用於火災檢測的多傳感器設備與方法
2023-05-29 22:02:46 1
專利名稱：用於火災檢測的多傳感器設備與方法
技術領域：
本發明涉及火災檢測。更具體地，本發明涉及利用來自多個不同類型傳感器的信號對火災進行檢測的系統與方法其。
背景技術：
已知為了響應晝/夜循環，可周期性地改變煙霧檢測器的靈敏度參數。已知的順序是在夜間增大敏感度，而在白天降低敏感度。可根據入射光自動地實現這種改變。
有時甚至在夜晚也存在持續的光照。因此，希望能夠在改變靈敏度時不僅僅考慮環境光的亮度。另外，如果所檢測的光來自形成中的火災狀態，則希望能夠在進行火災確定時將此信息納入考慮。如果從光傳感器獲得的信息可用於加速火災檢測過程和/或減少幹擾報警，則這也將是有利的。
圖1A是根據本發明的示例系統的框圖；圖1B是根據本發明的替換系統的框圖；圖2A是根據本發明的另一替換系統的框圖；圖2B是本發明的又一替換系統。
圖3A-3C共同表示根據本發明的示例處理方法的各個步驟。
具體實施例方式
儘管本發明的實施例可採取多種不同形式，但在圖中示出了其特定實施例，並將在此處詳細說明，要指出的是，應將本公開視為本發明原理的示例，而不應看作是將本發明局限於所描述的特定實施例。
在本發明的一個實施例中，輻射能量傳感器，例如光電二極體、熱電堆、熱電體、無源紅外傳感器或者其它類型的火焰傳感器可用於對某區域進行監控。該傳感器生成對應於入射輻射能量或光的電信號。當光由有焰火產生時，該電信號會相應地產生波動。
輻射能量傳感器可與其它危險狀態傳感器結合使用，例如煙霧、溫度或氣體傳感器，以提供改善的對報警狀態的多指標確定。該輻射能量傳感器可與其它傳感器位於共同的殼體中。或者，這些傳感器中的一個或多個可物理地遠離其它傳感器，這並不脫離本發明的精神與範圍。
可通過本地或遠方處理器監控來自輻射能量傳感器的信號。當來自輻射能量傳感器的信號從非火災特徵，例如非波動或慢變狀態，改變至與火災特徵一致的波動狀態時，檢測到的變化可用於改變一個或多個諸如煙霧與熱傳感器的其它傳感器的操作特性。在2002年9月19日提交的題為「Detector With Ambient Photon Sensor and Other Sensors(具有光子傳感器和其它傳感器的檢測器)」的父申請No.10/247,106中公開了這種處理的一種形式，該申請作為本發明的參考文獻。
根據本發明的另一個方面，在來自(各個)輻射能量傳感器的電信號中識別到的火災特徵的存在可用於增強或加速利用熱傳感器對火災的檢測。出於減少幹擾報警的目的，可根據對於預定最小熱增量的檢測，逐漸增大熱傳感器的信號。如果熱傳感器在預定時段內未檢測到最小程度的的熱增量，則可終止增大該熱傳感器的信號或終止該熱傳感器的操作。
通過利用來自輻射能量傳感器的信號確定該區域中存在火災特徵，有可能檢測到起初不會產生大量的熱的小的有焰火，而大量的熱將由熱傳感器來檢測。即使這些有焰火處於輻射能量傳感器的直接視野之外，由於此區域中表面或牆壁的反射，在直接進入輻射能量傳感器的監控區域之前，它們可部分被觀察到。
增大熱傳感器的信號可利用響應識別的火災特徵或識別的火焰狀態而開始增大其計數的計數器來實現。這種識別可基於來自輻射能量傳感器的信號。該計數器值可用作對於來自熱傳感器的信號的電平偏移值或乘數因子，以獲得預定靈敏度。
計數器增大其計數值的速率可預先確定，或者可以發生變化，這取決於來自例如輻射能量傳感器的信號。通過將增大的程度限制為預定最大值，可限制或抑制幹擾報警。
火災曲線，即來自輻射能量傳感器的信號的幅度或信號的其它特性可用於改變增大熱傳感器信號的速率。因此，來自輻射能量傳感器的最小程度的火災特徵能夠提供比這種信號的較大值小的增大程度。
根據本發明的又一個方面，這些傳感器經由有線或無線媒質可與公共控制元件通信，公共控制元件執行此處理中的一些或者全部。
