DE2425431B2 - Elektrischer Feuer- und Explosionsmelder - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Feuer- und Explosionsmelder mit zwei Detektoren, die auf verschiedene Wellenlängenbereiche einfallender Strahlung ansprechen und Ausgangssignale liefern, die eine Funktion der Intensität des im zugeordneten Wellenlängenbereich liegenden Anteils der einfallenden Strahlung sind, und mit einer auf die Ausgangssignale der beiden Detektoren ansprechenden Schaltungsanordnung mit einer Koinzidenzstufe zur Erzeugung eines Alarmsignals in Abhängigkeit von der Amplitude der beiden Ausgangssignale.

Ein solcher elektrischer Feuer- und Explosionsmelder ist aus der US-PS 36 65 440 bekannt. Bei diesem -,-, bekannten Feuer- und Explosionsmelder spricht der ein.? Detektor auf Infrarotstrahlung im Bereich von 1 bis 2,5 μιη, die bei einem Feuer oder einer Explosion gewöhnlich auftritt, und der andere auf Ultraviolettstrahlung von weniger als 0,4 μιη an, die bei Feuer oder mi Explosionen normalerweise nicht entsteht. Die Beobachtung der Ultraviolettstrahlung soll dazu dienen, Fehlalarme zu vermeiden, wenn das von dem einen Detektor festgestellte Infrarotlicht nicht von einem Brand, sondern von einer anderen Lichtquelle stammt. , , Da bei Bränden normalerweise keine Ultraviolettstrahlung entsteht, muß bei Auftreten von ultraviolettem Licht eine andere Strahlungsquelle als ein Brand vorliegen, und es wird das Auslösen eines Alarmes verhindert, wenn die Koinzidenzstufe feststellt, daß nicht nur der eine Detektor das Vorliegen von Infrarotstrahlung, sondern auch der andere Detektor das Vorliegen von Ultraviolettstrahlung anzeigt Da jedoch die Möglichkeit besteht, daß ein Brand in Bereichen auftritt, in denen gleichzeitig Ultraviolettstrahlung vorhanden ist, die beispielsweise von Leuchtstoffröhren ausgehen könnte, spricht der bekannte Feuer- und Explosionsmelder nur auf solche Strahlungen an, die eine Amplitudenmodulation im Bereich von 5 bis 20 Hz aufweisen, weil eine solche Amplitudenmodulation für das Flackern eines Feuers charakteristisch ist. Um hier eine einwandfreie Diskriminierung zu erzielen, ist eine Beobachtungszeit von 5 bis 10 s erforderlich. Eine derart lange Beobachtungszeit ist jedoch für viele Anwendungszwecke nicht brauchbar.

Auch aus der DE-AS 11 87 748 ist ein Feuer- und Explosionsmelder mit zwei Detektoren bekannt, von denen der eine sein Empfindlichkeits-Maximum bei einer Wellenlänge von 0,5 um und der andere sein Empfindlichkeits-Maximum bei einer Wellenlänge von 0,9 um hat Auch hier wird das Auftreten der kurzwelligeren Strahlung als Kriterium dafür angesehen, daß die in den Empfindlichkeitsbereich des anderen Detektors fallende Strahlung nicht von einem Feuer stammt Bei dem bekannten Feuer- und Explosionsmelder sind die beiden Detektoren als Photowiderstände ausgebildet die in Serie geschaltet sind und einen Spannungsteiler bilden, von dessen Abgriff die zum Auslösen eines Alarmes erforderliche Spannung abgenommen wird. Wird der Detektor, dessen Empfindlichkeit im sichtbaren Bereich liegt von sichtbarem Licht ausreichender Intensität getroffen, ist sein Widerstand so klein, daß die zum Auslösen eines Alarmes erforderliche Spannung nicht erreicht wird. Bei diesem bekannten Feuer- und Explosionsmelder fehlen Einrichtungen, die bei einem Brand das Auslösen eines Alarmes auch dann gewährleisten, wenn den entsprechenden Detektor aus einer beliebigen Quelle stammendes sichtbares Licht mit hoher Intensität trifft Andererseits ist ohne weiteres das Auslösen eines Alarmes denkbar, wenn in die Nähe der Detektoranordnung ein roter Gegenstand kommt der im wesentlichen langwelliges Licht in Richtung auf die Detektoren reflektiert wozu schon das Vorbeigehen einer rote Kleidungsstücke tragenden Person ausreichen kann.

