Brevet FR2132639A1 — publié le 19721124

2T32639 La présente invention est relative à un détecteur de flammes comportant au moins un élément photo-électrique et un montage électrique pour l'évaluation des signaux de sortie de l'élément photo-électrique et pour une indication de signalisa-5 tion. Dans les dispositifs connus destinés à déceler des flammes, qui sont utilisés par exemple en tant qu'avertisseurs d'incendie, le rayonnement émis par la flamme dans la gamme spectrale visible, infrarouge ou ultraviolette est reçu par un élément 10 photo-électrique approprié, par exemple une cellule photo-élec-trique, une photo-diode ou une photorésistance et y est transformé en un signal de sortie électrique. Ce signal de sortie est utilisé par le montage électrique connecté à l'élément photoélectrique de manière à déclencher un signal d'alerte ou de sur-15 veillance lorsqu'une flamme existe ou n'existe pas dans la zone surveillée. En pratique, il existe cependant en général, en plus du rayonnement des flammes, d'autres rayonnements parasites ou perturbateurs, comme par exemple la lumière du soleil, les rayon-20 nements de lampes ou de sources d'infrarouge, etc. Afin de pouvoir faire la distinction entre le rayonnement des flammes et celui de ces sources parasites, un détecteur de flammes doit par conséquent être conçu de telle sorte qu'il fasse appel à des propriétés caractéristiques du rayonnement des flammes pour ef-25 fectuer une distinction vis-à-vis des rayonnements parasites. Un dispositif connu utilise le fait que les flammes aparais-sant lors d'un incendie présentent une proportion d'infrarouge plus élevée que la plupart des rayonnements parasites. Une cellule photo-électrique sensible au rouge et une cellule photo-30 électrique sensible au bleu sont connectées en série et le montage électrique ne déclenche alors un signal d'alerte que quand le rapport rouge/bleu dépasse une valeur déterminée. Des détecteurs de flammes de ce genre peuvent évidemment être amenés à fournir de fausses alertes sous l'influence d'un élément rayon-35 nant fortement des infrarouges. Dans le cas d'un rayonnement parasite à forte teneur en bleu, au contraire, absolument aucune alarme est déclenchée ou la sensibilité de réponse pour le rayonnement des flammes est fortement réduite. Un autre dispositif utilise le vacillement à basse fréquence 72 08396 2 2132639 typique des flammes pour effectuer une distinction par rapport à des éléments rayonnants parasites. Le montage électrique comporte alors un filtre qui ne laisse passer que des fréquences dans une plage déterminée, par exemple de 5 à 25 Hz ou de 2 à W Hz. 5 Des dispositifs de ce genre également peuvent cependant être perturbés par des réflexions à partir de rayonnements perturbateurs ou parasites sur des pièces mobiles ou rotatives avec une fréquence accidentellement analogue ou par des lampes à fluorescence vacillante, etc. On a bien cherché en faisant appel ac-10 cessoirement aux longueurs d'onde les plus fréquentes dans un rayonnement de flammes, par exemple en intercalant des filtres infrarouge» avant la cellule photo-électrique ou en éliminant les longeurs d'onde du rayonnement parasite le plus fréquent, à obtenir une réduction de la susceptibilité aux perturbations. 15 Ceci n'a cependant été couronné de succès que dans une mesure limitée, car il arrive fréquemment que des rayonnements infrarouges aussi soient réfléchis par des pièces mobiles ou rotatives de telle sorte que même avec de tels dispositifs, une fausse aler te peut être déclenchée. 20 Le but de l'invention est par conséquent d'offrir un détec teur de flammes dans lequel la susceptitdLité aux perturbations et la fréquence des fausses alertes sont réduites grâce à une meilleure utilisation des propriétés caractéristiques des flammes On doit ainsi disposer d'un détecteur de flammes qui présente une 25 sécurité de fonctionnement accrue et qui peut être rendu plus sen sible que les dispositifs connus, à cause de son insensibilité vis-à-vis des rayonnements perturbateurs ou parasites. L'invention se caractérise par le fait que le montage électrique peut évaluer séparément dans au moins deux gammes de fré-30 quences différentes la partie de tension alternative du signal de sortie du ou des éléments photo-électriques et ne peut alors déclencher un signal que