DE3909073A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur dauerfailsafepruefung einer infrarot-sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dauerfailsafeprüfung d. h. einer Selbstprüfung auf Funktionsfähigkeit einer Infrarot-Sensoreinrichtung eines Gefahrenmelders sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Gefahrenmelder werden unter anderem zum Raumschutz, als Arbeitsplatzsicherung, als Einbruchsicherung beispielsweise in Banken oder auch als Alarmeinrichtungen bei Fahrzeugen, insbesondere bei Förderzeugen verwandt, um ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn sich beispielsweise eine Person dem Fahrzeug nähert. Ein derartiger Gefahrenmelder mit einer Infrarot- Sensoreinrichtung ist beispielsweise in der älteren deutschen Patentanmeldung P 38 37 054.9 beschrieben.

Derartige Gefahrenmelder nehmen über ihre Infrarot-Sensorein­ richtung Wärmequellen war, die in den Überwachungsbereich der Infrarot-Sensoreinrichtung eintreten, wobei das Ausgangs­ signal der Sensoreinrichtung zu einem Auslösesignal verar­ beitet wird, das am eigentlichen Alarmgeber des Gefahren­ melders liegt.

Aus Gründen der Betriebssicherheit ist es bei derartigen Gefahrenmeldern notwendig, während des Betriebes unun­ terbrochen oder in regelmäßigen Intervallen, eine Failsafe­ prüfung durchzuführen, um sich zu vergewissern, daß die Anlage fehlerfrei arbeitet und eingeschaltet ist. Wenn insbesondere beispielsweise das Fenster der Sensoreinrichtung verklebt ist oder die Mindesttransmission der Fensterfolie nicht mehr gegeben ist, dann arbeitet der Gefahrenmelder nicht mehr fehlerfrei, sie ist blind. Das kann zur Folge haben, daß auftretende Gefahren nicht mehr erfaßt und gemeldet werden.

Insbesondere bei Gefahrenmeldern die aus Gründen der Einbruchsicherung beispielsweise in Banken angeordnet sind, ist ein Anschluß an eine Meldeeinrichtung vorgesehen, die Informationen über die Funktionsfähigkeit der Anlage laufend nach außen durchgibt.

Im Gegensatz zu signalgebenden und signalempfangenden Sensoren ist es jedoch insbesondere bei passiven Infrarot- Sensoreinrichtungen nicht möglich periodisch Probeläufe durchzuführen, da Infrarot-Sensoreinrichtungen keine eigenen Signale aussenden, über deren Empfang auf die Funktionsfähig­ keit der Sensoreinrichtung geschlossen werden könnte.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Dauerfailsafeprüfung einer Infrarot-Sensoreinrichtung eines Gefahrenmelders zu schaffen, mit denen es möglich ist, zuverlässig während des Betriebes die Betriebsbereitschaft der Infrarot-Sensoreinrichtung zu überwachen.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die analogen Ausgangssignale der Sensoreinrichtung hochverstärkt und durch Pegelbegrenzung in digitale Signale umgewandelt werden, deren zeitliches Auftreten überwacht wird, wobei dann, wenn ein Ausfall der digitalen Signale über ein vorbestimmtes Zeitintervall festgestellt wird, ein Fehleralarm ausgelöst wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei z. B. von den auch ohne Wärmequelle immer vorhandenen Grundsignalen oder den Grundrauschsignalen gebrauch gemacht, die die Sen­ soreinrichtung aufgrund der thermischen Bewegung der Luft erzeugt, deren Pegel jedoch unter einem Schwellenwert liegt, der zum Auslösen des Gefahrenmelders notwendig ist. Unabhän­ gig von dem Auftreten des eigentlichen Gefahrensignals, das den Gefahrenmelder auslöst, werden diese Signale hoch­ verstärkt und in digitale Signale umgewandelt, wobei dann, wenn diese digitalen Signale über ein bestimmtes Zeit­ intervall nicht aufgetreten sind, der Alarm des Gefahren­ melders ausgelöst wird, da dann davon ausgegangen wird, daß die Infrarot-Sensoreinrichtung nicht mehr störungsfrei arbeitet. Wenn beispielsweise das Fenster der Sensor­ einrichtung verklebt ist, dann werden auch die durch die thermische Luftbewegung verursachten Grundsignale nicht mehr auftreten, so daß dementsprechend die digitalen Signale fehlen werden, was zum Auslösen des Alarms führt.