Es sind weiter aus den DE-OSen 19 61 737 und 20 64 406 Vorrichtungen zur Ermittlung von Kernexplosionen bekannt wie zwei Detektoren aufweisen, von denen der eine auf optische und der andere auf hochfrequente Strahlung anspricht Die Feststellung hochfrequenter Strahlung erfordert Einrichtungen großer Ausdehnung, beispielsweise eine Stabantenne von etwa 0,5 m Länge, für die an den Steilen, an denen Feuer- und Explosionsmelder anzubringen sind, normalerweise kein Platz zur Verfugung steht Außerdem ist bei normalen Bränden oder Explosionen das Auftreten einer Strahlung im HF-Bereich nicht sicher. Jedenfalls ist eine solche Strahlung nur äußerst schwach, so daß diese Anlagen für die Feststellung normaler Brände und Explosionen nicht brauchbar sind.

Es sind aus der DE-OS 14 48 585 und der DE-AS 15 66 744 Detektoranordnungen bekannt die nur auf Strahlung im sichtbaren Bereich ansprechen und deshalb zur Feststellung von Bränden und Explosionen allgemeiner Art nur wenig geeignet sind, weil sie zu leicht durch andere Strahlungsquellen zur Auslösung

von Fehlalarmen veranlaßt werden könnten. Ähnlich sind aus den US-PSen 26 92 982 und 34 76 938 Feuer- und Explosionsheber bekannt, die nur zur Überwachung von Infrarot-Strahlung eingerichtet sind und daher leicht zum Auslösen von Fehlalarmen veranlaßt werden können, wenn sie nicht in Räumen angeordnet sind, in denen Infrarot-Strahlungsquellen normalerweise nicht auftreten können.

Endlich ist aus der FR-PS 2151148 ein Feuermelder mit zwei Detektoren bekannt, die auf zwei Wellenlängenbereiche ansprechen, die bei 2,7 und 4,3 μπι liegen und für verbrennende Kohlenwasserstoffe charakteristisch sind. Die Ausgangssignale der Detektoren werden summiert, so daß ein genügend starkes Signal in einem dieser Wellenlängenbefeiche ausreicht, einen Alarm is auszulösen. Daher wird durch diese Anordnung nicht die wünschenswerte Sicherheit erzielt, zumal bei diesem bekannten Feuermelder keine zusätzliche Maßnahmen zur Ausschaltung von Fehlalarmen getroffen sind, wie die Anwendung einer längeren Beobachtungszeit oder die Berücksichtigung der Flackerfrequenzen eines Feuers.

Demgegenüber besteht ein Bedarf an eimern Feuer- und Explosionsmelder, der bei Auftreten von Feuer oder von Explosionen sehr schnell anspricht, jedoch gegen ein Auslösen von Fehlalarmen durch die Strahlung anderer Lichtquellen weitgehend sicher ist Ein solcher Feuer- und Explosionsmelder wird insbesondere für Transport- und Speicherbehälter für explosive oder brennbare Stoffe, insbesondere aber für mit Personen besetzte, gepanzerte Militärfahrzeuge benötigt, die Waffen und Explosivstoffe verschiedener Art transportieren. Es ist ohne weiteres verständlich, daß eine äußerst schnelle Reaktion, insbesondere das augenblickliche Auslösen einer Löscheinrichtung erforderlich ist, wenn beispielsweise ein Treibstofftank von einer Panzergranate getroffen wird. Andererseits wäre aber eine versehentliche Auslösung einer Löscheinrichtung zumindest äußerst störend, wenn nicht sogar gefährlich, weil sie dann möglicherweise bei einem wirklichen Treffer nici.t mehr funktionsfähig ist Außerdem könnte die Funktionsfähigkeit des Fahrzeuges selbst durch einen solchen Vorgang gestört werden, was im Einsatz schwerwiegendste Folgen haben könnte.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- π de, einen Feuer- und Explosionsmelder der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß er sowohl mit Sicherheit und praktisch verzögerungsfrei einen Alarm auslöst, wenn ein Feuer oder eine Explosion auftritt, andererseits eine sehr hohe Sicherheit gegen die >o Auslösung eines Fehlaiurnes durch andere Strahlungsquellen besitzt

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst daß einer der Detektoren ein Wärmedetektor, der auf Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge von r> 7—30μπι anspricht und der andere ein Lichtdetektor, der auf Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge von 0,7—1,2 μπι anspricht ist und die Schaltungsanordnung ein Alarmsignal nur dann erzeugt wenn die Ausgangssignale beider Detektoren gleichzeitig einen vorbe- < > stimmten Schwellenwert überschreiten.

