Brevet FR2723233A1 — publié le 19960202

Perfectionnements aux détecteurs optiques de fumées. L'invention est relative aux dispositifs destinés à détecter la présence de fumées en vue notamment d'effectuer la surveillance d'un local vis-à-vis des risques d'incendie et, à cet effet, de déclencher automatiquement une alarme, notamment sonore, lorsque la densité des fumées détectées dépasse un seuil prédéterminé. Elle vise plus particulièrement, parmi ces détecteurs, ceux qui mettent en oeuvre un effet optique en exploitant, à l'aide d'un détecteur approprié, la réflexion d'un pinceau lumineux relativement intense sur certaines des particules composant les fumées à contrôler, fumées circulant dans une chambre noire qui contient ledit détecteur. Vu l'intensité du pinceau lumineux, si celui-ci était émis en permanence, la consommation électrique résultante du dispositif serait très importante. Pour écarter cet inconvénient, il a déjà été proposé d'émettre ledit pinceau sous la forme d'impulsions lumineuses de courte durée t espacées les unes des autres de périodes identiques T beaucoup plus longues, les durées t étant par exemple de l'ordre de la milliseconde ou de 100 microsecondes et les périodes T, de l'ordre de 5 à 10 secondes, la détection étant alors effectuée sur la base de signaux électriques de réponse élaborés par le détecteur uniquement au cours des durées t, les valeurs de ces signaux étant comparées à tour de rôle à une valeur représentative du seuil ci-dessus de façon à déclencher l'alarme en cas de dépassement. Pour créer lesdites impulsions de durée t, on opère de préférence comme suit : on charge pendant les périodes T un condensateur à l'aide d'un courant électrique de faible intensité, puis on décharge ce condensateur à la fin de chacUne desdites périodes pendant des temps t et on applique sur une source lumineuse les impulsions de courant de durée t ainsi engendrées, lesquelles se traduisent par les impulsions lumineuses de même durée formant le pinceau lumineux. En général, pour éviter les déclenchements d'alarme intempestifs qui pourraient être provoqués par un éclairage brusque du détecteur, dû par exemple au balayage du dispositif par un faisceau lumineux intense lui-même créé directement à partir d'une torche manuelle ou indirectement par réflexion du soleil sur une surface vitrée déplacée à la vue du dispositif, on ne déclenche une alarme signifiant un risque d'incendie qu'après avoir vérifié que le seuil de déclenchement programmé à l'avance demeure dépassé durant plusieurs impulsions lumineuses successives. Si l'écart entre lesdites impulsions lumineuses successives atteint ou dépasse les 5 ou 10 secondes, la durée d'un tel contrôle de sécurité peut atteindre la demi-minute ou davantage, ce qui est prohibitif. L'invention a pour but, surtout, de supprimer cet inconvénient tout en bénéficiant de la grande économie due à la formation du pinceau lumineux exploité pour la détection à l'aide d'impulsions brèves espacées dans le temps. A cet effet, les dispositifs détecteurs de fumée du genre en question selon l'invention comprennent encore des moyens pour former le pinceau lumineux incident de contrôle à l'aide d'impulsions de courant également espacées dans le temps, et ils sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent en outre des moyens pour augmenter automatiquement la fréquence d'émission desdites impulsions dès la première manifestation d'une détection représentative d'un dépassement du seuil prédéterminé par la densité des fumées à contrôler, le déclenchement éventuel d'une alarme étant alors commandé en fonction des signaux élaborés par le détecteur en réponse à plusieurs des impulsions successives émises à la fréquence augmentée, lesdits moyens étant ensuite à nouveau neutralisés si l'examen desdits signaux révèle un retour en ordre de la situation et seulement dans ce cas. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - les moyens pour émettre les impulsions lumineuses constitutives du pinceau incident comprennent une source de courant continu et une source lumineuse branchée aux bornes de la source de courant par l'intermédiaire d'au moins un interrupteur électronique et les moyens pour augmenter la fréquence des impulsions lors des dépassements du seuil prédéterminé par le signal de réponse du détecteur comprennent un amplificateur de ce signal de réponse, un convertisseur analogique-numérique, un microprocesseur comprenant le seuil enregistré dans une mémoire appropriée, et un circuit, associé au microprocesseur et éventuellement intégré à celui-ci, propre à augmenter la fréquence d'actionnement de l'interrupteur dès dépassement du seuil par le signal de réponse et tant que dure ce dépassement, - le microprocesseur comprend des moyens pour détecter, notamment par un calcul de dérivée, le sens de l'évolution des amplitudes des signaux de réponse du détecteur correspondant aux impulsions successives émises à la fréquence augmentée, et des moyens pour déclencher l'alarme si ce sens est croissant et seulement dans ce cas, - l'ensemble constitué par le microprocesseur et le circuit de commande de la fréquence d'émission des impulsions constitutives du pinceau lumineux incident est agencé de façon telle que les amplitudes de celles, de ces impulsions, qui sont émises à la fréquence augmentée croissent dans le temps, - l'ensemble du microprocesseur et du circuit de commande de la fréquence d'émission des impulsions constitutives du pinceau lumineux incident est agencé de façon telle que les largeurs et/ou amplitudes de celles, de ces impulsions, qui sont émises à la fréquence augmentée soient supérieures à celles des impulsions qui étaient émises auparavant à fréquence normale. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre très schématiquement le composant, d'un dispositif de détection établi selon l'invention, dans lequel est effectuée la détection optique proprement dite. La figure 2 est un schéma simplifié de l'ensemble du dispositif de détection selon l'invention. La figure 3 montre de façon plus détaillée un autre composant de ce dispositif, savoir son circuit de commande de la fréquence d'émission des impulsions lumineuses. Les figures 4, 5 et 6 sont des diagrammes faisant apparaître chacun, d'une part en haut, les impulsions lumineuses incidentes et, d'autre part en bas, les signaux de réponse du détecteur pour respectivement trois situations différentes. D'une façon connue en soi, le détecteur comprend un boîtier 1 monté sur un socle 2 et percé de fenêtres 3 propres à livrer passage à une fumée F à contrôler. Ces fenêtres 3 sont associées à des chicanes (non représentées) permettant d'interdire au maximum les introductions de la lumière dans le boîtier et ainsi de former à l'intérieur de ce boîtier une chambre noire. Le boîtier contient une source lumineuse L propre à émettre un pinceau lumineux P dans la chambre noire, et un détecteur D placé dans une zone d'ombre de cette chambre vis-à-vis de la source L. Si aucune fumée n'est présente dans le boîtier lors de l'émission du pinceau incident P, celui-ci n'est pratiquement pas réfléchi vers le détecteur D et la réponse de ce dernier est très faible, voire pratiquement nulle. Si au contraire le boîtier contient de la fumée, les particules X composant cette fumée constituent des petits miroirs propres à réfléchir la lumière : certains des rayons ainsi réfléchis atteignent le détecteur D et l'intensité de la réponse de ce dernier est d'autant plus élevée que la densité de la fumée considérée est elle-même plus élevée. Comme dit plus haut, le pinceau lumineux incident P n'est pas émis en continu, mais sous la forme d'impulsions I (figure 4) dont les durées t sont relativement petites, étant notamment de l'ordre de 100 microsecondes à 1 milliseconde, les périodes T qui s 'écoulent entre les impulsions I successives étant elles-mêmes relativement longues, et notamment de l'ordre de 5 à 10 secondes. Avec de tels rapports de durée, on peut engendrer, par charges et décharges successives, à l'aide d'un interrupteur, d'un circuit résistance R-capacité C approprié (figure 3), circuit dont le condensateur C est monté aux bornes de la source lumineuse L à exciter, des impulsions de courant de 1 Ampère à partir d'un courant moyen de charge dont l'intensité est seulement de 100 microampères ou même inférieure. On obtient de cette façon une réduction très importante de la consommation électrique des détecteurs considérés, le rapport de cette réduction dépassant généralement 5000. Comme également dit plus haut, pour éviter toute alarme intempestive, il convient que chaque dépassement de seuil détecté sur la base d'une impulsion lumineuse incidente soit confirmé sur