專利名稱：采樣速率可變的檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境狀況檢測器。更具體地，本發(fā)明涉及具有可變采樣速率的光電式煙霧檢測器。
煙霧檢測器廣泛用于提供對受到監(jiān)測的區(qū)域中潛在或?qū)嶋H的失火狀況的報警。光電式煙霧檢測器間歇地在一個煙霧室內(nèi)部采樣。
已知的光電式檢測器在靜止?fàn)顟B(tài)以第一速率采樣煙霧房間。在采樣的煙霧超過了預(yù)設(shè)的閾值時增加采樣速率。如果煙霧的電平超過為某些附加采樣所設(shè)的閾值時，指出報警狀況。
盡管已知的檢測器確實(shí)提供可變的采樣速率，但僅對應(yīng)預(yù)定的煙霧濃度。人們希望即使對較低煙霧濃度也能夠改變速率而不需要額外的功率，該功率是在相對較高的采樣速率連續(xù)工作所可能要求的。最好這個附加的功能可以不增加大量的投資和制造的復(fù)雜性就能達(dá)到。
本發(fā)明提供以預(yù)定速率采樣環(huán)境狀況的檢測器。該檢測器中的電路在接收到采樣值后進(jìn)行分析。假如該數(shù)值符合預(yù)定的分布圖，如正在發(fā)展的火災(zāi)的分布圖，則采樣速率將增加。
一方面，該電路識別當(dāng)前基于對來自環(huán)境狀況傳感器的采樣的處理的預(yù)定分布圖。例如，如果相鄰的三個幅值連續(xù)增大，則增大采樣速率。如果相鄰四個幅值連續(xù)增大，則再次增大采樣速率。
辨認(rèn)預(yù)建立的分布圖并響應(yīng)該分布圖增大采樣速率具有有益效果。其他處理，像平滑采樣值以消除無關(guān)的噪聲或進(jìn)行其他形式的初步處理將由于增大采樣速率而加速其過程。
本裝置和處理還有另外的優(yōu)點(diǎn)，即每個檢測器的平均功率消耗僅在類似于所檢測的狀況已經(jīng)增加時才需要增大。在擁有大量檢測器的系統(tǒng)中，降低平均功率或電流的能力是特別有利的。
還有一方面，其他可用來產(chǎn)生增大采樣速率的可辨認(rèn)分布圖包括增大采樣振幅的梯度值或采樣振幅的積分值。其中的一個可以建立修改采樣速率分布圖的替代方法是將第二個不同的傳感器并入檢測器。
來自該第二傳感器的輸出信號能進(jìn)行處理。如果辨認(rèn)出一個所選的分布圖，可增大主傳感器的采樣速率。
以此，如果已辨認(rèn)出所選分布圖，就增加采樣速率。如果不再辨認(rèn)該分布圖，這也許是由于環(huán)境狀況變化造成，則采樣速率恢復(fù)到休眠值。其結(jié)果是平均功率消耗將會下降。
還有一個方面，檢測器可以包括多個傳感器。這多個傳感器可以包括一個燃燒傳感器或作為第二傳感器的非燃燒傳感器。在多于一個燃燒傳感器的情況下，如果一個以上的燃燒傳感器發(fā)出了燃燒狀況的提示，則應(yīng)增大采樣速率。在非燃燒傳感器的條件下，如果該非燃燒傳感器發(fā)出了非燃燒狀況的提示，則該燃燒傳感器的采樣速率不增加或減小。
具體的檢測器可以包括光電式，光學(xué)式傳感器和離子式傳感器。通常的采樣速率為5秒。作為這個例子進(jìn)行可變采樣的方法是a.如果每個傳感器檢測到潛在燃燒狀況，則光學(xué)和離子傳感器的采樣間隔都減少為2.5秒；或b.如果光學(xué)傳感器檢測到潛在燃燒狀況，則離子傳感器的采樣間隔將減少到2.5秒。顛倒的結(jié)果是降低光學(xué)傳感器的采樣間隔；或
c.如果兩個傳感器都檢測到燃燒狀況，則兩個傳感器的采樣間隔都減少到2秒(其他情況下采樣速率不變)；或d.如果每個傳感器都檢測不到潛在燃燒狀況，則采樣間隔增大到7.5秒。另外，采樣速率可以與所測的狀況的指示電平線性增加。例如該采樣間隔可能從沒有指示時的5秒間隔縮短為有中度指示時的4秒間隔，再縮至較強(qiáng)指示時的3秒間隔。最終，該間隔可能降到指示非常強(qiáng)時的2秒間隔。