Im Gegensatz zu den eingangs behandelten Feuer- und Explosionsmeldern wird nicht das Auslösen eines Alarmes verhindert, wenn außer einer auf einen Brand oder eine Explosion hindeutenden Infrarot-Strahlung < · auch noch Strahhng im sichtbaren oder ultravioletten Bereich festgestellt wird, sondern es wird ein Alarm bei gleichzeitigem Auftret; η von Strahlung in ausgewählten Wellenbereichen ausgelöst Das gleichzeitige Auftreten dieser Strahlungen ist bei Vorliegen anderer Strahlungsquellen als Feuer oder Explosion nicht zu erwarten, während sie bei Feuer und Explosion mit Sicherheit vorliegen, so daß hier das angestrebte hohe Maß an zuverlässiger Erkennung eines Feuers oder einer Explosion gewährleistet ist Es brauchen daher auch keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden, um zu verhindern, daß der Einfall kurzwelliger Strahlung das Auslösen eines Alarmes verhindert, obwohl tatsächlich ein Band oder eine Explosion vorliegt

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wärmedetektor von einer Thermobatterie und der Lichtdetektor von einem Silicium-Photodetektor Gebrauch machen, der für kurzwelliges Infrarot empfindlich ist Jedem Detektor ist ein besonderer Verarbeitungskanal zugeordnet Die Verwendung eines Wärmedetektors, wie einer Thermobatterie, bedeutet eine vollständige Abkehr von der Technik der Strahlungsüberwachung, die bei bisher beVinnten Feuer- und Explosionsmeldern angewendet werden ist Einer der Gründe, daß Wärmedetektoren bisher in Feuer- und Explosionsmeldesystemen nicht benutzt worden sind, liegt darin, daß ihr Ansprechverhalten bei einer Frequenz von etwa 3,0 Hz ziemlich steil abfällt Dieses Problem kann jedoch in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch die Anwendung eines Kompensationsverstärkers gelöst werden, der mit dem Ausgang des Wärmedetektors verbunden ist Dieser Kompensationsverstärker sorgt dafür, daß in einem bestimmten, interessierenden Frequenzbereich die Gesamtverstärkung zwischen dem Eingang des Wärmedetektors und dem Ausgang des Kompensationsverstärkers einen wenigstens annähernd konstanten Wert hat

Demgemäß wird durch die Erfindung ein neuartiger und hochempfindlicher Feuer- und Explosionsmelder geschaffen, der auf das gleichzeitige Vorliegen von lang- und kurzwelliger, von einem Feuer- od^r Exnlosionsherd ausgehender Strahlung anspricht, um ein Alarmoder Steuersignal in einem minimalen zeitlichen Abstand nach dem Ausbrechen des Feuers oder der Explosion zu erzeugen. Dieses System kann durch alleiniges Auftreten einer kurzwelligen Strahlung nicht zu Fehlalarmen veranlaßt werden. Trotzdem hat der erfindungsgemäße Feuer- und Explosionsmelder einen sehr einfachen und wirtschaftlichen Aufbau und ist im Betrieb zuverlässig.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Feuer- und Explosionsmelders nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Diagramm, welches die Frequenzabhängigkeit der Verstärkung des der langwelligen Strahlung zugeordneten Detektors und Verstärkers wiedergibt.

F i g. 3 ein Schaltbild des Detektor- und Versiärkerteiles des Feuer- und Explosionsmelders nach Fig. 1 und

Fig.4 ein Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Feuer- und Explosionsmelders nach den F i g. 1 und 3.

Der in F i g. 1 dargestellte Feuer- und Explosionsmeider umfaßt einen Kanal 12 mit einem auf kurzwellige Strahlung ansprechenden Lichtdetektor 22 und einen Kanal 14 mit einem auf langwellige Strahlung ansprechenden Värmcdetektor 38. Beide Kanäle empfangen Strahlungsenergie 16 von einer nahen oder entfernten Strahlungsquelle 18, die durch ein Feuer oder

eine Explosion gebildet wird. Ein typischer Melder ist so ausgebildet, daß er für die Explosion energiereicher Treibstoffe bis zu Abständen von etwa 6 m sehr empfindlich ist. Die Strahlungsenergie, die für den einen Kanal 12 von Interesse ist, ist die im Bereich des nahen Infrarot liegende Strahlung, während die Strahlung, die für den anderen Kanal 14 von Interesse ist, im Bereich des fernen Infrarot liegt.

