CN1220166C - 火灾及烟雾检测与控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种火灾检测系统(100)组合二氧化碳气体检测器(14)和烟雾检测器(2)。逻辑电路(400)组合两个检测器的输出，以便减少伪报警并提供快速的响应时间。在优选实施例中，减少了定期进行清洁的需要，在另一个优选实施例中，可以得到指示不同类型的火灾，例如有火焰火灾和无火焰火灾的两个报警。系统可以设置有火焰火灾和烟雾的图形(810)，用于引导消防队员。在另一个优选实施例中，试验性的火灾报警指示(222，233)解除本地空气调节系统，借以帮助隔离和控制任何现有的火灾。

Description

火灾及烟雾检测与控制系统
本发明属于火灾及烟雾检测与控制系统领域。
从1975年，在美国家用烟雾检测器的使用显著增长，尤其是单台的，利用电池操作的电离型烟雾检测器。这种快速的增长，连同检测器在实际的火灾以及救生有效的统计中的足够的证据，使得家用烟雾检测器成为过去20年来的安全成功的历史。
然而，近年来，家用烟雾检测器的操作情况的研究提供了一个需要警觉的统计数字，即有四分之一到三分之一的烟雾检测器在任何一个时刻都是不动作的。一半以上的不动作的烟雾检测器是由于失去电池。其余的是由于电池失效而不能使烟雾检测器工作。研究表明失去电池的主要原因是家庭主人为了阻止无端报警，这些报警不是由于敌对的、不希望的火灾引起的，而是由受控的火焰例如烹调火焰引起的。这些噪扰或伪报警也由非火焰源而引起，例如在人们淋浴之后从浴室发出的湿气，在清洁期间搅起的灰尘或碎屑，或者从厨房放出的油蒸汽。
集中的火焰检测系统在保护商业和工业建筑中的人员中也起着重要的作用。在这种环境中，伪报警也是有害的，不仅使居民感到不便，还引起对将来报警的有效性缺乏信任的危险。
大多数离子型烟雾检测器易于噪扰报警的原因是，它们对可见的和非可见的扩散微粒物质非常敏感，特别是当火灾报警门限被设置得非常低，以满足各种类型火灾的ANSI/UL 268鉴定管理的响应时间时。在大多数露天的火或火焰中，大量产生最小尺寸范围为4到5微米的可见的微粒物质(虽然小的颗粒在浓度大时作为烟雾可以被看到)。然而，电离检测器对于最小尺寸范围为1.0至0.01微米的不可见颗粒最敏感。大多数家庭非火源，例如上面讨论的那些，大量产生非可见的颗粒物质。这可以解释为什么大部分家用烟雾检测器会发生如此之多的噪扰报警。
由电离烟雾检测器引起的频繁伪报警，并因而在任何时刻使大部分检测器的功能无效的问题，近年来导致越来越多地使用另一类烟雾检测器，即光电烟雾检测器。光电烟雾检测器最好地工作在可见微粒物质的情况下，而对非可见微粒物质却相当不敏感。因而其较少发生讨厌的报警。然而，其缺点在于，它们对在初期产生的微粒物质是非可见的燃烧火焰的响应时间慢。为了克服这个缺点，光电烟雾检测器的火灾报警门限必须被设置得非常低，或者使其具有高的灵敏度，以便满足ANSI/UL 268鉴定要求。光电烟雾检测器的低的火灾报警门限也导致频繁的伪报警。于是烟雾检测器的噪扰伪报警的问题依然存在。显然，多年来，这个问题便被认识到，然而一直没有得到解决。因而显然急需一种新型的火灾检测器来解决目前烟雾检测器的危险的无效问题。
当前烟雾检测器的经常讨论但没有解决的另一个方面是这些检测器的慢的火灾响应。几年前由火灾检测技术，即烟雾检测技术部门研制并颁布了当前的ANSI/UL 268火灾检测器鉴定规范。在过去20年来，灭火和防火工业工作者一直认为可得到的烟雾检测器的响应速度是重要的。显然，通过降低烟雾检测器的光亮模糊检测门限来增加其灵敏度将提高其响应速度。然而，降低检测门限也增加噪扰报警率。从这种观点看来，显然急需一种较好的火灾检测器。
利用所有形式的火灾都产生大量的二氧化碳气体，由本发明的发明人之一，Jacob Y.Wong在美国专利5053754中披露了一种依靠检测二氧化碳气体的新型的火灾检测器。这种新型的火灾检测器的响应比广泛使用的烟雾检测器快。其通过检测吸附在其波长处于二氧化碳的强的吸附范围的射线束中衍生物的增加，检测和火灾有关的二氧化碳浓度的增加。所述的装置通过使用试样室窗口被大大简化了，所述窗口使二氧化碳容易渗入而不使灰尘颗粒、烟雾、油和水进入。
在随后的美国专利5079422、5103096和5369397中，发明人Wong继续披露了几种使用一个或几个二氧化碳检测器检测火灾的改进的方法。根据响应速度和防止一般的噪扰报警，确认了使用二氧化碳检测器作为火灾检测器比烟雾检测器的优越性。在1994年11月14日申请的序列号为08/077488，名称为FALSE ALARMRESISTANT FIRE DETECTOR WITH IMPROVEDPERFORMANCE的共同未决专利申请，和1996年1月30日申请的序列号为08/593253，名称为AN IMPROVED FIRE DETECTOR的美国专利申请中，发明人Wong又披露了使二氧化碳检测器和烟雾检测器相结合而形成一种快速的能够防止伪报警的火灾检测器的优点。
虽然报告了使用二氧化碳检测器作为火灾检测器的优点，但是由于过于昂贵，使得只有在非扩散的红外(“NDIR”)二氧化碳检测器的制造成本降低到在经济上有吸引力时，用户才能购买这种新型的改进的火灾检测器。因此，简化NDIR二氧化碳检测器和减少其成本同样是重要的，并和当前披露的现实的和改进的火灾检测器的实用相关。
在美国专利5026992中，发明人Wong披露了一种新型的简化的NDIR气体检测器，其目的是减少这种装置的成本，使得其可以用作上述的新型的火灾检测器检测二氧化碳气体。美国专利5026992披露了一种用于NDIR气体分析的光谱比形成技术，其中使用不同的温度源，从而得到一种极为简单的NDIR气体检测器，其只包括一个红外源和一个红外检测器。在美国专利5163332中，发明人Wong披露了在构成NDIR气体检测器时使用扩散型气体试样室，其中消除了常规NDIR气体检测器中所有精密和昂贵的光学与机械元件。在美国专利5341214中，发明人Wong扩展了美国专利5163332中的扩散型试样室的新构思，使得在NDIR气体分析中包括常规的光谱比形成技术。在美国专利5340986中，发明人Wong将在美国专利5163332中披露的扩散型气体室的构思扩展成“再次输入”的结构，因而进一步简化了NDIR气体检测器的结构。如果二氧化碳气体传感器被用作低成本的火灾检测器，仍然需要进一步简化，因而一直需要一种具有较小的响应时间能够进一步减少噪扰报警的火灾检测器。
还存在由以下事实而引起的问题，即，现代化建筑，例如办公大楼，一般包括火灾控制系统和空气调节系统。火灾控制系统一般包括许多火灾检测器，其分布在整个大楼内，用于测量例如烟雾浓度等条件。在检测到火灾的情况下，一般发出声音报警。不幸的是，空气调节系统通常工作在阻止火灾检测并助长火的生长的状态下。这发生在当空气调节系统向区域吹入空气，以便稀释烟雾和火焰副产品气体浓度，借以延迟或阻止检测。吹入的空气也对火焰提供新的氧气，帮助火焰燃烧。
