专利名称：采样速率可变的检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境状况检测器。更具体地，本发明涉及具有可变采样速率的光电式烟雾检测器。
烟雾检测器广泛用于提供对受到监测的区域中潜在或实际的失火状况的报警。光电式烟雾检测器间歇地在一个烟雾室内部采样。
已知的光电式检测器在静止状态以第一速率采样烟雾房间。在采样的烟雾超过了预设的阈值时增加采样速率。如果烟雾的电平超过为某些附加采样所设的阈值时，指出报警状况。
尽管已知的检测器确实提供可变的采样速率，但仅对应预定的烟雾浓度。人们希望即使对较低烟雾浓度也能够改变速率而不需要额外的功率，该功率是在相对较高的采样速率连续工作所可能要求的。最好这个附加的功能可以不增加大量的投资和制造的复杂性就能达到。
本发明提供以预定速率采样环境状况的检测器。该检测器中的电路在接收到采样值后进行分析。假如该数值符合预定的分布图，如正在发展的火灾的分布图，则采样速率将增加。
一方面，该电路识别当前基于对来自环境状况传感器的采样的处理的预定分布图。例如，如果相邻的三个幅值连续增大，则增大采样速率。如果相邻四个幅值连续增大，则再次增大采样速率。
辨认预建立的分布图并响应该分布图增大采样速率具有有益效果。其他处理，像平滑采样值以消除无关的噪声或进行其他形式的初步处理将由于增大采样速率而加速其过程。
本装置和处理还有另外的优点，即每个检测器的平均功率消耗仅在类似于所检测的状况已经增加时才需要增大。在拥有大量检测器的系统中，降低平均功率或电流的能力是特别有利的。
还有一方面，其他可用来产生增大采样速率的可辨认分布图包括增大采样振幅的梯度值或采样振幅的积分值。其中的一个可以建立修改采样速率分布图的替代方法是将第二个不同的传感器并入检测器。
来自该第二传感器的输出信号能进行处理。如果辨认出一个所选的分布图，可增大主传感器的采样速率。
以此，如果已辨认出所选分布图，就增加采样速率。如果不再辨认该分布图，这也许是由于环境状况变化造成，则采样速率恢复到休眠值。其结果是平均功率消耗将会下降。
还有一个方面，检测器可以包括多个传感器。这多个传感器可以包括一个燃烧传感器或作为第二传感器的非燃烧传感器。在多于一个燃烧传感器的情况下，如果一个以上的燃烧传感器发出了燃烧状况的提示，则应增大采样速率。在非燃烧传感器的条件下，如果该非燃烧传感器发出了非燃烧状况的提示，则该燃烧传感器的采样速率不增加或减小。
具体的检测器可以包括光电式，光学式传感器和离子式传感器。通常的采样速率为5秒。作为这个例子进行可变采样的方法是a.如果每个传感器检测到潜在燃烧状况，则光学和离子传感器的采样间隔都减少为2.5秒；或b.如果光学传感器检测到潜在燃烧状况，则离子传感器的采样间隔将减少到2.5秒。颠倒的结果是降低光学传感器的采样间隔；或
c.如果两个传感器都检测到燃烧状况，则两个传感器的采样间隔都减少到2秒(其他情况下采样速率不变)；或d.如果每个传感器都检测不到潜在燃烧状况，则采样间隔增大到7.5秒。另外，采样速率可以与所测的状况的指示电平线性增加。例如该采样间隔可能从没有指示时的5秒间隔缩短为有中度指示时的4秒间隔，再缩至较强指示时的3秒间隔。最终，该间隔可能降到指示非常强时的2秒间隔。
该速率可通过将不同数值从公共控制单元下载到检测器中来改变。该公共控制单元可以确定其他装置正在检测的状况并设置系统的余项或决定其他装置增加其采样速率。
还有一个方面，当对采样的信号进行处理或滤波时，该采样速率和处理都可以响应所识别的燃烧分布图而变化。例如，已识别出预定的分布图时a.可以增加采样速率(间隔减少)及改变滤波方式或减少滤波的程度——都促使加快响应；或b.可以减少采样速率——促使加快响应——不改变滤波的形式或程度——因而提供有关环境状况发展的更多信息和更大辨别率；或c.有两个传感器时，如果一个传感对混乱的信号发生响应或导致状况的错误报警，则两个传感器的采样速率都可能增加，同时增加一个或两个传感器输出的滤波来使错误报警减到最小。
通过对本发明和有关实施例的以下详细说明及权利要求和附图的说明，本发明的其他大量优点和特点将很容易了解。
附图中
图1是依据本发明的系统的框图；图2是用于图1系统中的环境状况检测器的框图；图3是用于说明对来自图2所示型式的检测器信号进行处理的曲线图。
图4是另一种用于图1系统的检测器的框图；图5A说明了未处理的检测器输出与经过滤波的输出信号相对于时间变化的对应关系图；图5B说明了采用与图5A情况相同的滤波梯度，增大采样速率时的效果；而图5C说明了用附加处理增加采样速率以提供比在图5A的情况更高的燃烧识别程度，同时其间隔时间不变的条件下的综合效果。