Der Kanal 12 für die kurzen Wellenlängen enthält ein geeignetes optisches Filter 20, das nur Strahlung mit im interessierenden Spektralband liegenden Wellenlängen passieren läßt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um Strahlung im Bereich von 0,7 bis 1,2 μηΊ Wellenlänge. Die das Filter 20 pasierende Strahlung trifft auf einen Lichtdetektor 22, beispielsweise einen Silizium-Photodetektor, der ein Ausgangssignal dem Eingang eines Verstärkers 24 zuführt. Der Ausgang des Verstärkers 24 wird einem Eingang 26 einer Koinzidenzstufe 28 zugeführt, bei dem es sich um ein Schwellenwerte definierendes NOR-Glied 28 handelt.

Der Kanal 14 für die langwellige Strahlung enthält ebenfalls ein geeignetes optisches Filter 30, das Strahlung im Bereich der Wellenlängen von 7 bis 30 μπι passieren läßt. Die durchgelassene Strahlung trifft auf einen Wärmedetektor 32. Bei diesem Wärmedetektor kann es sich um einen Thermistor, eine Thermobatterie oder einen anderen Detektor handeln, der für Strahlung dieser Wellenlängen empfindlich ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Eingang eines Kompensationsverstärkers 34 zugeführt wird. Der Ausgang dieses Kompensationsverstärkers ist mit einem zweiten Eingang 36 des NOR-Gliedes 28 verbunden. Dieses NOR-Glied 28 spricht auf die Eingangssignale auf den Leitungen 26 und 36 an und erzeugt auf einer Leitung 38 einen Ausgangsimpuls, wie es später beschrieben werden wird. Dieser Ausgangsimpuls auf der Leitung 38 stößt eine monostabile Kippstufe oder ein Monoflop 40 an, mit solcher Zeitkonstante, daß ein Ausgangsimpuls vorbestimmter Dauer erzeugt wird. Dieser Ausgangsimpuls wird in einer nicht dargestellten Treibelektronik weiterverarbeitet und dazu verwendet, geeignete Feuerlöscheinrichtungen auszulösen.

Der in F i g. 1 dargestellte elektrische Feuer- und Explosionsmelder vergleicht demnach Strahlungsenergie, deren Wellenlängen in zwei verschiedenen Spektralbändern liegen, und erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 42 nur während des Voriiegens von sowohl langwelliger als auch kurzwelliger Energie mit einem Pegel, der einen ausgewählten Schwellenwert überschreitet. Dieser Schwellenwert kann in den elektronischen Schaitungsanordnungen der Verstärker 24 und 34 und/oder des NOR-Gliedes 28 eingestellt werden. Infolgedessen spricht der Feuer- und Explosionsmelder nach F i g. 1 nicht auf Strahlungsenergie an, die nur von kurzwelligen Quellen oder nur von langwelligen Quellen und von solchen sonstigen Strahlungsquellen stammt, die Strahlungsenergie erzeugen, die unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt Der Feuer- und Explosionsmelder nach F i g. 1 wurde speziell so ausgebildet, daß er auf Feuer oder Explosionen anspricht die stets eine Kombination von langwelliger und kurzwelliger Strahlung über den vorgegebenen Schwellenwerten liefern. Die Wellenlänge der Lichtstrahlung, die im Kanal 12 empfangen wird, hängt häufig von der charakteristischen Strahlung der Elemente oder Verbindungen des Stoffes ab, der in Brand geraten oder explodieren kann.

