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DE102007021677A1 - Combustible gas e.g. methane, absorption-spectroscopic verification method, involves adjusting charge coupled device by automated adjustment system, and maximizing intensity of light transmitted by laser and received by device - Google Patents

Combustible gas e.g. methane, absorption-spectroscopic verification method, involves adjusting charge coupled device by automated adjustment system, and maximizing intensity of light transmitted by laser and received by device Download PDF

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DE102007021677A1
DE102007021677A1 DE102007021677A DE102007021677A DE102007021677A1 DE 102007021677 A1 DE102007021677 A1 DE 102007021677A1 DE 102007021677 A DE102007021677 A DE 102007021677A DE 102007021677 A DE102007021677 A DE 102007021677A DE 102007021677 A1 DE102007021677 A1 DE 102007021677A1
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Abstract

The method involves transmitting an infra-red light on an optical path (6) from a wavelength modulatable infra-red laser (8) to a reflection system and from the reflection system to a charge coupled device (CCD) (12). The laser, the reflection system, and the CCD are adjusted by an automated adjustment system such that the light transmitted by the laser passes through the path from the laser by an open volume (4) to the reflection system and from the reflection system by the open volume to the CCD. An intensity of the light transmitted by the laser and received by the CCD is maximized. An independent claim is also included for a device for absorption-spectroscopic verification of combustible gas in an open volume.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas in einem offenen Volumen.The The invention relates to a method and an apparatus for absorption spectroscopic detection of at least one combustion gas in an open volume.

Spektroskopische Vorrichtungen zum Nachweis von Gasen in offenen Volumina sind bereits bekannt. Vorzugsweise kommt dabei eine Infrarotlicht aussendende Laserdiode zum Einsatz. Bei einigen Ausführungen wird das Licht dieser Laserdiode auf einem direkten Lichtweg durch das offene Volumen zu einem beabstandeten Lichtdetektor gesendet. Bei anderen Ausführungen sind die Laserdiode und der Lichtdetektor benachbart angeordnet. Bei diesen wird das Licht durch das offene Volumen zu einem beabstandeten Retroreflektor gesendet, von dem es dann zu dem ortsnah bei der Laserdiode angeordneten Lichtdetektor zurückreflektiert wird.spectroscopic Devices for the detection of gases in open volumes are already known. Preferably, an infrared light is emitted Laser diode used. In some versions, the light is on Laser diode on a direct light path through the open volume too sent to a spaced light detector. For other versions the laser diode and the light detector are arranged adjacent. In these, the light is spaced by the open volume Retroreflector sent from which it then to the local near the Laser diode arranged light detector is reflected back.

Bei manchen Ausführungsformen dieser spektroskopischen Vorrichtungen kommt weiterhin ein zusätzlicher Laser zum Einsatz, dessen Licht zur Aufrechterhaltung der optischen Justage verwendet wird. Gasnachweis und Justage werden demnach mit separaten Lichtquellen vorgenommen.at some embodiments These spectroscopic devices continue to be an additional Laser used, whose light to maintain the optical Adjustment is used. Gas detection and adjustment are therefore with made of separate light sources.

Charakteristisch bei diesen Anordnungen ist, dass die Laserdiode für den Gasnachweis und der Lichtdetektor, oder die Laserdiode und der Retroreflektor voneinander entkoppelt und beabstandet in dem offenen Volumen angeordnet sind, beispielsweise an einander gegenüberliegenden Wänden einer Produktionshalle.Characteristic in these arrangements is that the laser diode for gas detection and the light detector, or the laser diode and the retroreflector decoupled from each other and spaced in the open volume arranged are, for example, on opposite walls of a production hall.

Für den Gasnachweis wird der Wellenlängenbereich des von der Laserdiode erzeugten Lichtes über eine Absorptionslinie eines zu überwachenden Gases moduliert. Weist das offene Volumen dieses zu überwachende Gas auf, wird beim Durchlauf des Lichts durch das offene Volumen die Absorptionslinie des Gases in dem Lichtspektrum mit einer Amplitude eingetragen, die von der Konzentration des Gases in dem offenen Volumen abhängt. Das von dem Detektor empfangene Licht wird dann mit Algorithmen prozessiert, die aus der Amplitude der Absorptionslinie die Absorptionsstärke und somit die Menge des Gases in dem offenen Volumen bestimmen.For the gas detection becomes the wavelength range of the light generated by the laser diode via an absorption line of a to be monitored Gas modulated. Indicates the open volume of this to be monitored Gas on, as the light passes through the open volume the absorption line of the gas in the light spectrum with an amplitude registered by the concentration of the gas in the open Volume depends. The light received by the detector is then processed with algorithms Processed from the amplitude of the absorption line, the absorption strength and thus determining the amount of gas in the open volume.

Nachteilig an solchen spektroskopischen Vorrichtungen ist, dass die Ausrichtung der Diode oder des Detektors zu dem beabstandeten Retroreflektor unvorhersehbar verändert werden kann. Beispielsweise können thermische Fluktuationen das Wandmaterial, an der die Vorrichtung montiert ist, einer Ausdehnung oder Zusammenziehung unterwerfen. Diese thermischen Fluktuationen können beispielsweise durch einseitig auf eine Wand auftreffendes Sonnenlicht oder auch durch die ungleichmäßige Anordnung von Wärme erzeugenden Maschinen in dem offenen Volumen, beispielsweise in einer Produktionshalle, verursacht werden. Eine Beeinträchtigung der Ausrichtung ist beispielsweise auch durch den Einfluss von Boden- oder Wandvibrationen möglich, wie sie häufig in Produktionshallen durch elektro-mechanische Großvorrichtungen verursacht werden. Bei einer Veränderung der Ausrichtung ist die Wirksamkeit des Gasnachweises auf Grund der daraus hervorgehenden Lichtintensitätsabschwächung eingeschränkt oder sogar unterbunden und muss durch eine aufwändige Nachrichtung wiederhergestellt werden.adversely In such spectroscopic devices, the orientation the diode or the detector to the spaced retroreflector unpredictably changed can be. For example, you can thermal fluctuations the wall material to which the device is mounted, subject to expansion or contraction. These thermal fluctuations, for example, by one-sided on a wall incident sunlight or by the uneven arrangement of heat generating machines in the open volume, for example in a production hall. An impairment orientation is also affected by the influence of soil or wall vibrations possible, as they often do in production halls by electro-mechanical large devices caused. In a change the alignment is the effectiveness of the gas detection due the resulting light intensity attenuation limited or even stopped and must be restored through a complex news become.

Wird bei der Wiederherstellung der optischen Justage ein zusätzlicher Laser verwendet, erhöht dies den apparativen und damit auch den finanziellen Aufwand des Gasnachweises. Weiterhin müssen der zusätzliche Laser und dessen Steuerungselektronik auf die Vorrichtung zum eigentlichen Gasnachweis abgestimmt bzw. in eine solche Vorrichtung integriert werden.Becomes in the restoration of the optical adjustment an additional Laser used, increased this is the apparatus and thus the financial expense of Gas detection. Continue to have the additional one Laser and its control electronics on the device to the actual Gas detection matched or integrated into such a device become.

Die zur Aufrechterhaltung einer optischen Justage üblicherweise verwendeten Verstellmittel weisen häufig eine eingeschränkte Genauigkeit bezüglich der einzustellenden Position auf. Diese Unsicherheit tritt insbesondere dann auf, wenn von dem Verstellmittel beim Verstellen eine Richtungsänderung vorgenommen wird. Die eingeschränkte Genauigkeit wird im Stand der Technik vorzugsweise durch die Wahl hochwertiger Materialkomponenten oder durch die Erhöhung der Verstellzeit kompensiert. Der Einsatz hochwertiger Materialkomponenten erhöht die Kosten für die Verstellmittel. Die Erhöhung der Verstellzeit verlängert den Zeitraum, in dem eine Wiederherstellung der optischen Justage vorgenommen wird, was wiederum den Zeitraum für den eigentlichen Gasnachweis reduziert.The have for adjusting an optical adjustment commonly used adjusting means often a limited Accuracy regarding the position to be set. This uncertainty occurs in particular then, if by the adjusting means when adjusting a change in direction is made. The restricted Accuracy is preferred in the art by choice high quality material components or by increasing the Adjustment time compensated. The use of high quality material components increases the costs for the adjusting means. The increase the Verstellzeit extended the period in which a restoration of the optical adjustment is made, which in turn sets the period for the actual gas detection reduced.

Ferner ist an dem Verfahren zur Bestimmung der Menge des Gases in dem offenen Volumen nachteilig, dass die Auswertung einer Absorptionslinie eines zu überwachenden Gases anfällig gegenüber Störungen ist, die bei der Lichtaussendung oder beim Lichtempfang auftreten können. So können Defekte, auch temporäre Defekte, des Diodenmaterials und/oder des Detektormaterials, die wellenlängenspezifisch an der Wellenlänge der Absorptionslinie des zu detektierenden Gases auftreten, zu einer deutlichen Beeinträchtigung der Empfindlichkeit und der Präzision des Gasnachweises führen.Further is on the method for determining the amount of gas in the open Volume disadvantageous that the evaluation of an absorption line of a to be monitored Gases vulnerable is against interference, which can occur during light emission or light reception. So can Defects, even temporary Defects, the diode material and / or the detector material, the wavelength specific at the wavelength the absorption line of the gas to be detected occur to a significant impairment the sensitivity and the precision lead the gas detection.