根據本發明的再一個方面，來自輻射能量傳感器的火焰或火苗表示信號可用於改變諸如光電煙霧檢測器這樣的煙霧檢測器的採樣速率或靈敏度參數，或可用於既改變採樣速率也改變靈敏度參數。可利用離子型煙霧檢測器來實現類似的性能改變。
來自輻射能量傳感器的信號還可反映該區域中環境光亮度的突變或漸變。例如，如果該區域中的光突然熄滅，則來自輻射能量傳感器的信號將反映這種狀態改變。作為響應，可調整採樣速率或靈敏度，或者均調整。在這種情況下，可降低採樣速率。此外，如果需要的話，還可降低靈敏度。
可替換地，對於緩慢變化的環境狀態，可利用來自輻射能量傳感器的信號來調整對來自熱傳感器或煙霧傳感器的信號的處理。例如，可結合使用將在輻射能量傳感器的輸出信號中得到反映的從白天向夜間的變化來改變採樣速率、靈敏度參數或者對一個或多個其它危險狀態傳感器的信號處理。
各個輻射能量傳感器、煙霧傳感器或其它傳感器可分布在整個區域中，並通過有線或無線媒質與公共處理器進行雙向通信。響應於來自能量輻射傳感器以及其它危險狀態傳感器的信號，該處理器可執行上述處理中的一些或全部。
圖1A和圖1B表示本發明的實施例。作為本發明的系統10的框圖的圖1A包括如輻射能量傳感器14這樣的多個傳感器、熱傳感器16以及煙霧傳感器20。其它完全相同的傳感器或者其它類型的傳感器22用虛線來表示。
可在監控區域R中將傳感器14至22按一定間隔來進行放置。它們不必彼此靠近。例如，傳感器14至22的每一個可被包含或容納於各自的殼體中並固定至區域R的表面。傳感器14至22的輸出可通過電纜或無線地連接至控制器或微處理器24。處理器24利用來自能量輻射傳感器14的信號執行如上所述或如下所述的處理，以便調整與溫度傳感器16或煙霧傳感器20相關的信號值或其它參數，對這種調整沒有任何限制。
圖1B表示另一種結構10』，其包括連接至控制器24的輻射能量傳感器14、熱傳感器16、煙霧傳感器20。控制器24又通過通信鏈路連接至遠方的第二控制器26，其可執行一部分上述處理。
圖2A和圖2B表示根據本發明的其它實施例12、12′。如圖2A所示，系統12包括能量輻射傳感器14和另一狀態傳感器，即溼度傳感器16-1，它們的輸出信號均連接至控制器24-1。控制器24-1又能夠響應來自輻射能量傳感器14的信號，由此如上所述地調整與溼度傳感器16-1相關的信號值或其它參數。
圖2B表示包括氣體傳感器16-2作為另一狀態傳感器的系統12′。輻射能量傳感器14和氣體傳感器16-2的輸出可連接至控制器24-2，以進行上述處理。
本領域普通技術人員都懂得，不脫離本發明的精神與範圍，可利用各種電路結構來實現各個控制器24，24-1和24-2。例如，互連的模擬與數字電路的組合可用於實現各種控制器。或者，可使用編程處理器，例如微處理器。
圖3A、圖3B和圖3C表示根據本發明的方法100的示例處理細節。在初始步驟102中，從例如從光或輻射能量傳感器14、熱傳感器16和煙霧傳感器20這樣的多個傳感器獲取信號值。在舉例的方法100中，煙霧傳感器20被設計為本領域普通技術人員公知的那種光電煙霧傳感器。
在步驟104，將與熱傳感器16相關的信號轉換為溫度或度。在步驟106，根據區域R的平均溫度確定溫度變化DC。
在步驟108，根據傳感器14的信號確定區域R中的平均光亮度。在步驟110，利用區域R中的平均光亮度確定環境光的變化DL。
在步驟112，分析輻射能量變化DL，以確定該信號是否表示火焰。由此產生火焰指示輸出F。本領域普通技術人員將理解，作為產生火焰指示指數F的一種方法，可將輻射能量變化DL與多個火焰指示曲線作比較。其它類型的火焰分析，例如模式識別、神經網絡處理等都落入本發明的精神與範圍。
在步驟114，將光的變化DL與夜間閾值比較。如果該變化表示夜間，則在步驟114a設置夜晚模式。另外，如果在步驟116中，光的變化DL超過光增加閾值，則在步驟116a復位夜晚模式。