报警系统一般只发出一种类型的报警信号。但是，具有多种不同的紧急程度的火灾。虽然似乎希望地方防火部门全力以赴满足每次火灾报警，但是这将使得地方防火部门通常不能准备抢救其它的火灾。在最坏的情况下，几辆救火车响应一个非常慢的燃烧的火焰而不能及时到达紧急的火灾发生地点。
因此，到达着火大楼的消防队员只凭关于火焰和烟雾的位置的不足的信息进入大楼。这使得消防队员在进入并探查大楼时便处于相当危险的境地，他们一边探查火焰一边试图避开浓烟。引起许多意外地遭遇火焰和浓烟的消防队员的死亡。
具有适用于在空气调节管道中安放的火灾检测系统。当一般通过检测到烟雾而检测到火灾时，这类火灾检测器使空气调节通路关闭，借以帮助隔离火灾。然而，这类检测器不能识别通路内存在的火焰和通路外部大楼内的火焰。这种信息不足妨碍火焰的检测。
此外，迄今为止可得到的系统在火焰指示标准被满足之前不能关闭通路。此时空气调节系统已工作一段时间，向火焰送入氧气并延迟火灾的检测。
目前的烟雾检测器系统的另一个方面是定期维护的费用太高。大气中的尘埃逐渐地积聚在烟雾检测器的光发射和光接收表面上，使其性能变劣。一些烟雾检测器在灰尘的积累使得其性能降低到一个最小的可接受值以下时能够发出信号。此时必须清除灰尘。按照设计规定还必须定期清除其它的尘埃，以便使其性能保持在最小可接受值之上。
在每种情况下，清洁任务是艰巨的。一般地说，必须把烟雾检测器从其位置上拆下，并换上一个相同的烟雾检测器。实际的清洁工作在单独的地点进行，涉及大量的劳动并局部地把装置拆开。因此，特别需要一种不需清洁或需要较少的清洁的检测器。
本发明一般涉及通过组合烟雾检测器和二氧化碳检测器来提供一种实用的改进的火灾与烟雾检测系统，其具有较快的响应时间，用于检测火灾，包括闷火(即无火焰)火灾和火焰火灾，同时使伪报警最少。具体地说，本发明涉及用于实现作为改进的火灾检测与控制系统的一部分的二氧化碳气体检测器和烟雾检测器的组合的新的结构(在机械上和电气上)的装置。
在本发明的一个实施例中，来自烟雾检测器的信息和来自二氧化碳检测器的信息一起进行分析，以便实现快速的火灾检测而不超过规定的伪报警率。可以使用许多不同的标准来测试火灾的存在，其中包括定时的门限标准，和检查二氧化碳浓度的改变率，或烟雾浓度的改变率，或者两者都检查的标准。
本发明的另一个实施例提供一种用于在具有空气调节系统的大楼中检测和控制火灾的方法和装置。所述方法包括，提供一种火灾检测系统，其响应任何预定的被规定为表示火灾存在的标准而发出试验性的报警信号。这种检测器和空气调节系统保持通信联系，当发出试验性的报警信号时，便解除空气调节系统。这便避免了由于启动空气调节系统而出现的问题，即空气调节系统的启动会阻止火灾的检测和向火焰提供氧气。
在本发明的一个优选实施例中，当任何预定的标准表示火灾存在时，火灾检测系统则发出确实的的报警信号。
因而，本发明的目的在于，提供一种成本低的、实用的、改进的火灾与烟雾检测与控制系统，其具有被减少的响应时间和最少的伪报警。
一个优点在于，本发明提供一种用于阻止大楼内的空气调节系统妨碍火灾检测和帮助火焰燃烧的方法和装置。
另一个优点在于，本发明提供一种用于通知用户已经检测到具体类型的火灾的装置。
还有一个优点在于，本发明提供一种大大减少定期清洁或者不需要定期清洁的火灾检测系统。
本发明的这些目的和优点以及附加的目的和优点，本领域的技术人员，通过下面的附图和详细说明将是明显的。
图1是在本发明的一个优选实施例中使用的信号处理器的方块图；
图2a图1的优选实施例的布置图，表示光电烟雾检测器和NDIR二氧化碳气体检测器的组合以及其各自的信号处理电路元件和功能关系；
图2b说明可以作为本发明的一部分而实现的光电烟雾检测器，并表示其和现有技术的烟雾检测器的反射角相比的反射角；
图3a是本发明的实用的和改进的火灾检测系统的第一个另外的优选实施例的布置图；
图3b是第一个另外的优选实施例的改型的原理图；
图4a是本发明的实用的和改进的火灾检测系统的第二个另外的优选实施例的布置图；
图4b是形成第二个另外的优选实施例的一部分的检测器/集成电路的放大的等角图；
图5是本发明的实用的和改进的火灾检测系统的第三个另外的优选实施例的布置图；
图6是本发明的实用的和改进的火灾检测系统的第四个另外的优选实施例的布置图；
图7是本发明的实用的和改进的火灾检测系统的第五个另外的优选实施例的布置图；
图8是本发明的第六个另外的优选实施例的逻辑方块图；
图9是表示由图8的每个检测逻辑方块执行的功能的逻辑图；以及
图10是按照本发明构成的火灾与烟雾位置的图形。
图1是实用的和改进的火灾检测系统100的实施例的逻辑图。如图1所示，火灾检测系统100当4个条件中的任何一个满足时便产生报警信号51。第一，如果烟雾检测器300的输出310在大于2分钟的第一预定时间A2内超过门限值A1，即每0.3048米(1英尺)3％的光模糊，则发出报警信号51。烟雾浓度一般用“每0.3048米(1英尺)的光模糊的百分数”来测量。这个术语是这样得出的：使用投射光束或衰减光电烟雾检测器，其中光束通过空气投射，并测量由微粒引起的光束的衰减。即使在提及使用另一种测量烟雾浓度的机构进行测量时，例如光反射或离子流采样，烟雾浓度的测量通常也根据每0.3048米(1英尺)的光模糊的百分数进行，因为这个单位对于本领域的技术人员是熟知的。
第二，如果烟雾检测器300的输出310在大于5-15分钟的第二预定时间B2内超过减少的门限值B1，即每0.3048米(1英尺)1％的光模糊，则发出报警信号51。第三，如果二氧化碳检测器200的输出210测量的二氧化碳浓度增加的速率在小于30秒的预定时间间隔C5内超过第一预定速率C1，即150ppm/min，并且光模糊超过减少的门限B1，则产生报警信号51。与门C2的输出表示满足这些条件。第四，如果测量的二氧化碳浓度增加的速率在小于30秒的预定时间间隔C6内超过第二预定速率C3，即700-1000ppm/min，则产生报警信号51。这4个条件由或门C4组合，其输出产生用于启动报警装置500的报警信号51。
检测系统100的逻辑元件最好通过图2a所示的原理实现。
在图2a所示的优选实施例中，光电烟雾检测器2的硅光电二极管1驱动互阻抗放大器3，其增益为-14×106。光电烟雾检测器2的LED4由驱动器5控制通断，驱动器5由脉冲串发生器612驱动，脉冲串发生器612产生频率为0.1Hz，脉冲宽度大约为300微秒的脉冲流，借以使LED4发出相应的脉冲光信号。LED4在发光时被叫做“脉冲导通”，当其不发光时被叫做“脉冲截止”。
光电检测器2最好是光反射烟雾检测器，其中光电二极管1不位于从LED4发出的光的所行进的直线通路上。因而，从LED4发出的光只有被烟雾沿着光电二极管1的方向反射光时才到达光电二极管1。在正常操作状态下，即在没有火灾时，光电二极管1的输出近似恒等于0安培电流，因为只有极少来自LED4的光散射而到达光电二极管1。在火灾期间，在LED4和光电二极管1之间的空间内存在烟雾，在互阻抗放大器3的输出端，便出现其幅值取决于烟雾浓度的脉冲流输出信号。
图2a的原理图包括比较器6，7，24和25；定时计数器8和9；与门26；和或门10，他们都具有离散的逻辑输出信号。这种类型的信号将根据施加于元件上的输入信号而具有两个不同的电压电平之一。其中较高的一个一般被称为“高”输出，较低的一个被称为“低”输出。