Wie oben angegeben, ist der eine Kanal 12 so

ausgebildet, daß er auf kurzwellige Strahlung im Bereich von 0,7 bis 1,2 μπι anspricht, während der andere Kanal 14 auf Strahlung im Wellenlängenbereich von 7 bis 30 μιη reagiert. Der Grund für die Wahl des Bereiches 7 bis 30 μπι bestand in dem Bestreben, das Signal-Rausch-Verhältnis des Gesamtsystems zu optimieren. Das Signal ist das Feuer, während das Rauschen von der Sonne und anderen Strahlungsquellen stammen kann. Typische Kohlenwasserstoffeuer strahlen den größten Teil ihrer Infrarotenergie im Bereich der Wellenlängen von 2 bis 6 μπι ab. In dem gleichen Band emittiert aber auch die Sonne einen großen Teil ihrer Energie, so daß die Sonne in der Lage wäre, einen Feuermelder fälschlich auszulösen. Solch ein Auslösen könnte beispielsweise bei Fehlen des kurzwelligen Kanales 12 stattfinden, wenn ein Objekt den Lichtweg zwischen Sonne und Wärmedetektor 32 unterbricht und dadurch am Detektor 32 ein sich zeitlich änderndes Signal erzeugt das in die Bandbreite des Kanals 14 fällt.

Ebenso kann das Auslösen eines Fehlalarmes beispielsweise durch tragbare Heizgeräte, heiße Abgasleitungen und andere stationäre Quellen einer im Wellenlängenbereich des Kanales 14 liegenden Strahlung erfolgen, wenn sie vorübergehend durch ein bewegliches Objekt abgeschirmt werden und dadurch ein sich zeitlich änderndes Signal am Wärmedetektor 32 erzeugen. Diese Möglichkeit eines Fehlalarmes wurde durch die Anwendung des kurzwelligen Kanales 12 ausgeschlossen, dessen Empfindlichkeit im Bereich von 0,7 bis 1,2 μπι unterhalb der von allen stationären Strahlungsquellen liegt die in der Lage wären, im langwelligen Kanal 14 ein Ausgangssignal zu erzeugen.

Es wurde festgestellt daß das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems beim Betrieb im Band von 2 bis 6 μπι Wellenlänge von 0,4 :1 bis 10 :1 variieren kann, je nach der Größe des Feuers und der Art des brennenden Materials. Es wurde jedoch beobachtet daß bei der Verwendung des Bandes von 7 bis 30 μπι Wellenlänge das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems in Abhängigkeit von der Größe des Feuers und der Art des brennenden Materials zwischen 15:1 und 50:1 schwenken würde. Demnach kann durch Betreiben des Kanales 14 im Bereich von 7 bis 30 μπι Wellenlänge im Vergleich zur Verwendung des Bandes von 2 bis 6 μπι Wellenlänge eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Systems von mehr als 10:1 erzielt werden.

Für explosionsartige Feuer ist die oben behandelte Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses nicht von Bedeutung. Die meisten militärischen Anwendungen verlangen jedoch, daß solche Feuermelder ir der Lage sind, außer Explosionen auch kleine Feuerherde mit einer Brandfläche von etwa 30 χ 30 cm² festzustellen. Diese Forderung verlangt, daß das System im Bereich von 7 bis 30 um Wellenlänge arbeitet

Der Grund für die Wahl des Bereiches von 0,7 bis 1,2 um Wellenlänge für den Kanal 12 besteht darin, daß die Empfindlichkeit von Silizium-Photodetektoren einen Maximalwert bei etwa 0,9 μπι hat und diese Photodetektoren im Handel leicht erhältlich sind, geringe Kosten verursachen und ein angemessenes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, das für das erfmdungsgemäße Zweikanalsystem geeignet ist

Wie ans Fig. 2 ersichtlich, war es keineswegs naheliegend, einen Wärmedetektor 32 für die Strah-Sungsdetekticn in einem der beiden Kanäle zu verwenden. Dies Hegt insbesondere an der Frequenzabhängigkeit seiner Empfindlichkeit die, wie die Kurve 44

/eigt, einen im wesentlichen flachen Verlauf 46 nur in einem beschränkten Frequenzbereich aufweist, aber von einem Punkt 48 an relativ steil abfällt, der einer frequenz von etwa 3 H/. entspricht. Da der Wärmedctcktor 32 auf elektrische Frequenzen von mehr als etwa > 100 Hz ansprechen muß. wird ein Kompensalionsverstärker 34 verwendet, dessen Verstärkung eine solche Abhängigkeit 52 von der Frequenz aufweist, daß für die beiden Stufen 32 und 34 in dem interessierenden Frequenzbereich eine im wesentlichen konstante in Gesamtempfindlichkeit 64 erzielt wird. Dieser Bereich erstreckt sich von etwa 0.00) Hz bis zu etwa SOO Hz.