該速率可通過將不同數(shù)值從公共控制單元下載到檢測器中來改變。該公共控制單元可以確定其他裝置正在檢測的狀況并設(shè)置系統(tǒng)的余項(xiàng)或決定其他裝置增加其采樣速率。
還有一個方面，當(dāng)對采樣的信號進(jìn)行處理或?yàn)V波時，該采樣速率和處理都可以響應(yīng)所識別的燃燒分布圖而變化。例如，已識別出預(yù)定的分布圖時a.可以增加采樣速率(間隔減少)及改變?yōu)V波方式或減少濾波的程度——都促使加快響應(yīng)；或b.可以減少采樣速率——促使加快響應(yīng)——不改變?yōu)V波的形式或程度——因而提供有關(guān)環(huán)境狀況發(fā)展的更多信息和更大辨別率；或c.有兩個傳感器時，如果一個傳感對混亂的信號發(fā)生響應(yīng)或?qū)е聽顩r的錯誤報警，則兩個傳感器的采樣速率都可能增加，同時增加一個或兩個傳感器輸出的濾波來使錯誤報警減到最小。
通過對本發(fā)明和有關(guān)實(shí)施例的以下詳細(xì)說明及權(quán)利要求和附圖的說明，本發(fā)明的其他大量優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將很容易了解。
附圖中

圖1是依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖；圖2是用于圖1系統(tǒng)中的環(huán)境狀況檢測器的框圖；圖3是用于說明對來自圖2所示型式的檢測器信號進(jìn)行處理的曲線圖。
圖4是另一種用于圖1系統(tǒng)的檢測器的框圖；圖5A說明了未處理的檢測器輸出與經(jīng)過濾波的輸出信號相對于時間變化的對應(yīng)關(guān)系圖；圖5B說明了采用與圖5A情況相同的濾波梯度，增大采樣速率時的效果；而圖5C說明了用附加處理增加采樣速率以提供比在圖5A的情況更高的燃燒識別程度，同時其間隔時間不變的條件下的綜合效果。
本發(fā)明容許有許多不同形態(tài)的實(shí)施，而在圖中顯示和在本文的具體實(shí)施例中詳細(xì)說明的內(nèi)容，應(yīng)明白的認(rèn)識到，在此公開的只是本發(fā)明原理的一個示范例子，而不應(yīng)試圖將本發(fā)明限制于說明的具體實(shí)施例中。
圖1顯示了能夠用來監(jiān)控處在要監(jiān)控的一個或多個區(qū)域中的多種狀況的系統(tǒng)10。該系統(tǒng)10包括一個公共控制單元12，該單元可執(zhí)行一個或多個相互連接的程序控制器和相應(yīng)的預(yù)先存儲的指令。
該單元12包括用于連接的，例如連接到通信裝置14的接口，在圖1所示只是作為示例目的的電纜或光纜。另外，該系統(tǒng)10可以如采用無線電射頻或紅外線，通過收發(fā)信機(jī)16(圖1中的虛框表示)和天線16a來實(shí)現(xiàn)無線通信。
與裝置14連接的是多個環(huán)境狀況檢測器18和多個控制或功能單元20。應(yīng)當(dāng)明白，各組元件18和20相對于裝置14的有關(guān)配置不是發(fā)明的內(nèi)容。該組件18的元件可以包括入侵傳感器，位置傳感器，煤氣傳感器，燃燒傳感器如感煙器，熱量傳感器或類似的傳感器，及氣體傳感器，所有這些沒有限制。而組件20的元件可以包括電磁操作的控制或功能執(zhí)行單元，顯示裝置，打印機(jī)或類似的設(shè)備。
在系統(tǒng)10中包含無線通信裝置時，無線單元的組件22可以通過收發(fā)信機(jī)16雙向通訊。該組件22可以包括但不限于環(huán)境狀況檢測器，還有如上所述的控制或功能執(zhí)行裝置，但不限于此。