quand le signal de sortie dans les deux gammes de fréquences dépasse des valeurs de seuil déterminées. L'invention fait appel au fait que le vacillement à basse 35 fréquence ne s'effectue pas parfaitement régulièrement ou périodiquement. Dans le cas d'une flamme, des fronts de flammes individuels se détachent successivement à certains intervalles de temp» du foyer d'incendie et provoquent une impulsion lumineuse. La succession des impulsions lumineuses individuelles correspond 40 bien à la gamme de basse fréquence précitée , mais cependant 72 08396 3 2132639 l'écartement entre les impulsions lumineuses individuelles est réparti irrégulièrement. Ceci signifie que dans le cas d'une flamme, au contraire d'une source lumineuse fonctionnant périodiquement, n'apparaissent pas des fréquences distinctes et leurs 5 harmoniques, mais au contraire une bande de fréquences plus ou moins continue. Un rayonnement de flammes peut donc être distingué d'un rayonnement parasite périodique en déterminant si les variations du rayonnement reçu se présentent dans plusieurs gammes de fréquences. Ces gammes de fréquences sont utilement choi-10 aies de manière à éviter qu'un rayonnement parasite périodique puisse se situer dans une gamme de fréquences tandis que simultanément un harmonique, par exemple le second ou le troisième, se trouve dans l'autre gamme de fréquences. Ceci peut être obtenu par exemple grâce au fait que les deux gammes de fréquences se 15 situent dans une plage à basse fréquences, par exemple entre 2 et 40 Hz ou 5 et 25 Hz, la limite supérieure de la gamme de fréquences supérieure se trouvant vis-à-vis de la limite inférieure de la gamme de fréquences inférieure dans un rapport atteignant au plus 2/1. Ceci est assuré lorsque les deux gammes de fréquen-20 ces se raccordent directement l'une à l'autre et que le rapport entre la limite supérieure et la limite inférieure de fréquence pour chaque gamme de fréquences atteint au maximum 2. Lorsqu'on utilise plus de deux gammes de fréquence, comme cela e3t particulièrement rationnel dans les installations auto-25 matiques d'avertisseur d'incendie dans lesquelles on demande une sécurité de fonctionnement particulièrement grande, les conditions indiquées doivent être remplies pour au moins deux des gammes ou canaux de fréquence utilisés. D'autres détails et particularités de l'invention ressorti-30 ront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La fig. 1 est un schéma sous forme de blocs d'un détecteur de flammes. La fig. 2 est un schéma d'un autre détecteur de flammes. 35 La fig. 3 représente l'allure de fréquences de l'anpLifica- teur utilisé. La fig. 4 représente le montage d'une première installation d'avertisseurs de flammes. - La fig. 5 représente le montage d'une autre installation 72 08396 4 2132639 d'avertisseurs de flammes. On a représenté à la fig. 1 le schéma sous forme de blocs d'un détecteur de flammes suivant l'invention. Le rayonnement des flammes vient frapper des éléments photo-électriques 1 et 2, 5 par exemple des photorésistances, des photo-diodes ou des cellules photo-électriques. Le signal de sortie des éléments photoélectriques est appliqué à des amplificateurs sélectifs en fréquence 5 et 6. Les gammes de fréquences des deux amplificateurs sont alors choisies différemment, mais cependant de telle sorte 10 qu'elles se situent dans la plage des fréquences de vacillement des flammes (par exemple dans la gamme de 2 à 40 Hz ou de 5 à 25 Hz). Pour améliorer la sensibilité et la sélectivité, on peut prévoir avant l'élément photo-électrique 1 correspondant à l'amplificateur à fréquences inférieures 5, un filtre rouge ou 15 infrarouge 3, tandis qu'avant l'élément photo-électrique 2 correspondant à l'amplificateur à fréquences supérieures 6 est agencé un filtre transparent pour le bleu 4. L'effet de cette disposition a pour base le fait que le rayonnement des flammes à fréquences inférieures présente une plus forte proportion de rouge. 