plusieurs impulsions subséquentes et une telle vérification peut se révéler trop longue dans la pratique : le gain d'une minute, voire d'une demi-minute, peut se révéler extrêmement précieux pour éteindre le début d'un incendie. L'invention permet de bénéficier à la fois de l'économie considérable due à l'émission lumineuse sous la forme d'impulsions brèves et répétées à un rythme relativement lent et la sécurité d'une réponse délivrée seulement après une vérification multipliée, tout en limitant à une durée très petite, pouvant être de l'ordre de la seconde, l'obtention de cette réponse. A cet effet, selon l'invention, on augmente automatiquement la fréquence d'émission des impulsions lumineuses dès qu'un dépassement anormal de seuil a été détecté sur la base d'une impulsion incidente émise à la fréquence basse normale. La vérification multipliée ci-dessus évoquée est alors réalisée à l'aide des impulsions émises à la fréquence augmentée : cette vérification est donc beaucoup plus rapide que précédemment et peut permettre de lever beaucoup plus vite l'incertitude en ce qui concerne l'origine de l'anomalie ; la réponse du dispositif de détection est donc beaucoup plus rapide sans que la fiabilité de cette réponse soit diminuée en rien. On a schématisé sur la figure 2 un dispositif permettant d'obtenir un tel résultat. Ce dispositif comprend - un amplificateur 4 recueillant la sortie du détecteur D, - l'ensemble constitué par un microprocesseur 5 et un convertisseur d'entrée analogique-numérique 6, ensemble recevant la sortie de l'amplificateur 4 et comprenant, enregistré dans une mémoire, le seuil S dont le dépassement par le signal sortant du détecteur D et amplifié par l'amplificateur 4 signifie une densité dangereuse de fumée F, - un circuit 7 recevant la sortie de l'ensemble 5-6 et propre à commander la fréquence d'émission des impulsions lumineuses émises par la source L, circuit qui peut faire partie au moins partiellement dudit ensemble 5-6, - et une source de courant électrique 8 alimentant les différents composants ci-dessus. Le circuit 7 de commande de la fréquence d'émission des impulsions I comprend quant à lui (voir figure 3), d'une façon connue en soi - le condensateur C ci-dessus, monté aux bornes de la source de courant 8 par l'intermédiaire de la résistance R ci-dessus de façon à être progressivement chargé par cette source, avec une vitesse et à un niveau dépendant de la valeur de ladite résistance, - et un circuit 9 connectant la source lumineuse L aux bornes du condensateur C par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique 10 et d'une résistance 11. Ledit circuit 7 comprend en outre ici - montées en parallèle sur la résistance R, au moins une autre résistance 12 de valeur inférieure à celle de cette résistance R, ladite autre résistance 12 pouvant même se limiter à un simple conducteur 13 de faible résistance, la mise en circuit à volonté de l'une ou l'autre des résistances en parallèle (R, 12, 13...) étant commandée par un commutateur électronique 14, - et des liaisons électriques symbolisées par les flèches 15 et 16 et associées à des moyens de commande appropriés pour transformer les instructions élaborées par le microprocesseur 5 en commandes correspondantes, soit du commutateur 14 seul, soit de ce commutateur et de l'interrupteur 10, dans l'hypothèse où ce dernier ne serait pas organisé de façon à se fermer automatiquement pendant une courte durée chaque fois que la charge du condensateur C dépasse un seuil prédéterminé. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant. En temps normal, c'est-à-dire en absence de fumée F dans le boîtier 1, la source lumineuse L émet des impulsions de lumière I espacées de périodes T identiques et relativement longues (figure 4) qui sont engendrées par les décharges automatiques chroniques du condensateur C, lequel est chargé progressivement en permanence par la source de courant 8. Ces impulsions de lumière se traduisent à la sortie du détecteur D par des signaux de tension V (figure 4) de très faible amplitude : cette amplitude demeure inférieure à celle du seuil S enregistré dans le microprocesseur 5 (en tenant compte, bien entendu, du coefficient d'amplification imposé par l'amplificateur 4) de sorte que ce microprocesseur n'engendre sur ses sorties 15, 16 aucun signal de commande susceptible de perturber