通過連接裝置24，作為例子，圖中所示為一對電纜，控制單元12還連接一組輸出裝置26。這些裝置可以包括音頻的或視頻的輸出裝置但不限于此，話音輸出裝置和類似設(shè)備。該裝置組26打算用來播發(fā)信息，該信息可能指出在一個或多個預(yù)定的區(qū)域出現(xiàn)報警狀況。
圖2所示為在組件18中的舉例元件18n的框圖形式。元件18n是一個環(huán)境狀況檢測器，包括有環(huán)境狀況傳感器40。
該傳感器40可以包括但不限于煙霧傳感器，如光電傳感器、離子傳感器，氣體傳感器、濕度傳感器或類似設(shè)備。來自傳感器40的輸出值通過線路40a與分布圖檢測電路42連接。
傳感器40在靜止工作狀態(tài)，可以以一定的休眠速率斷續(xù)的啟動將采樣輸出值送至線路40a。或者，也可以將線路40a上的信號以休眠速率采樣。
分布圖檢測電路42用來分析來自傳感器40，線路40a的輸出值，以建立存在報警狀況的可能性(例如，火災(zāi)可能性或危險氣體可能性)是否在預(yù)設(shè)的閾值，如預(yù)報警狀況之前出現(xiàn)超限額情況。當(dāng)電路42檢測到一個適當(dāng)?shù)姆植紙D時，采樣速率確定電路46—與分布圖檢測電路42相連—產(chǎn)生變化，增加對線路41a上的信號的采樣速率，使采樣速率由休眠速率到達(dá)一個更高的預(yù)定速率。
采樣速率的改變可以通過將模擬電路如電壓控制振蕩器或數(shù)字電路如計(jì)數(shù)器和所有不偏離本發(fā)明范圍的類似電路并入到電路46中達(dá)到。還應(yīng)明確，其他類型的采樣速率改變電路也屬于本發(fā)明的范圍。電路46可以斷續(xù)地啟動傳感器40或提供開關(guān)信號以提取線路40a上的信號，所有這些都不偏離本發(fā)明的范圍。
通過電路46，從傳感器40的信號的采樣速率可以對應(yīng)于檢測的潛在報警狀況而增加，檢測器18n對所檢測的環(huán)境狀況的響應(yīng)將要加快。此外，由于在檢測器18n以較低采樣速率工作時，不存在檢測的分布圖，用于檢測器18n所需的平均功率應(yīng)較小，從而節(jié)省了能源。
分布圖檢測電路和采樣速率確定電路42，46都與局部控制電路48連接。控制電路48又能控制信號處理電路50的工作。該處理電路50能夠提供各種對來自傳感器40的信號的處理或?yàn)V波。這些處理是在將信號通過接口電路52連接到連接裝置14或無線收發(fā)信機(jī)52a之前進(jìn)行的。
應(yīng)進(jìn)一步明確，該處理電路50可以全部或部分地在檢測器18n中執(zhí)行，也可以全部或部分地在公共控制單元12中執(zhí)行，不會偏離本發(fā)明的范圍。一種預(yù)處理的形式由Tice等人公開于美國專利號5736928中，并已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，題目為預(yù)處理裝置和方法，在此做為參考引入。三種采樣處理，稱為最小三個(min-3)處理在該專利中進(jìn)行了說明和描述。
此外，在線路50上的經(jīng)過處理的輸出值可以連接到比較器54a，b上。應(yīng)當(dāng)明確，比較器54a，b可以在檢測器18n中以硬件或軟件運(yùn)行。還有，在公共控制單元12中也可提供這個功能。
若用傳感器40檢測火災(zāi)狀況存在與否，預(yù)報警比較器54a對比線路50a的處理后傳感器輸出值和預(yù)報警閾值54a-1，以便提供可能存在火災(zāi)狀況的指示。此外，處理后的傳感器輸出值在比較器54b中還與報警閾值54b-1比較，該值指示出確實(shí)存在火災(zāi)的報警指示值。這個指示值能通過組件26得到，必須供應(yīng)。應(yīng)該明確，在所有不偏離本發(fā)明范圍的前題下，其他改變也能包括在圖2中說明的預(yù)報警閾值和報警閾值之中。