Es ist auch möglich, dass Absorptionslinien von Gasen, die in beliebigen Atmosphären oder Umgebungen in veränderbaren Anteilen auftreten, beispielsweise Wasserdampf (H2O) oder Kohlenstoffdioxid (CO2), mit der zum Nachweis bevorzugten Absorptionslinie des zu überwachenden Gases interferieren und somit irrtümlich zu einem aus dieser Interferenz hervorgehenden, beispielsweise einen Alarm auslösenden Ereignis führen.It is also possible that absorption lines of gases which occur in any proportions of atmospheres or environments, for example water vapor (H 2 O) or carbon dioxide (CO 2 ), intervene with the preferred absorption line of the gas to be monitored for detection and thus erroneously lead to an event resulting from this interference, for example triggering an alarm.

In diesem Fall kann die Empfindlichkeit gegenüber Fehlalarmen verringert werden, indem man mehrere Vorrichtungen zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von einem zu überwachenden Gas oder verschiedenen zu überwachenden Gasen einsetzt. Damit sind jedoch der apparative Aufwand und der personelle Aufwand zur Wartung der verschiedenen Vorrichtungen entsprechend erhöht.In In this case, the sensitivity to false alarms can be reduced be by adding several devices for absorption spectroscopic Detection of a gas to be monitored or different to be monitored Using gases. However, this means that the apparatus and the Personal expenses for the maintenance of the various devices accordingly elevated.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas in einem offenen Volumen anzugeben, die die vorstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise beheben, und die allgemein mit einem geringeren apparativen und personellen Aufwand eingesetzt werden können.Of the The present invention is therefore based on the technical problem a method and an apparatus for absorption spectroscopic detection indicate at least one combustion gas in an open volume, which at least partially remedy the disadvantages described above, and generally with less equipment and human effort can be used.

Das technische Problem wird durch ein Verfahren zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas in einem offenen Volumen gelöst, bei dem Infrarotlicht auf einem Lichtweg durch das offene Volumen von einer, insbesondere wellenlängenmodulierbaren, Infrarotlichtquelle zu einem Reflexionssystem und von dem Reflexionssystem durch das offene Volumen zu einem Lichtdetektor gesendet wird, bei dem die Absorptionsstärke des mindestens einen Brandgases aus dem von der Infrarotlichtquelle ausgesendeten und von dem Lichtdetektor empfangenen Licht an Hand eines, insbesondere eine oder mehrere Absorptionslinien aufweisenden, Absorptionsmusters des mindestens einen Brandgases quantifiziert wird, bei dem ein Signal, insbesondere ein Voralarmsignal oder Alarmsignal, aktiviert oder erzeugt wird, wenn die zuvor bestimmte Absorptionsstärke des mindestens einen Brandgases brandcharakteristisch ist, und bei dem die Infrarotlichtquelle, das Reflexionssystem und/oder der Lichtdetektor von einem automatisierten Justagesystem so ausgerichtet werden, dass das von der Infrarotlichtquelle ausgesendete Licht den Lichtweg von der Infrarotlichtquelle durch das offene Volumen zu dem Reflexionssystem und von dem Reflexionssystem durch das offene Volumen zu dem Lichtdetektor durchläuft, wobei die Intensität des von der Infrarotlichtquelle ausgesendeten und von dem Lichtdetektor empfangenen Lichts optimiert, insbesondere maximiert, wird.The technical problem is caused by a method of absorption spectroscopic Detection of at least one combustion gas in an open volume solved, with the infrared light on an optical path through the open volume one, in particular wavelength-modulatable, Infrared light source to a reflection system and of the reflection system is sent through the open volume to a light detector at the absorption strength of the at least one fire gas from that of the infrared light source emitted and received by the light detector light on hand one, in particular having one or more absorption lines, Absorbance pattern of the at least one combustion gas quantified in which a signal, in particular a pre-alarm signal or alarm signal is activated or is generated when the previously determined absorption of the at least one fire gas is fire characteristic, and in which the infrared light source, the reflection system and / or the light detector be aligned by an automated adjustment system so that the light emitted by the infrared light source is the light path from the infrared light source through the open volume to the reflection system and passes from the reflection system through the open volume to the light detector, wherein the intensity of the light emitted by the infrared light source and the light detector received light is optimized, in particular maximized, is.

Weiterhin wird das technische Problem mit einer Vorrichtung zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas in einem offenen Volumen gelöst, mit einer, insbesondere wellenlängenmodulierbaren, Infrarotlichtquelle, mit einem Reflexionssystem, mit einem Lichtdetektor, und mit einem automatisierten Justagesystem, wobei die Infrarotlichtquelle, das Reflexionssystem und der Lichtdetektor in dem offenen Volumen so angeordnet sind, dass der Lichtweg des von der Infrarotlichtquelle ausgesendeten Lichts durch das offene Volumen zu dem Reflexionssystem und von dem Reflexionssystem durch das offene Volumen zu dem Lichtdetektor verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotlichtquelle, das Reflexionssystem und/oder der Lichtdetektor von dem automatisierten Justagesystem so ausrichtbar sind, dass das von der Infrarotlichtquelle ausgesendete Licht den Lichtweg von der Infrarotlichtquelle durch das offene Volumen zu dem Reflexionssystem und von dem Reflexionssystem durch das offene Volumen zu dem Lichtdetektor durchläuft.Farther becomes the technical problem with a device for absorptionsspektroskopischen detection solved by at least one combustion gas in an open volume, with one, in particular wavelength modulatable, Infrared light source, with a reflection system, with a light detector, and with an automated adjustment system, the infrared light source, the reflection system and the light detector in the open volume are arranged so that the light path of the infrared light source emitted light through the open volume to the reflection system and from the reflection system through the open volume to the light detector runs, characterized in that the infrared light source, the reflection system and / or the light detector from the automated adjustment system are alignable so that emitted by the infrared light source Light the light path from the infrared light source through the open Volume to the reflection system and of the reflection system through passes through the open volume to the light detector.

Durch die Verwendung eines automatisierten Justagesystems wird gewährleistet, dass die Vorrichtung weitgehend kontinuierlich, ohne menschlichen Eingriff betriebsbereit ist. Veränderungen der Ausrichtung der Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise der Infrarotlichtquelle, werden durch die automatisierte Ausrichtung zeitnah korrigiert. Dies vermindert insbesondere den Wartungsaufwand der Vorrichtung erheblich.By the use of an automated adjustment system is ensured that the device is largely continuous, without human intervention is ready for use. changes the orientation of the components of the device, for example the infrared light source, are by the automated alignment corrected in a timely manner. This reduces in particular the maintenance the device considerably.

Durch die Bestimmung der Absorptionsstärke eines Brandgases aus einem Absorptionsmuster im Gegensatz zu einer einzelnen Absorptionslinie lässt sich der Effekt einer wellenlängenspezifischen Störung beim Lichtaussendungs- oder Lichtempfangsprozess vermindern. Die Güte der bei einer Auswertung erhaltenen Absorptionsstärke eines Brandgases kann somit erhöht werden, was die Gefahr von Fehlalarmen verringert. Außerdem kann durch die Berücksichtigung von mehreren Brandgasen bei der Auswertung nicht nur einem möglichen Fehlalarm vorgebeugt werden, sondern es kann durch eine differenzierte Auswertung bezüglich der Absorptionsstärken verschiedener Brandgase gegebenenfalls auch zwischen verschiedenen Arten von Bränden differenziert werden.By the determination of the absorption strength a fire gas from an absorption pattern as opposed to a single absorption line leaves the effect of a wavelength-specific disturbance in the Reduce light-emitting or light-receiving process. The goodness of the An evaluation obtained absorption strength of a combustion gas can thus elevated which reduces the risk of false alarms. In addition, through the consideration of several fire gases in the evaluation not only a possible false alarm but it can be prevented by a differentiated evaluation in terms of the absorption strengths different combustion gases possibly also between different Types of fires be differentiated.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise in einem offenen Volumen verwendet. Dies bedeutet, dass kein gesondert geschlossenes Volumen, beispielsweise eine Messzelle, vorgesehen ist, in das das auf Brandgase zu untersuchende Gas eingeleitet werden muss. Insbesondere ist es vorgesehen, die Infrarotlichtquelle und den Lichtdetektor sowie das Reflexionssystem an einander gegenüberliegenden, das offene Volumen begrenzenden Wänden, beispielsweise einer Produktionshalle, anzuordnen, so dass der Lichtweg zwischen den Wänden hin und zurück verlaufen kann. Es ist allerdings auch möglich, den Nachweis von Brandgasen in einem geschlossenen Volumen, beispielsweise einer Messzelle, vorzunehmen, wenn dies für die Anwendung vorteilhaft erscheint.The Device is preferably used in an open volume. This means that no separately closed volume, for example a measuring cell is provided, into which the fire gas to be examined Gas must be introduced. In particular, it is intended that Infrared light source and the light detector and the reflection system at opposite sides, the open volume bounding walls, for example one Production hall, arrange so that the light path between the walls round trip can run. However, it is also possible to detect fire gases in a closed volume, for example a measuring cell, if this is for the application appears advantageous.

Als Brandgase sind Gase zu verstehen, die bei Verbrennungsprozessen entstehen können. Darüber hinaus müssen diese Gase ein eine oder mehrere Absorptionslinien umfassendes Absorptionsmuster im infraroten Spektralbereich aufweisen, um mit einem spektroskopischen Nachweisverfahren detektierbar zu sein. Beispiele für Brandgase sind Kohlenstoffmonoxid (CO), Methan (CH4), Ammoniak (NH3), Ethen (C2H4) oder Distickstoffmonoxid (N2O). Die vorstehend genannte Liste der Brandgase ist jedoch nicht als erschöpfend anzusehen und kann beispielsweise neben Methan auch noch andere Kohlenwasserstoffe umfassen.As combustion gases gases are to be understood, which can arise in combustion processes. In addition, these gases must have an absorption pattern comprising one or more absorption lines in the infrared spectral range in order to be detectable by a spectroscopic detection method. Examples of combustion gases are carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), ammonia (NH 3 ), ethene (C 2 H 4 ) or nitrous oxide (N 2 O). However, the abovementioned list of combustion gases is not exhaustive and may include, for example, other hydrocarbons in addition to methane.

Bei den vorstehend genannten Brandgasen ist ein spektroskopischer Nachweis in dem Wellenlängenbereich von 2,2 μm bis 2,4 μm auf Grund der dort vorhandenen Absorptionsmuster bevorzugt. Insbesondere werden die Brandgase CO, CH4, NH3 und C2H4 in dem Wellenlängenbereich von 2338 nm bis 2340 nm nachgewiesen.For the abovementioned combustion gases, spectroscopic detection in the wavelength range from 2.2 μm to 2.4 μm is preferred because of the absorption patterns present there. In particular, the combustion gases CO, CH 4 , NH 3 and C 2 H 4 are detected in the wavelength range from 2338 nm to 2340 nm.

Einige Brandgase treten bei bestimmten Verbrennungsprozessen auf. CO entsteht im Wesentlichen bei allen Brandarten. Als Schwelbrände sind dabei Brände zu verstehen, die mit niedriger Temperatur und bei geringer Sauerstoffzufuhr ablaufen. NH3 tritt insbesondere bei Schwelbränden von Düngemitteln und Schwelbränden anderer organischer Substanzen auf.Some combustion gases occur in certain combustion processes. CO is produced essentially in all types of fire. As smoldering fires are to understand fires that occur at low temperature and low oxygen supply. NH 3 occurs especially in smoldering fires of fertilizers and smoldering fires of other organic substances.

Das automatisierte Justagesystem richtet den Lichtdetektor und/oder die Infrarotlichtquelle vorzugsweise so aus, dass das von der Infrarotlichtquelle ausgesendete Licht einen Lichtweg zurücklegt, der durch das offene Volumen von der Infrarotlichtquelle zu dem Reflexionssystem und von dem Reflexionssystem durch das offene Volumen zu dem Lichtdetektor verläuft. Insbesondere kann der Lichtweg mit dem automatisierten Justagesystem durch mindestens eine Translationsbewegung in mindestens eine der drei Raumrichtungen unabhängig voneinander aufrechterhalten werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Lichtweg durch mindestens eine Rotationsbewegung um mindestens eine Drehachse herum aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise geschieht die Ausrichtung dabei mittels für jede Raumrichtung oder für jede Drehachse individuell angeordnete, ansteuerbare Schrittmotoren.The automated adjustment system directs the light detector and / or Preferably, the infrared light source is that of the infrared light source emitted light travels a light path through the open Volume from the infrared light source to the reflection system and from the reflection system through the open volume to the light detector runs. In particular, the light path with the automated adjustment system by at least one translational movement in at least one of three spatial directions independently be maintained from each other. In addition, it is possible the Light path through at least one rotational movement about at least one Maintain axis of rotation around. Preferably, the alignment happens thereby means for every spatial direction or for each Rotary axis individually arranged, controllable stepper motors.

Das automatisierte Justagesystem ist bevorzugt um zwei senkrecht zueinander verlaufende Drehachsen unabhängig schwenkbar. Ist davon eine Drehachse vertikal, also senkrecht zur Tangentialebene des Erdbodens, und die andere horizontal, also parallel zur Tangentialebene des Erdbodens, angeordnet, bewirkt eine Drehung des automatisierten Justagesystems um die Vertikalachse eine horizontale Ausrichtung und die Drehung um die Horizontalachse eine vertikale Ausrichtung. Als zweiachsige Montierung können beispielsweise solche verwendet werden, wie sie in einfachen astronomischen Fernrohren zum Einsatz kommen, um der Trajektorie eines Himmelskörpers zu folgen.The automated adjustment system is preferably two perpendicular to each other running axes of rotation independently pivotable. Is of it a rotation axis vertically, thus perpendicular to Tangential plane of the ground, and the other horizontal, ie parallel to the tangential plane of the soil, causes a rotation of the automated adjustment system about the vertical axis a horizontal Alignment and rotation about the horizontal axis a vertical one Orientation. As a biaxial mount, for example, such used as they are in simple astronomical telescopes be used to the trajectory of a celestial body consequences.

Als Infrarotlichtquellen können beispielsweise Infrarotlaser oder lichtemittierende Dioden (LED) verwendet werden. Weiterhin kann die Infrarotlichtquelle insbesondere auch optische Elemente, beispielsweise optische Linsen, umfassen, mit denen das ausgesendete Infrarotlicht in geeigneter Weise fokussiert und auf den Lichtweg durch das offene Volumen zu dem Reflexionssystem geschickt werden kann.When Infrared light sources can For example, infrared laser or light emitting diodes (LED) used become. Furthermore, the infrared light source can in particular also optical elements, such as optical lenses include, with which focuses the emitted infrared light in a suitable manner and the light path through the open volume to the reflection system can be sent.

Vorzugsweise ist die Infrarotlichtquelle ein wellenlängenmodulierbarer Infrarotlaser. Die Modulierung der Wellenlänge kann insbesondere über die Steuerung des zum Pumpen des laseraktiven Materials eingesetzten elektrischen Stroms durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Modulierung über eine Steuerung der Temperatur des laseraktiven Materials durchzuführen. Die Modulierbarkeit der Wellenlänge ermöglicht es, ganze mehrere Absorptionslinien umfassende Absorptionsmuster eines Brandgases oder auch mehrerer Brandgase spektroskopisch zu erfassen und somit deren Absorptionsstärken nachzuweisen.Preferably For example, the infrared light source is a wavelength modulatable infrared laser. The modulation of the wavelength can in particular over the control of the used for pumping the laser active material electric current. However, it is also possible the modulation over to carry out a control of the temperature of the laser-active material. The Modulability of the wavelength allows it, entire absorption patterns comprising several absorption lines a fire gas or more fire gases spectroscopically record and thus prove their absorption strengths.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Reflexionssystem einen Retroreflektor auf. Ein Lichtstrahl, der auf eine der reflektiven Oberflächen des Retroreflektors auftrifft, wird parallel zu dem auftreffenden Strahl mit einem geringfügigen räumlichen Versatz in die Richtung zurückreflektiert, aus der er kam. In diesem Fall ist es bevorzugt, die Infrarotlichtquelle und den Lichtdetektor ortsnah zueinander benachbart so anzuordnen, dass durch den von dem Retroreflektor erzeugten räumlichen Versatz das von der Infrarotlichtquelle ausgesendete Licht dem Lichtdetektor zugeführt wird.In a further preferred embodiment of the device has the Reflection system on a retroreflector. A ray of light that on one of the reflective surfaces of the retroreflector becomes parallel to the impinging Beam with a slight spatial Offset reflected back in the direction he came from. In this case, it is preferable to use the infrared light source and the light detector adjacent to each other adjacent to arrange so that by the spatial offset generated by the retroreflector that of the Infrared light source emitted light is supplied to the light detector.

Im Gegensatz zu Ausgestaltungen spektroskopischer Gasmelder, bei denen der Lichtweg des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts direkt zu dem Lichtdetektor verläuft, lässt sich durch die Verwendung eines Retroreflektors der Lichtweg von der Lichtquelle zu dem Lichtdetektor auf einfache Weise verdoppeln. Eine Verlängerung des Lichtwegs erhöht die Empfindlichkeit des Gasnachweises in dem offenen Volumen und ermöglicht den Gasnachweis auch in Volumina, in denen sonst zum Gasnachweis hinreichend lange Lichtwege nicht umsetzbar sind. Darüber hinaus kann bei einer solchen Anordnung der Effekt von Temperatur- oder auch Druckgradienten in einander benachbarten, von dem Licht auf dem Lichtweg durchlaufenen, Luftschichten zumindest teilweise kompensiert werden.in the Contrary to configurations of spectroscopic gas detectors in which the light path of the light emitted by the light source directly to the light detector, let yourself by using a retroreflector the light path from the light source easily doubling to the light detector. An extension of the light path increases the Sensitivity of gas detection in the open volume and allows the Gas detection also in volumes otherwise sufficient for gas detection long light paths are not feasible. In addition, with such a Arranging the effect of temperature or pressure gradients in each other adjacent air layers traversed by the light on the light path be at least partially compensated.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Reflexionssystem ein Spiegelsystem auf. Ein solches Spiegelsystem weist bevorzugt mindestens zwei, insbesondere abbildende, Spiegel auf. Weiterhin kann das Spiegelsystem auch andere Lichtstrahl-umlenkende Elemente wie Prismen oder Umlenkspiegel umfassen. Bei Verwendung eines Spiegelssystems lässt sich durch entsprechende Anordnung der Spiegel und gegebenenfalls der Lichtstrahl-umlenkenden Elemente, im Gegensatz zur Verwendung eines Retroreflektors, der Lichtweg von der Lichtquelle zu dem Lichtdetektor nicht nur verdoppeln sondern um ein bestimmtes ganzzahliges Vielfaches dieser Basislichtweglänge multiplizieren. Die Empfindlichkeit des Gasnachweises wird demnach im Wesentlichen auch um diesen Faktor erhöht.In a further preferred embodiment of the device has the Reflection system on a mirror system. Such a mirror system preferably has at least two, in particular imaging, mirror on. Furthermore, the mirror system can also other beam-deflecting Include elements such as prisms or deflecting mirrors. When using a Mirror system leaves by appropriate arrangement of the mirror and optionally the beam-deflecting elements, as opposed to use a retroreflector, the light path from the light source to the light detector not just double, but by a certain integer multiple this basic light path length multiply. The sensitivity of the gas detection is accordingly essentially also increased by this factor.

Mit der hier beschriebenen Vorrichtung lassen sich Lichtwege von mehreren Metern, beispielsweise zehn Metern, bis mehreren hundert Metern, erreichen.With The device described here can be light paths of several Meters, for example ten meters to several hundred meters, to reach.

Als Lichtdetektor kann ein Halbleiterdetektor, beispielsweise eine Photodiodenzeile oder ein „chargecoupled device" (CCD), verwendet werden. Es ist dabei möglich, optische Filter an einer Stelle des Lichtwegs, vorzugsweise unmittelbar vor dem Lichtdetektor, so anzuordnen, dass das von der Infrarotlichtquelle ausgesendete Licht diesen optischen Filter durchläuft. Durch die Wahl entsprechender optischer Filter kann Licht mit nicht-infraroter Wellenlänge, beispielsweise sichtbares Tageslicht, weitgehend, insbesondere überwiegend, aus dem Nachweisprozess herausgefiltert werden. Weiterhin ist es möglich, an dem Lichtdetektor abbildende optische Elemente, beispielsweise optische Linsen, anzuordnen, mittels derer das Infrarotlicht in geeigneter Weise gesammelt und auf der lichtempfänglichen Fläche des Lichtdetektors abgebildet werden kann.When Light detector may be a semiconductor detector, such as a photodiode array or a "chargecoupled device "(CCD) become. It is possible optical filters at a location of the light path, preferably immediately in front of the light detector, to arrange that from the infrared light source emitted light passes through this optical filter. By The choice of appropriate optical filters can be light with non-infrared Wavelength, For example, visible daylight, largely, especially predominantly, be filtered out of the detection process. Furthermore, it is possible to the optical detector imaging optical elements, such as optical Lenses to arrange, by means of which the infrared light in a suitable Were collected and mapped on the light-sensitive surface of the light detector can be.

Vorzugsweise sind die Infrarotlichtquelle und der Lichtdetektor ortsnah zueinander auf einer Plattform montiert. Der Begriff Plattform ist hier sehr weit zu verstehen und kann beispielsweise auch einen mit einer offenen Stirnseite versehenen Hohlzylinder umfassen. Im Beispiel des Hohlzylinders können die Infrarotlichtquelle und der Lichtdetektor in dem Hohlzylinder benachbart so angeordnet sein, dass der lichtaussendende Teil der Infrarotlichtquelle und der lichtempfängliche Teil des Lichtdetektors der offenen Stirnseite des Hohlzylinders zugewandt sind, wobei die offene Stirnseite dann in Richtung auf das beabstandete Reflexionssystem ausgerichtet ist. Es ist jedoch auch möglich, eine andere Anordnung der Infrarotlichtquelle und des Lichtdetektors an der Plattform zu wählen. In diesem Fall ist der Hohlzylinder insbesondere noch mit entsprechend ausgestalteten Transferoptiken, beispielsweise Umlenkspiegeln, versehen, um das Infrarotlicht dem Lichtdetektor zuzuführen.Preferably the infrared light source and the light detector are close to each other mounted on a platform. The term platform is very much here far to understand and, for example, one with an open one Cover provided hollow cylinder. In the example of the hollow cylinder can the infrared light source and the light detector in the hollow cylinder be arranged adjacent so that the light emitting part of Infrared light source and the light-sensitive part of the light detector the open end face of the hollow cylinder facing, wherein the open end then in the direction of the spaced reflection system is aligned. However, it is also possible to have a different arrangement the infrared light source and the light detector at the platform choose. In this case, the hollow cylinder is still in particular with equipped transfer optics, such as deflecting mirrors, provided, to supply the infrared light to the light detector.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren wird automatisiert unter Ausführung verschiedener Algorithmen ausgeführt. Ein menschliches Eingreifen ist dabei zwar immer möglich aber nicht erforderlich.The The method described below is automated by executing various algorithms executed. A human intervention is always possible though not mandatory.

Bei der Durchführung des Verfahrens zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas in einem offenen Volumen wird das Infrarotlicht von der Infrarotlichtquelle ausgesendet und durchläuft den Lichtweg durch das offene Volumen zu dem Reflexionssystem, beispielsweise dem Retroreflektor, und von dem Reflexionssystem durch das offene Volumen zu dem Lichtdetektor.at the implementation of the method for the absorption spectroscopic detection of at least a fire gas in an open volume is the infrared light of the infrared light source emitted and passes through the light path through the open volumes to the reflection system, for example the retroreflector, and from the reflection system through the open volume to the light detector.

Das Spektrum des von dem Lichtdetektor empfangenen Infrarotlichts weist ein Absorptionsmuster des mindestens einen Brandgases mit einer von der Konzentration des mindestens einen Brandgases in dem offenen Volumen abhängenden Absorptionsstärke auf. Auf Grund dieser Absorptionsstärke kann die in dem offenen Volumen vorhandene Konzentration des mindestens einen Brandgases bestimmt werden. Als Absorptionsmuster sind im Rahmen dieser Anmeldung immer eine oder mehrere Absorptionslinien eines Brandgases zu verstehen, wobei sich die Absorptionslinien je nach spektraler Auflösung auch zumindest teilweise überlappen können.The Spectrum of the infrared light received by the light detector has an absorption pattern of the at least one combustion gas with one of the concentration of the at least one combustion gas in the open Volume dependent absorption strength on. Due to this absorption strength can be in the open Volume Existing concentration of at least one fire gas be determined. As absorption patterns are within the scope of this application always to understand one or more absorption lines of a combustion gas, where the absorption lines also depending on the spectral resolution at least partially overlap can.

Besonders bevorzugt ist es, wenn für die Bestimmung der Absorptionsstärke eines Brandgases ein mehrere Absorptionslinien umfassendes Absorptionsmuster berücksichtigt wird. Dadurch wird der Einfluss wellenlängenspezifischer Störungen an den Wellenlängen einzelner Absorptionslinien auf die Auswertung der Absorptionsstärken verringert und die Güte des Brandgasnachweises verbessert. Die mehreren Absorptionslinien werden dabei insbesondere durch die Wellenlängenmodulierung der Infrarotlichtquelle erfasst.Especially it is preferred if for the determination of the absorption strength a fire gas a multiple absorption lines comprehensive absorption pattern considered becomes. This will affect the influence of wavelength-specific noise the wavelengths individual absorption lines reduced to the evaluation of the absorption strengths and the goodness improved fire gas detection. The several absorption lines are in particular by the wavelength modulation of the infrared light source detected.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das von dem Lichtdetektor empfangene Licht nicht nur auf ein Brandgas sondern auf mehrere Brandgase ausgewertet wird. Durch diese Vorgehensweise wird die Basis, auf die sich ein eventuell folgendes Signal stützt, breiter angelegt und vermindert somit die Gefahr von Fehlalarmen. Es kann beispielsweise auch das Verhältnis der Absorptionsstärken verschiedener Brandgase für das Vorliegen eines Brands herangezogen werden. Auch hier kann die Wellenlängenmodulierung der Infrarotlichtquelle vorteilhaft angewendet werden.Farther it is preferable if the light received by the light detector evaluated not only on a fire gas but on several combustion gases becomes. By doing so, the basis to which one is possibly supports the following signal, broader and thus reduces the risk of false alarms. It may, for example, the ratio of the absorption strengths of different combustion gases for the Presence of a fire. Again, the wavelength modulation the infrared light source can be advantageously applied.

Vorzugsweise werden mit dem Verfahren CO und CH4 als Brandgase nachgewiesen. Alternativ kann jedoch der Nachweis von CO und CH4 auch mit dem anderer Brandgase kombiniert werden.Preferably, the method detects CO and CH 4 as combustion gases. Alternatively, however, the detection of CO and CH 4 can also be combined with other combustion gases.

Die mehreren Brandgase weisen bevorzugt Absorptionslinien und/oder Absorptionsmuster in dem gleichen Wellenlängenbereich auf, so dass die Absorptionsstärken der mehreren Brandgase bei der Wellenlängenmodulation der Infrarotlichtquelle in einem Auswerteschritt bestimmt werden können. Die Berücksichtigung mehrerer Brandgase ermöglicht es beispielsweise, das Vorliegen eines Brands mit hoher Sicherheit festzustellen und sich von einem einen Brand vortäuschenden Ereignis, beispielsweise einem Gasleck, abzugrenzen. Darüber hinaus können durch die Berücksichtigung mehrerer Brandgase Art und gegebenenfalls Gefährlichkeit des Brands präzisiert werden.The multiple combustion gases preferably have absorption lines and / or absorption patterns in the same wavelength range on, so the absorption levels the multiple fire gases in the wavelength modulation of the infrared light source can be determined in an evaluation step. The consideration allows multiple combustion gases for example, the presence of a fire with high safety determine and pretend to be a fire Event, such as a gas leak, delineate. Furthermore can through the consideration several types of combustion gases and, where appropriate, dangerousness of the fire become.

Geht aus der Auswertung zur Bestimmung der Absorptionsstärken eines oder mehrerer Brandgase hervor, dass die Absorptionsstärken und/oder die Verhältnisse der Absorptionsstärken brandcharakteristisch sind, wird ein Signal ausgelöst. Brandcharakteristisch ist die Absorptionsstärke eines Brandgases dann, wenn die aus ihr ableitbare Konzentration des Brandgases in dem offenen Volumen einen Wert überschreitet, der unter typischerweise natürlich auftretenden Konzentrationen, beispielsweise im Fall einer Freiluftüberwachung, oder typischerweise betriebsüblich auftretenden Konzentrationen, beispielsweise im Fall einer Produktionshallenüberwachung, liegt. Die Schwellwerte der als brandcharakteristisch einzuschätzenden Brandgas-Konzentrationen werden vorzugsweise vor der Durchführung des Verfahrens bzw. vor Inbetriebnahme der Vorrichtung festgelegt und sind insbesondere an das offene Volumen, in dem der Brandgasnachweis vorgenommen wird, angepasst.going from the evaluation for determining the absorption strengths of a or more fire gases that the absorption strengths and / or the conditions the absorption strengths are fire-characteristic, a signal is triggered. Brand Characteristic is the absorption strength of a combustion gas when the concentration derived from it of the combustion gas in the open volume exceeds a value, the under typically natural occurring concentrations, for example in the case of an open-air monitoring, or typically customary occurring concentrations, for example in the case of a production hall monitoring, lies. The thresholds of the brand characteristic can be estimated Brand gas concentrations are preferably before the implementation of the method or before Commissioning of the device and are in particular to the open volume in which the fire gas detection is carried out, customized.

Bei dem Signal kann es sich um ein optisches Signal, beispielsweise ein Blinklicht, ein akustisches Signal, beispielsweise eine Tonfolge, oder ein beliebiges anderes zweckmäßiges Signal handeln. Insbesondere ist es Aufgabe des Signals, Menschen auf das Ergebnis des Brandgasnachweises aufmerksam zu machen. Das Signal kann beispielsweise auch die Versendung einer elektronischen Nachricht, beispielsweise einer Email oder Kurzmitteilung, mit einem an das Ergebnis des Brandgasnachweises angepassten Inhalt oder ein vergleichbares elektronisches Signal umfassen.at the signal may be an optical signal, for example a flashing light, an acoustic signal, for example a sequence of tones, or any other convenient signal. Especially It is the task of the signal, people on the result of the fire gas detection to draw attention. For example, the signal can also be sent an electronic message, such as an email or Short message, with a to the result of the fire gas detection adjusted content or a comparable electronic signal include.

Die von der Vorrichtung aktivierten oder erzeugten Signale werden im Wesentlichen in Alarmsignale und Voralarmsignale unterteilt. Ein Alarmsignal wird beispielsweise dann aktiviert oder erzeugt, wenn die Absorptionsstärken verschiedener Brandgase alle unabhängig voneinander brandcharakteristisch sind. In einem solchen Fall kann mit hoher Wahrscheinlichkeit von dem Vorliegen eines Brands ausgegangen werden. Ein Voralarmsignal wird beispielsweise dann aktiviert oder erzeugt, wenn die Absorptionsstärke von nur einem der mehreren nachgewiesenen Brandgase brandcharakteristisch ist. Es ist allerdings auch möglich, ein Alarmsignal aktivieren oder erzeugen zu lassen, wenn die Absorptionsstärke von nur einem von mehreren Brandgasen brandcharakteristisch ist, wenn beispielsweise dieses eine Brandgas für sich genommen bereits eine gesundheitsschädliche Wirkung aufweist.The signals activated or generated by the device are used in the Essentially divided into alarm signals and pre-alarm signals. One Alarm signal is activated or generated, for example, when the absorption intensities different combustion gases are all fire characteristic independent of each other. In such a case, with high probability of the Existence of a fire. A pre-alarm signal is for example, activated or generated when the absorption strength of only one of the several proven fire gases brand characteristic is. However, it is also possible activate or generate an alarm signal when the absorption strength of is fire characteristic only to one of several fire gases, if For example, this one fire gas taken by itself already one noxious Has effect.

Die Ausrichtung umfasst im Wesentlichen die Betätigung der an dem automatisierten Justagesystem angeordneten Verstellmittel, beispielsweise Schrittmotoren. Im Folgenden wird beispielhaft immer von Schrittmotoren gesprochen. Es ist jedoch auch möglich, andere geeignete Verstellmittel zu verwenden. Die Schrittmotoren werden vorzugsweise innerhalb eines festgelegten Schrittbereichs um vorher festgelegte Schrittinkremente verstellt. Nach jeder Verstellung um ein Schrittinkrement wird dann die Auswirkung der Verstellung auf die von dem Lichtdetektor empfangene Intensität des Infrarotlichts festgestellt.The Alignment essentially involves the actuation of the automated Adjustment system arranged adjusting means, such as stepper motors. The following is an example of always talking about stepper motors. However, it is also possible to use other suitable adjusting means. The stepper motors are preferably within a predetermined step range adjusted by previously specified step increments. After every adjustment a step increment then becomes the effect of the adjustment to the intensity of the infrared light received by the light detector detected.

Insbesondere werden bei der Ausrichtung Richtungsänderungen der Verstellmittel weitgehend, vorzugsweise vollständig, vermieden. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss von Ungenauigkeiten, die bevorzugt bei Richtungsänderungen der Verstellmittel auftreten, gering halten. Insbesondere lässt sich so der Einfluss des Getriebespiels eines Schrittmotors auf die Genauigkeit der Ausrichtung verringern.Especially become in alignment direction changes of the adjustment largely, preferably completely, avoided. That way the influence of inaccuracies, which are preferred in direction changes the adjustment occur, keep low. In particular, can be so the influence of the gear play of a stepping motor on the accuracy reduce the alignment.