在步驟118，根據這些信號的均值確定煙霧傳感器20的輸出變化DP。這些變化在區域R中進入傳感器20的煙霧增大的情況下很可能發生。
在步驟120，遞減或者鉗位幹擾旁路計數器ST。在步驟122，從煙霧變化DP中去除噪聲。該噪聲去除處理可引入可選擇的延遲，例如25秒，這種延遲是由抑制噪聲的平均處理導致的。
在步驟124，將火焰相關信號F與閾值比較，確定在區域R中是否存在火焰。如果是的話，則在步驟126將溫度變化DC與低熱度升高閾值比較。如果該溫度變化超過該低熱度升高閾值，則修正步驟122中的處理，將噪聲消除延遲從25秒的較大延遲縮短至10秒的較小延遲。
應當懂得，可以改變25秒和10秒的示例延遲值，而不脫離本發明的精神與範圍。例如，將可初始噪聲相關延遲和低煙霧環境設置為20秒或30秒或其它值，對此並無限制。類似地，步驟128中縮短的噪聲延遲不一定為10秒。可以在一定的環境下，將其縮短為最合適的5秒或15秒。
如果在步驟124中火焰指示指數F沒有超過閾值，則在步驟130將溫度信號變化DC與高熱度閾值作比較。在熱度變化DC沒有超過高溫閾值時，在步驟132將輻射能量指示信號L與黑暗或夜間閾值作比較。如果輻射能量指示信號L小於黑暗或夜間閾值，則在圖3B的步驟134中將幹擾旁路計數器ST初始化為預定值。如果不小於，則在圖3B的步驟136中檢查夜晚模式指示符的狀態。
然後可在圖3B的步驟138a和138b增加靈敏度。在步驟138a，通過例如增加與來自諸如傳感器20的光電煙霧傳感器的信號關聯的靈敏度，可增加對於陰燃火的敏感度。另外，通過降低火焰閾值可增加對於有焰火F的敏感度，參見步驟124。
在步驟140將煙霧信號變化DP與最小煙霧量作比較。如果其超過最小煙霧量，則在步驟142，增加幹擾計數器ST的值。
在步驟144，將幹擾計數器ST的值，即數值N與最大允許值作比較，並將其鉗位在該最大值。在步驟146，比較煙霧信號變化DT與最大煙霧量。如果該信號DP處於最小值與最大值之間，則在步驟148a生成對應於DP值的輸出。可替換地，在步驟148b，將狀態指示輸出設置為最大煙霧量加幹擾計數器ST的值N。
當在步驟140煙霧變化值DP小於最小煙霧量時，在步驟142a將幹擾計數器值N設置為零。在步驟150生成表示沒有煙霧的狀態指示輸出。
在圖3C的步驟152，將幹擾計數器ST的內容與零作比較。如果大於零，則在步驟154將輸出值設置為最大煙霧量加N的最大值。在步驟156，將上述步驟的輸出與報警閾值作比較。如果該輸出值超過該報警閾值，則在步驟158a指示報警狀態。或者在步驟158b不進行報警。在步驟160，遞減幹擾值計數器ST，並將其鉗位至零。
可在下一個採樣間隔中重複上述方法100。應當懂得示例方法100的各種變化都在本發明的精神與範圍之內。在各種處理方法中利用輻射能量傳感器14來改變諸如熱傳感器16或煙霧傳感器20這樣的傳感器的信號值或調整敏感度、參數，都沒有脫離本發明的精神與範圍。
根據前述可看出，可以實現大量的變形與修改，而不脫離本發明的精神與範圍。應當懂得對於此處說明的特定裝置不打算有或者不應當推斷出限制。當然，目的是通過所附權利要求將所有這些修改涵蓋在權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種環境狀態檢測器，包括至少一種煙霧傳感器或熱傳感器；除所述煙霧傳感器或熱傳感器外的、對輻射能量源作出響應的入射輻射能量傳感器；以及控制電路，與所述傳感器連接，響應入射輻射能量中的所選瞬時變化，以縮短響應預定環境狀態的時間。
2.權利要求1所述的檢測器，包括響應入射輻射能量的變化，通過調整與所述煙霧傳感器關聯的採樣速率或靈敏度參數中的至少一個來縮短響應時間的附加電路。
3.權利要求2所述的檢測器，其中所述縮短響應時間的附加電路響應增大的輻射能量以降低靈敏度參數，並且響應逐步降低的輻射能量以增加靈敏度參數。