Die Verstärkung des Kompensationsverstärkers nimmt, wie es die Kurve 52 zeigt, zunächst in einem Abschnitt 54 asymptotisch zu und bleibt dann in einem Bereich 56 auf einem annähernd konstanten Wert, bis ein Punkt 58 erreicht ist, der dem Punkt 48 der F.mpfindlichkeitskurve 44 des Wärmedetektors 32 entspricht. Vom Punkt 58 an nimmt die Verstärkung des Kompensationsverstärkers 34 zu, wie der ansteigende Abschnitt 60 der Kurve 52 zeigt, bis ein Punkt 62 erreicht ist. von dem an der Verstärkungsanstieg geringer wird. Die kombinierte Wirkung der Frequenzabhängigkeiten der Detektorempfindlichkeit gemäß Kurve 44 und der Verstärkung gemäß Kurve 52 ist durch die Kurve 64 für die gesamte Kanalempfindlichkeit über die zwei Stufen 32 und 34 veranschaulicht. Die letztgenannte Kurve 64 ist bis zu einem oberen Frequenzwert im Punkt 66 im wesentlichen konstant, der in Abhängigkeit von der speziellen Art des so Verstärkers und des Wärmedetektors irgendwo im Bereic·! zwischen 200 und 500 Hz liegen kann.

Die vorstehend beschriebene Kanalempfindlichkeit nach Kurve 64 wurde durch die Verwendung eines Verstärkers erzielt, dessen Aufbau in F i g. 3 schema- Ji tisch dargestellt ist. Wie ersichtlich enthält der Kompensationsverstärker 34 einen ersten Operationsverstärker 68, dessen Ausgang mit dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 70 verbunden ist. Die beiden Operationsverstärker 68 und 70 sind jeweils in 4» nicht näher dargestellter Weise rückgekoppelt. Die erste Verstärkerstufe sorgt für die nötige Gleichstromvcrstärkung. während die zweite Verstärkerstufe die Frequenzabhängigkeit der Verstärkung bewirkt, die zur Kompensation der Frequenzabhängigkeit des Wärmedetektors 32 erforderlich ist.

Der Wärmedetektor 32 besteht vorzugsweise aus einer Thermobatterie, die aus einer Anzahl Dünnschicht-Thermoelementen aufgebaut ist. Die den Wärmedetektor 32 bildende Thermobatterie erzeugt eine Ausgangsspannung, wenn auf ihrem nicht dargestellten Kollektor Strahlungsenergie auftrifft. Die Übertragungsfunktion oder Empfindlichkeit des Wärmedetektors 32 beträgt für eine gegenwärtig benutzte Thermobatterie etwa 20 V/W. Diese Thermobatterie machte von Wismut-Antimon-Thermoelementen Gebrauch und hatte eine Ernpfangsfläche von etwa 2 mm Durchmesser.

Der Wärmedetektor 32 ist Ober einen zur Einstellung der Verstärkung dienenden Widerstand 74 mit einem Eingang 76 des Operationsverstärkers 68 verbunden. Der andere Eingang 78 dieses Verstärker ist über einen Eingangswiderstand 80 mit einem Punkt 82 verbunden, an dem eine Bezugsspannung von etwa 6,8 V anliegt Der Rückkopplungspfad für den Operationsverstärker 68 umfaßt einen Widerstand 84 und einen Kondensator 86 in der dargestellten Schaltung. Ein Widerstand 88 verbindet den Operationsverstärker 68 mit einer an der Leitung 72 anliegenden, geregelten Gleichspannung + B. Die Leitung 72 führt den beiden Operationsverstärkern 68 und 70 eine Betriebsspannung von + 17 V zu und ist über einen Widerstand 124 mit dem Punkt 82 verbunden, an dem eine Spannung von 6,8 V anliegt.

Der Ausgang 90 des Operationsverstärkers 68 ist über Serienwiderstände 92 und 93 mit dem Eingang eines ersten RC-Netzwcrkes verbunden, das einen Widerstand 94 und einen Kondensator % umfaßt. Ein zweites RC-Netzwerk, das aus einem Widerstand 98 und einem Kondensator 100 besteht, verbindet das verstärkte Signal am gemeinsamen Punkt 99 mit einem Eingang 102 des zweiten Operationsverstärkers 70. Der andere Eingang 104 dieses Operationsverstärkers 70 ist über einen Widerstand 106 mit dem Punkt 82 der Bezugsspannung von 6,8 V verbunden. Zu diesem Widerstand 106 ist ein Kondensator 108 parallel geschaltet. Der Rückkopplungspfad für den zweiten Operationsverstärker 70 enthält einen Widerstand 110 und einen Kondensator 112, die in der dargestellten Weise parallel geschaltet sind. Ferner ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 70 über eine Leitung 114 mit dem Eingang 36 des NCR-Gliedes 28 verbunden, wie es auch Fig. 1 zeigt. Die beiden Operationsverstärker 68 und 70 sind über zwei Frequenz-Kompensationskondensatoren 109 und 111, die jeweils eine Kapazität von 100 pF haben, mit Masse verbunden.