20 Cependant, on peut aussi se dispenser de ces filtres 3 et 4 et prévoir pour recevoir le rayonnement des flammes un seul élément photo-électrique dont le signal de sortie est appliqué aux deux amplificateurs sélectifs en fréquence 5 et 6. Les signaux de sortie des amplificateurs 5 et 6 sont appli-25 qués par des redresseurs 7 et 8 à des dispositifs de discrimi-nateurs 9 et 10. Ces discriminateurs ne fournissent un signal de sortie que quand les signaux d'entrée, au cours d'un intervalle de temps déterminé, dépassent une valeur de seuil prédéterminée, c'est-à-dire lorsqu'un rayonnement de flammes est enregistré dana 30 la plage de passage de l'amplificateur correspondant. Les signaux de sortie des discriminateurs 9 et 10 sont appliqués à une porte ET 11, qui ne fournit un signal que quand un signal d'entrée lui parvient à partir des deux discriminateurs 9 et 10. Le signal de sortie de la porte ET 11 est envoyé, par 35 l'intermédiaire d'un dispositif de retardement ou d'intégration 12, au dispositif d'alerte 13- L'interposition d'un dispositif de retardement sert à éliminer de fausses alertes dues à de brèves perturbations. On peut cependant s'en dispenser lorsqu'un temps de réponse particulièrement bref du détecteur de flammes 72 08396 5 2132639 est requis. Avec un détecteur de flammes de ce genre, le dispositif d'alerte ne fonctionne donc que quand le rayonnement des flammes varie de telle sorte que des fréquences dans deux gammes diffé-5 rentes sont présentes. La fig. 2 représente le schéma d'un détecteur de flammes dans lequel le rayonnement des flammes est enregistré par une photorésistance 14, qui est connectée en série avec une résistance fixe 15 entre des lignes d'alimentation 49 et 50. La 10 modification de la chute de tension dans la photorésistance 14 est transmise par un condensateur 16 à des résistances 17 et 18 ainsi qu'à des condensateurs 19 et 20 de deux amplificateurs opérationnels 21 et 22. Des condensateurs 25 et 26 et des résistances 25 et 24 servent à réaliser une contre-réaction sélec-15 tive des amplificateurs 21 et 22. La gamme de fréquences des deux amplificateurs est à nouveau choisie différemment, mais elle se situe cependant dans les limites de la plage de fréquences du rayonnement des flammes. Les gammes de fréquences sont de préférence déterminées par les condensateurs 19, 20, 25 et 20 26 ainsi que par les résistances 17, 18, 25 e"t 24. Les signaux de sortie des amplificateurs 21 et 22 sont appliqués par des condensateurs 27 et 28 à deux redresseurs constitués par des résistances 29, 30, des diodes 31, 32 et des condensateurs 33, 34. Des résistances 35, 37 et 36, 38 constituent 25 des diviseurs de tension à l'aide desquels les signaux redressés peuvent être affaiblis de telle sorte que des transistors 39 et 40 ne peuvent être ouverts ou rendus conducteurs qu'au-dessus d'une valeur déterminée des signaux de sortie des amplificateurs 21, 22. Etant donné que les transistors 39, 40 sont connectés 30 en série, un courant ne peut alors circuler dans une résistance 51 que quand les deux transistors sont conducteurs. Le montage agit donc à la façon d'une porte ET. Dans un tel cas, la chute de tension dans la résistance 51 amène un étage relaxateur, constitué par deux autres transistors à réaction mutuelle 43 et 35 44, à basculer à l'état conducteur. Des résistances 41 et 45 servent alors de résistances de base pour les deux transistors et des condensateurs 42 et 46 à une protection contre un basculement accidentel sous l'effet de pointes de tension provenant du réseau de distribution. Lorsque l'étage relaxateur se trouve 72 08396 6 2132639 à l'état conducteur, un courant d'alerte circule par l'intermédiaire des lignes d'alimentation vers une centrale de signalisation non représentée. En outre, dans le détecteur lui-même, une lampe indicatrice 48 en série avec l'étage relaxateur est 5 mise en service. Une diode de Zener 47 connectée en parallèle avec cette lampe sert à maintenir la tension constante. On a représenté à la fig. 3, sur la base du spectre de fréquences, le mode de fonctionnement de l'invention. La courbe FL donne un exemple du spectre de vacillement d'une flamme. 