由于分布圖檢測電路42用來記錄一個環(huán)境狀況發(fā)展過程，能進(jìn)行各種分析研究。能得到一個基于傳感器輸出信號改變率的分布圖。例如，電路42可以檢測當(dāng)前在線路40a上的振幅增大值的存在。這個速率可以與預(yù)設(shè)定速率對比。如果線路40a上假定振幅值為隨機(jī)分布，則不存在有意義的分布圖。因此，可以建立以6秒為級的，相對較長的休眠采樣間隔。
如果在線路40a上的信號顯示為三個連續(xù)采樣值的振幅增加，則采樣間隔可從6秒降為2秒而不考慮線路40a上的振幅值。同樣，如果需要，如果為4個連續(xù)采樣的振幅增加，則采用間隔可以從2秒間隔降為1秒間隔。其結(jié)果是，處理電路50將收到明顯更高速率的采樣。然后這些采樣將在檢測器18n中或是在公共控制單元12中進(jìn)行分析以確認(rèn)報警狀況的存在。
應(yīng)明確，也可使用其他類型的分布圖檢測方式，而不會偏離本發(fā)明的范圍。例如，傳感器輸出信號可以對時間積分或求平均值來建立分布圖。
圖3包括一個曲線圖，用來解釋上述處理，在此分布圖檢測器42對應(yīng)于在線路40a上的三個連續(xù)增大振幅值。如圖3所示，當(dāng)線路40a上的來自傳感器40的輸出值顯示為隨機(jī)值時，在2秒到20秒的時間區(qū)間中，使用了6秒間隔的休眠采樣速率。在26秒處，對應(yīng)于檢出了三個連續(xù)增加的振幅值，電路42測出了初步的潛在火災(zāi)分布圖。在26秒處，分布圖檢測電路42使采樣速率確定電路46，從6秒間隔轉(zhuǎn)換為2秒間隔。
51a表示在線路50a上并假定采樣速率沒有增加時經(jīng)過處理的輸出值，51b表示對應(yīng)于縮短采樣間隔時，在線路50a上的經(jīng)過處理的采樣值。作為例子，該處理電路50進(jìn)行的是與Tice等人的專利相同類型的最小三個(min-3)處理方法。
如圖3中所示，作為具有在26秒處增加采樣速率的結(jié)果，線路50a上的經(jīng)過處理的值，曲線51b越過預(yù)報警閾值PRTH的時刻比采樣速率沒有增加的51a曲線越線處更早。同樣，線路50a上經(jīng)處理的信號越過報警閾值A(chǔ)LTH的時刻也比沒有增加采樣速率的情況更早。因此，不僅由于在休眠周期過程中降低每個檢測器的采樣速率，導(dǎo)致本發(fā)明的裝置和處理需要的能量更低，而且由于在檢測到環(huán)境狀況開始變化時的采樣速率較高而產(chǎn)生更短的響應(yīng)間隔。一旦檢測到初步的燃燒分布圖，用更高的采樣速率具有比預(yù)定燃燒分布圖更能反映實(shí)際火災(zāi)存在可能的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)理解，圖2中通過50和54a，b的電路42可以全部或部分的通過程序處理器56(虛框所示)在檢測器18n中執(zhí)行。
圖4示意了根據(jù)此方法的另一種檢測器18p。檢測器18p合并了第一和第二環(huán)境狀況傳感器60a，60b。傳感器輸出值在各自的線路62a和62b上連接到分布圖檢測電路64上。
在檢測器18p中，分布圖檢測電路利用線路62b上的信號建立傳感器60a的采樣速率。電路64使用線路62a上的采樣建立傳感器60b上的采樣速率。
分布圖確定電路64與傳感器60a和60b各自的速率確定電路66a，b連接。來自傳感器60a，b的輸出值連接到處理電路68，該電路采用上文討論過的，記錄為Tice等人的專利的方法，并隨后通過接口電路70連接到連接裝置14或通過收發(fā)信機(jī)70a以無線方式傳給控制單元12。