本发明容许有许多不同形态的实施，而在图中显示和在本文的具体实施例中详细说明的内容，应明白的认识到，在此公开的只是本发明原理的一个示范例子，而不应试图将本发明限制于说明的具体实施例中。
图1显示了能够用来监控处在要监控的一个或多个区域中的多种状况的系统10。该系统10包括一个公共控制单元12，该单元可执行一个或多个相互连接的程序控制器和相应的预先存储的指令。
该单元12包括用于连接的，例如连接到通信装置14的接口，在图1所示只是作为示例目的的电缆或光缆。另外，该系统10可以如采用无线电射频或红外线，通过收发信机16(图1中的虚框表示)和天线16a来实现无线通信。
与装置14连接的是多个环境状况检测器18和多个控制或功能单元20。应当明白，各组元件18和20相对于装置14的有关配置不是发明的内容。该组件18的元件可以包括入侵传感器，位置传感器，煤气传感器，燃烧传感器如感烟器，热量传感器或类似的传感器，及气体传感器，所有这些没有限制。而组件20的元件可以包括电磁操作的控制或功能执行单元，显示装置，打印机或类似的设备。
在系统10中包含无线通信装置时，无线单元的组件22可以通过收发信机16双向通讯。该组件22可以包括但不限于环境状况检测器，还有如上所述的控制或功能执行装置，但不限于此。
通过连接装置24，作为例子，图中所示为一对电缆，控制单元12还连接一组输出装置26。这些装置可以包括音频的或视频的输出装置但不限于此，话音输出装置和类似设备。该装置组26打算用来播发信息，该信息可能指出在一个或多个预定的区域出现报警状况。
图2所示为在组件18中的举例元件18n的框图形式。元件18n是一个环境状况检测器，包括有环境状况传感器40。
该传感器40可以包括但不限于烟雾传感器，如光电传感器、离子传感器，气体传感器、湿度传感器或类似设备。来自传感器40的输出值通过线路40a与分布图检测电路42连接。
传感器40在静止工作状态，可以以一定的休眠速率断续的启动将采样输出值送至线路40a。或者，也可以将线路40a上的信号以休眠速率采样。
分布图检测电路42用来分析来自传感器40，线路40a的输出值，以建立存在报警状况的可能性(例如，火灾可能性或危险气体可能性)是否在预设的阈值，如预报警状况之前出现超限额情况。当电路42检测到一个适当的分布图时，采样速率确定电路46—与分布图检测电路42相连—产生变化，增加对线路41a上的信号的采样速率，使采样速率由休眠速率到达一个更高的预定速率。
采样速率的改变可以通过将模拟电路如电压控制振荡器或数字电路如计数器和所有不偏离本发明范围的类似电路并入到电路46中达到。还应明确，其他类型的采样速率改变电路也属于本发明的范围。电路46可以断续地启动传感器40或提供开关信号以提取线路40a上的信号，所有这些都不偏离本发明的范围。
通过电路46，从传感器40的信号的采样速率可以对应于检测的潜在报警状况而增加，检测器18n对所检测的环境状况的响应将要加快。此外，由于在检测器18n以较低采样速率工作时，不存在检测的分布图，用于检测器18n所需的平均功率应较小，从而节省了能源。
分布图检测电路和采样速率确定电路42，46都与局部控制电路48连接。控制电路48又能控制信号处理电路50的工作。该处理电路50能够提供各种对来自传感器40的信号的处理或滤波。这些处理是在将信号通过接口电路52连接到连接装置14或无线收发信机52a之前进行的。
应进一步明确，该处理电路50可以全部或部分地在检测器18n中执行，也可以全部或部分地在公共控制单元12中执行，不会偏离本发明的范围。一种预处理的形式由Tice等人公开于美国专利号5736928中，并已转让给本发明的受让人，题目为预处理装置和方法，在此做为参考引入。三种采样处理，称为最小三个(min-3)处理在该专利中进行了说明和描述。
此外，在线路50上的经过处理的输出值可以连接到比较器54a，b上。应当明确，比较器54a，b可以在检测器18n中以硬件或软件运行。还有，在公共控制单元12中也可提供这个功能。
若用传感器40检测火灾状况存在与否，预报警比较器54a对比线路50a的处理后传感器输出值和预报警阈值54a-1，以便提供可能存在火灾状况的指示。此外，处理后的传感器输出值在比较器54b中还与报警阈值54b-1比较，该值指示出确实存在火灾的报警指示值。这个指示值能通过组件26得到，必须供应。应该明确，在所有不偏离本发明范围的前题下，其他改变也能包括在图2中说明的预报警阈值和报警阈值之中。