采样和保持电路620被控制用于对互阻抗放大器3的输出进行采样，其采样周期是脉冲串发生器612输出的脉冲串的周期。采样和保持电路620的输出被送到高门限比较器6和低门限比较器7。施加到高门限比较器6的反向输入端的基准电压626相应于在光电二极管1处的散射光的这样一个信号强度，其表示这样一个烟雾浓度值，该值足以引起由LED4发出的光的每0.3048米(1英尺)大约3％的光模糊。因而，当在检测器2处的烟雾浓度超过该值时，高门限比较器6的输出为高。类似地，施加到低门限比较器7的反向输入端的基准电压628相应于在光电二极管1处的散射光的这样一个信号强度，其表示这样一个烟雾浓度值，该值足以引起由LED4发出的光的每0.3048米(1英尺)大约1％的光模糊。因而，当在检测器2处的烟雾浓度超过该值时，低门限比较器7的输出为高。
比较器6和7的输出和各自的定时计数器8，9相连。为了相当快地检测相当高的烟雾浓度的无焰火灾，定时计数器8被这样设置，使得如果高门限比较器6的输出保持为高的时间大于2分钟，定时计数器8则发出高输出。为了相对慢地检测烟雾浓度相对低的无焰火灾，定时计数器9被这样设置，使得如果低门限比较器7的输出保持为高的时间大于15分钟，定时计数器9则发出高输出。定时计数器8和9只有当各自的比较器6和7的输出逻辑状态都为高时才被启动。定时计数器8和9的输出构成或门10的4个输入中的两个输入。或门10的输出变高时表示检测到火灾。该信号由放大器11放大，用于使声音报警器12发声。
NDIR二氧化碳气体检测器14的红外源13由电流驱动器15进行脉冲控制，电流驱动器15由脉冲串发生器614以大约0.1Hz的频率驱动，以便减少电流消耗。被脉冲控制的红外光通过薄膜，窄带宽的滤光器17照射到红外检测器16上，滤光器17具有大约为4.26微米的中心波长，和大约0.2微米的半最大带宽的全带宽(FWHM)。二氧化碳气体具有很强的红外吸收带，其频谱位置为4.26微米。到达红外检测器16的4.26微米的光的数量取决于在红外源13和红外检测器16之间存在的二氧化碳气体的浓度。
红外检测器16是单通道的微型机械的硅热电堆，具有可选择的内装温度检测器，和基准结呈紧密的热接触。红外检测器16也可以是热电检测器。在一种另外的方案中，红外检测器16的一般功能可以由其它类型的检测器实现，包括金属氧化物半导体检测器，例如“Taguchi”检测器和光化学检测器(例如比色(colorometric)检测器)，但是，本领域的技术人员应当理解，支持电路是十分不同的。NDIR二氧化碳检测器14具有试样室18，在其相对侧上具有小的开口19，可以使环境中的空气通过在红外源13和红外检测器16之间的试样室区域自然扩散。小的开口19由玻璃纤维支撑的硅膜20覆盖，以便透过二氧化碳和其它气体而阻止灰尘和充满湿气的颗粒进入试样室18。这种类型的膜及其使用在美国专利5053754“SIMPLEFIRE DETECTOR”中描述了，其被转让给本申请的一个受让人。
红外检测器16的输出是一个电脉冲流，其首先被增益为25×103的放大器21放大。第二采样和保持电路22被控制按照脉冲串发生器614的每个脉冲周期对所得的脉冲流采样。同样地，对于每个脉冲周期，采样和保持电路22的输出被第三采样和保持电路23采样。
运算放大器622是一个单位增益的差动放大器，其从第三采样和保持电路22的输出中减去第二采样和保持电路23的输出，该第三采样和保持电路22的输出代表代表最后一个采样，该第二采样和保持电路23的输出最后一个采样之前的一个采样。放大器622通过电阻值R22，R24，R26和R28被设置为单位增益。在放大器622的输出端的所得量被施加于具有不同的门限基准电压的一对比较器24和25的每个比较器的输入端。
比较器24是一个低速率的升高比较器(rise compare)，其具有相应于大约150ppm/min的二氧化碳浓度的变化率的基准电压630。当关于CO2的这个变化率被超过时，和与门26的第二输入相连的比较器24的输出将变高。因为低门限比较器7的输出和与门26的另一个输入相连，所以当具有足以引起每0.3048米(1英尺)大约1％的光模糊的烟雾浓度存在时，以及二氧化碳浓度至少以150ppm/min的速率上升时，与门26的输出变高。
比较器25是一个高速率的升高比较器，其具有相应于大约1000ppm/min的二氧化碳浓度的变化率的基准电压632。当关于CO2的这个变化率被超过时，构成或门10的第四输入的比较器25的输出将变高。
电源模块27接收外部电源电压VEXT，并产生电压V+用于向上述的电路供电。
在作为火灾检测系统的一部分的NDIR检测器中使用热电堆这种方法和气体检测领域中的一般常识十分不同。这是因为热电堆比例如热电检测器产生具有较低信噪比的较小的信号。本发明通过减少NDIR二氧化碳检测器的精度要求，使烟雾检测器和NDIR二氧化碳检测器相结合，这个事实使这种应用成为现实。此外，热电堆的使用减少了火灾检测系统的成本。
使光电烟雾检测器2和NDIR二氧化碳检测器14相结合的优点在于，烟雾检测器2可以被最佳化，以便检测由无焰燃烧的火灾产生的相当大的烟雾颗粒。图2b说明了这个特征。在现有技术的烟雾检测器中，光电二极管1’处于相当大的反射角110，一般为60度。这个角度使得可以检测由某种类型的有焰火灾产生的非常黑的烟雾颗粒。不幸的是，在这个角度下，检测由无焰火灾产生的大的烟雾颗粒是欠佳的。在本发明中，检测非常黑的烟雾颗粒并不怎么重要，因为二氧化碳检测器响应有焰火灾。因此，在优选实施例中，如图2b所示，光电二极管1位于小于60度的反射角112处。本领域的技术人员目前认为，30度的反射角近似于用于检测由无焰火灾产生的大的烟雾颗粒的最佳角，同时保持一些细烟雾颗粒的检测能力。
此外，投射光束或熄火烟雾检测器可用于代替光电烟雾检测器2。熄火烟雾检测器引导光束通过大气到光检测器。测量由烟雾引起的衰减。这种类型的检测器非常适合用于凹的户内空间中，例如前厅中。此外，技术的进步不断减少成本和改善在一个壳体中形成的衰减检测器的精度。衰减检测器的一个优点是，它们对于由有焰火灾产生的细颗粒烟雾灵敏。因为使用附加的检测器减少了对于烟雾检测器精度的要求，所以在本发明中可以使用相当廉价的衰减检测器。
使二氧化碳检测器14和烟雾检测器2相结合的另一个优点在于，其允许设计可以大大减少清洁要求的火灾检测器。其理由是，在一段时间之后，在烟雾检测器的内表面上积聚较多的灰尘时，进行有时被称为浮动背景调整的校正处理是有利的。在无火灾状态下(即无火灾信号电平)，由光电二极管1接收的光量，由于在内表面上灰尘的积聚引起的光的反射而逐渐增加。灵敏度不足的和灵敏度过高的烟雾检测报警门限可以和所产生的无火灾信号成比例地增加。这浮动背景调整根据所执行的确定门限的方法可以在ASIC 28(图3a)中进行，或者在火灾报警控制板640(图3a)中进行。
其中作为烟雾检测器的内部部分执行浮动背景调整的烟雾检测器在PCT公开号WO 96/07165(1996年3月7日)中描述了，该专利被转让给本申请的一个受让人，在此全文引为参考。