例如，分布圖確定電路64通過速率確定電路66a，b可以建立清潔空氣或休眠狀況的5或6秒的采樣間隔。如果舉例來說，傳感器60a是光學(xué)式煙霧傳感器而60b是離子式煙霧傳感器，煙霧檢測電平的增加表示了潛在的燃燒狀況。通過電路66a，b改變采樣可以按以下方式進(jìn)行如果傳感器60a或60b供給分布圖確定電路64的輸出值與一個潛在的燃燒分布圖對應(yīng)，則兩個傳感器60a，60b的采樣速率可以通過將采樣間隔從5～6秒的數(shù)量級減少到2.5～3秒的數(shù)量級來增加?；蛘撸绻麄鞲衅鞫疾划a(chǎn)生指示一個燃燒發(fā)展過程的分布圖的信號時，電路64與速率確定電路66a，b綜合，最終通過將采樣間隔增加為7.5～8秒的水平來降低采樣速率。
應(yīng)明白，分布圖檢測電路64可以檢測傳感器輸入的改變速率以建立當(dāng)前的預(yù)定分布圖?；蛘撸瑱z測電路64可以按任何其他的不偏離本發(fā)明范圍的燃燒分布圖形式運(yùn)行。
圖5A～5C所示為當(dāng)采樣速率增加時改變處理方法的結(jié)果。這是一個運(yùn)用于煙霧檢測器的例子，而且可以實(shí)際應(yīng)用到但不限于任何其他種類的環(huán)境狀況檢測器上。
圖5A的曲線表示經(jīng)過處理的輸出值輸出值(t)＝輸出值(t-1)×0.5+未處理值RAW(t)×0.5當(dāng)采樣速度不增加時，(未處理值(t)是來自煙霧傳感器的未處理信號)。所得輸出為階梯函數(shù)形狀。最終值在60秒時達(dá)到550。
圖5B的曲線表示輸出值采用除采樣速率增加5倍之外，其他與上相同的處理時的輸出值?，F(xiàn)在輸出值的分辨率更高并得到更好的指示燃燒的分布圖，但仍有一個超出分布圖之外的大尖峰。最終值在60秒時達(dá)到600。
圖5C的曲線表示當(dāng)采樣速率增加時引入附加的處理(min3)后的處理過的輸出值。該min3處理從處理后的“輸出”信號中消除了經(jīng)過上述的濾波處理后的尖峰結(jié)果。min3處理后的輸出信號表現(xiàn)出加強(qiáng)的燃燒分布圖。
附加的處理改進(jìn)了在增加采樣速率時，從雜亂的信號中分辨燃燒的能力。該數(shù)值在60秒時仍然超過550，從而不會嚴(yán)重?fù)p害圖5A的響應(yīng)時間。如圖示，當(dāng)改變采樣速率時改變處理方法可以明顯的改善所有性能。
與改變的采樣速率相關(guān)的處理方法的改變可以簡便的改變?yōu)V波的種類或梯度，或可以通過加入新的途徑來實(shí)現(xiàn)，這個途徑中的處理工作通過基于命令的指令軟件來執(zhí)行。
如前所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行多種改變和修改。在此說明和圖示的裝置不應(yīng)理解為對本發(fā)明進(jìn)行限制。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種電氣單元，包括用于產(chǎn)生指示所測狀況的輸出值的環(huán)境狀況傳感器；與該傳感器連接的控制單元，其中該單元包括以第一速率采樣該傳感器輸出并產(chǎn)生采樣輸出信號的電路；確認(rèn)電路，用于確定采集的輸出值是否顯示預(yù)定的非閾值基礎(chǔ)的分布圖；和響應(yīng)該分布圖，將采樣速率增加為更高的第二速率的電路。
2.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于該控制單元包括可編程序控制器，該控制器具有響應(yīng)當(dāng)前輸出值的分布圖而將采樣速率從第一速率增加為第二速率的指令。
