигнал усилительной схемы при большой длительности импульса Т

492 Выходной сигнал усилительной схемы при средней длительности импульса Т

493 Выходной сигнал усилительной схемы при короткой длительности импульса Т

Т Временная длительность управляющего импульса для светодиода

1. Устройство для детектирования дыма на основе измерений рассеянного электромагнитного излучения, причем устройство (100, 200) содержит
источник (120, 220, 320) излучения для испускания излучения подсветки (120а, 320а), которое имеет временную последовательность импульсов излучения,
детектор (130, 230, 330) излучения для приема измеряемого излучения (130а, 300а), которое после, по меньшей мере, частичного рассеяния излучения (120а, 320а) подсветки попадает на детектор (130, 230, 330) излучения,
усилительную схему (140, 240, 340) для усиления выходного сигнала детектора (130, 230, 330) излучения,
аналого-цифровой преобразователь (156, 356) со схемой (152, 352) выборки и хранения для преобразования аналогового выходного сигнала усилительной схемы (140, 240, 340) в цифровое значение (156а) и
устройство (150, 250) управления, которое связано с источником (120, 220, 320) излучения и схемой (152, 352) выборки и хранения и которое выполнено с возможностью управления источником (120, 220, 320) излучения и схемой (152, 352) выборки и хранения таким образом, что временное положение момента выборки схемы (152, 352) выборки и хранения по отношению к импульсу излучения зависит от временной длительности импульса излучения.

2. Устройство по п.1, в котором усилительная схема (140, 240, 340) представляет собой схему, выполненную из дискретных компонентов.

3. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее
датчик (158, 168) температуры, который связан с устройством (150) управления, причем устройство (150) управления дополнительно выполнено с возможностью управлять источником (120, 220, 320) излучения и схемой (152, 352) выборки и хранения таким образом, что временное положение момента выборки схемы (152, 352) выборки и хранения по отношению к импульсу излучения дополнительно зависит от температуры, определяемой датчиком (158, 168) температуры.

4. Устройство по п.1, в котором датчик температуры представляет собой встроенный в устройство (150) управления датчик (158) температуры.

5. Устройство по п.1, в котором аналого-цифровой преобразователь (156, 356) и устройство (150) управления реализованы посредством общего интегрального компонента.

6. Устройство по п.1, в котором усилительная схема (140, 240, 340) содержит интегратор (342).

7. Устройство по п.1, в котором схема выборки и хранения представляет собой схему (156, 356) слежения и запоминания.

8. Способ калибровки устройства (100) для детектирования дыма на основе измерений рассеянного электромагнитного излучения, в особенности для калибровки устройства (100) по любому из пп.1-7, причем способ содержит
установку длительности импульса источника (120, 220, 320) излучения для испускания излучения (120а, 320а) подсветки, которое имеет временную последовательность импульсов излучения, которые после по меньшей мере частичного рассеяния излучения (120а, 320а) подсветки принимаются как измеряемое излучение (130а, 330а) детектором (130, 230, 320) излучения, и
установку моментов выборки схемы (152, 352) выборки и хранения аналого-цифрового преобразователя (156, 356), который преобразует аналоговый выходной сигнал подключенной к детектору (120, 220, 320) излучения усилительной схемы (140, 240, 340) в цифровое измеренное значение (156а), по отношению к началу (t0) и/или концу длительности импульса источника (120, 220, 320) излучения, причем временное положение моментов выборки схемы (152, 352) выборки и хранения по отношению к импульсу излучения зависит от временной длительности импульса излучения.

9. Способ по п.8, причем установленная длительность импульса зависит от опорного измеряемого значения для цифрового измеряемого значения (156а), причем опорное измеряемое значение определяется путем измерения рассеянного излучения в определенной рассеивающей среде.