Der Widerstand 124, eine Zener-Diode 122 und Kondensatoren 118 und 120 erzeugen die Bezugsspannung von +6,8 V am Punkt 82. Die Kondensatoren 118 und 120 entkuppeln die Betriebsspannung von dem Signalweg der Verstärker. Eine Zenerdiode 116 verhindert, daß dem Eingang des zweiten Operationsverstärkers unzulässig hohe Spannungen zugeführt werden.

Der Operationsverstärker 68 ist ein Gleichstromverstärker, der eine erste Stufe der Verstärkung bewirkt. Die beiden RC-Netzwerke 94, 96 und 98, 100 bewirken in Verbindung mit dem zweiten Operationsverstärker 70 die Frequenzabhängigkeit der Verstärkung, wie sie durch die Kurve 52 in Fi g. 2 angezeigt wird. Der Punkt 54 auf der Charakteristik wird durch den Wert der Komponenten 94 und % bestimmt. Der Punkt 62 ergibt sich aus den Werten der Komponenten 92,93 und 96.

Bei einem tatsächlich hergestellten Feuer- und Explosionsmelder nach der Erfindung wurde als Lichtdetektor 22 eine Silizium-Photodiode vom Typ S601-35 verwendet. Das Ausgangssignal des Photodetektors 22 wird über einen Koppelkondensator 126 der Basis eines pnp-Transistors 128 zugeführt. Dieser Transistor und ein npn-Ausgangstransistor 130 sind in der dargestellten Weise in Kaskade geschaltet, um dem Ausgangssignal der Photodiode die notwendige Verstärkung zu erteilen. Das verstärkte Signal wird Ober eine Leitung 132 dem anderen Eingang 26 des NOR-Gliedes 28 zugeführt. Die Transistoren 128 und 130 sind über die notwendigen und geeigneten Vorspannungs-, Rückkopplungs- und Strombegrenzungswiderstände 134, 136, 138, 140 und 146 in der Weise an Betriebsspannungen angeschlossen, daß sie nichtleitend sind, wenn ein von dem Lichtdetektor 22 geliefertes Eingangssignal fehlt Der Widerstand 142 ist einstellbar, um die gesamte Empfindlichkeit des Lichtdetektors verändern zu können. Die Verstärkung des Verstärkers 24 (Fig. 1) wird durch die Werte der Widerstände 138 und 148 bestimmt Eine Speisespannung für den Verstärker 24 wird an der Klemme 144

zugeführt. Dem Widerstand 146 ist ein Filterkondensator 150 parallel geschaltet, um die Betriebsspannung von dem Signalweg zu entkoppeln.

Die Arbeitsweise des als Ausführungsbeispiel beschriebenen und dargestellten Feuer- und Explosionsmeiders wird nun anhand der in den F i g. 4a bis 4f dargestellten Kurven näher beschrieben und erläutert. In dem Augenblick, in dem ein Feuer ausbricht, oder eine Explosion stattfindet, also zur Zeit t = 0, bewirkt die vom Kanal 14 empfangene langwellige Strahlung, daß die Ausgangsspannung des Wärmedetektors 32 abfällt, wie es Fig.4a zeigt. Zugleich bewirkt die kurzwellige Strahlung, daß die Ausgangsspannung des Lichtdetektors 22 absinkt, wie es F i g. 4b zeigt.