3.如權(quán)利要求2所述的單元，其特征在于確認(rèn)電路包括確定響應(yīng)所采樣值的分布圖的指令，表示增加的振幅或超出所選第一值的輸出值的采樣振幅值的梯度。
4.如權(quán)利要求2所述的單元，其特征在于該確認(rèn)電路包括存儲單元，其中存儲定義預(yù)定分布圖的信息，而且其中存儲響應(yīng)傳感器的采樣輸出，對應(yīng)于預(yù)先存儲的信息而將采樣速率增加為第二速率的指令。
5.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于該確認(rèn)電路包括圖形識別電路，用來確定輸出值中存在著分布圖。
6.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于包括至少一個不同的第二傳感器，該傳感器生成第二輸出值并包括與該確認(rèn)電路相連的接口電路，分布圖的確定至少部分基于該第二輸出值。
7.如權(quán)利要求6所述的單元，其特征在于該確認(rèn)電路包括用來調(diào)節(jié)電路，響應(yīng)于至少部分基于第二輸出的分布圖而調(diào)節(jié)第一輸出值采樣速率，并響應(yīng)于至少部分基于第一輸出的分布圖而調(diào)節(jié)第二輸出值采樣速率。
8.如權(quán)利要求6所述的單元，其特征在于該環(huán)境狀況傳感器包括煙霧傳感器，而第二傳感器包括從煙霧傳感器，氣體傳感器，濕度傳感器，熱傳感器，灰塵傳感器和速度傳感器中選取的傳感器。
9.如權(quán)利要求7所述的單元，其特征在于該確認(rèn)電路包括可編程序處理器和一組與之連接的相關(guān)確認(rèn)指令，其中的采樣速率調(diào)節(jié)電路包括連接該處理器的修改指令。
10.如權(quán)利要求1所述的單元，包括處理所采樣的輸出值，從而產(chǎn)生經(jīng)過處理的輸出值的電路，其中，該處理可響應(yīng)增加的采樣速率改變。
11.如權(quán)利要求10所述的單元，其特征在于該處理包括對采樣的輸出值進(jìn)行濾波，且此濾波可響應(yīng)增加的采樣速率改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理方法，包括檢測第一環(huán)境狀況并生成第一輸出值；檢測第二環(huán)境狀況并生成第二輸出值；建立對于第一輸出值的第一采樣速率；響應(yīng)第二輸出值修改第一輸出值的采樣速率。
13.如權(quán)利要求12所述的處理方法，包括為第二輸出值建立初始采樣速率；響應(yīng)第一輸出值修改第二輸出值的采樣速率。
14.如權(quán)利要求12所述的處理方法，其中該修改步驟包括分析第二輸出值以確定所選的圖形是否適當(dāng)。
15.如權(quán)利要求13所述的處理方法，其中該第二輸出值修改步驟包括分析第一輸出值以確定所選的圖形是否適當(dāng)。
全文摘要
包括環(huán)境狀況傳感器的檢測器。來自該傳感器的輸出值在該輸出值不表示報警狀況時,以預(yù)定的速率進(jìn)行采樣。該輸出值采用圖形辨認(rèn)技術(shù)來確定是否存在先于當(dāng)前報警狀況的預(yù)定分布圖。當(dāng)該分布圖被檢測出來,則采樣速率隨適當(dāng)?shù)牟蓸又堤幚矶黾?。該檢測器包括與傳感器連接的可編程處理器。該處理器包括圖形辨別指令來檢測預(yù)定分布圖。該處理器還包括響應(yīng)所測分布圖改變采樣速率的指令。可以加第二傳感器提供采樣速率改變信號。
文檔編號G08B23/00GK1250200SQ99119759
公開日2000年4月12日 申請日期1999年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月1日
發(fā)明者李·D·泰斯 申請人:彼特威公司