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EP2093731A1 - Linearer optischer Rauchmelder mit mehreren Teilstrahlen - Google Patents

Linearer optischer Rauchmelder mit mehreren Teilstrahlen Download PDF

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Publication number
EP2093731A1
EP2093731A1 EP08101741A EP08101741A EP2093731A1 EP 2093731 A1 EP2093731 A1 EP 2093731A1 EP 08101741 A EP08101741 A EP 08101741A EP 08101741 A EP08101741 A EP 08101741A EP 2093731 A1 EP2093731 A1 EP 2093731A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
detector
measuring light
measuring
spatial part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08101741A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Dr. Müller
Peter Steiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP08101741A priority Critical patent/EP2093731A1/de
Publication of EP2093731A1 publication Critical patent/EP2093731A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/185Signal analysis techniques for reducing or preventing false alarms or for enhancing the reliability of the system
    • G08B29/188Data fusion; cooperative systems, e.g. voting among different detectors
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of fire detection technology.
  • the present invention relates to a device for detecting smoke, which detects an extinction caused by smoke along a linear measuring beam and, depending on the respective weakening, initiates an alarm message.
  • the present invention further relates to a system for detecting smoke with at least two of said smoke detection devices, and to a method for detecting smoke by means of a smoke detection device of the above type.
  • an area of up to 1,400 m 2 can be monitored for the formation of smoke.
  • the distance between a transmitter or a light source and a receiver or a light detector can be up to approximately 100 m.
  • the operating principle is based on the fact that the transmitter emits a focused light beam, especially in the infrared spectral range to the receiver. In a fire, smoke or heat changes the infrared rays.
  • the receiver evaluates the parameters light absorption, frequency development and temporal change of the received light intensity and thus allows a reliable detection of smoke.
  • a disadvantage of such a system is the fact that the transmitter and the receiver must be located at widely spaced locations.
  • modified linear smoke detectors in which a reflector is used, which directs the light beam emitted by the light emitter back to the light receiver, which next or at least is arranged near the light transmitter.
  • a reflector which directs the light beam emitted by the light emitter back to the light receiver, which next or at least is arranged near the light transmitter.
  • HEKATRON security system such a linear smoke detector is known, which has the type designation Boomerang.
  • This smoke detector is described in the complete catalog for fire alarm systems of HEKATRONmaschines GmbH, Brühlmatten 9, D-70295 Sulzberg, valid from 06/2005 on page 164.
  • the Boomerang system consists of a transmitter / receiver unit, a reflector and an interface for the detection of smoke or smoke modulation. Thanks to the linear design with transmitter and receiver, the Boomerang system is used everywhere where due to structural conditions no conventional point detectors can be installed, or where with conventional point detectors optimal protection can no longer be guaranteed.
  • the invention has for its object to simplify the detection of smoke with respect to the apparatusiven requirements of a linear fire detector while ensuring a high detection security and a low false alarm rate.
  • a device for detecting smoke in particular on the basis of a measurement of the extinction of a measuring light.
  • the device has (a) a light source configured to emit a measuring light, (b) a first light detector which is arranged relative to the light source such that a first spatial part of the measuring light after reflection by at least approximately 180 °, ie between 170 ° and 190 °, is incident on an at least partially scattering object on the first light detector, and (c) a second light detector, which is arranged relative to the light source such that a second spatial part of the measurement light after reflection by at least approximately 180 ° at an at least partially scattering object hits the second light detector.
  • the first spatial part of the measuring light and the second spatial part of the measuring light directly adjoin one another.
  • the described optical smoke detection device is based on the finding that the use of at least two different parts of a measuring light can be realized in a simple and effective way, a spacious room monitoring.
  • a part of the measurement beam is also referred to below as partial beam.
  • the size and shape of the different parts of the measuring light are determined by the spatial arrangement or by the optical imaging relationships between the light source and the respective light detector.
  • the two partial beams therefore only include light beams emitted by the light source, which actually reach the respective light detector.
  • the optical smoke detection device can be constructed within a compact arrangement and yet a large area or volume area can be monitored for smoke build-up or penetration.
  • a temporal change of the received light intensity can be evaluated by an evaluation unit connected downstream of the first and / or the second light detector. Since the received light intensity, apart from drifts with regard to the intensity of the measuring light and / or the reflectivity of the respective at least partially scattering object depends mainly on the extinction within the two spatial parts of the measuring light, a significant change in the output signal of the first and / or the second Light detector can be closed to the presence of smoke and thus the presence of a source of fire.
  • Drifts can be eliminated by a signal evaluation, which is based on a so-called compensation principle. This means that the quiescent level is updated and only deviations from this quiescent level trigger an alarm. It is irrelevant whether reflections on objects, on the scattering background or crosstalk from possibly other light signals are responsible for a change in the resting level recorded by the two light detectors.
  • the two partial beams of the measuring light can be transmitted radially outward starting from the light source.
  • a compact smoke detector in which the light source and the two light detectors are arranged close to each other, a large volume and / or surface area can be monitored.
  • the first and / or the second light detector can be a special reflector, which is attached or formed, for example, to the wall of a room to be monitored.
  • the optical smoke detector described also works without special reflectors.
  • the at least partially scattering object can namely be any object which has at least a certain reflectivity.
  • the walls and in particular the side walls of a monitored space are particularly suitable for reflecting the measuring light emitted by the light source back to the two light detectors.
  • the at least partially scattering object can be the same for both partial beams. However, it is also possible that the two partial beams impinge on different objects and are at least partially reflected back by them.
  • the light source may include not only a light-emitting element but also a plurality of light-emitting elements which together generate the measurement light.
  • the measuring light can be generated, for example, by a first light-emitting element, for example a first light-emitting diode, and by a second light-emitting element, for example a second light-emitting diode.
  • the light of the first light-emitting diode can be assigned to the first partial beam and the light of the second light-emitting diode can be assigned to the second partial beam.
  • the beam pair can have a slightly fanned-out geometry, so that a comparatively large area or volume range can be monitored.
  • the use of at least one pair of beams has the advantage that the smoke detector described can be insensitive to an optical interruption of only a partial beam. This can be realized for example by a suitable evaluation of the output signals of the two light detectors, which takes into account the redundancy of the measurements of the extinction within the two partial beams. Thus, for example, by a flying insect in the first part of the first partial beam shaded and shadowed at a later time, the second part of the beam. This sequential shadowing can then be distinguished in a simple manner from an at least approximately uniform darkening by penetrating smoke, which in a good approximation is distributed uniformly over both partial beams.
  • the device additionally has an evaluation unit, which is connected downstream of the first and second light detectors and which is set up for jointly evaluating at least one first output signal of the first light detector and one second output signal of the second light detector.
  • the evaluation unit can thus perform a common signal processing of the two measuring light signals of the first and the second light detector.
  • a redundancy of the extinction measurements along the optical paths of the two partial beams can be utilized. This also allows the fault tolerance of the smoke detector described, for example be improved in the passage of an insect.
  • the evaluation unit is set up to analyze (a) the signal level of at least one of the light detectors, (b) a time change of the signal level of at least one of the light detectors, (c) a cross-correlation between the two signal levels of the two Light detectors, and / or (d) a cross-correlation between the two signal level changes of the two light detectors.
  • the signal level is indicative of the received light intensity.
  • the respective light detector and optionally an amplifier connected downstream of the respective light detector has a linear response, so that the strength of the respective signal level is directly proportional to the respectively received light intensity.
  • the specified signal evaluations are not an exhaustive list of possible evaluation procedures.
  • the evaluation procedures described can also process other measurement results such as, for example, a temperature or further optical attenuation or scattered light intensities. In this way, suitable input variables can be used for different external conditions and an optimal evaluation procedure can be used.
  • the light source is set up to emit a pulsed measuring light
  • the evaluation unit is set up to carry out at least one distance measurement between the light source and the at least partially scattering object.
  • .DELTA.t is the time difference between the emission of a light pulse and the reception of the backscattered light pulse and c the speed of light.
  • Performing a distance measurement has the advantage that an object introduced into the light path can be detected quickly and reliably by a reduced time difference between transmission and reception of a light pulse.
  • an introduced object in the case of the presence of smoke, most of the measuring light is still reflected on the originally scattering object.
  • beam interruptions by a discrete object can be well discriminated against an increasing extinction.
  • the evaluation unit can also analyze a double correlation. For example, a relationship between (a) the measured distance and (b) the correlation between the different signal levels within a pair of beams may be analyzed.
  • the device additionally has a printed circuit board on which the light source and the light detectors are mounted.
  • a cylindrical lens can be used, which converts a conically emitted measurement light into a light form which represents a light line in a cross-sectional plane perpendicular to the propagation direction of the light beam.
  • the light intensity can be focused, for example, in the vertical direction and expanded in the horizontal direction.
  • Such light shaping can be a good compromise between (a) the available light intensity, which should be as large as possible, and (b) the size of the area monitored by the measuring light beam.
  • the device additionally has (a) at least one Fresnel optical system which is arranged in the first spatial part of the measuring light and / or in the second spatial part of the measuring light.
  • a Fresnel optics which is often referred to as a Fresnel lens or as a Fresnel array, thus serves to form the first and / or the second partial beam.
  • Fresnel optics have the advantage over conventional lenses that they can be adapted in a simple manner exactly to the geometry of the respective beam cross-section. In this way, the described Fresnel optical system can contribute to the high efficiency of the backscattered light intensity being received by the respective light detector.