可得到的烟雾检测器系统中具有多点烟雾检测器，其每个和远离每个点烟雾检测器的控制板相连。因而每个点烟雾检测器位于和控制板的壳体分开的壳体中。控制板单独地访问每个点烟雾检测器，并单独地计算每个烟雾检测器的输出。在确定任何一个烟雾检测器的输出是否指示报警条件时，控制板进行调整，以便补偿该烟雾检测器的输出中的漂移。这些系统被称为“可寻址的烟雾检测器系统”。还存在一些可得到的烟雾检测器系统，这些系统从发送机向位于离开发送机100-300英尺处的接收机(因而其壳体是分开的)发送光束，并补偿接收机输出中的漂移。这些系统被叫做“光束烟雾检测系统”。一些这类系统在接收机中进行漂移补偿。另外一些这类系统在用于寻址一个或几个单独的接收机的控制板中进行漂移补偿。在每类光束烟雾检测系统中，系统元件被包含在一个以上的壳体中。
因为可能有极慢燃烧的火灾出现于被快速积淀灰尘的具有上述的自动门限调整系统的检测器，所以一般认为，允许在每0.3048米(1英尺)4％的光模糊以上进行门限调整是不安全的。因此，在校正的信号门限值将要超过这一最大值的地点，其检测器被清洁。
因为本发明的系统依赖于烟雾检测器系统2和二氧化碳检测器14，所以可以相当地降低烟雾浓度门限。这意味着在到达最大信号限制之前可以进行相当多的校正。二氧化碳检测器14的存在使得可以通过浮动背景调整能力实现烟雾检测器2的报警门限的减小，因为后者不需要检测有焰火灾。结合引入对于无焰火灾的足够长的持续时间的延时窗口，烟雾检测器2的报警门限可以被减少到大约每0.3048米(1英尺)0.5％，它变化很慢，以便强化。大约4分钟的延时窗口可以满足这个判据，这大于引起伪报警所用的时间(例如吸烟的烟气和浴室淋浴的水汽)，以便减弱。
以可接受的伪报警速率进行操作来检测有焰火灾的烟雾检测器2一般被设置为大约每0.3048米(1英尺)3％的报警门限，因此，具有仅仅1％(从大约每0.3048米(1英尺)3％到4％)的允许漂移误差。把报警门限设置为每0.3048米(1英尺)0.5％，连同引入延时窗口，便提供3.5％(即从95％到4％)的允许漂移误差。因此，在要求清洁之前，在内表面上可以积聚足够数量的灰尘，以便使光电二极管1的无火灾信号电平等于每0.3048米(1英尺)3.5％的光模糊。因为使灰尘层积聚到一个足够的厚度而产生每0.3048米(1英尺)1％的光模糊需要5年的时间，所以这种烟雾检测器在需要清洁之前可以在原地保持17.5年。因此，这种系统设计大大增加了维修的时间间隔，甚至可以使得设计这样的烟雾检测器还未等到需要清洁便可能被更换了。
在图3a所示的第一个另外的优选实施例中，上述图2所示的全部电路元件，除去烟雾检测器2，二氧化碳检测器14，电源模块27和声音报警器12之外，都使用标准技术被集成在一个ASIC芯片28内。此外，ASIC28可以包括用于使代表二氧化碳值、二氧化碳的改变率、烟雾浓度值和存在报警信号的信号数字化和形式化的电路。这种电路一般包括模-数转换器和微处理器部分，用于把信号格式为串行格式。
数字化的信号一般通过串行总线向火灾报警控制板640传递。因为利用这种方法包含的数据量一般足够少，并且考虑到减少功率消耗，当然选择串行通信。
火灾报警控制板640最好进行数据分析，以便确定火灾的存在。在这种情况下，认为火灾检测系统包括火灾报警控制板640。
在这种另一个优选实施例的改型中，如图3b所示，第一ASIC 28’对来自烟雾检测器2的信号进行接收、数字化和格式化。ASIC 28’把所得数据发送给报警控制板640。第二ASIC 728对来自红外检测器16的信号进行接收、数字化和格式化。ASIC 728把所得数据发送给报警控制板640。第二电源模块727向第一ASIC 28’供电。在本实施例中，ASIC 28’和烟雾检测器2可以在物理上是独立的，并离开ASIC 728和二氧化碳检测器14一段距离。
在图4a所示的第二个另外的优选实施例中，微处理器29通过数据总线和ASIC 28进行通信。市场上可得到的微处理器一般不产生能够驱动LED 4和红外源13的输出。因此，ASIC 28包括用于完成这一功能的驱动器电路。ASIC 28还包括模-数转换器(A/D)和放大器，用于把检测器的输出转换成处于A/D转换器的电压范围的形式。微处理器29接收来自A/D转换器的数字化数据，并被编程以便计算烟雾浓度、二氧化碳浓度和二氧化碳浓度的改变速率，并执行图1所示的检测逻辑。ASIC 28从微处理器29接收这一处理的数字结果，并把报警信号改变为可以驱动报警器12的形式。
在第二个另外的优选实施例的一种改型中，由A/D转换器产生烟雾和二氧化碳浓度采样由在微处理器29中执行的数字滤波器进行处理。数字滤波器的输出和一个门限进行比较，以便确定报警条件的存在。烟雾浓度采样“A1”(频率为0.1Hz)以下面形式通过α滤波器输出：
A1N′＝αA1N+(α-1)A1N-1′
其中A1N是最近的烟雾采样，A1N-1’是前一个α滤波的烟雾浓度值，A1N’是新计算的α滤波的烟雾浓度值。α的值被设置为0.3，门限被设置为等于每0.3048米(1英尺)4％的恒定的光模糊级。二氧化碳浓度速率采样(以每10秒为1的速率计算的“A2N’”)也由α滤波器处理。二氧化碳浓度速率α的值被设置为0.2，报警门限被设置为等于500ppm/min的改变率。此外，通过以下公式形成每10秒时间间隔的数量QN：
QN＝A1N′+A2N′
其中A1N’已被这样进行过标称化，使得每0.3048米(1英尺)1％的光模糊等于1.0，并且A2N’已被这样进行过标称化，使得150ppm/min的速率等于1.0。对于QN的报警门限设置为1.8。当超过任何一个报警门限时，便对用户或接收装置发出报警指示。
在本例中，A1N’和A2N’在组合之前可以利用线性的、二次的或其它的多项式形式的公式进行处理。例如QN可以具有以下的形式；
QN＝a1(A1N′)2+b1A1+a2(A2N′)+b2A2N′+c.
在这种情况下，a1＝0.1；b1＝1.0；a2＝0.1；b2＝1.0；c＝0。具有二次项的一般目的是当在一个量变大而其它量为小时发出报警。
α滤波器是递归或无限脉冲响应(IIR)滤波器的一个例子。也可以使用有限脉冲响应(FIR)滤波器。好的FIR滤波器应当同样能够响应瞬时值、变化率(一阶导数)和变化率的导数(二阶导数)。例如，3采样FIR滤波器具有以下的形式：
A1N′＝k1A1N+k2A1N-1+k3A1N-2
A2N′＝k1A2N+k2A2N-1+k3A2N-2
QN＝A1N′+A2N′．
常数值k1＝4.0；k2＝-2.5；和k3＝0.5；产生响应在3次采样间隔内加速度、瞬时值、和变化率的滤波器。被这些简单的常数相乘是容易在微型计算机上实现的。本领域技术人员应当理解，数字滤波器也可以由具有几个被设置为所需常数的延迟电路或采样与保持电路和放大器的硬件实现。
此外，QN应当具有下列形式之一：
QN＝MAX{A1N′，A1N-1′，A1N-2′，A1N-3′}
    +MAX{A2N′，A2N-1′，A2N-2′，A2N-3′}
或
QN＝AVERAGE{A1N′，A1N-1′，A1N-2′，A1N-3′}
    +AVERAGE{A2N′，A2N-1′，A2N-2′，A2N-3′}.