4.權利要求1所述的檢測器，包括響應入射輻射能量以確定火焰存在的附加電路。
5.權利要求4所述的檢測器，包括可執行指令，對來自所述入射輻射能量傳感器的信號進行處理以確定火焰的存在。
6.權利要求4所述的檢測器，其中所述煙霧傳感器遠離所述入射輻射能量傳感器。
7.權利要求6所述的檢測器，其中所述控制電路通過雙向通信媒質至少部分地連接至至少一個所述傳感器。
8.權利要求6所述的檢測器，其中所述控制電路至少部分地遠離所述傳感器，並通過雙向通信媒質與其通信。
9.權利要求1所述的檢測器，其中所述煙霧傳感器包括光電型煙霧傳感器，響應表示火焰的輻射能量，所述控制電路通過增加所述煙霧傳感器的採樣速率或增加所述煙霧傳感器的靈敏度參數中的至少一個，縮短所述煙霧傳感器的響應時間。
10.權利要求1所述的檢測器，包括響應表示火焰的入射能量輻射以增加所述熱傳感器的靈敏度參數的附加電路。
11.權利要求10所述的檢測器，包括可執行指令，處理來自輻射能量傳感器的信號，以確定有焰火為所述輻射能量的可能來源。
12.權利要求1所述的檢測器，其中所述熱傳感器和所述輻射能量傳感器彼此遠離，而所述控制電路的至少一部分通過無線或有線媒質之一與它們進行雙向通信。
13.權利要求10所述的檢測器，其中所述煙霧傳感器、所述熱傳感器和所述能量輻射傳感器，以及所述控制電路的一部分均彼此遠離，所述控制電路的所述部分通過無線或有線媒質之一與所述傳感器進行通信。
14.權利要求11所述的檢測器，其中所述可執行指令將來自所述輻射能量傳感器的信號與預存儲的火警曲線作比較。
15.權利要求11所述的檢測器，其中所述可執行指令將來自所述輻射能量傳感器的信號與多個預存儲的火警曲線作比較。
16.權利要求11所述的檢測器，包括附加指令，所述附加指令在確定存在火警狀態時將來自所述光傳感器的信號與來自所述熱傳感器的信號相關。
17.權利要求11所述的檢測器，包括附加可執行指令，響應確定的有焰火，改變所述熱傳感器的響應參數。
18.權利要求17所述的檢測器，其中所述附加可執行指令在對來自所述熱傳感器的信號進行處理之前逐漸將其增強，以確定存在用熱指示的火災狀態。
19.權利要求1所述的檢測器，包括可執行指令所述可執行指令響應入射能量輻射的逐步變化來調整其它傳感器的參數。
20.權利要求19所述的檢測器，其中所述可執行指令響應入射能量輻射的逐步降低。
21.一種用於感應環境狀態的檢測器，包括光傳感器，生成表示入射環境光強度的第一信號；至少另一個傳感器，生成表示不同的環境狀態的第二信號；處理器，接收所述第一與所述第二信號，所述處理器利用所述第一信號改變與所述第二傳感器關聯的延遲時間，並且所述處理器提供存在所述環境狀態的指示。
22.權利要求21所述的檢測器，其中所述處理器響應表示火災狀態存在的所述第一信號來改變所述延遲時間。
23.權利要求21所述的檢測器，其中所述環境狀態為火災或煙霧狀態中的至少一個。
24.權利要求21所述的檢測器，其中所述處理器響應表示存在預定環境光強度的所述第一信號來改變所述延遲時間。
25.權利要求21所述的檢測器，其中所述第一信號表示變化的入射光的模式。
26.權利要求21所述的檢測器，其包括濾光鏡，其中所述第一信號表示已經通過所述濾光鏡的入射環境光。
27.權利要求21所述的檢測器，其中所述第二傳感器為火、煙霧、氣體、熱或運動傳感器中的至少一個。
28.權利要求21所述的檢測器，其中所述延遲時間僅存在於對於預定電平的所述第二信號的響應中。
29.一種用於感應火災狀態的檢測器，包括光傳感器，生成表示環境光強度的第一信號；至少一個火災傳感器，生成表示火災狀態的第二信號；處理器，接收所述第一與所述第二信號，所述處理器響應所述第一信號，以增大與所述第二信號關聯的靈敏度參數，使得在所述第一信號表示由火災狀態產生的光線時，所述檢測器對於所述火災狀態更加敏感。