  • the Fresnel optics can be arranged in a partial beam, for example in the vicinity of the respective light detector.
  • the device additionally has at least one secondary reflector, which is arranged in the first spatial part of the measuring light and / or in the second spatial part of the measuring light.
  • a secondary reflector has the advantage that the component (s) light source and / or light detector can be mounted in different orientations, for example on a printed circuit board.
  • the secondary reflector in the measuring light emitted by the light source, it is therefore not necessary for the original direction of the measuring light emitted by the light source to coincide with the direction in which the at least partially scattering object is located.
  • the secondary reflector can provide a suitable beam deflection of the measuring light.
  • the described secondary reflector images the first spatial part of the measuring light onto the first light receiver and / or the second spatial part of the measuring light onto the second light receiver.
  • the secondary mirror may have a negative focal length. The negative focal length thus increases the effective detection range of the respective light detector. So that can reliably ensure that a projection spot of the light source on the at least partially scattering object is actually detected by the respective light detector.
  • the secondary reflector can also have different facets, one facet being assigned to each one light detector.
  • a plurality of partial beams can advantageously be deflected in such a way by a common secondary reflector that in each case a partial beam impinges on a light detector.
  • secondary reflector is used because the at least partially scattering object is absolutely necessary for the operation of the described linear detector. This can therefore be regarded as a primary reflector.
  • the device additionally has (a) a housing and (b) at least one optical element for an optical imaging of the first and / or the second spatial part of the measuring light.
  • the optical element is integrated in the housing.
  • the optical element is in particular a refractive optical element such as a lens.
  • the optical element may also be the Fresnel optic described above.
  • the design of the optical element as an integral part of the housing or the cover of the described linear optical smoke detector has the advantage that it can be produced inexpensively.
  • the entire smoke detector can be realized in a flat and / or inconspicuous construction.
  • the optical element may preferably be attached to the inside of the housing so that it is not visible from the outside and also exposed to less dirt. In addition, the optical element is automatically positioned correctly in a correct position mounting of the housing.
  • the optical element is not limited to conventional mostly round lenses.
  • the optical element is a Fresnel optic
  • a front side of the housing of the described smoke detector can be optimally utilized for the formation of a large-area optical element.
  • the housing may be formed in various shapes.
  • the housing may be configured with respect to a simple mounting on flat walls or a flat ceiling or for mounting in a corner of a space to be monitored.
  • the device additionally comprises a holder to which the housing is pivotally mounted.
  • a pivotally mounted housing has the advantage that the orientation of all optical components can be easily changed. Thereby, the optical axis or the optical axes of the smoke detector inclined in a simple manner and so the area of a room, which is monitored by the measuring beam or by the two sub-beams, adapted to the particular circumstances.
  • the device additionally comprises (a) a third light detector which is arranged relative to the light source such that a third spatial part of the measurement light, after being reflected by at least approximately 180 ° on an object which is at least partially scattering, third light detector meets, and (b) a fourth light detector, which is arranged relative to the light source such that a fourth spatial part of the measurement light after reflection by at least approximately 180 °, ie between 170 ° and 190 °, on an at least partially scattering object meets the fourth light detector.
  • the use of at least two further sub-beams and at least two further light detectors, wherein one light detector is associated with a sub-beam, has the advantage that, starting from a single smoke detector, a particularly large area or a particularly large volume within a surveillance area on the formation of smoke can be monitored.
  • the described further partial beams can be formed as well as the first two partial beams or be influenced by suitable optical components or interact with these. This applies in particular to a contiguity of the third spatial part and the fourth spatial part of the measuring light, so that the third partial beam and the fourth partial beam form a double beam.
  • the third and the fourth partial beam can also be generated by a light-emitting element other than the first and the second partial beam.
  • the other light-emitting element is also considered to belong to the light source.
  • the described linear smoke detector is not limited to the use of four partial beams or to the use of two double beams. In order to achieve an even better area or volume coverage in the fire monitoring, in principle any number of double beams can be used. It is then possible that the extinction be measured separately by smoke particles in each of the individual sub-beams can. Furthermore, the evaluation unit can then be set up in such a way that the measurement signals of all the light detectors can be recorded separately and possibly evaluated together.
  • the smoke detector described can cover, for example, an angular range of 90 °.
  • the smoke detector can be oriented such that the optical axes of the individual partial or double beams are parallel to the ceiling of the room.
  • the volume area just below the ceiling can be completely monitored.
  • an angular range of approximately 90 degrees is detected by means of four to eight double beams.
  • N double beams evenly distributed over an angular range of approximately 90 ° - ⁇ / 2 can then start from the described smoke detector.
  • 90 ° / N.
  • the angle between an outer double jet and a wall of a space to be monitored can also be selected to be somewhat larger than ⁇ / 2. As a result, it could be ensured, for example, that no wall projections project into the region of the partial beam located at the edge of the fan beam.
  • a system for detecting smoke is described in particular on the basis of a measurement of the extinction of a measuring light.
  • the system described has at least two devices of the above type.
  • the described system is based on the finding that a particularly large angular range and thus a particularly large area or volume range of a room can be covered by a combination of at least two of the smoke detection devices described above.
  • four smoke detectors each covering an angular range of 90 °, can be placed in the middle of a room so that each smoke detector monitors one quadrant of the room.
  • the optical axes of the individual smoke detectors When attached to the ceiling of the room, the optical axes of the individual smoke detectors can also be tilted slightly downwards.
  • the volume effectively monitored by the entire system can be further increased.
  • a method for detecting smoke is specified, in particular on the basis of a measurement of the extinction of a measuring light.
  • the specified method comprises (a) emitting a measurement light by means of a light source, (b) receiving a first spatial part of the measurement light after reflection by at least approximately 180 ° on an at least partially scattering object by means of a first light detector, and (b) receiving a second spatial part of the measuring light after reflection by at least approximately 180 ° on an at least partially scattering object by means of a second light detector, in which the first spatial part of the measuring light and the second spatial part of the measuring light directly adjoin one another.
  • the specified method is based on the knowledge that a spacious room monitoring can be realized by using at least two different parts or partial beams of a measuring light.
  • the size and shape of the different parts of the measuring light are determined according to the invention by the spatial arrangement and by the optical imaging relationships between the light source and the respective light detector.
  • the two adjoining partial beams of the measuring light which form a so-called beam pair, may preferably have a slightly fanned-out geometry. As a result, a comparatively large area or volume range can be monitored. A targeted focusing of the partial beams on a given reflector is not required. Thus, the specified method is insensitive to misalignments.
  • FIG. 1a shows in a cross-sectional view of a smoke detector with four double beams, which are emitted by a light emitting diode and received after reflection on a side wall of a space of a total of eight photodiodes.
  • FIG. 1b shows the in FIG. 1 illustrated smoke detector in a plan view.
  • FIG. 2 shows the installation of a smoke detector, which uses four double beams for smoke detection, in the corner of a room to be monitored.
  • FIG. 3 shows a system with four smoke detectors, each of which uses four double beams for smoke detection, in the middle of a room to be monitored.
  • FIG. 4 shows in a perspective view the assembly of in FIG. 1 shown smoke detector on a side wall of a space to be monitored.
  • FIG. 5 shows in a perspective view the assembly of in FIG. 1 shown smoke detector in a corner of a room to be monitored.
  • FIG. 6 shows in a schematic representation of a smoke detector and a holder which allows mounting of the smoke detector with different angles of inclination of the measuring light.
  • FIG. 1a shows in a cross-sectional view of a smoke detection device 100, which is also referred to as a smoke detector in the context of this application.
  • the smoke detector 100 uses a measuring light 135 for detecting smoke with a total of four double beams, which are emitted from a light source 130 in the radial direction and in a fanned outward manner and received after reflection on a side wall of a space of a total of eight photodiodes.
  • the side wall therefore serves as a primary reflector for the smoke detector 100 described herein.
  • the light source 130 for each double beam each have a light emitting diode.
  • a sufficiently high and in particular a sufficiently highly focused intensity of the measuring light can be provided.
  • each light-emitting diode 130 In order to transmit the measuring light 135 preferably along a beam axis 135a, each light-emitting diode 130 also has an optical system 134.
  • the optics 134 may, for example, be a cylinder optic which imparts a spatial shape to the measurement light 135 so that an illumination row is formed on a side wall, not shown, of a space to be monitored, which is hit by the measurement light 135.
  • the optic 134 may also be part of the housing 110. In any case, optics 134 should be positioned as accurately as possible relative to the photodiodes, respectively, to the circuit board.
  • the smoke detector 100 has a housing 110, in which, fixed by means of a holder 112, a circuit board 120 is arranged.
  • a circuit board 120 On the printed circuit board 120, a plurality of electronic and optoelectronic components 121 are preferably mounted using the known SMD (Surface Mount Device) technology, which are electrically connected to each other in a suitable manner via interconnects and pads not shown.
  • SMD Surface Mount Device
  • a driver circuit 122 is provided for the light source 130 embodied as a light-emitting diode.
  • a microprocessor is attached to the circuit board, which serves as an evaluation unit 125 for the output signals provided by the individual LEDs.
  • a mechanical support 132 is further attached, in which the light-emitting diode 130 by means of a simple Einklippvorgangs is fixed.
  • the light-emitting diode is thus precisely captured in the holder 132. As a result, a high quality of the beam alignment can be ensured.