由于分布图检测电路42用来记录一个环境状况发展过程，能进行各种分析研究。能得到一个基于传感器输出信号改变率的分布图。例如，电路42可以检测当前在线路40a上的振幅增大值的存在。这个速率可以与预设定速率对比。如果线路40a上假定振幅值为随机分布，则不存在有意义的分布图。因此，可以建立以6秒为级的，相对较长的休眠采样间隔。
如果在线路40a上的信号显示为三个连续采样值的振幅增加，则采样间隔可从6秒降为2秒而不考虑线路40a上的振幅值。同样，如果需要，如果为4个连续采样的振幅增加，则采用间隔可以从2秒间隔降为1秒间隔。其结果是，处理电路50将收到明显更高速率的采样。然后这些采样将在检测器18n中或是在公共控制单元12中进行分析以确认报警状况的存在。
应明确，也可使用其他类型的分布图检测方式，而不会偏离本发明的范围。例如，传感器输出信号可以对时间积分或求平均值来建立分布图。
图3包括一个曲线图，用来解释上述处理，在此分布图检测器42对应于在线路40a上的三个连续增大振幅值。如图3所示，当线路40a上的来自传感器40的输出值显示为随机值时，在2秒到20秒的时间区间中，使用了6秒间隔的休眠采样速率。在26秒处，对应于检出了三个连续增加的振幅值，电路42测出了初步的潜在火灾分布图。在26秒处，分布图检测电路42使采样速率确定电路46，从6秒间隔转换为2秒间隔。
51a表示在线路50a上并假定采样速率没有增加时经过处理的输出值，51b表示对应于缩短采样间隔时，在线路50a上的经过处理的采样值。作为例子，该处理电路50进行的是与Tice等人的专利相同类型的最小三个(min-3)处理方法。
如图3中所示，作为具有在26秒处增加采样速率的结果，线路50a上的经过处理的值，曲线51b越过预报警阈值PRTH的时刻比采样速率没有增加的51a曲线越线处更早。同样，线路50a上经处理的信号越过报警阈值ALTH的时刻也比没有增加采样速率的情况更早。因此，不仅由于在休眠周期过程中降低每个检测器的采样速率，导致本发明的装置和处理需要的能量更低，而且由于在检测到环境状况开始变化时的采样速率较高而产生更短的响应间隔。一旦检测到初步的燃烧分布图，用更高的采样速率具有比预定燃烧分布图更能反映实际火灾存在可能的优点。
应理解，图2中通过50和54a，b的电路42可以全部或部分的通过程序处理器56(虚框所示)在检测器18n中执行。
图4示意了根据此方法的另一种检测器18p。检测器18p合并了第一和第二环境状况传感器60a，60b。传感器输出值在各自的线路62a和62b上连接到分布图检测电路64上。
在检测器18p中，分布图检测电路利用线路62b上的信号建立传感器60a的采样速率。电路64使用线路62a上的采样建立传感器60b上的采样速率。
分布图确定电路64与传感器60a和60b各自的速率确定电路66a，b连接。来自传感器60a，b的输出值连接到处理电路68，该电路采用上文讨论过的，记录为Tice等人的专利的方法，并随后通过接口电路70连接到连接装置14或通过收发信机70a以无线方式传给控制单元12。
例如，分布图确定电路64通过速率确定电路66a，b可以建立清洁空气或休眠状况的5或6秒的采样间隔。如果举例来说，传感器60a是光学式烟雾传感器而60b是离子式烟雾传感器，烟雾检测电平的增加表示了潜在的燃烧状况。通过电路66a，b改变采样可以按以下方式进行如果传感器60a或60b供给分布图确定电路64的输出值与一个潜在的燃烧分布图对应，则两个传感器60a，60b的采样速率可以通过将采样间隔从5～6秒的数量级减少到2.5～3秒的数量级来增加。或者，如果传感器都不产生指示一个燃烧发展过程的分布图的信号时，电路64与速率确定电路66a，b综合，最终通过将采样间隔增加为7.5～8秒的水平来降低采样速率。
应明白，分布图检测电路64可以检测传感器输入的改变速率以建立当前的预定分布图。或者，检测电路64可以按任何其他的不偏离本发明范围的燃烧分布图形式运行。
图5A～5C所示为当采样速率增加时改变处理方法的结果。这是一个运用于烟雾检测器的例子，而且可以实际应用到但不限于任何其他种类的环境状况检测器上。
图5A的曲线表示经过处理的输出值输出值(t)＝输出值(t-1)×0.5+未处理值RAW(t)×0.5当采样速度不增加时，(未处理值(t)是来自烟雾传感器的未处理信号)。所得输出为阶梯函数形状。最终值在60秒时达到550。