10 On peut observer une proportion de fréquences continue relativement large entre 4 et 10 Hz, qui se prolonge sous une forme affaiblie jusqu'à des fréquences supérieures à 25 Hz. Au contraire, le spectre de fréquences d'un rayonnement parasite S, provenant dans l'exemple choisi d'une source lumineuse 15 à éclairage continu, dont le rayonnement était interrompu environ 6 fois par seconde par un diaphragme mécanique, présente un spectre de lignes avec une fréquence de base de 6 Hz et des harmoniques supérieurs au double, au triple, au quadruple, au quintuple, etc de la fréquence de base. 20 L'allure de fréquence des deux amplificateurs 5, 6 et 21, 22 est alors choisie utilement de telle sorte que la fréquence de base d'un rayonnement parasite ne tombe pas dans une gamme de fréquences alors que simultanément son second harmonique se trouve dans l'autre gamme de fréquences. Ceci peut être obtenu 25 lorsque la limite supérieure de la gamme de fréquences supérieure se trouve d'un facteur 2 au maximum au-dessus de la limite inférieure de la gamme de fréquences inférieure. Dans le cas idéal, cette condition est satisfaite lorsque les deux gammes de fréquences ont une largeur relative d'environ 2 et se rac-30 cordent directement l'une à l'autre. A la fig. 3, un tel cas est illustré de façon approximative par les courbes de fréquences E1 et F2. Dans ce cas, on est assuré qu'en aucun cas la fréquence de base d'un parasite ou d'une perturbation se situera conjointement avec un harmonique dans la plage de fréquences 35 évaluée. Etant donné que pour la plupart des rayonnements parasites, le second harmonique est nettement plus faible que le troisième, le danger d'une fausse alerte provenant d'une apparition simultanée de ces deux harmoriques est également très faible. Dans l'exemple choisi, la plage de fréquences évaluée se I 72 08396 7 2132639 situe entre 5 et 10 Hz. En fonction du spectre de vacillement prévu des flammes à déceler, cette plage de fréquences peut être choisie en conséquence. Par exemple, il est utile avec des flammes à vacillement plus rapide, de choisir une plage comprise 5 entre 10 et 20 Hz. La largeur des deux gammes de fréquences peut également être adaptée à un rayonnement perturbateur ou parasite prévu. Si on ne doit s'attendre qu'à des harmoniques de rang différent, il est utile dans certaines circonstances de choisir une largeur de gamme de fréquences nettement inférieure à 10 2* Il convient encore de remarquer que le ou les éléments photo-électriques peuvent soit être réunis avec le montage électrique en un ensemble mécanique, soit être séparés de ce montage qui est alors agencé dans une centrale de signalisation, plu-15 sieurs éléments photo-électriques étant raccordés par des lignes communes à cette centrale. Dans le premier cas, l'évaluation s'effectue dans le détecteur intéressé, tandis que dans le second elle s'effectue dans la centrale de signalisation. On a représenté à la fig. 4- le montage d'une installation 20 d'avertisseurs de flammes du premier genre précité. A une centrale de signalisation S sont connectés, par l'intermédiaire de conducteurs L^ et Lg, deux groupes G/j et d'avertisseurs de flammes. Chacun des deux groupes est constitué par plusieurs détecteurs de flammes connectés en parallèle D, D' et D". Cha-25 cun de ces détecteurs de flammes est constitué par un élément photo-électrique P et un montage électrique associé E, qui sont réunis en un ensemble mécanique. Si alors l'un des éléments photo-électriques P, P' ou P" est frappé par le rayonnement d'une flamme, la résistance du montage électrique E, E' ou E" 30 associé se réduit, de telle sorte qu'un courant plus élevé circule dans la paire de conducteurs L^ ou I>2• Dans des ensembles d'alerte A^ et A^ agencés dans la centrale de signalisation S, l'apparition d'un tel courant accru est utilisée en tant que critère pour un état d'alerte et un signal d'alerte visuel ou 35 acoustique apparaît dans la centrale de signalisation. Grâce à des dispositifs d'indication spéciaux sur les ensembles d'alerte individuels, on peut déterminer à partir de quel groupe de détecteurs l'alerte est parvenue. En outre, on peut prévoir dans la centrale de signalisation un ensemble de transmission E commandé 72 08396 2132639 à partir des ensembles d'alerte individuels A2, etc, cet ensemble transmettant accessoirement un appel d'alerte à un poste extérieur, par exemple le service des pompiers ou la police. 