la succession normale des cycles de veille. Dès qu'une bouffée de fumée F suffisamment dense a pénétré dans le boîtier 1, l'émission d'une impulsion lumineuse, dite Iot par la source L se traduit, du fait de la réflexion de certains rayons lumineux composant cette impulsion sur des particules X de cette fumée, par élaboration par le détecteur D d'une impulsion de tension VO (figure 5). Si cette tension VO est supérieure au seuil S, le microprocesseur délivre immédiatement sur ses sorties 15, 16 un ordre d'accroissement de la fréquence d'émission des impulsions lumineuses, cette fréquence étant par exemple multipliée par un coefficient de l'ordre de 10. Cet accroissement est obtenu en modifiant la position du commutateur 14 de façon à remplacer dans le circuit RC la résistance R par l'une des résistances plus petites 12, 13 ou autres. A chacune des impulsions subséquentes li, 12, 13... qui succèdent alors à fréquence accélérée à l'impulsion incidente 1o correspond une réponse de tension V1, V2, V3... L'examen des valeurs de ces réponses est capital pour déterminer si le dépassement de seuil observé lors de l'émission de l'impulsion incidente Io était fugace et aurait donc donné lieu à une fausse alerte si elle avait été seule prise en considération ou si, au contraire, il s'agissait bien d'un début d'incendie devant donner lieu à l'émission d'une alarme. Pour le premier cas en effet, lesdites valeurs successives vont en décroissant et repassent rapidement au-dessous du seuil S : dans ce cas, le microprocesseur 5 élabore des instructions pour faire revenir le commutateur 14 en sa position initiale de veille. Dans le second cas, les valeurs successives en question vont en croissant : c'est bien là une confirmation du danger initialement détecté et le microprocesseur est agencé de façon à exciter alors une alarme de toute nature désirable, notamment sonore. Le sens de l'évolution des valeurs successives cidessus peut être déterminé par le calcul d'une dérivée dans le microprocesseur. Si lesdites valeurs successives V1, V2 . . . demeurent constantes, l'ambiguïté peut demeurer plus longtemps. Plusieurs solutions peuvent alors être envisagées pour lever cette ambiguïté. Selon une première solution, on diffère la décision de déclenchement de l'alarme ou de retour à l'état de veille jusqu'à détection d'une évolution des amplitudes contrôlées des réponses Vn dans l'un ou l'autre sens. Selon une autre solution, on déclenche automatiquement l'alarme au bout d'une durée minimum Ta qui peut elle-même avoir une valeur d'autant plus grande que la différence entre la valeur constante des impulsions de réponse Vn et le seuil S est plus petite. Selon encore une autre variante destinée à affiner la réponse de l'ensemble, on donne aux impulsions incidentes I'1, I'2... -des valeurs elles-mêmes croissantes l'expérience montre en effet que la variation résultante des amplitudes des signaux de réponse correspondants V'1, V'2... est supérieure à la variation des amplitudes des impulsions incidentes. C'est ce qui a été représenté sur la figure 6. On pourrait également, dans le même but, donner aux durées et/ou aux amplitudes individuelles des impulsions des valeurs encore constantes, mais supérieures à celles des impulsions I émises à cadence basse lors de chaque période normale de veille. Chacun des deux interrupteurs 10 et 14 ci-dessus décrits est avantageusement constitué par un transistor ou par un semi-conducteur à trois électrodes dont l'électrode de commande est reliée à la sortie correspondante (16 ou 15) du microprocesseur 5, lesdits transistors ou analogues pouvant même être intégrés dans ce microprocesseur, ainsi que les résistances (11, 12, R) auxquelles ils sont associés. Cette constitution, ou mieux encore cette intégration, permet d'agir d'une manière particulièrement fine sur les valeurs des fréquences et/ou amplitudes des impulsions Iî, 12... à engendrer. De même, pour déterminer avec précision les instants de décharge du condensateur C, on prévoit avantageusement un circuit propre à mesurer la tension réelle à chaque instant aux bornes dudit condensateur, circuit pouvant faire partie, lui aussi, de l'ensemble 56 : cette mesure de tension permet de s'affranchir des erreurs qui pourraient résulter du vieillissement des circuits. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de détection optique de fumée dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Ce dispositif présente par rapport à ceux actuellement connus de nombreux avantages et en particulier celui d'une réponse fiable rapide, sans pratiquement aucune augmentation de la consommation moyenne en courant électrique, laquelle demeure extrêmement faible. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où une partie du microprocesseur 5 ci-dessus serait remplacée par un comparateur (non représenté) recevant sur une de ses entrées la sortie de l'amplificateur 4 et sur son autre entrée, un signal électrique représentatif du seuil S, la sortie de ce comparateur étant alors appliquée sur le circuit 7, de préférence par l'intermédiaire de l'ensemble constitué par un microprocesseur et par un convertisseur analogique-numérique, ensemble permettant un traitement de signaux particulièrement simple et performant. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour détecter la présence de fumées (F), comprenant une chambre noire (1) qui reçoit les fumées à détecter, une source (L) propre à émettre dans cette chambre un pinceau lumineux (P) formé d'impulsions de courte durée espacées les unes des autres de périodes identiques beaucoup plus longues, un détecteur (D) propre à élaborer des signaux de réponse (V) liés aux réflexions partielles des impulsions lumineuses successives sur certaines des particules (X) composant les fumées contenues dans la chambre, et des moyens pour comparer ces signaux de réponse à un seuil prédéterminé (S) et pour déclencher une alarme en cas de dépassement de ce seuil par plusieurs desdits signaux de réponse successifs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour augmenter automatiquement la fréquence d'émission desdites impulsions dès la première manifestation d'une détection représentative d'un dépassement du seuil prédéterminé par la densité des fumées (F), le déclenchement éventuel d'une alarme étant alors commandé en fonction des signaux (V) élaborés par le détecteur en réponse à plusieurs des impulsions successives émises à la fréquence augmentée, lesdits moyens étant ensuite à nouveau neutralisés si l'examen desdits signaux révèle un retour en ordre de la situation et seulement dans ce cas. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour émettre les impulsions lumineuses constitutives du pinceau incident (P) comprennent une source de courant continu (8, C), et une source lumineuse (L) branchée aux bornes de la source de courant par l'intermédiaire d'au moins un interrupteur électronique (10, 14) et en ce que les moyens pour augmenter la fréquence des impulsions lors des dépassements du seuil prédéterminé (S) par le signal de réponse (V) du détecteur (D) comprennent un amplificateur (4) de ce signal de réponse, un convertisseur analogique-numérique (6), un microprocesseur (5) comprenant le seuil enregistré dans une mémoire appropriée, et un circuit (7, 15, 16), associé au microprocesseur et éventuellement intégré à celui-ci, propre à augmenter la fréquence d'actionnement de l'interrupteur dès dépassement du seuil par le signal de réponse et tant que dure ce dépassement. 3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le microprocesseur (5) comprend des moyens pour détecter, notamment par un calcul de dérivée, le sens de l'évolution des amplitudes des signaux de réponse (V) du détecteur (D) correspondant aux impulsions successives émises à la fréquence augmentée, et des moyens pour déclencher l'alarme si ce sens est croissant et seulement dans ce cas. 4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'ensem- ble constitué par le microprocesseur (5) et le circuit (7, 15, 16) de commande de la fréquence d'émission des impulsions constitutives du pinceau lumineux incident (P) est agencé de façon telle que les amplitudes de celles, de ces impulsions, qui sont émises à la fréquence augmentée croissent dans le temps. 5. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'ensemble du microprocesseur (5) et du circuit (7, 15, 16) de commande de la fréquence d'émission des impulsions constitutives du pinceau lumineux incident (P) est agencé de façon telle que les largeurs et/ou amplitudes de celles, de ces impulsions, qui sont émises à la fréquence augmentée, soient supérieures à celles des impulsions qui étaient émises auparavant à fréquence normale.