Statt der immer vorhandenen, durch die Thermik der Luft ausgelösten Signale der Sensoreinrichtung zu verwenden, können auch absichtlich mit einer Wärmequelle, beispielsweise einer kleinen Lampe Ausgangssignale mit niedrigem Pegel an der Infrarot-Sensoreinrichtung in regelmäßigen Abständen ausgelöst werden, die in gleicher Weise weiterverarbeitet werden. Wenn diese in regelmäßigen Abständen erzeugten Signale fehlen, wird wiederum ein Alarm ausgelöst, da dann davon ausgegangen werden muß, daß die Infrarot-Sensoreinrich­ tung nicht mehr richtig arbeitet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch einen Verstärker, an dessen Eingang die Ausgangssignale der Sensoreinrichtung liegen und dessen Ausgang mit einem Analog/Digitalwandler verbunden ist, ein Zeitglied, das durch die Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers getaktet wird, und eine Referenzstufe aus, an deren Eingang direkt das Aus­ gangssignal des Analog/Digitalwandlers, sowie das Ausgangs­ signal des Zeitgliedes jeweils liegen, wobei die Referenz­ stufe mit dem Alarmgeber des Gefahrenmelders verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden somit die Ausgangssignale der Infrarot-Sensoreinrichtung über den Verstärker hochverstärkt und über den Analog/Digitalwandler in digitale Signale umgewandelt, die ein Zeitglied takten, dessen Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssignal des Analog/Digitalwandlers an einer Referenzstufe liegt, die mit dem Alarmgeber des Gefahrenmelders verbunden ist. Wenn am Zeitglied über ein bestimmtes Zeitintervall keine digitalen Signale liegen, dann wird dieses Zeitglied nicht mehr getaktet, so daß die Referenzstufe kippt und den Alarmgeber auf Alarm schaltet.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Patentansprüche 4 bis 6.

Im Folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das schematische Schaltbild eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2A und 2B in Zeitdiagrammen die Wellenform der an verschiedenen Punkten der in Fig. 1 dargestellten Schaltung auftretenden Signale zur Erläuterung eines Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Dauerfailsafe­ prüfung einer Infrarot-Sensoreinrichtung 1 eines Gefahren­ melders dargestellt. Die Infrarot-Sensoreinrichtung 1 ist mit einem Fenster 2 versehen, in das die von einer Wärmequelle ausgehende Wärmestrahlung eintritt, auf die ansprechend die Infrarot-Sensoreinrichtung 1 ein entsprechendes analoges Ausgangssignal erzeugt.

Dieses Ausgangssignal der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 liegt bei einem üblichen Gefahrenmelder über einen ersten Opera­ tionsverstärker 3 und einen zweiten Operationsverstärker 4 an einem Ausgang 5, der zum Alarmgeber des Gefahrenmelders, das heißt zu dem entsprechenden Relais führt. Der Operationsver­ stärker 3 ist insbesondere so regelbar, daß er Impulse unterhalb eines nutzbaren Pegels unberücksichtigt läßt, so daß nur Ausgangssignale der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 mit einem Pegel über einem bestimmten Grenzwert verstärkt werden und zum Auslösen des Alarmgebers führen können.

Parallel zu diesem normalen Schaltkreis zur Auswertung der Ausgangssignale der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 zum Auslösen des Gefahrenmelders, ist ein weiterer Schaltkreis zur Dauerfailsafeprüfung der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 vorgesehen, der aus einem Verstärker 6, einem Analog/Digitalwandler 7, einem Zeitglied 8 und einer Referenzstufe 10 besteht. Die beiden oben genannten Schaltkreise treffen sich vor dem Eingang des zweiten Operationsverstärkers 4.

Das Ausgangssignal der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 liegt daher in Fig. 1 zunächst an einem Verstärker, beispielsweise an einem Verstärkungstransistor 6, der dieses Ausgangssignal hoch, beispielsweise auf das 3000- bis 5000fache verstärkt und dessen verstärktes Ausgangssignal an dem Analog/Digital­ wandler 7 liegt, der beispielsweise in Form einer Flip- Flopschaltung ausgebildet ist und das anliegende Eingangs­ signal auf einen bestimmten Pegel bis beispielsweise 5 Volt begrenzt. Die Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers 7 liegen einerseits direkt an der Referenzstufe 10, die gleichfalls in Form einer Flip-Flopschaltung ausgebildet sein kann, sowie andererseits an einem Zeitglied in Form eines Monoflops oder eines AMV-Generators bzw. Rechteckoszillators 8, der eine einstellbare Zeitkonstante hat, die über ein angeschlossenes RC-Glied 9 einstellbar ist. Der Ausgang des Zeitgliedes 8 liegt am zweiten Eingang der Flip-Flopschaltung 10. Das Ausgangssignal der Flip-Flopschaltung 10 liegt zusammen mit dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 3 der Schaltung zur Auswertung des Gefahrenmeldesignals der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 am Operationsverstärker 4. Zwischen die Flip-Flopschaltung 10 und den Operationsver­ stärker 4 kann ein logisches Verknüpfungsglied 11 geschaltet sein, an dessen zweitem Eingang ein Toggeltaktsignal vom Relaiskontakt des Alarmgebers liegt, der zur Selbstüber­ wachung dieses Relaiskontaktes dient. Beim Fehlen entweder dieses Toggelsignals oder des Ausgangssignals der Flip- Flopschaltung 10, d. h. beim Kippen der Referenzstufe 10 wird somit ein entsprechendes Alarmsignal ausgelöst.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der oben beschriebenen Schaltungsanordnung im einzelnen anhand der Fig. 2A und 2B beschrieben.

Am Ausgang der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 treten aufgrund der Thermik der Umgebungsluft fortlaufend Ausgangssignale mit einem Pegel auf, der unter dem nutzbaren Pegel liegt, ab dem der Operationsverstärker 3 diese Ausgangssignale verstärkt und zu einem Gefahrenmeldesignal verarbeitet. Diese Grundsignale 1 mit niedrigem Pegel werden durch den Verstär­ ker 6 zu Signalen hochverstärkt, d. h. auf das 3000- bis 5000fache verstärkt, worauf anschließend eine Schwellen­ wertbegrenzung durch die Flip-Flopschaltung 7 derart erfolgt, daß am Ausgang der Flip-Flopschaltung 7 Impulse mit der in Fig. 2B dargestellen Form auftreten, die an der Referenzstufe 10, sowie an dem Zeitglied 8 liegen.

Das Zeitglied 8 kann in Form eines Monoflops oder eines Rechteckoszillators ausgebildet sein, deren Zeitkonstante, beispielsweise über das RC-Glied 9, voreinstellbar ist. Das Zeitglied 8 ist durch einen anliegenden Impuls für eine bestimmte Zeit auslösbar und kippt zurück, wenn es innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls keinen neuen Eingangsimpuls empfängt. Dieses Zeitintervall kann bei ca. 0,5 bis 1,0 Minuten liegen.

Wenn beispielsweise das Fenster 2 der Infrarot-Sensoreinrich­ tung 1 verklebt ist oder die Fensterfolie nicht mehr die notwendige Mindesttransmission hat, dann treten am Ausgang der Infrarot-Sensoreinrichtung 1 keine Ausgangssignale mehr auf, so daß auch die Eingangssignale am Zeitglied S über einen längeren Zeitraum ausbleiben, was zum Rücksetzen des Zeitgliedes 8 und somit zu einem Kippen der Referenzstufe 10 führt, so daß ein entsprechendes Signal am Alarmgeber des Gefahrenmelders liegt. In dieser Weise wird ein Daueralarm ausgelöst, der erst dann wieder endet, wenn erneut digitale Eingangssignale am Zeitglied 8 auftreten, die dieses Zeitglied erneut setzen.

Solange derartige Impulse am Zeitglied 8 in Abständen liegen, die durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes 8 bestimmt sind, bleibt der Alarmweg unangetastet und meldet die Anlage einen fehlerfreien Betrieb.

Bei einer Infrarot-Sensoreinrichtung eines Gefahrenmelders der oben angegebenen Art kann weiterin auch über eine Testreizung mittels einer Wärmequelle z.B. eines Lämpchens eine Failsafeprüfung bei Betriebsbeginn durchgeführt werden, wobei in diesem Fall lediglich geprüft wird, ob die Infrarot- Sensoreinrichtung auf das Anschalten des Lämpchens adäquat anspricht. Testreizungen mit einer derartigen Wärmequelle in einem Maß, das zu Ausgangssignalen der Infrarot-Sensorein­ richtung mit einem Pegel führt, die unter dem nutzbaren Pegel des Signals liegt, das zur Auslösung des Gefahrenmelders verarbeitet wird, können jedoch auch zur Dauerfailsafeprüfung ausgenutzt werden, falls derartige Testreizungssignale in regelmäßigen Abständen während des Dauerbetriebs des Gefahrenmelders erzeugt werden. Die Verarbeitung dieser Testreizungssignale erfolgt dabei in der gleichen Weise wie die Verarbeitung der Grundsignale, die durch die Thermik der umgebenden Luft hervorgerufen werden, wie es im obigen beschrieben wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglichen eine zuverlässige Überwachung der Betriebssicherheit eines Gefahrenmelders, der mit einer Infrarot-Sensoreinrichtung ausgerüstet ist. Dabei ist die Überwachungsfunktion von den Anspreche- und Anhaltezeiten der jeweiligen Infrarot-Sensoreinrichtungen völlig unabhängig, die verschieden sein können, da die Geschwindigkeit des Ansprechens von der Menge der auftretenden Wärme abhängig ist, so daß der Wärmeimpuls um so stärker ist, je direkter die Wärmequelle im Bereich der Optik der Infrarot-Sensorein­ richtung liegt. Beim dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt jedoch eine Digitalisierung des analogen Ausgangssignals der Infrarot-Sensoreinrichtung mittels einer Pegelbegrenzung, so daß die Fehlerprüfung von der Empfindlichkeit der Infrarot- Sensoreinrichtung selbst unabhängig wird. Die zeitlichen Abstände der Impulse und deren Breite haben auf die Funk­ tionsfähigkeit keinen Einfluß, da nur die zuletzt auftreten­ de, abfallende Flanke des digitalen Impulses von der Flip- Flopschaltung 7 das Zeitglied 8 (für 0,5 bis 1.0 min.) anstößt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Dauerfailsafeprüfung einer Infrarot- Sensoreinrichtung eines Gefahrenmelders, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die analogen Ausgangssignale der Sensoreinrichtung hochverstärkt und durch Pegelbegrenzung in digitale Signale umgewandelt werden, deren zeitliches Auftreten überwacht wird, wobei dann, wenn ein Ausfall der digitalen Signale über ein vorbestimmtes Zeitintervall festgestellt wird, ein Fehleralarm ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in regelmäßigen Abständen Testrei­ zungssignale an der Sensoreinrichtung ausgelöst werden.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verstärker (6), an dessen Eingang die Ausgangssignale der Sensoreinrichtung (1) liegen und dessen Ausgang mit einem Analog/Digitalwandler (7) verbunden ist, ein Zeitglied (8), das durch die Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers (7) getaktet wird, und eine Referenzstufe (10), an deren Eingängen direkt das Ausgangssignal des Analog/Digital­ wandlers (7) sowie das Ausgangssignal des Zeitgliedes (8) jeweils liegen, wobei die Referenzstufe (10) mit dem Alarmgeber des Gefahrenmelders verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Analog/Digitalwandler (7) und die Referenzstufe (10) aus Flip-Flopschaltungen jeweils bestehen und das Zeitglied (8) ein Monoflop mit einstellbarer Zeitkonstante ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Referenzstufe (10) und den Alarmgeber ein logisches Verknüpfungsglied (11) geschaltet ist, an dessen anderem Eingang Toggeltaktsignale vom Relaiskontakt des Alarmgebers liegen, die zur Selbstüber­ wachung des Relaiskontaktes dienen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zeitglied (8) ein Rechteckoszillator oder ein Monoflop ist.