这些形式是需要的，因为在位于天花板上的检测位置，一般在烟雾浓度达最高值之前二氧化碳浓度达最高值。上述形式的QN考虑到这个因素，使得如果在二氧化碳浓度速率峰值和烟雾浓度峰值之间存在延迟，如果在存在由大于预定速率的二氧化碳浓度速率限定的条件的预定的时间间隔内(前或后)烟雾浓度超过预定值，则仍然发出报警。在一种情况下，A1′和A2′减少到A1N和A2N。
图4b详细说明了第二个另外的实施例中的驱动器、检测器、放大器和信号处理电路的实际情况。一种组合检测器/集成电路810被如此设置，使得红外光能够照射到组合检测器/集成电路810的热电堆部分16’的光吸收材料表面812上。一系列金属带814将一组热结(在图4b中由光吸收材料表面812隐藏)连接到一组冷结816。由光吸收材料表面812引起的温差被转换成在每个热结和每个冷结816上的电位差，这些电位是串联的，所得到的总电位差被输入到ASIC 28。通过在组合检测器/集成电路810的背面上设置微加工的凹槽818使得热电堆的结构更容易对红外光产生热响应。
ASIC 28利用标准的集成电路制造技术被形成在组合检测器/集成电路810的硅基片中。光电二极管1也被刻蚀到组合检测器/集成电路810的表面上，并和ASIC 28电气相连。ASIC 28放大来自热电堆部分16’和光电二极管1的总电位差信号，并把这些转换的信号送到A/D转换器，其把数字化的信号输入给微处理器29。微处理器29完成检测逻辑并在输出端820上发出得到的数字化串行信号。脉冲串发生器612和614以及驱动器5和15(图2a)也被制造在ASIC28内，其通过输出端822和光电二极管1以及红外源13相连。
本领域的技术人员应当理解，这种结构能够产生出经济的组合检测器/集成电路810产品。处理可以从按照现有的设计生产微处理器集成电路开始。在生产期间，ASIC 28可利用标准的光刻技术被刻蚀在基片的未被使用的部分上。接着，热电堆部分16’和光电二极管1可被构成在模具的顶面上。
如图5所示，第三个另外的优选实施例相对于第一个另外的优选实施例改进了NDIR二氧化碳气体检测器14的精度。虽然在两个实施例中在采样室18中烟雾被过滤，但是因为温度变化和老化的结果，检测器14仍然具有一些不精确的可能性。为了校正这种现象，只具有一个通道的红外检测器16(图2)由双通道的硅微加工的热电堆检测器30代替。用于覆盖检测器30的表面的第一通道部分的第一光学过滤器31是具有4.26微米中心波长和0.2微米的FWHM带宽的薄膜窄带通干扰光学过滤器，借以使检测器30的第一通道响应二氧化碳浓度的变化。覆盖检测器30的表面的第二通道部分的第二光学过滤器32具有3.91微米中心波长和0.2微米的FWHM带宽。检测器30的第二通道建立一个气体检测器14的中性基准，因为在光学过滤器32的通带中没有由通常的气体产生的明显的光吸收。由于存在二氧化碳而引起的光衰减，其被直接地转换成二氧化碳的浓度，通过由检测器30的第一通道接收的光和由检测器30的第二通道接收的光的比并进行简单的代数运算确定。
第三个另外的优选实施例包括具有微处理器部分29’和应用特定部分28’的信号处理(SP)集成电路33。微处理器部分29’接收来自A/D转换器的数字化数据，并被编程用于计算烟雾浓度、二氧化碳浓度和二氧化碳浓度变化率，并执行图1所示的检测逻辑。然后通过测量来自检测器30的两个通道的数字化信号的比，可以计算二氧化碳浓度。然后可以对数字化的结果进行进一步处理。应用特定部分28’接收来自微处理器部分29’的数字信息，并将其转换成可以驱动报警装置的形式。
在图6所示的第四个另外的优选实施例中，二氧化碳气体检测器14利用美国专利5026992中披露的被称为“differential sourcing”的气体分析技术实现，该专利被转让给本申请的一个受让人。这种实现可以得到一种校正由二氧化碳浓度之外的其它因素，例如温度变化，引起的由红外光检测器16接收的4.26微米波长的光中的幅值变化的方法，而不需要如同在第二个另外的优选实施例中的双通带红外检测器。
在本实施例中，保留了在第三个另外的优选实施例(图5)中使用的信号处理器(SP)芯片33，其包括微处理器部分29’和应用特定部分28’。ASIC部分产生波形642，其包括两个交替功率值的脉冲串，用于驱动红外源13。这允许使用由具有中心在4.26微米的第一通带和中心在3.91微米的第二通带(中性的)的双通带光学过滤器17包括的单通道的红外光检测器16。
两个通带具有0.2微米的FWHM的带宽。到达红外光检测器16的4.26微米的光的数量部分地取决于在源13和检测器16之间存在的二氧化碳气体的浓度。
对于和二氧化碳浓度无关的光检测变化进行校正的方法取决于这样的事实，即红外源13当通入较高功率值的脉冲时和其通入较低功率值的脉冲时相比，相对于3.96微米的光发出4.26微米的不同比例的光。二氧化碳的光衰减由当红外源13当通入较高功率值的脉冲时由红外光检测器16接收的光和红外源13被切断脉冲或通入较低功率值的脉冲时由红外光检测器16接收的光的比确定。在微处理器部分29’进行的简单的代数运算产生由二氧化碳引起的光的衰减，其直接转换为二氧化碳浓度。
在附加的另外的优选实施例中，光学过滤器17具有3.8-4.5微米的通带。光源13是能够调谐的，因而产生非常窄的光谱。适用于这种判据的一个装置是可调谐的激光二极管。光源13还被调谐到3.96微米和4.26微米。还是在微处理器部分29’中执行简单的代数运算，产生二氧化碳浓度。
在由图7所示的本发明的第五个另外的优选实施例中，光电烟雾检测器2和NDIR二氧化碳检测器14被结合成一个装置或被包括在一个壳体36中的检测器装置。在壳体36中的双通道检测器34包括第一通道，其具有带有二氧化碳光学过滤器37(具有中心在4.26微米波长的通带和0.2微米的FWHM带宽)的热电堆检测器35，和第二通道，其具有硅光电二极管1，光电二极管1被制造在检测器35附近，并和检测器35在同一基片上但是和其在光学上是隔离的。
此外，设置在壳体36中的元件包括单通道的热电堆检测器35，其带有双通带光学过滤器，该双通带光学过滤器的第一通带的中心在4.26微米(CO2)，第二通带的中心在3.91微米(中性的)。在本实施例中红外源13发出时变信号，如同在图6中所示的第四个另外的实施例一样，使得可以保持一个基准，如同结合图6所述的。光源13一般是白炽灯泡，但是许多情况下使用可调谐的激光二极管。在一个附加的另外的实施例中，在壳体36内的二氧化碳检测机构包括图5所示的双通道热电堆。
红外源13是一种宽带源，它发射供二氧化碳吸收和检测的4.26微米的波长的光和供小于1微米的烟雾颗粒检测的0.88微米的波长的光。在壳体36内，具有一个用于把两个检测器通道分开的不透光的屏障55。在二氧化碳检测器一侧，在对着屏障55的容器壁的一侧上形成两个或多个小的开口38，使得周围空气可以在二氧化碳检测器的采样室39自由进出。此外，这些小的开口被玻璃纤维加强的硅膜20覆盖，以便使任何灰尘、烟雾或湿气和采样室39隔离。二氧化碳和其它气体可以通过膜片20无阻挡地自由扩散。
壳体36内的光电烟雾检测器侧101以和图1的烟雾检测器2相同的方式操作。光电二极管1被这样构成，使得其响应由光源13发出的0.88微米的波长，并提供代表烟雾浓度的信号。应用特定部分28’放大由光电二极管1产生的电信号。信号处理器芯片33的微处理器部分29’以和图2a所示并说明的优选实施例相同的方式处理得到的数据。
如同本领域的技术人员所理解的，具有许多方式可以制造和构成单通道红外检测器16、双通道红外检测器30和双通道检测器34，其中最后一个包括热电堆检测器通道35和光电检测器1。不过，相应于检测器16和30，检测器和相应的带通光学过滤器最好被结合在一个平台中，例如TO-5器件组件中，从而形成红外检测器装置。下面作为无源红外分析检测器的说明部分描述热电堆/带通光学过滤器组合的物理结构。
图7所示的实施例提供了确定光源13不能发出足够的光时的能力，从而使光电烟雾检测器2和NDIR二氧化碳检测器14正确地工作。这种故障例如可以由灯泡的老化、存在灰尘或电功率输出问题而引起。微处理器部分29’监视光电二极管1和热电堆检测器35的输出信号，确定是否同时发生其输出值中预定量的变暗。显著的公共信号值的下降表明向两个检测器提供光的光源13存在问题，并可以作为微处理器29’产生光源故障报警信号的依据。
结合1996年1月10日申请的序列号为08/583993，名称为PASSIVE INFRARED ANALYSIS GAS SENSORS ANDAPPLICABLE MULTICHANNEL DETECTOR ASSEMBLIES结合美国专利申请的图9-16说明一种热电堆/光学带通过滤器组合的一种优选的结构，该专利的说明书在此全文引为参考。