30.權利要求29所述的檢測器，其中所述處理器響應由光線強度變化模式表示的火災狀態，所述火災狀態由所述處理器隨時間感應得到。
31.權利要求29所述的檢測器，其中所述處理器在確定存在火警狀態時，執行判斷所述第一信號是否偏離其基於時間的平均值的指令。
32.權利要求29所述的檢測器，包括濾光鏡，其中所述第一信號包括所述入射光的過濾表示。
33.一種處理，包括感應來自監控區域的入射輻射能量；感應不同的、潛在的危險狀態；首先確定所感應的輻射能量是否表示火災存在，並且對其作出響應，然後加速地確定所述感應的不同狀態是否表示火災。
34.權利要求33所述的處理，其中所述首先確定包括相對於至少一個火災曲線評估所述感應的輻射能量。
35.權利要求33所述的處理，其中所述首先確定包括相對於多個火災曲線評估所述感應的能量輻射。
36.權利要求33所述的處理，其中所述首先確定包括評估所述感應的輻射能量是否突然降低，並對其做出響應，所述然後確定包括增大與感應所述不同狀態關聯的靈敏度參數、採樣率或與所述不同狀態關聯的信號幅度中的至少一個。
37.權利要求33所述的處理，其中感應所述不同狀態包括感應熱度或煙霧中的至少一個。
38.權利要求37所述的處理，包括響應表示火災狀態的輻射能量來處理熱度或煙霧指數中的至少一個，，以便在隨後確定所述熱度或煙霧是否表示火災時縮短響應時間。
39.權利要求33所述的處理，包括在所述區域中的分離位置感應輻射能量和感應所述不同狀態。
40.權利要求39所述的處理，包括處理指數，所述指數至少部分與在所述區域中遠離至少一個所述感應的位置處感應輻射能量和所述不同狀態相關聯。
41.權利要求33所述的處理，包括響應感應的表示火災的輻射能量來增大表示所感應的不同狀態的信號的幅值。
42.一種監控區域的方法，包括感應區域中的輻射能量參數；感應表示所述區域中燃燒的副產品的危險參數；感應所述區域中的熱參數；計算表示存在火災的輻射能量參數，並根據該參數計算表示所述區域中升高的熱熱參數；根據計算參數的結果，改變與所述危險參數或所述熱參數中至少一個關聯的靈敏度參數；以及確定所述燃燒的副產品是否表示在所述區域中存在危險狀態。
43.權利要求42所述的方法，包括評估所述能量輻射參數是否表示所述區域中較低亮度的環境光，對此作出響應，增大表示陰燃火狀態的靈敏度參數。
44.權利要求42所述的方法，包括評估所述能量輻射參數是否表示所述區域中較低亮度的環境光，對此作出響應，以及還響應表示存在火焰的所述輻射能量參數，增大表示存在火焰的靈敏度參數。
45.權利要求42所述的方法，包括根據對所述危險參數或所述熱參數中的至少一個的感應來產生所選的危險狀態的指數。
46.權利要求45所述的方法，包括根據感應的輻射能量來改變所述指數。
47.權利要求46所述的方法，包括根據感應的輻射能量來增大所述指數的幅度。
48.權利要求46所述的方法，包括至少部分根據所述感應的危險參數來產生所述指數。
49.權利要求46所述的方法，包括至少部分根據所述感應的熱參數來產生所述指數。
50.權利要求48所述的方法，包括根據對有焰狀態的感應來增大所述指數的幅度。
51.權利要求49所述的方法，包括將至少某些所述參數連接至遠方位置，以供處理。
52.權利要求51所述的方法，包括在所述區域的分離位置至少感應所述能量輻射與所述危險參數。
全文摘要
多參數火災檢測使用來自一個或多個輻射能量傳感器(14)的輸出，並結合使用來自煙霧傳感器(20)或熱傳感器(16)的輸出，以縮短報警的響應時間，同時將幹擾報警最小化。輻射能量傳感器(14)的輸出可用於改變煙霧傳感器(20)或熱傳感器(16)的參數。在報警系統中，各種傳感器可彼此遠離地放置。
文檔編號G08B17/10GK1871623SQ200480031228
公開日2006年11月29日 申請日期2004年7月7日 優先權日2003年9月24日
發明者利·D·泰斯 申請人:霍尼韋爾國際公司