图5B的曲线表示输出值采用除采样速率增加5倍之外，其他与上相同的处理时的输出值。现在输出值的分辨率更高并得到更好的指示燃烧的分布图，但仍有一个超出分布图之外的大尖峰。最终值在60秒时达到600。
图5C的曲线表示当采样速率增加时引入附加的处理(min3)后的处理过的输出值。该min3处理从处理后的“输出”信号中消除了经过上述的滤波处理后的尖峰结果。min3处理后的输出信号表现出加强的燃烧分布图。
附加的处理改进了在增加采样速率时，从杂乱的信号中分辨燃烧的能力。该数值在60秒时仍然超过550，从而不会严重损害图5A的响应时间。如图示，当改变采样速率时改变处理方法可以明显的改善所有性能。
与改变的采样速率相关的处理方法的改变可以简便的改变滤波的种类或梯度，或可以通过加入新的途径来实现，这个途径中的处理工作通过基于命令的指令软件来执行。
如前所述，在不偏离本发明精神和范围的前提下，可以进行多种改变和修改。在此说明和图示的装置不应理解为对本发明进行限制。本发明的范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种电气单元，包括用于产生指示所测状况的输出值的环境状况传感器；与该传感器连接的控制单元，其中该单元包括以第一速率采样该传感器输出并产生采样输出信号的电路；确认电路，用于确定采集的输出值是否显示预定的非阈值基础的分布图；和响应该分布图，将采样速率增加为更高的第二速率的电路。
2.如权利要求1所述的单元，其特征在于该控制单元包括可编程序控制器，该控制器具有响应当前输出值的分布图而将采样速率从第一速率增加为第二速率的指令。
3.如权利要求2所述的单元，其特征在于确认电路包括确定响应所采样值的分布图的指令，表示增加的振幅或超出所选第一值的输出值的采样振幅值的梯度。
4.如权利要求2所述的单元，其特征在于该确认电路包括存储单元，其中存储定义预定分布图的信息，而且其中存储响应传感器的采样输出，对应于预先存储的信息而将采样速率增加为第二速率的指令。
5.如权利要求1所述的单元，其特征在于该确认电路包括图形识别电路，用来确定输出值中存在着分布图。
6.如权利要求1所述的单元，其特征在于包括至少一个不同的第二传感器，该传感器生成第二输出值并包括与该确认电路相连的接口电路，分布图的确定至少部分基于该第二输出值。
7.如权利要求6所述的单元，其特征在于该确认电路包括用来调节电路，响应于至少部分基于第二输出的分布图而调节第一输出值采样速率，并响应于至少部分基于第一输出的分布图而调节第二输出值采样速率。
8.如权利要求6所述的单元，其特征在于该环境状况传感器包括烟雾传感器，而第二传感器包括从烟雾传感器，气体传感器，湿度传感器，热传感器，灰尘传感器和速度传感器中选取的传感器。
9.如权利要求7所述的单元，其特征在于该确认电路包括可编程序处理器和一组与之连接的相关确认指令，其中的采样速率调节电路包括连接该处理器的修改指令。
10.如权利要求1所述的单元，包括处理所采样的输出值，从而产生经过处理的输出值的电路，其中，该处理可响应增加的采样速率改变。
11.如权利要求10所述的单元，其特征在于该处理包括对采样的输出值进行滤波，且此滤波可响应增加的采样速率改变。
12.根据权利要求8所述的处理方法，包括检测第一环境状况并生成第一输出值；检测第二环境状况并生成第二输出值；建立对于第一输出值的第一采样速率；响应第二输出值修改第一输出值的采样速率。
13.如权利要求12所述的处理方法，包括为第二输出值建立初始采样速率；响应第一输出值修改第二输出值的采样速率。
14.如权利要求12所述的处理方法，其中该修改步骤包括分析第二输出值以确定所选的图形是否适当。
15.如权利要求13所述的处理方法，其中该第二输出值修改步骤包括分析第一输出值以确定所选的图形是否适当。
全文摘要
包括环境状况传感器的检测器。来自该传感器的输出值在该输出值不表示报警状况时,以预定的速率进行采样。该输出值采用图形辨认技术来确定是否存在先于当前报警状况的预定分布图。当该分布图被检测出来,则采样速率随适当的采样值处理而增加。该检测器包括与传感器连接的可编程处理器。该处理器包括图形辨别指令来检测预定分布图。该处理器还包括响应所测分布图改变采样速率的指令。可以加第二传感器提供采样速率改变信号。
文档编号G08B23/00GK1250200SQ99119759
公开日2000年4月12日 申请日期1999年9月30日 优先权日1998年10月1日
发明者李·D·泰斯 申请人:彼特威公司