Die Ausgangssignaie gemäß den Fig. 4a und 4b erzeugen entsprechend abnehmende Spannungen, wie sie in den Fig. 4c und 4d dargestellt sind, an den Ausgängen der zugeordneten Verstärker 34 bzw. 24. Wenn die beiden in den Fig.4c und 4d dargestellten Spannungen unter den dargestellten Schwellenwert V> bzw. Vtdes NOR-Gliedes 28 abfallen, der in F i g. 4 mit + 3,5V dargestellt ist, schaltet das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 28 von einem niedrigen logischen Grundpegel auf einen hohen logischen Pegel von +8 V um. Das Umschalten geschieht zur Zeit t\. VV und VV bezeichnen die Spannungs-Schwellenwerte, die ausreichend sind, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn diese Spannungspegel im NOR-Glied 28 ordnungsgemäß verglichen werden. Die Ausgangsspannung des NOR-Gliedes 28 bleibt auf dem Pegel von +8 V, bis eines der beiden ihm zugeführten Signale zur Zeit t₂ über den Wert von +3,5V wieder ansteigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es die Ausgangsspannung des für die kurzwellige Strahlung eingerichteten Kanals 12 auf der Leitung 26. die in F i g. 4d dargestellt ist. 'ur Zeit I^ bringt die Aiisgangsspannung auf der Leitung 26 das NOR-Glied 28 in den niedrigen logischen Grundzustand zurück, wodurch der Aus· gangsimpuls beendet wird, wie es F i g. 4e zeigt.

Der Ausgangsimpuls des NOR-Gliedes 28 stößt in dem Augenblick, in dem er auf der Leitung 38 einen positiven Wert annimmt, wie es Fig. 4e zeigt, das Monoflop 40 an. Die nicht dargestellten RC-Kompo-

in nenten in der Rückkopplungsschleife des Monoflop 40 bestimmen die Dauer des in Fig. 4f dargestellten Ausgangsimpulses, der auf der Leitung 42 erscheint. Für das beschriebene Ausführungsbeispiel hat der Impuls nach Fig. 4f eine Dauer von etwa 100 ms. Dieser Ausgangsimpuls kann beispielsweise dazu benutz! werden, verschiedene elektromechanische Einrichiungen auszulösen, die erforderlich sind, um eine ni>.ht näher dargestellte Feuerlöscheinrichtung oder Einrichtung zur Explosionsunterdrückung in Betrieb zu setzen.

Obwohl die Erfindung anhand eines Ausfuhningsbei-Spieles beschrieben wurde, das in den Frequenzbereich von 0,7 bis 1,2 μιτι und 7 bis 30 μτη Wellenlänge arbeitet, ist die Erfindung nicht auf diese Frequenzbereiche beschränkt. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein.

den Lichtkanal 12 bei Wellenlängen zu betreiben, die kürzer sind also 0,7 μηι, vorausgesetzt, daß billigere Detektoren verfügbar werden, die für diese kürzeren Wellenlängen empfindlich sind. Weiterhin könnte die Empfindlichkeit des Wärmekanales 14 auf einen

jo Wellenlängenbereich von 6 bis 13 μπι geändert werden, wenn dieser begrenztere Wellenlängenbereich mit speziellen Forderungen hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses des Systems verträglich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Elektrischer Feuer- und Expiosionsmelder mit zwei Detektoren, die auf verschiedene Wellenlängenbereiche einfallender Strahlung ansprechen und Ausgangssignale liefern, die eine Funktion der Intensität des im zugeordneten Wellenlängenbereich liegenden Anteils der einfallenden Strahlung sind, und mit einer auf die Ausgangssignale der beiden Detektoren ansprechenden Schaltungsan-Ordnung mit einer Koinzidenzstufe zur Erzeugung eines Alarmsignals in Abhängigkeit von der Amplitude der beiden Ausgangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Detektoren ein Wärmedetektor (32), der auf Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge von 7—30 um anspricht, und der andere ein Lichtdetektor (22), der auf Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge von 0,7—1,2 um anspricht, ist und die Schaltungsanordnung ein Alarmsignal nur dann erzeugt, wenn die Ausgangssignale beider Detektoren einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten.

2. Feuer- und Explosionsmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wärmedetektor (32) und die Koinzidenzstufe (28) ein Kompensationsverstärker (34) mit einer solchen Frequenzabhängigkeit der Verstärkung geschaltet ist, daß die Frequenzabhängigkeit des Ansprechverhaltens des Wärmedetektors (32) kompensiert wird und die aus Wärmedetektor und Kompensationsverstärker bestehende Anordnung in einem bestimmten Frequenzbereich einen wenigstens annähernd konstanten Verstärkungsfaktor aufweist.

3. Feuer- und Expkisionsrr.elder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedetektor (32) von einer Therr.obatterie und der Lichtdetektor (22) von einem Silizium-Photodetektor gebildet ist