Vorzugsweise werden die Schrittmotoren in eine Stellung gebracht, in der die Intensität des von der Infrarotlichtquelle ausgesendeten und von dem Lichtdetektor empfangenen Lichts ein Maximum erreicht. An dieser Vorgehensweise ist insbesondere vorteilhaft, dass kein zusätzliches Lichtsignal, beispielsweise ein zusätzlicher Laserstrahl, benötigt wird, um eine Ausrichtung oder Nachrichtung vorzunehmen, sondern dass für die Ausrichtung das auch für den Brandgasnachweis vorgesehene Infrarotlicht verwendet wird. Somit wird der apparative und steuerungstechnische Aufwand für den Brandgasnachweis verringert.Preferably The stepper motors are brought into a position in which the intensity of the light emitted by the infrared light source and the light detector reached maximum light. At this procedure is particularly advantageous that no additional light signal, for example an additional one Laser beam, is needed, to make an alignment or message, but that for the Alignment also for the fire gas detection provided infrared light is used. Consequently is the apparatus and control engineering effort for the fire gas detection reduced.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird von dem automatisierten Justagesystem eine mindestens zweistufige Ausrichtung, beispielsweise mit einer Grobausrichtung und mindestens einer nachfolgenden Feinausrichtung durchgeführt. Die erste Stufe der Ausrichtung, beispielsweise die Grobausrichtung, umfasst insbesondere die Überprüfung eines großen Raumwinkelbereichs mit großen Schrittinkrementen des Schrittmotors. In dem in der ersten Stufe abgetasteten Raumwinkelbereich wird der Bereich mit der höchsten empfangenen Intensität bestimmt. Dieser Bereich mit der höchsten empfangenen Intensität wird dann als kleinerer Raumwinkelbereich für die folgende Stufe der Ausrichtung herangezogen. Die zweite Stufe der Ausrichtung, beispielsweise die Feinausrichtung, umfasst insbesondere die Überprüfung in dem kleineren Raumwinkelbereich mit kleineren Schrittinkrementen des Schrittmotors. Die Größe des zu prüfenden Raumwinkelbereichs, und damit die Anzahl der Stufen der Ausrichtung, wird grundsätzlich durch das, beispielsweise bei einer Richtungsänderung auftretende, Getriebespiel eines Schrittmotors begrenzt.In a preferred embodiment of the method, the automated adjustment system performs at least two-stage alignment, for example with a coarse alignment and at least one subsequent fine alignment. The first stage of the alignment, for example the coarse alignment, comprises in particular the checking of a large solid angle range with large step increments of the stepping motor. In the solid angle range sampled in the first stage, the region with the highest received intensity is determined. This area with the highest received intensity is then used as a smaller solid angle area for the following level of alignment. The second stage of the off Direction, for example, the fine alignment, in particular includes the review in the smaller solid angle range with smaller increments of the stepping motor. The size of the solid angle range to be tested, and thus the number of stages of alignment, is fundamentally limited by the gear play of a stepping motor occurring, for example, in the event of a change in direction.

Insbesondere ist es bei der Ausrichtung und/oder Nachrichtung vorteilhaft, die Einstellung der Schrittmotoren an der während eines Ausrichtungszyklus ermittelten höchsten empfangenen Intensität vorzunehmen. Dies bedeutet, dass die Schrittmotoren nicht an Hand der Schrittzahl in die die höchste empfangene Intensität aufweisende Einstellung gebracht werden. Vielmehr werden bei der Einstellung des Schrittmotors die empfangenen Intensitäten mit der höchsten empfangenen Intensität verglichen, und es wird die Einstellung gewählt, bei der die empfangene Intensität innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen mit der höchsten empfangenen Intensität übereinstimmt.Especially it is advantageous in the orientation and / or Nachrichtung, the Adjustment of the stepper motors during the alignment cycle determined highest received intensity. This means that the stepper motors are not based on the number of steps in which the highest received intensity exhibiting attitude. Rather, at the Setting the stepper motor the received intensities with the highest received intensity compared, and the setting is chosen at the received intensity within certain tolerance limits with the highest intensity received.

Durch diese Art der Ausrichtung beeinflusst die beispielsweise als Getriebespiel der Schrittmotoren auftretende Ungenauigkeit der Verstellmittel, die üblicherweise Schrittfehler zur Folge hat, die Güte der Ausrichtung nicht, so dass Schrittmotoren mit geringeren technischen Anforderungen verwendbar sind, was insbesondere die Kosten der Vorrichtung verringert.By this type of alignment affects the example as a gear play the stepper motors occurring inaccuracy of the adjusting means, the usual Step error has the consequence, the quality of the alignment is not, so that stepper motors with lower technical requirements can be used, which in particular reduces the cost of the device.

Vorzugsweise wird die automatisierte Ausrichtung wiederkehrend während des Betriebs der Vorrichtung, beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen, durchgeführt. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ist insbesondere geeignet, wenn Störungen oder Beeinträchtigungen durch eine unbeabsichtigt auftretende Änderung der Ausrichtung der Elemente der Vorrichtung, beispielsweise des Lichtdetektors, mit hoher Frequenz zu erwarten sind. Ist die Vorrichtung beispielsweise in einer Umgebung angeordnet, in der sie über einen längeren Zeitraum starken Vibrationen ausgesetzt wird, ist eine regelmäßige Änderung der Ausrichtung vorhersehbar. Diese regelmäßigen Änderungen können durch die während des Betriebs wiederkehrende Ausrichtung wirksam korrigiert werden.Preferably The automated alignment is recurring during the Operating the device, for example, at regular intervals, carried out. These Embodiment of the method is particularly suitable when interference or impairments by an unintentional change in the orientation of the Elements of the device, such as the light detector, with high frequency are expected. For example, is the device placed in an environment where they have strong vibrations for a long period of time is suspended is a regular change the orientation predictable. These regular changes can be made by the during the Operational recurring alignment can be effectively corrected.

Es ist jedoch auch möglich, dass die Ausrichtung zusätzlich oder alternativ gezielt bei einer für die Wirksamkeit des Verfahrens nachteiligen Abschwächung der Intensität des Lichts durchgeführt wird. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ist insbesondere geeignet, wenn Störungen oder Beeinträchtigungen durch eine unbeabsichtigt auftretende Änderung der Ausrichtung der Elemente der Vorrichtung unwahrscheinlich sind. In diesem Fall werden der Zeitaufwand für die Ausrichtung und die dadurch verursachte Unterbrechung des Brandgasnachweises so gering wie möglich gehalten.It but it is also possible that the alignment in addition or alternatively targeted at one for the effectiveness of the method adverse weakening the intensity performed by the light becomes. This embodiment of the method is particularly suitable when disorders or impairments by an unintentional change in the orientation of the Elements of the device are unlikely. In this case will be the time required for the alignment and the resulting interruption of the fire gas detection as low as possible held.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Intensität des von der Infrarotlichtquelle ausgesendeten und von dem Lichtdetektor empfangenen Lichts quantifiziert. Im Gegensatz zu der wellenlängenspezifischen Lichtabschwächung durch die Absorption der Brandgase wird die Intensität des Lichts auf dem Lichtweg beispielsweise auch durch Streuung und Absorption an in der Luft vorhandenen Partikeln, beispielsweise flüssigen oder festen Aerosolen, abgeschwächt. Solche Partikel, beispielsweise Rußteilchen, Ascheteilchen oder Rauch, treten verstärkt bei Bränden auf und können das Licht, das durch ein mit Teilchen angereichertes offenes Volumen läuft, im Wesentlichen wellenlängenunspezifisch abschwächen. Diese im Wesentlichen nicht wellenlängenspezifische Abschwächung kann zusätzlich zu den Absorptionsstärken der Brandgase verwendet werden, um das Vorliegen eines Brandes anzuzeigen.In Another preferred embodiment of the method is the intensity of the light emitted by the infrared light source and the light detector received light quantified. Unlike the wavelength-specific light attenuation By the absorption of the fire gases the intensity of the light becomes on the light path, for example, by scattering and absorption on particles present in the air, for example liquid or solid Aerosols, toned down. Such particles, for example soot particles, ash particles or smoke, step up in fires and can do that Light passing through a particle-enriched open volume running, essentially wavelength-unspecific weaken. This substantially non-wavelength attenuation may be in addition to the absorption strengths the combustion gases used to indicate the presence of a fire.

Dementsprechend kann ein Signal, insbesondere ein Voralarmsignal oder Alarmsignal, aktiviert oder erzeugt werden, wenn die Intensität des von der Infrarotlichtquelle ausgesendeten und von dem Lichtdetektor empfangenen Lichts brandcharakteristisch abgeschwächt ist. Als brandcharakteristisch kann eine Abschwächung des Lichts beispielsweise gewertet werden, wenn der Lichtdetektor eine innerhalb eines kurzen Zeitraums, beispielsweise zehn Minuten, auftretende Abschwächung des Lichts wahrnimmt, die nicht durch eine Änderung der Ausrichtung der Infrarotlichtquelle oder des Lichtdetektors verursacht wurde. Vorzugsweise gilt die Intensität als brandcharakteristisch abgeschwächt, wenn sie einen zu Beginn der Inbetriebnahme der Vorrichtung bestimmten Wert unterschreitet.Accordingly may be a signal, in particular a pre-alarm signal or alarm signal, be activated or generated when the intensity of the infrared light source emitted and received by the light detector light brand characteristic attenuated is. As a fire characteristic, a weakening of the light, for example be scored if the light detector is within a short period of time, for example, ten minutes perceives occurring attenuation of the light, not by a change the orientation of the infrared light source or the light detector was caused. Preferably, the intensity is considered fire characteristic attenuated if they one at the beginning of commissioning of the device Value falls below.

Die vorliegende Erfindung kann in vielfältiger Weise ausgeführt werden. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung an Hand der beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:The The present invention can be practiced in many ways. The following are exemplary embodiments of the present invention with reference to the accompanying figures. In show the figures:

1 eine beispielhafte, schematische Ausgestaltung der Vorrichtung mit einem Retroreflektor als Reflexionssystem und 1 an exemplary, schematic embodiment of the device with a retroreflector as a reflection system and

2 eine beispielhafte, schematische Ausgestaltung der Vorrichtung mit einem System aus drei Spiegeln als Reflexionssystem. 2 an exemplary schematic embodiment of the device with a system of three mirrors as a reflection system.

1 zeigt eine Anordnung, wie sie als Vorrichtung für den Brandgasnachweis verwendet werden kann. Die Vorrichtung besteht aus zwei Komponenten, die beabstandet an einander gegenüberliegenden Wänden 20 angebracht sind. Dazwischen liegt ein offenes Volumen 4. 1 shows an arrangement as it can be used as a device for the fire gas detection. The device consists of two components spaced on opposite walls 20 are attached. In between lies an open volume 4 ,

An einer Wand 20 ist in Höhe von etwa 5 m eine Komponente der Vorrichtung angebracht, die einen wellenlängenmodulierbaren Infrarotlaser 8 als Infrarotlichtquelle, eine CCD 12 als Lichtdetektor und eine zweiachsige Montierung 14 als automatisiertes Justagesystem umfasst. Weiterhin ist eine elektronische Steuerungs-, Auswertungs- und Alarmierungseinheit 18 benachbart zu dem Infrarotlaser 8 angeordnet.On a wall 20 At about 5 m, a component of the device, which is a wavelength-modulatable infrared laser, is mounted 8th as an infrared light source, a CCD 12 as a light detector and a biaxial mount 14 as an automated adjustment system. Furthermore, an electronic control, evaluation and alarm unit 18 adjacent to the infrared laser 8th arranged.

Die elektronische Steuerungs-, Auswertungs- und Alarmierungseinheit 18 ist mit dem Infrarotlaser 8, der zweiachsigen Montierung 14 und der CCD 12 verbunden und regelt die Wellenlängenmodulierung des Infrarotlasers 8, empfängt und analysiert die durch den Lichteinfall auf die CCD 12 erzeugten Intensitätsdaten, und steuert die an der zweiachsigen Montierung 14 angeordneten Schrittmotoren (nicht dargestellt), um im Bedarfsfall eine Ausrichtung oder Nachrichtung der an dem automatisierten Justagesystem angebrachten Komponenten vorzunehmen. Eine Achse der zweiachsigen Montierung verläuft in vertikaler Richtung annähernd parallel zur Wand 20, so dass eine Drehung um diese Achse eine Änderung der Ausrichtung in horizontaler Richtung bewirkt. Die andere Achse verläuft senkrecht zu der ersten Achse und annähernd parallel zur Wand 20, so dass eine Drehung um diese Achse eine Änderung der Ausrichtung in vertikaler Richtung bewirkt.The electronic control, evaluation and alarm unit 18 is with the infrared laser 8th , the biaxial mount 14 and the CCD 12 Connects and regulates the wavelength modulation of the infrared laser 8th , receives and analyzes the light incident on the CCD 12 generated intensity data, and controls the at the biaxial mount 14 arranged stepper motors (not shown) to make if necessary, an alignment or Nachrichtung the mounted on the automated adjustment system components. An axis of the biaxial mount runs in a vertical direction approximately parallel to the wall 20 so that rotation about this axis causes a change in orientation in the horizontal direction. The other axis is perpendicular to the first axis and approximately parallel to the wall 20 such that rotation about this axis causes a change in vertical orientation.

An der Wand 20 auf der anderen Seite des offenen Volumens 4 ist in Höhe von etwa 5 m ein Retroreflektor 10a angebracht. Bei annähernd parallelen Wänden 20 ist es zweckmäßig, den Infrarotlaser 8, die CCD 12 und den Retroreflektor 10a in einer im Wesentlichen gleichen Höhe anzubringen. Es sind jedoch auch andere Anordnungen möglich, solange ein Lichtweg 6 zwischen dem Infrarotlaser 8 über den Retroreflektor 10a zur CCD 12 herstellbar ist.On the wall 20 on the other side of the open volume 4 is a retroreflector at a height of about 5 m 10a appropriate. At approximately parallel walls 20 it is convenient, the infrared laser 8th , the CCD 12 and the retroreflector 10a at a substantially same height. However, other arrangements are possible as long as a light path 6 between the infrared laser 8th over the retroreflector 10a to the CCD 12 can be produced.

Der Infrarotlaser 8 und die CCD 12 sind mittels der zweiachsigen Montierung 14, durch Schwenken des Aufbaus um die horizontale und/oder vertikale Achse, in eine solche Position zum Retroreflektor 10a gebracht, dass das von dem Infrarotlaser 8 ausgesendete Licht einen Lichtweg 6 durch das offene Volumen 4 zu dem Retroreflektor 10a und von dort zu der CCD 12 durchläuft.The infrared laser 8th and the CCD 12 are by means of biaxial mount 14 by pivoting the structure about the horizontal and / or vertical axis, in such a position to the retroreflector 10a brought that from the infrared laser 8th Light emitted a light path 6 through the open volume 4 to the retroreflector 10a and from there to the CCD 12 passes.

Entwickelt sich an einem bestimmten Ort in dem offenen Volumen 4 ein Brand 16, beispielsweise am Boden, werden durch die chemische Reaktion beispielsweise Rußteilchen (nicht dargestellt) und Moleküle eines Brandgases 2 oder mehrerer Brandgase 2 erzeugt. Im Wesentlichen durch Konvektion aber auch durch andere Luftbewegungen breiten sich die Brandgase 2 in dem offenen Volumen 4 aus. Eine bestimmte Zeit nach Ausbruch des Brandes 16 erreichen die Rußteilchen und auch die Brandgase 2 den Teil des offenen Volumens 4, durch den der Lichtweg 6 läuft. Im Wesentlichen durch Streuung an den Rußteilchen wird dabei der Teil des Infrarotlichts, der über den Lichtweg 6 zu der CCD 12 gelangt, verringert. In dem Teil des Lichts, der von der CCD 12 empfangen wird, sind weiterhin die Absorptionsmuster der bei dem Brand 16 erzeugten Brandgase 2 mit einer Absorptionsstärke eingetragen, die der mittleren Konzentration der Brandgase 2 in dem von dem Lichtweg 6 eingenommenen Teilvolumen des offenen Volumens 4 entspricht.Develops at a specific location in the open volume 4 a fire 16 For example, on the ground, by the chemical reaction, for example, soot particles (not shown) and molecules of a fire gas 2 or more fire gases 2 generated. Essentially by convection but also by other air movements spread the fire gases 2 in the open volume 4 out. A certain time after the outbreak of the fire 16 reach the soot particles and also the fire gases 2 the part of the open volume 4 through which the light path 6 running. Essentially, due to scattering of the soot particles, the part of the infrared light is transmitted via the light path 6 to the CCD 12 passes, decreases. In the part of the light coming from the CCD 12 are still receiving the absorption patterns of the fire 16 generated combustion gases 2 registered with an absorption strength that is the average concentration of the combustion gases 2 in the from the light path 6 occupied partial volume of the open volume 4 equivalent.

Das von der CCD 12 empfangene Licht wird in der elektronischen Steuerungs-, Auswertungs- und Alarmierungseinheit 18 spektral auf die Intensitätsabschwächung und auf die Absorptionsmuster der Brandgase 2 ausgewertet. Liegt die Konzentration eines Brandgases 2 jenseits eines bestimmten Toleranzbereichs, wird durch die elektronische Steuerungs-, Auswertungs- und Alarmierungseinheit 18 ein opto-akustisches Signal ausgelöst.That of the CCD 12 received light is in the electronic control, evaluation and alarm unit 18 Spectral on the intensity attenuation and on the absorption patterns of the combustion gases 2 evaluated. Is the concentration of a fire gas 2 beyond a certain tolerance range, is determined by the electronic control, evaluation and alarm unit 18 an opto-acoustic signal is triggered.

Die in 2 gezeigte Anordnung ähnelt der aus 1. Statt eines Retroreflektors 10a wird in diesem Beispiel ein Spiegelsystem aus drei Spiegeln 10b verwendet. Ein Spiegel 10b ist dabei zwischen dem Infrarotlaser 8 und der CCD 12 auf der einen Seite des offenen Volumens 4 angeordnet. Die anderen beiden Spiegel 10b befinden sich benachbart zueinander an der Wand 20 auf der gegenüberliegenden Seite des offenen Volumens 4. Durch diese Anordnung lässt sich der Lichtweg 6 zwischen dem Infrarotlaser 8 und der CCD 12 gegenüber dem in 1 gezeigten Beispiel verdoppeln. Damit wird die Nachweisempfindlichkeit für die Brandgase 2 auch im Wesentlichen verdoppelt.In the 2 shown arrangement is similar to 1 , Instead of a retroreflector 10a In this example, the mirror system is made up of three mirrors 10b used. A mirror 10b is between the infrared laser 8th and the CCD 12 on one side of the open volume 4 arranged. The other two mirrors 10b are adjacent to each other on the wall 20 on the opposite side of the open volume 4 , By this arrangement, the light path can be 6 between the infrared laser 8th and the CCD 12 opposite to the 1 double the example shown. This is the detection sensitivity for the combustion gases 2 also substantially doubled.

Claims (13)

Verfahren zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas (2) in einem offenen Volumen (4), – bei dem Infrarotlicht auf einem Lichtweg (6) durch das offene Volumen (4) von einer, insbesondere wellenlängenmodulierbaren, Infrarotlichtquelle (8) zu einem Reflexionssystem (10) und von dem Reflexionssystem (10) durch das offene Volumen (4) zu einem Lichtdetektor (12) gesendet wird, – bei dem die Absorptionsstärke des mindestens einen Brandgases (2) aus dem von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendeten und von dem Lichtdetektor (12) empfangenen Licht an Hand eines, insbesondere eine oder mehrere Absorptionslinien aufweisenden, Absorptionsmusters des mindestens einen Brandgases (2) quantifiziert wird, – bei dem ein Signal, insbesondere ein Voralarmsignal oder Alarmsignal, aktiviert oder erzeugt wird, wenn die zuvor bestimmte Absorptionsstärke des mindestens einen Brandgases (2) brandcharakteristisch ist, und – bei dem ein automatisiertes Justagesystem (14) die Infrarotlichtquelle (8), das Reflexionssystem (10) und/oder den Lichtdetektor (12) so ausrichtet, dass das von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendete Licht den Lichtweg (6) von der Infrarotlichtquelle (8) durch das offene Volumen (4) zu dem Reflexionssystem (10) und von dem Reflexionssystem (10) durch das offene Volumen (4) zu dem Lichtdetektor (12) durchläuft, – wobei die Intensität des von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendeten und von dem Lichtdetektor (12) empfangenen Lichts optimiert, insbesondere maximiert, wird.Method for the absorption spectroscopic detection of at least one combustion gas ( 2 ) in an open volume ( 4 ), - in the infrared light on a light path ( 6 ) through the open volume ( 4 ) of a, in particular wavelength modulatable, infrared light source ( 8th ) to a reflection system ( 10 ) and of the reflection system ( 10 ) through the open volume ( 4 ) to a light detector ( 12 ), in which the absorption strength of the at least one combustion gas ( 2 ) from the infrared light source ( 8th ) emitted by the light detector ( 12 ) received light on the basis of, in particular one or more absorption lines having, absorption pattern of the at least one combustion gas ( 2 ), in which a signal, in particular a pre-alarm signal or alarm signal, is activated or generated when the previously determined absorption strength of the at least one combustion gas ( 2 ) is brand - characteristic, and - in which an automated adjustment system ( 14 ) the infrared light source ( 8th ), the reflection system ( 10 ) and / or the light detector ( 12 ) in such a way that that of the infrared light source ( 8th ) emitted light the light path ( 6 ) from the infrared light source ( 8th ) through the open volume ( 4 ) to the reflection system ( 10 ) and of the reflection system ( 10 ) through the open volume ( 4 ) to the light detector ( 12 ), wherein the intensity of the infrared light source ( 8th ) emitted by the light detector ( 12 ) received light, in particular maximized, is. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem von dem automatisierten Justagesystem (14) eine mindestens zweistufige Ausrichtung durchgeführt wird.Method according to Claim 1, in which the automated adjustment system ( 14 ) an at least two-stage alignment is performed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die von dem automatisierten Justagesystem (14) vorgenommene Ausrichtung wiederkehrend durchgeführt wird.Method according to Claim 1 or 2, in which the information obtained from the automated adjustment system ( 14 ) alignment is carried out recurrently. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die von dem automatisierten Justagesystem (14) vorgenommene Ausrichtung gezielt bei einer für die Wirksamkeit des Verfahrens nachteiligen Abschwächung der Intensität des von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendeten und von dem Lichtdetektor (12) empfangenen Lichts durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, in which the automated adjustment system ( 14 ) targeted at a detrimental to the effectiveness of the method attenuation of the intensity of the infrared light source ( 8th ) emitted by the light detector ( 12 ) received light is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Wellenlängenbereich der Infrarotlichtquelle (8) über mindestens ein Absorptionsmuster des mindestens einen Brandgases (2) moduliert wird.Method according to one of Claims 1 to 4, in which the wavelength range of the infrared light source ( 8th ) via at least one absorption pattern of the at least one combustion gas ( 2 ) is modulated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Intensität des von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendeten und von dem Lichtdetektor (12) empfangenen Lichts quantifiziert wird.Method according to one of Claims 1 to 5, in which the intensity of the light emitted by the infrared light source ( 8th ) emitted by the light detector ( 12 ) received light is quantified. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Signal, insbesondere ein Voralarmsignal oder Alarmsignal, aktiviert oder erzeugt wird, wenn die Intensität des von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendeten und von dem Lichtdetektor (12) empfangenen Lichts brandcharakteristisch abgeschwächt ist.Method according to Claim 6, in which a signal, in particular a pre-alarm signal or alarm signal, is activated or generated when the intensity of the light emitted by the infrared light source ( 8th ) emitted by the light detector ( 12 ) received light is fire characteristic attenuated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Absorptionsstärke des mindestens einen Brandgases (2) an Hand eines mehrere Absorptionslinien aufweisenden Absorptionsmusters quantifiziert wird.Method according to one of claims 1 to 7, wherein the absorption strength of the at least one combustion gas ( 2 ) is quantified by means of an absorption pattern having a plurality of absorption lines. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Absorptionsstärken mehrerer Brandgase (2) quantifiziert werden.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the absorption strengths of a plurality of combustion gases ( 2 ) can be quantified. Vorrichtung zum absorptionsspektroskopischen Nachweis von mindestens einem Brandgas (2) in einem offenen Volumen (4), – mit einer, insbesondere wellenlängenmodulierbaren, Infrarotlichtquelle (8), – mit einem Reflexionssystem (10), – mit einem Lichtdetektor (12), und – mit einem automatisierten Justagesystem (14), – wobei die Infrarotlichtquelle (8), das Reflexionssystem (10) und der Lichtdetektor (12) in dem offenen Volumen (4) so angeordnet sind, dass der Lichtweg (6) des von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendeten Lichts durch das offene Volumen (4) zu dem Reflexionssystem (10) und von dem Reflexionssystem (10) durch das offene Volumen (4) zu dem Lichtdetektor (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, – dass die Infrarotlichtquelle (8), das Reflexionssystem (10) und/oder der Lichtdetektor (12) von dem automatisierten Justagesystem (14) so ausrichtbar sind, dass das von der Infrarotlichtquelle (8) ausgesendete Licht den Lichtweg (6) von der Infrarotlichtquelle (8) durch das offene Volumen (4) zu dem Reflexionssystem (10) und von dem Reflexionssystem (10) durch das offene Volumen (4) zu dem Lichtdetektor (12) durchläuft.Device for the absorption spectroscopic detection of at least one combustion gas ( 2 ) in an open volume ( 4 ), - with an, in particular wavelength-modulatable, infrared light source ( 8th ), - with a reflection system ( 10 ), - with a light detector ( 12 ), and - with an automated adjustment system ( 14 ), - the infrared light source ( 8th ), the reflection system ( 10 ) and the light detector ( 12 ) in the open volume ( 4 ) are arranged so that the light path ( 6 ) of the infrared light source ( 8th ) emitted light through the open volume ( 4 ) to the reflection system ( 10 ) and of the reflection system ( 10 ) through the open volume ( 4 ) to the light detector ( 12 ), characterized in that - the infrared light source ( 8th ), the reflection system ( 10 ) and / or the light detector ( 12 ) of the automated adjustment system ( 14 ) are alignable so that the of the infrared light source ( 8th ) emitted light the light path ( 6 ) from the infrared light source ( 8th ) through the open volume ( 4 ) to the reflection system ( 10 ) and of the reflection system ( 10 ) through the open volume ( 4 ) to the light detector ( 12 ) goes through. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das automatisierte Justagesystem (14) eine zweiachsige Montierung, insbesondere mit senkrecht zueinander verlaufenden Drehachsen, aufweist.Apparatus according to claim 10, characterized in that the automated adjustment system ( 14 ) has a biaxial mount, in particular with mutually perpendicular axes of rotation. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotlichtquelle (8) einen Infrarotlaser aufweist.Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the infrared light source ( 8th ) has an infrared laser. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionssystem (10) einen Retroreflektor (10a) oder ein Spiegelsystem (10b) aufweist.Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the reflection system ( 10 ) a retroreflector ( 10a ) or a mirror system ( 10b ) having.
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