  • a holder 143 is provided, which is also secured to the circuit board 120 and which holds a mirror formed secondary reflector 142 in a fixed spatial position.
  • the secondary reflector 142 is disposed in the vicinity of the photodiode 140 and serves to image or the beam deflection of the measurement light 135 received by the photodiode 140.
  • the secondary reflector 142 has a faceted shape, wherein each one facet of one of the photodiodes 140 is assigned. In the cross-sectional representation of FIG. 1 is only one facet to recognize.
  • the secondary reflector 142 may be a planar or a hyperbolic reflector.
  • a hyperbolic reflector By means of a hyperbolic reflector, even with a slight optical misalignment it can be ensured that the light spot projected from the light-emitting diode 130 onto the side wall or onto the primary reflector is reliably imaged onto the photodiode 140. Of course, this only applies to that part of the light spot which is associated with a partial beam of the measuring light 135 and thus with one of the photodiode 140.
  • the smoke detector 100 also has a Fresnel optics 115.
  • the Fresnel optical system 115 serves for the efficient imaging of the measuring light onto the photodiode 140.
  • the Fresnel optical system 115 is formed integrally with the housing 110. To minimize the risk of contamination for the Fresnel optics 115, this is formed on the inner wall of the housing 110.
  • the optical cover of the smoke detector 100 is thus part of the outer housing.
  • the optical cover has the material polycarbonate.
  • the optical cover has a dark infrared filter coloring.
  • FIG. 1b shows the smoke detector 100 in a highly simplified plan view.
  • the four double beams which (a) from the light source 130, not shown in the radial outward along a respective beam axis 135a emitted and (b) detected after an at least partial reflection on a side wall of a space to be monitored by two photodiodes 140 become.
  • Each double beam has a first spatial part 136a of the measuring light 135 and a second spatial part 136b of the measuring light 135.
  • the first spatial part is also referred to as the first partial beam 136a.
  • the second spatial part is also referred to as the second partial beam 136b.
  • a photodiode detects in each case a part of the measuring light or a partial beam of the double beam.
  • each received double beam Fresnel optics 115 is assigned. This can be optimally adapted to the shape of the double jet and / or to the shape of the housing 110.
  • the optics and the sensor technology of the smoke detector 100 will be explained in more detail below. Even with the use of four double beams, an implementation of the present invention by means of a respective transmitter-receiver pair for each signal path or for each sub-beam would be very expensive. If in each case a complete transmitter-receiver pair were used, then the smoke detector 100 would require a total of eight light sources and eight photodiodes. Therefore, it is advantageous, in particular for cost reasons, that only one light source is present in the smoke detector 100.
  • a useful effective opening angle of the partial beams 136a, 136b depends on the tolerances that can be achieved. So that no adjustments are necessary, taking into account all mechanical tolerances, the light spot of the respective light-emitting diode 130 in the far region should be slightly larger than the image of the respective photodiode projected onto the scattering background.
  • the term far field is understood to mean the respective backscattering background and in particular an opposite wall. Due to the principle of reversibility of the beam path, the image of the respective photodiode determines the spatial detection range of the respective photodiode.
  • the described concept of the double beams provides that the two adjacent photodiodes define, generate or define the double beams via the reflector and the Fresnel lens.
  • the first round illumination spot on the wall of a room to be monitored could not be optimally approximated to a rectangular shape resulting from two partial beams located side by side.
  • the entire electronics of the smoke detector 100 may be constructed on the single circuit board 120. So that the light-emitting diodes 130 can be easily used with the holder 132 in the beam axes 135a on the one side and the photodiodes 140 by means of SMD technology on the other side, a 90 ° beam deflection is advantageous for the measurement light 135 received by the photodiodes 140.
  • each pair of receivers is assigned a receiving optics on the receiving side, which images the two partial beams on two directly adjacent photodiodes as a receiver.
  • the receiver electronics must be made double.
  • the use of a time division multiplex Although it is possible to separate the reflections from both partial beams, this does not currently appear to be advantageous due to the expected higher power consumption. Namely, the transmission power would have to be applied twice as much as the solution described. Even if a single photodiode would be cheaper due to the imaging geometry, beam pairs are significantly more advantageous for detection and signal processing.
  • the light source can emit a pulsed measuring light. By measuring the light transit time between the light source and at least one photodetector, a distance measurement between the light source and the primary reflector can be performed.
  • signal characteristics may be (a) the signal levels, (b) the behavior of signal rise and / or fall, (c) cross-correlation in a double beam, (d) cross-correlation between different beam pairs, (e) distance of the optical path , (f) correlation between distance of the optical path and signal rise and / or fall, (g) correlation between the distance of the optical path for different partial beams and / or different double beams.
  • the correlation of the measuring light intensity of the different pairs of beams scattered back from the opposite wall is evaluated as a fundamental criterion.
  • at least one further adjacent beam pair also detect smoke development.
  • the resulting signal curve will be correlated less strongly than within a double-beam pair.
  • an essential criterion in the detection of smoke is that the distance does not change.
  • the measuring light will continue to be reflected essentially on the fixed background.
  • the signal properties described above and a distance evaluation, together with their many dependencies, can provide a dense network of decision bases. These can be used for better detection properties and for increased suppression of disturbances.
  • the partial beams or beam pairs of the smoke detector should not protrude into the zone in which people move. Movements of persons from smoke to discriminate is possible in principle. However, this typically requires a high computational effort.
  • the smoke detection can be performed by means of a variable sampling rate.
  • the smoke detector is initially operated with a low repetition rate and / or with a low light intensity. Only when a suitable preprocessing of the measurement signals obtained provides an indication of the formation of smoke, then the repetition rate and / or the current for the LEDs are increased and carried out an accurate signal evaluation.
  • FIG. 2 shows a smoke detector 200 mounted in the corner of a room 260 to be monitored.
  • the upper part of FIG. 2 shows the optical paths in a plan view parallel to an xy plane.
  • the lower part of FIG. 2 shows the beam paths in a side view parallel to an xz or yz plane.
  • the smoke detector 200 has four double beams for smoke detection.
  • the corresponding measuring light 235 of the double beams respectively runs along a beam axis 235a.
  • the space 260 to be monitored has four side walls 261 and 262.
  • the measuring light 235 impinges on the two side walls 262 and is at least partially reflected back to the smoke detector 200.
  • the side walls 262 thus represent the partially scattering article or the primary reflector.
  • all the rays of the measuring light 235 run in a horizontal direction substantially parallel to a ceiling 265 and to a floor 266 of the space 260 to be monitored. This is in the lower part of FIG. 2 clarified.
  • the smoke detector can also use more than four double beams for smoke detection.
  • the smoke detector 200 described is a so-called extinction detector. In contrast to known based on the principle of extinction smoke detectors, however, no special reflectors are provided in the smoke detector 200. Rather, any object which has at least a certain reflection at least for the respective spectral range of the measuring light is sufficient. In the present case, this means that at least some reflection from the surrounding walls 262 is assumed.
  • FIG. 3 Figure 4 shows a system with four smoke detectors 300 which each use four double beams for smoke detection.
  • the upper part of FIG. 3 shows the beam paths of the double beams in a plan view parallel to an xy plane.
  • the lower part of FIG. 3 shows the beam paths in a side view parallel to an xz or yz plane.
  • the four smoke detectors 300 are arranged in the middle of a room 360 to be monitored in such a way that the total of 16 double beams extend in a star shape radially outward from the center of the room.
  • a fan beam is formed in the smoke detector 300.
  • smoke detectors shown this beam fan is not horizontal over the room. Rather, starting from a height near the ceiling 365 of the room 360 in the center of the room, the fan-beam is inclined slightly downwards in the direction of the floor 366. However, the inclination should be chosen so moderately that the rays of the measuring light do not protrude as far as possible into the space typically used by people.
  • FIG. 4 shows in a perspective view the assembly of in FIG. 1 illustrated smoke detector, which is now designated by the reference numeral 400.
  • the smoke detector 400 which has a housing 410 with a total of four integrated Fresnel optics 415, is attached to a side wall of a space to be monitored.
  • the housing 410 is designed such that for horizontal beam arrangements mounting without a holder flat on the side wall is possible.
  • FIG. 5 shows in a perspective view the assembly of in FIG. 1 illustrated smoke detector, which is now designated by the reference numeral 500.
  • the smoke detector 500 which has a housing 510, is disposed in a corner of a room to be monitored. How out FIG. 5 can be seen, the housing 510 is designed such that for horizontal beam arrangements, a mounting without a holder in a corner of the room is possible.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a smoke detector 600, which can be attached by means of a holder 618, for example, on a side wall of a space to be monitored.
  • the smoke detector 600 has a housing 610.
  • the entire smoke detector 600 is pivotally mounted on the holder 618 about a rotation axis 618a.
  • the smoke detector 600 can be easily adjusted with different inclination angles of the measuring light. This means that the detector axis can be tilted down or up.
  • This application describes a novel linear smoke detector. This can monitor with several double beams a 90 ° segment, ie a segment, with an opening angle between 80 ° and 100 °, with a total of up to 20m x 20m edge length. Thus, a higher detection reliability is possible in comparison to a single-beam smoke detector with increased false alarm immunity.