图7的实施例使得利用附加特征增加烟雾检测器和二氧化碳检测器的精度。在NDIR二氧化碳检测器中一般碰到的不精确的原因之一是由光源13产生的光的范围的可重复性不好。一般地说，白炽灯泡，即光源13被供给其功率只够加热灯丝使其产生波长为4.26微米的红外光的电力。然而，通常在产生的光强度中存在微小的差别。通过比较由光电二极管1检测的光强度和由红外光检测器16检测的光强度，可以校正烟雾浓度和二氧化碳浓度的计算。可以设计一种简单的双检测器，其中下列的比和一个门限比较，从而确定报警条件的存在：
Figure C9718104200262
这种比独立于光源强度，因此，其不受由光源强度的改变而产生的误差的影响。这仅仅是二氧化碳检测器输出和烟雾检测器输出可用于对于光源强度的改变相互彼此校正的方法的一个例子。
类似地，结合参照图7所述的双通道检测器34，同样的构成原理同样适用于微加工的热电堆检测器35和二氧化碳光学过滤器37的组合。此外，如图4b所示，可以在同一硅基片上制造硅光电二极管1(或和光电二极管1功能相同的热电堆)作为热电堆检测器35。
图8是按照本发明的火灾检测系统的第六个另外的优选实施例的一组逻辑功能210的高级方块图。这个逻辑可在微处理器例如微处理器29(图4a)中实现。此外，这个逻辑也可以在火灾报警控制板例如控制板640中实现。
大气条件监视器212检查环境空气特征，例如二氧化碳浓度和烟雾浓度。监视器212例如可以如图4a所示包括元件1，2和4以及元件13，14，16-20，27，和28。在其它的元件当中，这些特征的测量值被送到解除/再启动空气调节器逻辑块214。方块214的目的是确定存在试验性的、敏锐的火灾指示的时间。在检测到这些指示时发出报警将使伪报警率如此之高，以致大楼居民感到不便。然而，如果空气调节系统在发生火灾的同时发生，来自空气调节系统的空气将通过扩散烟雾和二氧化碳掩盖火灾的效果。空气调节系统的启动也可能向火焰提供氧气。为了克服这种可能的现象，逻辑块214在试验性地检测到火灾时将解除空气调节系统。
在试验性的火灾公告之后，块214除去试验性的火灾声明(firedeclaration)，并在满足一组预定的判据的任一判据之后，再次启动空气调节系统。因为试验性的火灾检测可能比火灾报警更加普通，所以希望自动地再启动空气调节系统，而不需要人工干预。
如果空气调节监视器212包括二氧化碳检测器，例如图2a的二氧化碳检测器14，则二氧化碳浓度的测量值可以用于环境的安全保护，使得当检测到高的二氧化碳浓度时启动空气调节系统，以便排除高浓度的二氧化碳。当二氧化碳浓度升高时，人的机警性和生产率会表现出受到影响。在世界不同的地区使用不同要求的文件，前者规定在工作场所二氧化碳浓度的上限，该上限范围一般为百万分之700-1000之间。
在表示空气调节系统必须被解除的试验性的火灾声明和由于高的二氧化碳浓度而表示空气调节系统应当被启动之间有时可能有冲突。引为检测火灾的重要性，解决这些冲突有利于系统解除。如果按照方块214的操作清除试验性火灾检测，此时空气调节系统可被启动，以便冲洗具有高浓度二氧化碳的空气。还具有许多情况，其中二氧化碳浓度足够高，以便启动空气调节系统，并且由于二氧化碳浓度的慢的上升速率和没有烟雾而不形成冲突的试验性的火灾声明。
虽然每种火灾都具有极大的潜在危险因而要求响应，但是火灾部门避免为任何特定的火灾浪费其有限的资源，以便万一突然出现紧急情况时能够处理是重要的。因此，本实施例区分有火焰火灾和无火焰火灾。有火焰火灾检测和报警方块216检测有火焰火灾，无火焰火灾检测和报警方块218检测无火焰火灾。
解除/再启动空气调节器逻辑方块214包括试验性的有火焰火灾检测逻辑方块220，其使来自大气条件监视器212的信号和预定的试验性门限比较，以便进行有火焰火灾的试验性声明。一个优选实施例的特定门限列于下面表1。如果预定时间内一个门限被超过，则设置试验性的有火焰火灾检测位222。(图9及其说明提供了这个处理的更详细的情况)。位222被施加于第一二输入或门224的输入端，或门224的输出和空气调节器(未示出)的解除输入端226相连。试验性有火焰火灾检测位复位逻辑块230对条件监视器212的输出提供一组判据。当任何一个判据满足时，试验性有火焰火灾声明位222被复位。试验性无火焰火灾检测逻辑块231，试验性无火焰火灾检测位232，和试验性无火焰火灾检测位复位逻辑块233相对于无火焰火灾都执行相同的功能，如同各个元件220，222，和230相对于有火焰火灾执行的功能一样。方块231的试验性无火焰火灾检测门限被设置为小于方块220的相应的试验性有火焰火灾门限，而对于相当慢的无火焰火灾检测定时的时间间隔略长一些。
有火焰火灾检测和报警方块216包括确实的火焰火灾瞬时检测逻辑方块234。这个方块比较从空气条件监视器212接收的数据和一系列门限与定时条件，如图9所示。方块234的输出和第二二输入或门236的第一输入相连。在来自块234的确定的门限被超过之后，有火焰报警238立即被启动或者只在几秒的时间间隔之后被启动。为了实现可接受的低的伪报警率，这些门限被设置得相当高，以便避免根据暂时的大气偏差或测量误差而发出报警。可以要求报警器持续一个短的时间间隔，以便避免伪报警。确实的有火焰火灾定时检测逻辑块240的门限被设置为比方块234的门限低一些，因为当这些门限之一被超过时被指示的每个条件的定时是相对于比块234的时间间隔长的时间间隔的预定的一组时间间隔中的一个被规定的。因此，便使得因为测量误差或短暂的大气偏移而引起伪报警的可能性较少。
关于无火焰火灾，无火焰火灾检测和报警块218执行的功能和块216进行有火焰检测时执行的功能相同。关于无火焰火灾，确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑块244，第三二输入或门246，无火焰火灾报警248，确实的无火焰火灾定时检测逻辑块250，以及确实的无火焰火灾定时块252执行的功能和各个元件234，236，238，240，242关于有火焰火灾执行的功能相同。一般地说，无火焰火灾检测块250和244的时间持续门限大于有火焰火灾检测块240和234的时间持续门限，而烟雾检测门限较低。
图9是说明一般化的检测逻辑方块308的逻辑图，在优选实施例中，其描述一组逻辑功能中的检测块220，231，234，240，244，和250的逻辑功能。一般地说，第一量X1和第二量X2分别是烟雾浓度和二氧化碳浓度的改变率。不过，也可以使二氧化碳的瞬时浓度或烟雾浓度的改变率与一个门限值进行比较，以便确定报警条件的存在。用于和合适的门限值进行比较的其它候选量是氧气的浓度和浓度改变率。此外，可以检查火灾产生的气体，例如一氧化碳，水蒸气，和MgO的浓度。其它附加的候选量可以是二氧化碳浓度，任何火灾产物气体或烟雾浓度的加速度。第一量单独门限确定块312根据第一量门限测试第一量。如果第一量超过这一门限的时间大于由第一量单独定时块314提供的时间间隔，则三输入或门316的输出，其也是一般化检测逻辑块308的输出，将变高。第二量单独门限检测块318和第二量单独定时块320分别和块312、314类似。用于组合决定块322的第一量门限和用于组合块324的第二量门限一般分别提供比决定块312和318提供的门限较低的门限。二输入与门326接收决定块322和324的输出，并当其两个输出都是高时变高。如果与门328的输出在由双条件定时器328提供的时间间隔内保持高，则或门316的输出变高。
由方块314，320和328提供的暂停时间对于一些检测逻辑块可以是0持续时间。一般地说，对于瞬间检测逻辑块234和244(图8)，它们是短的或者是0。
在一个优选实施例中，第一量是烟雾浓度，第二量是二氧化碳浓度改变率。下表(表1)说明对于本实施例的门限和暂停时间间隔。
                            表1
 图8的方块 图9的方块 值
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 X1(烟雾浓度)单独门限312 ＞每0.3048米(1英尺)2％的光模糊
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314 10秒(2试样)
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 X1(烟雾浓度)组合门限322 ＞每0.3048米(1英尺)0.5％的光模糊
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 X2(CO2速率)组合门限324 100ppm/min
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 双条件暂停时间 1试样
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 X2(CO2速率)单独门限318 150ppm/min
 试验性有火焰火灾检测逻辑220 X2(CO2速率)单独暂停时间320 10秒(2试样)
 试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 X1(烟雾浓度)单独门限312 ＜每0.3048米(1英尺)2％的光模糊
 试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314 60秒(7试样)
 试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 X1(烟雾浓度)组合门限322 ＜每0.3048米(1英尺)2.2％的光模糊
 试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 X2(CO2速率)组合门限324 ＜190ppm/min
 试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 双条件暂停时间330 30秒(4试样)
                           表1(续)
图8的方块 图9的方块     值
试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 X2(CO2速率)单独门限318     ＜150ppm/min
试验性有火焰火灾检测位复位逻辑230 X2(CO2速率)单独暂停时间320     60秒(7试样)
试验性无火焰火灾检测逻辑231 X1(烟雾浓度)单独门限312     每0.3048米(1英尺)1.5％
试验性无火焰火灾检测逻辑231 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314     0.0秒(瞬时的)
试验性无火焰火灾检测逻辑231 X1(烟雾浓度)组合门限322     每0.3048米(1英尺)1％
试验性无火焰火灾检测逻辑231 X2(CO2速率)组合门限324     100ppm/min
试验性无火焰火灾检测逻辑231 双条件暂停时间330     0.0秒(瞬时的)
试验性无火焰火灾检测逻辑231 X2(CO2速率)单独门限318     N/A
试验性无火焰火灾检测逻辑231 X2(CO2速率)单独暂停时间320     N/A
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 X1(烟雾浓度)单独门限312     每0.3048米(1英尺)1.5％
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314     60秒(7试样)
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 X1(烟雾浓度)组合门限322     每0.3048米(1英尺)1％
                           表1(续)
图8的方块 图9的方块      值
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 X2(CO2速率)组合门限324      100ppm/min
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 双条件暂停时间330      60秒
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 X2(CO2速率)单独门限312      N/A
试验性无火焰火灾检测位复位逻辑233 X2(CO2速率)单独暂停时间314      N/A
确实的有火焰火灾定时检测逻辑240 X1(烟雾浓度)单独门限312      N/A
定时检测逻辑240 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314      N/A
确实的有火焰火灾定时检测逻辑240 X1(烟雾浓度)组合门限322      每0.3048米(1英尺)0.9％
确实的有火焰火灾定时检测逻辑240 X2(CO2速率)组合门限324      140ppm/min
确实的有火焰火灾定时检测逻辑240 双条件暂停时间330      20秒(3试样)
确实的有火焰火灾定时检测逻辑240 X2(CO2速率)单独门限318      800ppm/min
确实的有火焰火灾定时检测逻辑240 X2(CO2速率)单独暂停时间320      20秒(3试样)
确实的有火焰火灾瞬时检测逻辑234 X1(烟雾浓度)单独门限312      N/A
                         表1(续)
图8的方块 图9的方块   值
确实的有火焰火灾瞬时检测逻辑234 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314   N/A
确实的有火焰火灾瞬时检测逻辑234 X1(烟雾浓度)组合门限322   每0.3048米(1英尺)1.0％
确实的有火焰火灾瞬时检测逻辑234 X2(CO2速率)组合门限324   150ppm/min
确实的有火焰火灾瞬时检测逻辑234 X1(CO2速率)单独门限318   1,000ppm
确实的有火焰火灾瞬时检测逻辑234 X1(CO2速率)单独暂停时间320   1试样
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 X1(烟雾浓度)单独门限312   每0.3048米(1英尺)1.0％
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314   15分钟
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 X1(烟雾浓度)组合门限322   每0.3048米(1英尺)2.0％
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 X2(CO2速率)组合门限324   120ppm/min
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 双条件暂停时间330   3分钟
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 X2(CO2速率)单独门限318   N/A
确实的无火焰火灾定时检测逻辑250 X2(CO2速率)单独暂停时间320   N/A
                           表1(续)
图8的方块 图9的方块   值
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 X1(烟雾浓度)单独门限312   每0.3048米(1英尺)3.0％
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 X1(烟雾浓度)单独暂停时间314   2分钟
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 X1(烟雾浓度)组合门限322   每0.3048米(1英尺)2.5％
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 X2(CO2速率)组合门限324   140ppm/min
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 双条件暂停时间330   1试样
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 X2(CO2速率)单独门限318   N/A
确实的无火焰火灾瞬时检测逻辑244 X2(CO2速率)单独暂停时间320   N/A
在一个优选实施例中，上述的逻辑作为计算机程序在报警控制板640或在微处理器29(图4a)中执行。在另一个优选实施例中，上述的逻辑作为具有一组分立元件的电路被执行。对于本领域的技术人员，每个执行都容易实现。
此外，在具有从具有两类报警信号的检测器网络接收数据或者从二氧化碳检测器与烟雾检测器接收数据的的火灾报警控制板的大楼中，火灾报警控制板可用于设置一个如图10所示的火灾与烟雾位置的图形810。每个检测器具有地址，或者是可识别的，以便和其它的检测器位置区分开来。图形810示出外部墙壁812，内部墙壁814，具有高浓度烟雾的位置816，以及存在有焰火灾的位置818。这种图形对于到达火灾现场的救火人员的安全的价值是无法估计的，对于他们的灭火尝试是有效的。这些尝试一般需要接进火焰向火焰喷射灭火剂(一般是水)。知道火焰和烟雾的位置与方向以及火灾扩散的程度可以使消防队员通过烟雾最少的通路接近火焰。
此外，在检测器处于空气调节器管道的情况下，区别管道本身中的火灾和管道外面的火灾是有利的。管道火灾并不是如起初想象的那样少见，因为用于打开和关闭管道的机械装置有时发生火花。通过检测二氧化碳和烟雾水平，检测器可以区别是管道中的火焰还是管道外面的火焰，前者产生高的二氧化碳浓度的改变率，后者在通路中产生高的烟雾量。
应当理解，本领域的技术人员，不脱离由权利要求限定的本发明的构思，可以对上述实施例作出各种改变和改型。

Claims (34)

1.一种用于提供火灾检测系统的方法，其中火灾检测系统中包括光反射型烟雾检测器，烟雾检测器具有光发射器和光检测器，光从所述光发射器沿着一个传播通路传播，所述光检测器相对于所述传播通路以一定的角度偏置被设置，所述光检测器接收由光发射器发出的和由通过所述传播通路的烟雾颗粒反射的光，并且所述角度偏置的数量在用于最佳地检测由有焰火灾产生的烟雾颗粒时比用于最佳地检测由无火焰火灾产生的烟雾颗粒时大，所述火灾检测系统能够精确地检测在局部区域内的有火焰火灾和无火焰火灾，该方法包括：
把光反射型烟雾检测器的角度偏置固定到一个当小的角度，以便检测和产生代表由无火焰火灾产生的烟雾颗粒浓度的第一信号；
提供二氧化碳检测器，用于检测和产生代表由有火焰火灾产生的二氧化碳浓度的第二信号；以及
将第一和第二信号提供给处理第一和第二信号的处理电路，以便确定在局部区域内或者存在有火焰火灾，或者在无火焰火灾，并响应所确定的存在的每个条件，产生报警信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中用于最佳检测由有火焰火灾产生的烟雾颗粒的角度偏置为60度，并且被固定的角度偏置实质上小于60度。
3.如权利要求2所述的方法，其中被固定的角度偏置为30度。
4.如权利要求1所述的方法，其中处理电路包括微处理器，并且第一和第二信号以数字形式提供给微处理器。
5.如权利要求1所述的方法，其中处理电路计算二氧化碳浓度的改变率，并当处理器电路计算出二氧化碳浓度的改变率超过一个预定量时，并在此后，在一个预定的时间内，第一信号指示烟雾颗粒浓度大于一个预定级时，产生报警信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述预定时间超过20秒。
7.如权利要求5所述的方法，其中预定的烟雾颗粒浓度级大约在每英尺0.1％到每英尺4％之间，并且预定的时间不超过15分钟。
8.如权利要求5所述的方法，其中预定的烟雾颗粒浓度级大约在每英尺0.1％到每英尺4％之间，并且二氧化碳浓度增加速率的预定量在30ppm/min和500ppm/min之间。
9.一种用于根据火灾检测系统测量的烟雾的变化或二氧化碳浓度级的变化区别异常的光源操作的方法，其中火灾检测系统包括烟雾检测器和二氧化碳检测器，所述方法包括：
提供一种具有光检测器的烟雾检测器，所述光检测器检测在第一波长范围内的光，并产生代表在局部区域内的烟雾浓度的第一信号；
提供一种具有光检测器的二氧化碳检测器，所述光检测器检测在第二波长范围内的光，并产生代表在局部区域内的二氧化碳浓度的第二信号；
从一个光源向烟雾检测器和二氧化碳检测器发射光，其中发射的光在一个包括第一和第二波长范围的每一个的至少一部分的辐射波长范围内；以及
处理第一和第二信号，以便通过确定第一和第二信号是否代表入射到烟雾检测器和二氧化碳检测器上的光的强度的共同减少的同时瞬间，检测异常光源操作的存在。
10.如权利要求9所述的方法，其中第一波长范围覆盖可见光的波长，第二波长范围覆盖红外光的波长。
11.如权利要求9所述的方法，还包括当处理检测到光源故障是异常光源操作的原因时提供一个指示。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述处理包括按照第一和第二信号的比调整第一和第二信号，从而进行相互校正，借以使其独立于光源强度的变化。
13.一种具有延长的操作寿命的火灾检测系统，包括：
光电烟雾检测器，它产生代表在其中具有实际的烟雾浓度的局部区域中的测量的烟雾浓度的第一信号，所述光电烟雾检测器具有代表预定的烟雾浓度的报警门限值；
校正电路，用于偏置第一信号一个漂移误差量，从而产生更精确地代表在局部区域内的烟雾的实际浓度的校正的第一信号；
二氧化碳检测器，用于产生代表局部区域中的二氧化碳浓度的第二信号；以及
当预定的一组判据中的任何一个判据被满足时，校正的第一信号或第二信号中的任何一个引起产生报警信号，在所述预定的一组判据中的一个判据包括，校正的第一信号超过报警门限值一个预定时间的条件，报警门限值和被调整以便响应不代表预计的火灾源的一般情况的实际的烟雾浓度而使得不产生报警信号的预定的时间。
14.如权利要求13所述的火灾检测系统，其中校正电路使第一信号偏置一个不大于最大漂移误差的量，并且报警门限值比最大漂移误差最小得多。
15.如权利要求13所述的火灾检测系统，其中漂移误差量对报警门限值的比大于1.0。
16.如权利要求13所述的火灾检测系统，其中预定的时间的数量级是分钟，以便检测无火焰火灾的存在。
17.如权利要求13所述的火灾检测系统，其中预定组中的一个判据包括在局部区域中的二氧化碳浓度的预定改变率，并且其中响应代表二氧化碳浓度的预定变化率的第二信号产生报警信号。
18.一种能够检测有火焰火灾和无火焰火灾的火灾检测系统，包括：
烟雾检测器，其产生代表局部区域内的烟雾浓度的第一信号；
二氧化碳检测器，其产生代表在局部区域内的二氧化碳浓度改变率的第二信号；以及
用于响应按公式计算的结果而产生报警信号的电路，由第一信号代表烟雾浓度和由第二信号代表二氧化碳浓度的改变率，以便识别在局部区域内存在的火灾条件。
19.如权利要求18所述的火灾检测系统，其中结果按公式计算而产生，包括烟雾浓度级和在预定时间内超过预定门限的二氧化碳浓度改变率。
20.如权利要求18所述的火灾检测系统，其中包括和测量的时间协调的烟雾浓度和二氧化碳浓度级的改变率组合的公式产生所述结果。
21.如权利要求20所述的火灾检测系统，其中所述组合和测量时间相互补偿，使得较大或较小的组合值分别规定较短的和较长的测量时间，从而产生所述结果。
22.如权利要求18所述的火灾检测系统，其中所述局部区域是一种机构的空气管道的内部，并且其中第一和第二信号归因于火灾条件的特征，使得烟雾检测器指示管道外部火灾的存在，第二信号指示管道内部火灾的存在。
23.如权利要求18所述的火灾检测系统，其中火灾检测系统是被设置于在结构中分布的网络中的一组标准的相同的火灾检测系统中的一个，还包括：
和火灾检测系统进行数据通信的中央控制器；以及
处理器，用于确定每个火灾检测系统的位置，以便提供一个指示在该结构中的火灾扩散的位置和程度的图形。
24.一种火灾检测系统，包括：
烟雾检测器，其产生代表局部区域内的烟雾浓度的第一信号；
二氧化碳检测器，其产生代表在局部区域内的二氧化碳浓度的第二信号；
用于接收和再发送第一和第二信号的电路；以及
以通信方式和所述电路连接的火灾报警控制板，用于接收和再发送第一和第二信号，并且当对于第一和第二信号的一组预定的判据中的任何一个判据被满足时产生报警信号。
25.如权利要求24所述的火灾检测系统，其中烟雾检测器在物理上和二氧化碳检测器分开，并且其中的电路在物理上被分为第一和第二部分，所述第一部分接收和发送第一信号，所述第二部分接收和再发送第二信号。
26.如权利要求24所述的火灾检测系统，其中二氧化碳检测器包括光源，用于发射具有位于二氧化碳吸收带中的频率的红外光；适用于接收由所述光源发出的红外光的光检测器；以及在操作上和光检测器相连的电路，用于计算二氧化碳的浓度，并产生第二信号。
27.如权利要求26所述的火灾检测系统，其中光检测器包括热电堆。
28.如权利要求26所述的火灾检测系统，其中光检测器包括光电检测器。
29.如权利要求26所述的火灾检测系统，其中热电堆和所述电路集成一个整体，从而形成组合的检测器/集成电路。
30.如权利要求29所述的火灾检测系统，其中的烟雾检测器是一种光电烟雾检测器，其包括LED和用于接收由LED发送的光从而形成第一信号的光电二极管，并且其中光电二极管被集成在组合检测器/集成电路中。
31.如权利要求24所述的火灾检测系统，其中火灾报警控制板接收来自被安装在大楼内的特定位置的多个二氧化碳检测器和烟雾检测器的信号。
32.如权利要求31所述的火灾检测系统，其中火灾报警控制板包括用于识别二氧化碳检测器和烟雾检测器的位置并用于产生在大楼内的烟雾和火灾位置的图形的电路。
33.如权利要求31所述的火灾检测系统，其中第二信号和相应于存在火焰的一个判据相关。
34.如权利要求31所述的火灾检测系统，其中第一信号和相应于存在烟雾的一个判据相关。
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