5 La fig. 5 représente une installation d'avertisseurs de flammes, dans laquelle on n'a pas connecté à la centrale de signalisation S des détecteurs complets constitués par un photo-élément et un montage électrique, mais au contraire par l'intermédiaire de paires de conducteurs L et L', plusieurs groupes G 10 et G' d'éléments photo-électriques P/j, *4 connectés en narallèle. Les signaux de sortie de ces éléments photoélectriques sont envoyés en commun au montage électrique associé E ou E'ces montages étant agencés dans la centrale de signalisation S. Dans ce cas, le signal de sortie du montage élec-15 trique, c'est-à-dire le courant d'alerte accru, est chaque fois appliqué à un dispositif d'alerte A, A' associé, qui est également agencé dans la centrale de signalisation et qui provoque à son tour le déclenchement d'un signal d'alerte visuel ou acoustique. On prévoit également à nouveau l'application par 20 les dispositifs d'alerte A, A' d'un signal à un ensemble de transmission T, qui indique à des postes extérieurs l'apparition d'un état d'alerte. Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que 25 bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. / 72 08396 9 2132639 revendications 1 - Détecteur de flammes avec au moins un élément photoélectrique et un montage électrique destiné à évaluer les signaux de sortie du ou des éléments photo-électriques et à donner une indication de signalisation, caractérisé en ce que le 5 montage électrique peut évaluer séparément dans au moins deux gammes de fréquences différentes la partie de tension alternative du signal de sortie du ou des éléments photo-électriques et déclencher alors un signal uniquement lorsque le signal de sortie dans les deux gammes de fréquences dépasse des valeurs 10 de seuil déterminées. 2 - Détecteur de flammes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux gammes de fréquences se situent dans une plage de fréquences comprise entre 2 et 40 Hz. 3 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 15 1 et 2, caractérisé en ce que les deux gammes de fréquences se situent dans une plage de fréquences dont les limites supérieure et inférieure se trouvent au maximum dans un rapport de 2/1. 4 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport entre la limite supé- 20 rieure et la limite inférieure des fréquences pour chacune des deux gammes de fréquences atteint au maximum 2. 5 - Détecteur de flammes suivant 1b revendication 1, caractérisé en ce que le montage électrique présente deux branches différentes avec une allure de fréquence différente, dont 25 les signaux de sortie peuvent être appliqués à une porte ET qui ne peut déclencher un signal d'alerte que quand un signal d'entrée est présent à partir de chaque branche. 6 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque branche du montage électri- 30 que présente un amplificateur sélectif en fréquence et un dis-criminateur destiné à déceler un signal de sortie de l'amplificateur. 7 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un élément photo-élec- 35 trique dont le signal de sortie peut être appliqué simultanément aux deux branches du montage électrique. 8 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 72 08396 10 2132639 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments photoélectriques de sensibilité spectrale différente, dont les signaux de sortie peuvent être appliqués chacun à une branche du montage électrique. 5 9 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la porte ET comporte deux transistors dont les intervalles collecteurs-émetteurs sont connectés en série et dont la base peut être commandée à partir de l'une des branches du montage électrique. 10 10 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la porte ET peut commander un étage de commutation bistable. 11 - Détecteur de flammes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les éléments photo-électriques sont 15 réunis avec le montage électrique en un ensemble mécanique. 12 - Détecteur de flacunes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le montage électrique est agencé indépendamment des éléments photo-électriques dans une centrale de signalisation et en ce que plusieurs éléments photo-électriques 20 peuvent être connectés à cette centrale de signalisation. 13 - Détecteur de flammes suivant l'une des revendications 1 et 12, caractérisé en ce que plusieurs éléments photo-électri-ques sont reliés à la centrale de signalisation. 14 - Détecteur de flammes suivant la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le montage électrique déclenche un signal lorsque les valeurs de seuil sont dépassées dans toutes les gammes de fréquence évaluées dans un laps de temps déterminé.