  • linear surface protection can be realized inexpensively. This results in one of the lower number of mechanical parts and on the other from the omission of optical elements such as lenses. Furthermore, the structure of the smoke detector described is much simpler than in known linear smoke detectors. An adjustment of the optical components is not required. This makes assembly easy and reduces production costs considerably.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch beschrieben, Die Vorrichtung (100) weist auf eine Lichtquelle (130), eingerichtet zum Aussenden eines Messlichts (135), einen ersten Lichtdetektor (140), welcher relativ zu der Lichtquelle (130) derart angeordnet ist, dass ein erster räumlicher Teil (136a) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) auf den ersten Lichtdetektor (140) trifft, und einen zweiten Lichtdetektor (140), welcher relativ zu der Lichtquelle (130) derart angeordnet ist, dass ein zweiter räumlicher Teil (136b) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) auf den zweiten Lichtdetektor (140) trifft. Der erste räumliche Teil (136a) des Messlichts (135) und der zweite räumliche Teil (136b) des Messlichts (135) grenzen unmittelbar aneinander. Es wird ferner ein System zum Detektieren von Rauch mit zumindest zwei der genannten Rauchdetektierungsvorrichtungen (100) sowie ein Verfahren zum Detektieren von Rauch mittels einer Rauchdetektierungsvorrichtung (100) der oben genannten Art beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Brandmeldetechnik. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch, welche eine durch Rauch verursachte Extinktion entlang eines linearen Messstrahls erfasst und abhängig von der jeweiligen Schwächung eine Alarmmeldung initiiert. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zum Detektieren von Rauch mit zumindest zwei der genannten Rauchdetektierungsvorrichtungen sowie ein Verfahren zum Detektieren von Rauch mittels einer Rauchdetektierungsvorrichtung der oben genannten Art.
  • Mit einem bekannten sog. Linearmelder kann eine Fläche von bis zu 1.400m2 auf die Entstehung von Rauch überwacht werden. Dabei kann der Abstand zwischen einem Sender bzw. einer Lichtquelle und einem Empfänger bzw. einem Lichtdetektor bis zu ungefähr 100m betragen. Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass der Sender einen gebündelten Lichtstrahl insbesondere im infraroten Spektralbereich zu dem Empfänger aussendet. Bei einem Brand verändern Rauch oder Wärmeentwicklung die Infrarotstrahlen. Der Empfänger wertet die Parameter Lichtabsorption, Frequenzentwicklung und zeitliche Veränderung der empfangenen Lichtintensität aus und erlaubt somit eine zuverlässige Erkennung von Rauch. Nachteilig bei einem derartigen System ist jedoch die Tatsache, dass sich der Sender und der Empfänger an weit voneinander beabstandeten Orten befinden müssen.
  • Dieser Nachteil kann durch modifizierte lineare Rauchmelder überwunden werden, bei denen ein Reflektor eingesetzt wird, der den von dem Lichtsender ausgesandten Lichtstrahl zurück zu dem Lichtempfänger richtet, welcher neben oder zumindest in der Nähe des Lichtsenders angeordnet ist. Damit können bis auf den Reflektor alle optischen und auch elektronischen Komponenten des linearen Rauchmelders in einem kompakten Gehäuse angeordnet werden.
  • Von der Firma HEKATRON Sicherheitssystem ist ein derartiger linearer Rauchmelder bekannt, welcher die Typenbezeichnung Boomerang hat. Dieser Rauchmelder ist in dem Gesamtkatalog für Brandmeldeanlagen der Firma HEKATRON Vertriebs GmbH, Brühlmatten 9, D-70295 Sulzberg, gültig ab 06/2005 auf Seite 164 beschrieben. Das System Boomerang besteht aus einer Sender-/Empfängereinheit, einem Reflektor und einem Interface zur Detektion von Rauch bzw. von Rauchmodulationen. Dank des linearen Aufbaus mit Sender und Empfänger findet das System Boomerang überall dort seinen Einsatz, wo aufgrund baulicher Gegebenheiten keine herkömmlichen Punktmelder angebracht werden können, oder wo mit herkömmlichen Punktmeldern kein optimaler Schutz mehr gewährleistet werden kann. Zwei von der Sender-/Empfängereinheit ausgehende Infrarot-Strahlenkegel durchqueren den Überwachungsbereich, treffen auf den Reflektor und werden exakt auf die Sender-/Empfängereinheit zurückreflektiert. Während der zweifachen Durchquerung des Überwachungsbereichs können Brandprodukte die Infrarotstrahlen modulieren. Der Empfänger kann die Beeinflussung erkennen und analysieren und löst ggf. Alarm aus. Um eine zuverlässige optische Abbildung zu gewährleisten müssen Sender und Empfänger mit präzisen Getrieben horizontal und vertikal ausgerichtet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Detektion von Rauch hinsichtlich der aparativen Anforderungen an einen linearen Brandmelder zu vereinfachen und gleichzeitig eine hohe Detektierungssicherheit sowie eine geringe Fehlalarmrate zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Detektieren von Rauch insbesondere auf der Grundlage einer Messung der Extinktion eines Messlichts beschrieben. Die Vorrichtung weist auf (a) eine Lichtquelle, eingerichtet zum Aussenden eines Messlichts, (b) einen ersten Lichtdetektor, welcher relativ zu der Lichtquelle derart angeordnet ist, dass ein erster räumlicher Teil des Messlichts nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180°, also zwischen 170° und 190°, an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand auf den ersten Lichtdetektor trifft, und (c) einen zweiten Lichtdetektor, welcher relativ zu der Lichtquelle derart angeordnet ist, dass ein zweiter räumlicher Teil des Messlichts nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand auf den zweiten Lichtdetektor trifft. Erfindungsgemäß grenzen der erste räumliche Teil des Messlichts und der zweite räumliche Teil des Messlichts unmittelbar aneinander.
  • Der beschriebenen optischen Rauchdetektierungsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung von zumindest zwei unterschiedlichen Teilen eines Messlichts auf einfache und effektive Weise eine weiträumige Raumüberwachung realisiert werden kann. Ein Teil des Messstrahls wird im Folgenden auch als Teilstrahl bezeichnet. Die Größe und die Form der unterschiedlichen Teile des Messlichts werden dabei durch die räumliche Anordnung bzw. durch die optischen Abbildungsverhältnisse zwischen der Lichtquelle und dem jeweiligen Lichtdetektor bestimmt. Zu den beiden Teilstrahlen gehören deshalb lediglich von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahlen, die den jeweiligen Lichtdetektor auch tatsächlich erreichen.
  • Infolge der beschriebenen Rückstreugeometrie für beide Teilstrahlen kann die optische Rauchdetektierungsvorrichtung innerhalb einer kompakten Anordnung aufgebaut werden und trotzdem ein großer Flächen- bzw. Volumenbereich auf das Entstehen oder das Eindringen von Rauch überwacht werden. Dazu kann beispielsweise durch eine dem ersten und/oder dem zweiten Lichtdetektor nachgeschaltete Auswerteeinheit eine zeitliche Änderung der empfangenen Lichtintensität ausgewertet werden. Da die empfangene Lichtintensität abgesehen von Drifts hinsichtlich der Intensität des Messlichts und/oder der Reflektivität des jeweiligen zumindest teilweise streuenden Gegenstands hauptsächlich von der Extinktion innerhalb der beiden räumlichen Teile des Messlichts abhängt, kann bei einer signifikanten Änderung des Ausgangssignals des ersten und/oder des zweiten Lichtdetektors auf die Gegenwart von Rauch und damit auf das Vorhandensein eines Brandherdes geschlossen werden.
  • Drifts können durch eine Signalauswertung eliminiert werden, welche auf einem sog. Kompensationsprinzip beruht. Das heißt, dass der Ruhepegel nachgeführt wird und lediglich Abweichungen von diesem Ruhepegel einen Alarm auslösen. Dabei ist es unerheblich, ob Reflexionen an Objekten, an dem streuenden Hintergrund oder ein Übersprechen von ggf. anderen Lichtsignalen für eine Änderung der durch die beiden Lichtdetektoren aufgenommenen Ruhepegel verantwortlich sind.
  • Die beiden Teilstrahlen des Messlichts können ausgehend von der Lichtquelle radial nach außen ausgesendet werden. Auf diese Weise kann ausgehend von einem kompakt aufgebauten Rauchmelder, bei dem die Lichtquelle und die beiden Lichtdetektoren nahe beieinander angeordnet sind, ein großer Volumen- und/oder Flächenbereich überwacht werden.
  • Der zumindest teilweise streuende Gegenstand, welcher die Rückstreuung zumindest eines Teils des Messlichts auf den ersten und/oder den zweiten Lichtdetektor bewirkt, kann dabei ein spezieller Reflektor sein, der beispielsweise an der Wand eines zu überwachenden Raumes angebracht oder ausgebildet ist. Der beschriebene optische Rauchmelder funktioniert jedoch auch ohne spezielle Reflektoren. Der zumindest teilweise streuende Gegenstand kann nämlich jeder beliebige Gegenstand sein, welche zumindest eine gewisse Reflektivität aufweist. So sind beispielsweise die Wände und insbesondere die Seitenwände eines überwachten Raumes in besonderer Weise dazu geeignet, das von der Lichtquelle ausgesandte Messlicht auf die beiden Lichtdetektoren zurück zu reflektieren. Der zumindest teilweise streuende Gegenstand kann für beide Teilstrahlen derselbe sein. Ebenso ist es jedoch auch möglich, dass die beiden Teilstrahlen auf unterschiedliche Gegenstände treffen und von diesen zumindest teilweise zurückreflektiert werden.
  • Infolge der geringen Anforderungen an den zumindest teilweise streuenden Gegenstand ist eine aufwendige Reflektormontage wie bei bekannten optischen Linearmeldern nicht erforderlich. Insbesondere ist eine Justierung von Reflektoren oder anderen optischen Komponenten des beschriebenen Rauchmelders nicht erforderlich, so dass dieser einfach in Betrieb genommen werden kann. Eine Dejustierung von optischen Komponenten, welche den einzelnen Teilstrahlen zugeordnet sind, ist nicht zu besorgen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Lichtquelle nicht nur ein Licht emittierendes Element sondern auch mehrere Licht emittierende Elemente aufweisen kann, welche zusammen das Messlicht erzeugen. Das Messlicht kann beispielsweise von einem ersten Licht emittierenden Element, beispielsweise einer ersten Leuchtdiode, und von einem zweiten Licht emittierenden Element, beispielsweise einer zweiten Leuchtdiode, erzeugt werden. Dabei kann das Licht der ersten Leuchtdiode dem ersten Teilstrahl und das Licht der zweiten Leuchtdiode dem zweiten Teilstrahl zugeordnet sein.
  • Da die beiden räumlichen Teile des Messlichts bzw. die beiden Teilstrahlen des Messlichts unmittelbar aneinander grenzen, bilden diese ein sog. Strahlenpaar. Das Strahlenpaar kann dabei eine leicht aufgefächerte Geometrie aufweisen, so dass ein vergleichweise großer Flächen- bzw. Volumenbereich überwacht werden kann.
  • Die Verwendung von zumindest einem Strahlenpaar hat den Vorteil, dass der beschriebene Rauchmelder unempfindlich gegenüber einer optischen Unterbrechung lediglich eines Teilstrahls sein kann. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Auswertung der Ausgangssignale der beiden Lichtdetektoren realisiert werden, welche die Redundanz der Messungen der Extinktion innerhalb der beiden Teilstrahlen berücksichtigt. So kann beispielsweise durch ein umher fliegendes Insekt zunächst der ersten Teilstrahl abgeschattet und zu einem späteren Zeitpunkt der zweite Teilstrahl abgeschattet werden. Diese sequentielle Abschattung kann dann auf einfache Weise von einer zumindest annähernd gleichmäßigen Abdunkelung durch eindringenden Rauch, welche sich in guter Näherung gleichmäßig über beide Teilstrahlen verteilt, unterschieden werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich auf eine Auswerteeinheit, welche dem ersten und dem zweiten Lichtdetektor nachgeschaltet ist und welche eingerichtet ist zum gemeinsamen Auswerten zumindest eines ersten Ausgangssignals des ersten Lichtdetektors und eines zweiten Ausgangssignals des zweiten Lichtdetektors.
  • Die Auswerteeinheit kann also eine gemeinsame Signalverarbeitung der beiden Messlichtsignale des ersten und des zweiten Lichtdetektors durchführen. Dabei kann beispielsweise eine Redundanz der Extinktionsmessungen entlang der optischen Pfade der beiden Teilstrahlen ausgenutzt werden. Dadurch kann auch die Fehlertoleranz des beschriebenen Rauchmelders beispielsweise bei dem Durchflug eines Insekts verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Auswerteeinheit eingerichtet zum Analysieren (a) des Signalpegels von zumindest einem der Lichtdetektoren, (b) einer zeitlichen Änderung des Signalpegels von zumindest einem der Lichtdetektoren, (c) einer Kreuz-Korrelation zwischen den beiden Signalpegeln der beiden Lichtdetektoren, und/oder (d) einer Kreuz-Korrelation zwischen den beiden Signalpegeländerungen der beiden Lichtdetektoren.
  • Der Signalpegel ist dabei für die jeweils empfangene Lichtintensität indikativ. Bevorzugt weist der jeweilige Lichtdetektor und ggf. ein dem jeweiligen Lichtdetektor nach geschalteter Verstärker eine lineare Response auf, so dass die Stärke des jeweiligen Signalpegels direkt proportional für die jeweils empfangene Lichtintensität ist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die angegebenen Signalauswertungen keine abschließende Aufzählung von möglichen Auswerteprozeduren darstellen. So können die beschriebenen Auswerteprozeduren auch noch andere Messergebnisse wie beispielsweise eine Temperatur oder weitere optische Abschwächungen oder auch Streulichtintensitäten verarbeiten. Auf diese Weise können für verschiedene äußere Rahmenbedingungen jeweils geeignete Eingangsgrößen verwendet und eine optimale Auswerteprozedur angewandt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lichtquelle einrichtet zum Aussenden eines gepulsten Messlichts und die Auswerteeinheit ist eingerichtet zum Durchführen zumindest einer Distanzmessung zwischen der Lichtquelle und dem zumindest teilweise streuenden Gegenstand.
  • Die Distanzmessung kann insbesondere durch eine Messung der Lichtlaufzeit zwischen der Lichtquelle und zumindest einem der beiden Lichtdetektoren erfolgen. Da typischerweise die Lichtquelle und die beiden Lichtdetektoren nahe beieinander angeordnet sind, ergibt sich die Distanz d zwischen (a) der Lichtquelle bzw. dem entsprechenden Lichtdetektor und (b) dem zumindest teilweise streuenden Gegenstand durch folgende Formel: d = Δt c
    Figure imgb0001
  • Dabei ist Δt die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden eines Lichtpulses und dem Empfang des zurück gestreuten Lichtpulses und c die Lichtgeschwindigkeit.
  • Das Durchführen einer Distanzmessung hat den Vorteil, dass ein in den Lichtpfad eingebrachter Gegenstand schnell und zuverlässig durch eine reduzierte Zeitdifferenz zwischen Aussenden und Empfangen eines Lichtpulses erkannt werden kann. Im Gegensatz zu einem eingebrachten Gegenstand wird nämlich im Falle der Anwesenheit von Rauch der größte Teil des Messlichts nach wie vor an dem ursprünglich streuenden Gegenstand reflektiert. Somit können Strahlunterbrechungen durch einen diskreten Gegenstand gut von einer zunehmenden Extinktion diskriminiert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Auswerteeinheit auch eine doppelte Korrelation analysieren kann. Dabei kann beispielsweise ein Zusammenhang zwischen (a) der gemessenen Distanz und (b) der Korrelation zwischen den verschiedenen Signalpegeln innerhalb eines Strahlenpaars analysiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich eine Leiterplatte auf, an der die Lichtquelle und die Lichtdetektoren angebracht sind. Dies hat den Vorteil, dass der beschriebene optische Rauchmelder auf einfache Weise hergestellt werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch andere Bauteile des beschriebenen Rauchmelders an der gemeinsamen Leiterplatte angebracht werden können. Dies gilt insbesondere für elektronische Bauteile, welche für die Ansteuerung der Lichtquelle oder für die Signalumwandlung bzw. Signalbereitstellung für die Auswerteeinheit verantwortlich sind. Dies gilt auch für optische Bauelemente wie beispielsweise zumindest eine Optik für die Lichtquelle und/oder die Lichtdetektoren, welche als Kunststoffteil ausgebildet sein können und beispielsweise mittels eines einfachen Schnapp-Mechanismus in die Leiterplatte eingehakt werden können.
  • Als Optik für die Lichtquelle kann beilsielsweise eine Zylinderlinse verwendet werden, welche ein kegelförmig ausgesandtes Messlicht in eine Lichtform umwandelt, die in einer Querschnittsebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls eine Lichtlinie darstellt. Auf diese Weise kann die Lichtintensität beispielsweise in der vertikalen Richtung fokussiert und in der horizontalen Richtung aufgeweitet werden. Eine derartige Lichtformung kann einen guten Kompromiss darstellen zwischen (a) der verfügbaren Lichtintensität, welche möglichst groß sein sollte, und (b) der Größe des durch den Messlichtstrahl überwachten Bereiches.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich auf (a) zumindest eine Fresnel-Optik, welche in dem ersten räumlichen Teil des Messlichts und/oder in dem zweiten räumlichen Teil des Messlichts angeordnet ist.
  • Eine Fresnel Optik, welche häufig auch als Fresnel Linse oder als Fresnel Array bezeichnet wird, dient somit der Formung des ersten und/oder des zweiten Teilstrahls. Fresnel Optiken haben gegenüber herkömmlichen Linsen den Vorteil, dass sie auf einfache Weise genau an die Geometrie des jeweiligen Strahlquerschnittes angepasst werden können. Auf diese Weise kann die beschriebene Fresnel Optik dazu beitragen, dass die zurück gestreute Lichtintensität mit hoher Effizienz von dem jeweiligen Lichtdetektor empfangen werden kann. Die Fresnel Optik kann in einem Teilstrahl beispielsweise in der Nähe des jeweiligen Lichtdetektors angeordnet sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich auf zumindest einen Sekundärreflektor, welcher in dem ersten räumlichen Teil des Messlichts und/oder in dem zweiten räumlichen Teil des Messlichts angeordnet ist.
  • Die Verwendung eines Sekundärreflektors hat den Vorteil, dass die Komponente(n) Lichtquelle und/oder Lichtdetektor in verschiedenen Orientierungen beispielsweise an einer Leiterplatte angebracht werden können. Bei einer Anordnung des Sekundärreflektors im von der Lichtquelle ausgesandten Messlicht ist es demzufolge nicht erforderlich, dass die originäre Richtung des von der Lichtquelle ausgesandten Messlichts mit der Richtung übereinstimmt, in der sich der zumindest teilweise streuende Gegenstand befindet. In entsprechender Weise ist auch nicht erforderlich, dass, wenn sich der Sekundärreflektor in der Nähe des jeweiligen Lichtdetektors befindet, die originäre Erfassungsrichtung des Lichtdetektors mit der der Richtung übereinstimmt, in der sich der zumindest teilweise streuende Gegenstand befindet. In allen Fällen kann der Sekundärreflektor für eine geeignete Strahlumlenkung des Messlichts sorgen.
  • Der beschriebene Sekundärreflektor bildet den ersten räumlichen Teil des Messlichts auf den ersten Lichtempfänger und/oder den zweiten räumlichen Teil des Messlichts auf den zweiten Lichtempfänger ab. Um dies auch bei einer geringfügigen optischen Dejustierung zu gewährleisten, kann der Sekundärspiegel eine negative Brennweite aufweisen. Durch die negative Brennweite vergrößert sich somit der effektive Erfassungsbereich des jeweiligen Lichtdetektors. Damit kann zuverlässig gewährleistet werden, dass ein Projektionsfleck der Lichtquelle auf dem zumindest teilweise streuenden Gegenstand auch tatsächlich von dem jeweiligen Lichtdetektor erfasst wird.
  • Der Sekundärreflektor kann auch verschiedene Facetten aufweisen, wobei jeweils einem Lichtdetektor eine Facette zugeordnet ist. Dadurch können auf vorteilhafte Weise durch einen gemeinsamen Sekundärreflektor mehrere Teilstrahlen derart umgelenkt werden, dass jeweils ein Teilstrahl auf einen Lichtdetektor trifft.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Anmeldung der Begriff "Sekundärreflektor" deshalb verwendet wird, weil zum Betrieb des beschriebenen Linearmelders der zumindest teilweise streuende Gegenstand zwingend erforderlich ist. Dieser kann demzufolge als primärer Reflektor angesehen werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich auf (a) ein Gehäuse und (b) zumindest ein optisches Element für eine optische Abbildung des ersten und/oder des zweiten räumlichen Teils des Messlichts. Das optische Element ist in dem Gehäuse integriert.
  • Das optische Element ist insbesondere ein refraktives optisches Element wie beispielsweise eine Linse. Das optische Element kann auch die oben beschriebene Fresnel-Optik sein.
  • Die Ausbildung des optischen Elements als integrierter Bestandteil des Gehäuses bzw. der Abdeckung des beschriebenen linearen optischen Rauchmelders hat den Vorteil, dass dieser kostengünstig hergestellt werden kann. Außerdem kann dadurch der gesamte Rauchmelder in einer flachen und/oder unauffälligen Bauweise realisiert werden.
  • Das optische Element kann bevorzugt an der Innenseite des Gehäuses angebracht werden, so dass es von außen nicht sichtbar ist und außerdem weniger Verschmutzungen ausgesetzt ist. Außerdem ist das optische Element bei einem lagerichtigen Anbringen des Gehäuses automatisch korrekt positioniert.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das optische Element nicht beschränkt ist auf herkömmliche meist runde Linsen. Insbesondere dann, wenn das optische Element eine Fresnel-Optik ist, kann eine Frontseite des Gehäuses des beschriebenen Rauchmelders optimal für die Ausbildung eines großflächigen optischen Elements ausgenutzt werden.
  • Das Gehäuse kann in verschiedenen Formen ausgebildet sein. Insbesondere kann das Gehäuse in Hinblick auf eine einfache Montage an flächigen Wänden oder einer planen Decke oder auch für eine Montage in einer Ecke eines zu überwachenden Raumes ausgestaltet sein.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich eine Halterung auf, an welcher das Gehäuse schwenkbar angebracht ist.
  • Ein schwenkbar gelagertes Gehäuse hat den Vorteil, dass die Orientierung sämtlicher optischer Komponenten auf einfache Weise geändert werden kann. Dadurch kann die optische Achse bzw. die optischen Achsen des Rauchmelders auf einfache Weise geneigt und so der Bereich eines Raumes, welcher durch den Messstrahl bzw. durch die beiden Teilstrahlen überwacht wird, an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung zusätzlich auf (a) einen dritten Lichtdetektor, welcher relativ zu der Lichtquelle derart angeordnet ist, dass ein dritter räumlicher Teil des Messlichts nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand auf den dritten Lichtdetektor trifft, und (b) einen vierten Lichtdetektor, welcher relativ zu der Lichtquelle derart angeordnet ist, dass ein vierter räumlicher Teil des Messlichts nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180°, also zwischen 170° und 190°, an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand auf den vierten Lichtdetektor trifft.
  • Die Verwendung von zumindest zwei weiteren Teilstrahlen und zumindest zwei weiteren Lichtdetektoren, wobei jeweils ein Lichtdetektor einem Teilstrahl zugeordnet ist, hat den Vorteil, dass ausgehend von einem einzigen Rauchmelder eine besonders große Fläche bzw. ein besonders großes Volumen innerhalb eines Überwachungsbereiches auf die Entstehung von Rauch überwacht werden kann.
  • Die beschriebenen weiteren Teilstrahlen können ebenso wie die ersten beiden Teilstrahlen ausgebildet sein bzw. von geeigneten optischen Komponenten beeinflusst werden bzw. mit diesen zusammenwirken. Dies gilt insbesondere für ein Aneinandergrenzen des dritten räumlichen Teils und des vierten räumlichen Teils des Messlichts, so dass der dritte Teilstrahl und der vierte Teilstrahl einen Doppelstrahl bilden.
  • Der dritte und der vierte Teilstrahl können auch von einem anderen Licht emittierenden Element als der erste und der zweite Teilstrahl erzeugt werden. Entsprechend der in dieser Anmeldung verwendeten Begriffswahl wird auch das andere Licht emittierende Element als der Lichtquelle zugehörig angesehen.
  • Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der beschriebene lineare Rauchmelder nicht auf die Verwendung von vier Teilstrahlen bzw. auf die Verwendung von zwei Doppelstrahlen beschränkt ist. Um eine noch bessere Flächen- bzw. Volumenabdeckung bei der Brandüberwachung zu erreichen, können im Prinzip beliebig viele Doppelstrahlen verwendet werden. Dabei ist es dann möglich, dass die Extinktion durch Rauchpartikel in jedem der einzelnen Teilstrahlen getrennt gemessen werden kann. Ferner kann die Auswerteeinheit dann derart eingerichtet sein, dass die Messsignale aller Lichtdetektoren getrennt erfasst und ggf. gemeinsam ausgewertet werden können.
  • Der beschriebene Rauchmelder kann beispielsweise einen Winkelbereich von 90° abdecken. Bei einer Befestigung des Rauchmelders in der Ecke eines zu überwachenden Raumes kann daher mit zumindest in einer bestimmten Höhenlage der gesamte Raum auf die Entstehung von Rauch überwacht werden. Dabei kann der Rauchmelder derart orientiert sein, dass die optischen Achsen der einzelnen Teil- bzw. Doppelstrahlen parallel zu der Decke des Raumes verlaufen. Somit kann bei einer Montage nahe der Decke des Raumes der Volumenbereich knapp unterhalb der Decke lückenlos überwacht werden.
  • Derzeit erscheint es insbesondere vorteilhaft, wenn mittels vier bis acht Doppelstrahlen ein Winkelbereich von ca. 90 Grad erfasst wird. Um eine möglichst homogene Überwachung zu gewährleisten, können dann N Doppelstrahlen, in einem Winkelbereich von ca. 90°-Δ/2 gleichmäßig verteilt, von dem beschriebenen Rauchmelder ausgehen. Dabei ist Δ = 90°/N. Eventuell kann der Winkel zwischen einem äußeren Doppelstrahl und einer Wand eines zu überwachenden Raumes auch etwas größer als Δ/2 gewählt werden. Dadurch könnte beispielsweise sicher gestellt werden, dass keine Wandvorsprünge in den Bereich des am Rand des Strahlenfächers befindlichen Teilstrahls hineinragen.
  • Bei der Verwendung von mehreren Doppelstrahlen ist es auch möglich, verschiedene Kreuz-Korrelationen zwischen den Messsignalen der jeweils zwei einem Doppelstrahl zugeordneten Lichtdetektoren auszuwerten. Es ergibt sich also eine Vielzahl von verschiednen Analysemöglichkeiten, um abhängig von den jeweils vorliegenden Randbedingungen bei einer geringen Fehlalarmrate Rauch zuverlässig zu detektieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Detektieren von Rauch insbesondere auf der Grundlage einer Messung der Extinktion eines Messlichts beschrieben. Das beschriebene System weist zumindest zwei Vorrichtungen des oben genannten Typs auf.
  • Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Kombination von zumindest zwei der oben beschriebenen Rauchdetektierungsvorrichtungen ein besonders großer Winkelbereich und damit insgesamt ein besonders großer Flächen- bzw. Volumenbereich eines Raumes abgedeckt werden kann. So können beispielsweise vier Rauchdetektierungsvorrichtungen, die jeweils einen Winkelbereich von 90° abdecken, in der Mitte eines Raumes angeordnet werden, so dass jeder der Rauchmelder einen Quadranten des Raumes überwacht. Bei einer Anbringung an der Decke des Raumes können die optischen Achsen der einzelnen Rauchmelder auch leicht nach unten geneigt werden. Damit kann das durch das gesamte System effektiv überwachte Volumen weiter vergrößert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Rauch insbesondere auf der Grundlage einer Messung der Extinktion eines Messlichts angegeben. Das angegebene Verfahren weist auf (a) ein Aussenden eines Messlichts mittels einer Lichtquelle, (b) ein Empfangen eines ersten räumlichen Teils des Messlichts nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand mittels eines ersten Lichtdetektors, und (b) ein Empfangen eines zweiten räumlichen Teils des Messlichts nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand mittels eines zweiten Lichtdetektors,
    wobei
    der erste räumliche Teil des Messlichts und der zweite räumliche Teil des Messlichts unmittelbar aneinander grenzen.
  • Dem angegebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung von zumindest zwei unterschiedlichen Teilen bzw. Teilstrahlen eines Messlichts eine weiträumige Raumüberwachung realisiert werden kann. Die Größe und die Form der unterschiedlichen Teile des Messlichts werden erfindungsgemäß durch die räumliche Anordnung und durch die optischen Abbildungsverhältnisse zwischen der Lichtquelle und dem jeweiligen Lichtdetektor bestimmt.
  • Die beiden aneinander grenzenden Teilstrahlen des Messlichts, welche ein sog. Strahlenpaar bilden, können bevorzugt eine leicht aufgefächerte Geometrie aufweisen. Dadurch kann ein vergleichweise großer Flächen- bzw. Volumenbereich überwacht werden. Eine gezielte Fokussierung der Teilstrahlen auf einen vorgegebenen Reflektor ist nicht erforderlich. Damit ist das angegebene Verfahren unempfindlich gegenüber Dejustierungen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
  • Figur 1a zeigt in einer Querschnittsdarstellung einen Rauchmelder mit vier Doppelstrahlen, welche von einer Leuchtdiode ausgesendet und nach einer Reflexion an einer Seitenwand eines Raumes von insgesamt acht Photodioden empfangen werden.
  • Figur 1b zeigt den in Figur 1 dargestellten Rauchmelder in einer Draufsicht.
  • Figur 2 zeigt die Montage eines Rauchmelders, welcher für eine Rauchdetektierung vier Doppelstrahlen verwendet, in der Ecke eines zu überwachenden Raumes.
  • Figur 3 zeigt ein System mit vier Rauchmeldern, welche jeweils für eine Rauchdetektierung vier Doppelstrahlen verwenden, in der Mitte eines zu überwachenden Raumes.
  • Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Montage des in Figur 1 dargestellten Rauchmelders an einer Seitenwand eines zu überwachenden Raumes.
  • Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Montage des in Figur 1 dargestellten Rauchmelders in einer Ecke eines zu überwachenden Raumes.
  • Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Rauchmelder und eine Halterung, welche eine Montage des Rauchmelders mit verschiedenen Neigungswinkeln des Messlichts erlaubt.
  • An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
  • Figur 1a zeigt in einer Querschnittsdarstellung eine Rauchdetektierungsvorrichtung 100, welche im Rahmen dieser Anmeldung auch kurz als Rauchmelder bezeichnet wird. Der Rauchmelder 100 verwendet zur Detektion von Rauch ein Messlicht 135 mit insgesamt vier Doppelstrahlen, welche von einer Lichtquelle 130 in radialer Richtung und in aufgefächerter Weise nach außen ausgesendet und nach einer Reflexion an einer Seitenwand eines Raumes von insgesamt acht Photodioden empfangen werden. Die Seitenwand dient demzufolge als primärer Reflektor für den hier beschriebenen Rauchmelder 100.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Lichtquelle 130 für jeden Doppelstrahl jeweils eine Leuchtdiode auf. Auf diese Weise kann bei vertretbarem Kostenaufwand für den Rauchmelder 100 eine ausreichend hohe und insbesondere eine ausreichend stark fokussierte Intensität des Messlichts bereit gestellt werden.
  • In der gezeigten Querschnittsdarstellung sind lediglich eine Leuchtdiode 130 und eine Photodiode 140 dargestellt. Die anderen Leuchtdioden und die anderen Photodioden befinden sich oberhalb bzw. unterhalb der Zeichenebene.
  • Um das Messlicht 135 bevorzugt entlang einer Strahlachse 135a auszusenden, weist jede Leuchtdiode 130 noch eine Optik 134 auf. Die Optik 134 kann beispielsweise eine Zylinderoptik sein, welche dem Messlicht 135 eine räumliche Form aufprägt, so dass auf einer nicht dargestellten Seitenwand eines zu überwachenden Raumes, auf welche das Messlicht 135 trifft, eine Beleuchtungszeile entsteht.
  • Die Optik 134 kann auch Teil des Gehäuses 110 sein. Auf alle Fälle sollte die Optik 134 möglichst genau relativ zu den Photodioden respektive zu der Leiterplatte positioniert sein.
  • Der Rauchmelder 100 weist ein Gehäuse 110 auf, in dem, mittels einer Halterung 112 fixiert, eine Leiterplatte 120 angeordnet ist. An der Leiterplatte 120 sind bevorzugt unter Verwendung der bekannten SMD (Surface Mount Device) Technik mehrere elektronische und optoelektronische Bauelemente 121 angebracht, welche über nicht dargestellte Leiterbahnen und Anschlussflächen in geeigneter Weise elektrisch miteinander verbunden sind. So ist beispielsweise eine Treiberschaltung 122 für die als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 130 vorgesehen. Ferner ist an der Leiterplatte auch ein Mikroprozessor angebracht, welcher als Auswerteeinheit 125 für die von den einzelnen Leuchtdioden bereit gestellten Ausgangsignale dient.
  • An der Leiterplatte ist ferner eine mechanische Halterung 132 angebracht, in der die Leuchtdiode 130 mittels eines einfachen Einklippvorgangs fixiert ist. Die Leuchtdiode ist somit in der Halterung 132 präzise gefasst. Dadurch kann eine hohe Qualität der Strahlausrichtung gewährleistet werden.
  • Ferner ist eine Halterung 143 vorgesehen, welche ebenfalls an der Leiterplatte 120 befestigt ist und welche einen als Spiegel ausgebildeten Sekundärreflektor 142 in einer festen räumlichen Position hält. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist der Sekundärreflektor 142 in der Nähe der Photodiode 140 angeordnet und dient der Abbildung oder der Strahlumlenkung des von der Photodiode 140 empfangenen Messlichts 135. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Sekundärreflektor 142 eine facettenartige Form auf, wobei jeweils eine Facette einer der Photodioden 140 zugeordnet ist. In der Querschnittsdarstellung von Figur 1 ist lediglich eine Facette zu erkennen.
  • Der Sekundärreflektor 142 kann ein ebener oder ein hyperbolischer Reflektor sein. Durch einen hyperbolischen Reflektor kann auch bei einer geringfügigen optischen Dejustierung gewährleist werden, dass der von der Leuchtdiode 130 auf die Seitenwand bzw. auf den primären Reflektor projizierte Lichtfleck zuverlässig auf die Photodiode 140 abgebildet wird. Dies gilt selbstverständlich nur für den Teil des Lichtflecks, welcher einem Teilstrahl des Messlichts 135 und damit einer der Photodiode 140 zugeordnet ist.
  • Der Rauchmelder 100 weist ferner eine Fresnel-Optik 115 auf. Die Fresnel-Optik 115 dient der effizienten Abbildung des Messlichts auf die Photodiode 140. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fresnel-Optik 115 einstückig mit dem Gehäuse 110 ausgebildet. Um die Gefahr von Verschmutzungen für die Fresnel-Optik 115 zu minimieren, ist diese an der Innenwand des Gehäuses 110 ausgebildet. Die optische Abdeckung des Rauchmelders 100 ist somit ein Teil des Außengehäuses. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die optische Abdeckung das Material Polycarbonat auf. Bevorzugt weist die optische Abdeckung eine dunkle Infrarot-Filter Einfärbung auf.
  • Figur 1b zeigt den Rauchmelder 100 in einer stark vereinfachten Draufsicht. Zu erkennen sind die vier Doppelstrahlen, welche (a) von der nicht dargestellten Lichtquelle 130 in radialer Richtung nach außen entlang jeweils einer Strahlachse 135a ausgesendet und (b) nach einer zumindest teilweisen Reflexion an einer Seitenwand eines zu überwachenden Raumes von jeweils zwei Photodioden 140 erfasst werden.
  • Jeder Doppelstrahl weist einen ersten räumlicher Teil 136a des Messlichts 135 und einen zweiten räumlicher Teil 136b des Messlichts 135 auf. Im Rahmen dieser Anmeldung wird der erste räumliche Teil auch als erster Teilstrahl 136a bezeichnet. Entsprechend wird der zweite räumliche Teil auch als zweiter Teilstrahl 136b bezeichnet. Eine Photodiode erfasst jeweils einen Teil des Messlichts bzw. einen Teilstrahl des Doppelstrahls.
  • Wie aus Figur 1b ferner ersichtlich, ist jedem empfangenen Doppelstrahl jeweils eine Fresnel-Optik 115 zugeordnet. Diese kann optimal an die Form des Doppelstrahls und/oder an die Form des Gehäuses 110 angepasst werden.
  • Im Folgenden werden die Optik und die Sensorik des Rauchmelders 100 genauer erläutert. Bereits bei der Verwendung von vier Doppelstrahlen wäre eine Realisierung der vorliegenden Erfindung mittels jeweils einem Sender-Empfänger-Paar für jeden Signalpfad bzw. für jeden Teilstrahl sehr aufwendig. Würde nämlich jeweils ein komplettes Sender-Empfänger-Paar verwendet werden, dann wären für den Rauchmelder 100 insgesamt acht Lichtquellen und acht Photodioden erforderlich. Daher ist es insbesondere aus Kostengründen vorteilhaft, dass bei dem Rauchmelder 100 lediglich eine Lichtquelle vorhanden ist.
  • Ein sinnvoller effektiver Öffnungswinkel der Teilstrahlen 136a, 136b ist abhängig von den realisierbaren Toleranzen. Damit keine Justierungen nötig sind, sollte unter Berücksichtigung aller mechanischen Toleranzen der Lichtfleck der jeweiligen Leuchtdiode 130 im Fernbereich etwas größer sein als das auf den streuenden Hintergrund projizierte Bild der jeweiligen Photodiode. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff Fernbereich der jeweilige rückstreuende Hintergrund und insbesondere eine gegenüberliegende Wand zu verstehen. Aufgrund des Prinzips der Umkehrbarkeit des Strahlengangs legt das Bild der jeweiligen Photodiode den räumlichen Erfassungsbereich der jeweiligen Photodiode fest.
  • Das beschriebene Konzept der Doppelstrahlen sieht vor, dass die zwei nebeneinander liegenden Photodioden über den Reflektor und die Fresnel Linse die Doppelstrahlen definieren, erzeugen oder festlegen. Mit einer einfachen Linse vor der Leuchtdiode 130 könnte der in erster Nährung runde Beleuchtungsfleck an der Wand eines zu überwachenden Raumes nicht optimal auf eine rechteckige Form angenähert werden, welche sich durch zwei sich nebeneinander befindliche Teilstrahlen ergibt.
  • Die gesamte Elektronik des Rauchmelders 100 kann auf der einzigen Leiterplatte 120 aufgebaut sein. Damit die Leuchtdioden 130 einfach mit dem Halter 132 in den Strahlachsen 135a auf der einen und die Photodioden 140 mittels SMD-Technik auf der anderen Seite eingesetzt werden können, ist eine 90° Strahlumlenkung für das von den Photodioden 140 empfangene Messlicht 135 vorteilhaft.
  • Wie oben bereits dargelegt, wird empfangsseitig jedem Strahlpaar eine Empfangsoptik zugeordnet, welche die beiden Teilstrahlen auf zwei unmittelbar nebeneinander liegenden Photodioden als Empfänger abbildet. Damit muss die Empfängerelektronik doppelt ausgeführt sein. Die Verwendung eines Zeitmultiplex Verfahrens zur Separation der Reflexionen von beiden Teilstrahlen ist zwar möglich, dies erscheint jedoch derzeit aufgrund des zu erwartenden höheren Stromverbrauchs nicht vorteilhaft. Die Sendeleistung müsste nämlich im Vergleich zu der beschriebenen Lösung während der doppelten Zeit aufgebracht werden. Auch wenn aufgrund der Abbildungsgeometrie eine einzelne Fotodiode günstiger wäre, so sind für die Detektion und für die Signalverarbeitung Strahlpaare deutlich vorteilhafter.
  • Die Lichtquelle kann ein gepulstes Messlicht aussenden. Durch Messung der Lichtlaufzeit zwischen der Lichtquelle und zumindest einem Photodetektor kann eine Distanzmessung zwischen der Lichtquelle und dem primären Reflektor durchgeführt werden.
  • Durch die beschriebene Anordnung von insgesamt vier Doppelstrahlen können in Verbindung mit der Möglichkeit einer Distanzmessung verschiedene Signalmerkmale ggf. in Kombination miteinander sinnvoll ausgewertet werden. Diese Signalmerkmale können sein (a) die Signalpegel, (b) das Verhalten von Signalanstieg und/oder -abfall, (c) Kreuz-Korrelation in einem Doppelstrahl, (d) Kreuz-Korrelation zwischen verschiedenen Strahlpaaren, (e) Distanz des optischen Weges, (f) Korrelation zwischen Distanz des optischen Weges und Signalanstieg und/oder -abfall, (g) Korrelation zwischen der Distanz des optischen Weges für unterschiedliche Teilstrahlen und/oder unterschiedliche Doppelstrahlen.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird als fundamentales Kriterium die Korrelation der von der gegenüberliegenden Wand (dem Primärreflektor, und nicht etwa von nahe schwebenden Rauchpartiklen)zurück gestreuten Messlichtintensität der verschiedenen Strahlpaare ausgewertet. Dabei darf im Allgemeinen angenommen werden, dass sich Rauch in den verschiedenen Teilstrahlen eines Paares in ähnlicher Weise ausbreitet und deshalb ein zeitliches Korrelationsmaximum innerhalb einer gewissen Zeit erwartet werden darf. Zusätzlich kann aber noch verlangt werden, dass mindestens ein weiteres benachbartes Strahlpaar ebenfalls eine Rauchentwicklung feststellt. Der resultierende Signalverlauf wird dabei jedoch weniger stark korreliert sein als innerhalb eines Doppelstrahlpaares.
    Bei der Auswertung der Messsignale der einzelnen Photodioden kann viel Wissen über bekannte lineare Rauchmelder und über die Art einer Rauchentwicklung verwendet werden. Dies gilt auch für Störgrößen für die einfachen Amplituden-Messsignale und/oder für Kenngrößen wie das Anstiegs- und das Abfallsverhalten. Im Unterschied zu bekannten linearen Rauchmeldern kann bei dem beschriebenen Rauchmelder jedoch auch die Distanzmessung mit in die Algorithmen einbezogen werden.
  • In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass ein wesentliches Kriterium bei der Detektion von Rauch darin besteht, dass sich die Distanz nicht verändert. Das Messlicht wird ja weiterhin im Wesentlichen am feststehenden Hintergrund reflektiert.
  • Die oben beschriebenen Signaleigenschaften und eine Distanzauswertung können zusammen mit ihren vielen Abhängigkeiten ein dichtes Netz von Entscheidungsgrundlagen ergeben. Diese können für bessere Detektierungseigenschaften und für eine erhöhte Unterdrückung von Störungen genutzt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Messstrahl befindliche, feststehende Objekte wie beispielsweise Säulen oder Wandvorsprünge eine kürzere Messtrecke in den betroffenen Teilsstrahlen oder Strahlenpaaren ergeben. Die Detektion von Rauch stören diese Objekte jedoch nicht.
  • Die Teilsstrahlen oder Strahlenpaare des Rauchmelders sollten jedoch nicht in die Zone hineinragen, in der sich Personen bewegen. Bewegungen von Personen von Rauch zu diskriminieren ist zwar grundsätzlich möglich. Dafür ist jedoch typischerweise ein hoher Rechenaufwand erforderlich.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass durch den beschriebenen Rauchmelder eine Überwachung eines Raumes in einer optimalen Höhe möglich ist. Dadurch kann eine frühzeitige Branderkennung gewährleistet werden.
  • Infolge einer zu erwartenden ungerichteten Rückstreuung des Messlichts an dem primären Reflektor ist es vorteilhaft, wenn für die Lichtquelle hocheffiziente Leuchtdioden und besonders empfindliche Photodioden verwendet werden. Insbesondere kann es erforderlich sein, die Leuchtdioden mit einer vergleichsweise hohen Stromstärke zu beaufschlagen. Um den dadurch resultierenden hohen Stromverbrauch des Rauchmelders zu begrenzen, kann die Rauchdetektierung mittels einer variablen Abtastrate durchgeführt werden. Dabei wird der Rauchmelder zunächst mit einer geringen Repetitionsrate und/oder mit einer geringen Lichtstärke betrieben. Erst wenn eine geeignete Vorprozessierung der erhaltenen Messsignale einen Hinweis auf die Entstehung von Rauch liefert, dann werden die Repetitionsrate und/oder der Strom für die Leuchtdioden erhöht und eine genaue Signalauswertung durchgeführt.
  • Figur 2 zeigt einen Rauchmelder 200, der in der Ecke eines zu überwachenden Raumes 260 montiert ist. Der obere Teil von Figur 2 zeigt die Strahlengänge in einer Draufsicht parallel zu einer xy Ebene. Der untere Teil von Figur 2 zeigt die Strahlengänge in einer Seitenansicht parallel zu einer xz bzw. yz Ebene.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rauchmelder 200 für eine Rauchdetektierung vier Doppelstrahlen auf. Das entsprechende Messlicht 235 der Doppelstrahlen verläuft jeweils entlang einer Strahlachse 235a.
  • Der zu überwachende Raum 260 weist vier Seitenwände 261 und 262 auf. Das Messlicht 235 trifft auf die beiden Seitenwände 262 und wird an diesen zumindest teilweise zurück zu dem Rauchmelder 200 reflektiert. Die Seitenwände 262 stellen demzufolge den teilweise streuender Gegenstand bzw. den primären Reflektor dar.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen sämtliche Strahlen des Messlichts 235 in horizontaler Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Decke 265 und zu einem Fußboden 266 des zu überwachenden Raumes 260. