无声地监控警报发声器的装置和方法
【专利摘要】公开了无声地监控警报发声器的装置和方法。可使用可变频率方波来无声地监控合并压电输出换能器的警报发声器。接近人听力的上限的初始频率耦合到发声器。换能器在该初始频率处汲取非常少的电流。方波的频率被系统地减小，且所汲取的电流被连续监控。高电流指示低阻抗类型的故障。贯穿频率范围的低电流指示潜在的高频类型的故障。
【专利说明】无声地监控警报发声器的装置和方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及可听警报指示输出设备或发声器。更具体地，本申请涉及警报发声器的基本上无声的监控。
【背景技术】
[0002]现代模拟可寻址火灾警报系统使用由微控制器控制的很多回路供电警报发声器来警告在被保护区域中的人火灾警报条件的存在。很多警报发声器使用压电换能器(压电器件)来减少在警报条件中发声器的电流消耗。一般，这些模拟可寻址系统可针对故障连续地监控在每个可寻址回路上的所有分站(outstat1n)类型，以确保可依赖该系统来检测火灾并警告人。在警报发声器的情况下，通常只可在警报状态中在对系统的常规测试期间接通和检验实际发声器输出。
[0003]虽然连续地检验警报发声器可实际上提供其正确的输出将是极大的益处，但是后台监控总是证明难以成功地实现，特别是使用利用压电元件的发声器。在已知系统中，复杂的监控波形需要产生，使得后台监控通常只在语音变体上是可用的。然而，因为在后台监控期间的相对大的声输出总是证明是不可避免的，它在例如卧室中的使用是明确地不可接受的。
[0004]保证发声器的可靠故障检测的一种方式将是要求监控频率固定在相对低的带内频率处。该配置将产生高到足以提供可靠的辨别的监控电流。然而这将阻止监控是无声的，且它将限制其一般使用。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种警报发声器，包括:壳体；D类放大器(class-D amplifier)，其耦合到压电换能器，所述放大器和所述换能器承载在所述壳体中；以及控制电路，其耦合到所述放大器，由此，监控波形在初始选定的高频处以基本上人听力听不见的低频信号包络耦合到所述放大器，其中多个下降的频率被施加，换能器电流在每个所述频率处被测量。
[0006]根据本发明的另一个方面，提供了一种警报发声器，其包括用可变后台监控波形来驱动压电换能器的D类放大器，所述可变后台监控波形初始被设置在基本上超过预定的音频频带的端部的第一频率。
[0007]根据本发明的又一个方面，提供了一种监控换能器的操作的方法，包括:产生可变频率方波；用所述方波驱动压电换能器；当频率正被改变时监控换能器电流；以及确定所述电流是否指示所述换能器的预期操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是关于此的实施例的方框图；
图2是图1的实施例的操作的方面的流程图；以及图3是图2的方法的额外方面的流程图。
【具体实施方式】
[0009]虽然所公开的实施例可采取很多不同的形式，关于此的特定实施例在附图中示出并将在本文被详细描述，应理解，本公开应被考虑为关于此的原理的范例以及实施其的最佳模式，且并不打算将关于此的权利要求限制到所示的特定实施例。
[0010]可为使用D类驱动放大器的火灾警报压电发声器提供根据此的无声监控，D类驱动放大器通常产生在500Hz和IKHz之间的引起注意音调。通常也产生贯穿音频带的明显较高的谐波，且可选地，发声器可用于产生语音消息。D类放大器使用音频输出，其提供压电换能器作为滤波电容器。通常通过调节馈送至连接到放大器的存储电容器的供应电压来控制音量。
[0011]可通过周期性产生在接近大约20 KHz的听力的上限的频率处开始的高频方波来实现无声监控。放大器被设置到最大音量，且然后到放大器的电源导轨被关闭，允许放大器由耦合到电源导轨的本地存储电容器激励。
[0012]由于压电器件在远在语音频带之外并高于放大器的上转角频率的频率处被驱动，通常放大器将汲取小电流。这也使得放大器使监控频率衰减，所以它变得听不见。在固定时期内在存储电容器上的电压的降低与所使用的电流直接成比例，并由在警报发声器中的可包括微控制器的本地控制电路监控。
[0013]如果压电元件或放大器汲取非常高的电流，则这明确是低阻抗类型的故障，并因而可容易被本地控制电路检测。如果电流低于预期，则这可以是高阻抗类型的故障；然而它也可能归因于放大器的非常高的效率、在该高频处其阻抗的变化或归因于特定的压电元件和所使用的存储电容器的部件变化。虽然所有变化最初可在制造期间被校准，但是已知部件值将随着温度和年限的影响而改变。
[0014]在关于此的一个方面中，警报发声器以下降的频率阶跃产生低于20KHz的方波监控频率，在阶跃之间的过渡被谨慎地控制以最小化音频内容。如果足够但未过量的监控电流可以在任何阶跃处被检测到，则该过程将停止且测试将通过，然而如果电流总是太小，则测试将只在充分(well)在音频频带内的驱动频率处停止和失败。
[0015]该优化技术的总效果是产生优选的监控频率，其将可靠地监控发声器并给出最低可能的音频输出且因此给出最低打扰。如果发现开路类型的故障，则发声器将实际上在其最大音量下并在驱动频率处被测试，驱动频率与在警报期间发声器的正常操作一致。在这种情况下，实际故障必然存在是确定性的，然而甚至这也将是无声测试。
[0016]图1示出根据此的合并一个或多个警报发声器的无声测试的警报/监控装置10的方框图。图2和图3分别示出测试这样的发声器的方法100、200的方面。
[0017]装置10包括警报/监控控制单元或本领域中的技术人员通常已知的类型的面板12。单兀12经由介质16与多个(14)基本上相同的警报发声器14a、14b...14i...14η进行双向通信。介质16可例如被实现为电气电缆。
[0018]单元12可将信息和命令传递到多个14连同烟雾、火灾或侵入检测器的成员并从多个14连同烟雾、火灾或侵入检测器的成员接收信息，而没有限制地如将在监控区域R并向该区域中的个人提供警报相关信息中使用。
[0019]发声器14i代表多个14的成员。其描述也将足够用于多个14的其它成员。
[0020]发声器14i由可安装在区域R中的表面上的壳体20承载以提供可听警报指示输出。发声器14i经由介质16从单元12接收命令和其它信息连同电能。发声器14i也可经由介质16和接口电路12a将状态或测试结果传递到单元12。如果期望的话，发声器14i可与单元12进行无线通信并从本地源接收其电能，而没有限制。
[0021]发声器14i的壳体20承载可编程控制单元或微控制器22a连同预先存储的控制软件22b。壳体20还承载音量控制电路24、存储电容器28、监控电路30、D类放大器32、压电可听输出换能器34和A/C负载36。
[0022]在如下讨论的操作中，当警报发声器不是活动的时，微控制器22a使用测试信号对警报发声器14i周期性地进行后台测试，以确定它是否能够在需要时给出音频警报。该测试信号在接近20 KHz的听不见的高初始频率处开始。首先，在进一步关于图3讨论的校准测试200中测量由D类放大器32、监控器电路30花费的静态电流和存储电容器28的滞留时间(hold-up time)。
[0023]微控制器22a如在202那样使用驱动音量控制电路24的PWM控制线路40来将音量设置到0%。音量控制电路24在线路26上向D类放大器32供应电压供应电平，并因此控制其音量。微控制器22a接着如在204的20KHz的初始起始频率处如在206那样将PWM驱动频率、线路40a设置到刚好小于0.5%的非常低的占空比。在该阶跃改变中产生的音频包络被下列事实掩蔽:音量被设置到0%。
[0024]音量接着如在208那样使用PWM控制线路40在若干秒内斜升到其最大100%水平，使得出现在D类放大器32的输出上的包络的频率内容太低而听不见。存储电容器28现在被充电到其最大电压，其等于可从介质16得到的已调节输入电压42。微控制器22a现在如在210那样通过将PWM控制线路40设置到0%而断开音量控制电路24。
[0025]存储电容器28现在以取决于电容器28的实际值、由D类放大器32的有限开关损耗引起的动态负载和静态电路负载的速率缓慢地放电。由于D类放大器326的非常小的占空比，压电换能器34几乎不引起负载。
[0026]如在212那样在大约一秒放电期之后，微控制器22a如在214那样使用连接到ADC端口线路44的模数转换器测量监控器电路30。该校准读数被称为ADC1，且可以是一起被平均以对噪声滤波的多个样本的结果。也应理解，该ADCl值也可被检查以查看它是否在预期范围内，使得很多其它硬件故障可被确定。
[0027]关于图2，从图3的校准测试继续下去，初始测试频率的占空比如在102那样缓慢地增加到50%以产生方波驱动波形，且音量也如在104那样由微控制器22a缓慢地增加到最大100%。在这两种情况下，变化速率被限制，使得来自D类放大器32的频率内容保持听不见。对于该特定的频率，D类放大器32的输出现在对于压电换能器34处于最大驱动功率。微控制器22a现在如在106那样断开音量控制电路24，使得存储电容器28将以主要由来自压电换能器34的负载确定的较高速率放电。
[0028]如在108那样在大约一秒之后，微控制器22a使用连接到ADC端口线路44的模数转换器测量监控器电路30。该读数被称为ADC2，如在110的，并可以是一起被平均的多个样本的结果。
[0029]小A/C负载36可非对称地放置在压电换能器34上以增加其高频负载，且D类放大器32可使用单端输出38仅在压电换能器34的相对侧上被驱动。A/C负载36可以仅仅是电容器，与压电换能器的电容相比较具有小的值。
[0030]微控制器22a现在从第一测试测量ADC2移除校准值ADCl，给出差量(delta)测量以确定警报发声器的负载阻抗。如果差量测量太高，如在112的，则它指示由低阻抗故障引起的过高电流，这归因于压电换能器34或D类放大器32有故障。微控制器22a接着向控制面板12报告回短路故障存在于警报发声器14i上，如在114那样。
[0031]然而如果差量测量太低，则不一定意味着开路故障已出现，它可能是由在这样的高频处驱动压电换能器34的D类放大器32引起的负载刚好太小而不能可靠地测量，因为测试频率远在例如14i的警报发声器的正常操作范围之外。
[0032]如果差量测量太低，如在116的，则微控制器22a经历以下过程以得到ADC2的新值:将测试频率减小一小数量(比如I KHz)并重复上面的测试测量(如在104-110那样)。当测试频率移动得更接近警报发声器的正常操作频率时，则D类放大器32由于压电换能器34而花费的负载电流必须增加，如果警报发声器实际上是无故障的。当微控制器22a检测到开路不存在时，它将于是完成无声监控。这将处于确切地最小化音频输出噪声并最大化测量的鲁棒性的频率。
[0033]然而如果差量测量在每个新测试频率太低且测试频率已达到警报发声器的正常操作频率范围，比如例如低至3KHz，则在该最小频率处实际开路故障必然存在是确定性的，且微控制器22a将停止测试并将开路故障报告给控制面板。注意，在该条件中，监控也被维持无声，即使当测试频率充分在音频频带内且在其最大音量处也是如此。
[0034]假设警报发声器的成功测试结果是未找到故障，则方波测试频率继续保持大约10秒，如在120的，使得在微控制器22a斜变而关断测试频率以结束测试之前，存储电容器28完全放电，即，D类放大器32落到0%音量，如在122的。该过程再次确保音频包络的频率内容被掩蔽。
[0035]从前述内容中将观察到，很多变型和修改可被实施，而不偏离本发明的精神和范围。应理解，并不意图有或应当推断出针对本文说明的特定装置的限定。当然，意图由所附权利要求覆盖落入权利要求的范围内的所有这样的修改。此外，在附图中描绘的逻辑流程不要求所示的特定的次序或顺序次序来获得期望的结果。可以提供其他步骤，或可以从描述的流程中消除步骤，并且其他部件可以添加到描述的实施例中或从中移除。
【权利要求】
1.一种警报发声器，包括: 壳体； D类放大器，其耦合到压电换能器，所述放大器和所述换能器承载在所述壳体中；以及控制电路，其耦合到所述放大器，由此，监控波形在初始选定的高频处以基本上人听力听不见的低频信号包络耦合到所述放大器，其中多个下降的频率被施加，换能器电流在每个所述频率处被测量。
2.如权利要求1所述的发声器，其与移位区域性监控控制单元通信。
3.如权利要求1所述的发声器，其中所述控制电路执行初始校准过程来建立参考值。
4.如权利要求1所述的发声器，其中当预定的电流值被检测到时过程终止，且其中本地电容器提供电流流动以驱动所述放大器。
5.如权利要求4所述的发声器，其中所述控制电路在一段时间内监控电容器电压并从其建立电流流动。
6.如权利要求1所述的发声器，其中所述控制电路包括耦合到存储电容器的音量控制电路。
7.如权利要求6所述的发声器，其中所述存储电容器的衰减时间参数被测量。
8.如权利要求7所述的发声器，其包括增加驱动所述换能器的测试信号的占空比。
9.如权利要求8所述的发声器，其包括增加测试周期的音量参数。
10.一种警报发声器，其包括用可变后台监控波形来驱动压电换能器的D类放大器，所述可变后台监控波形初始被设置在基本上超过预定的音频频带的端部的第一频率。
11.如权利要求10所述的发声器，其中所述波形包括方波。
12.如权利要求11所述的发声器，其包括电容器，其中在所述电容器上的电压衰减指示发声器监控电流。
13.如权利要求12所述的发声器，其中衰减的电压至少间歇地被监控以测量发声器音频产生电流。
14.如权利要求13所述的发声器，其中波形频率间歇地减小，同时继续监控所述发声器音频产生电流。
15.一种监控换能器的操作的方法，包括: 产生可变频率方波； 用所述方波驱动压电换能器； 当频率正被改变时监控换能器电流；以及 确定所述电流是否指示所述换能器的预期操作。
【文档编号】G08B29/00GK104424731SQ201410423457
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】M.巴森 申请人:霍尼韦尔国际公司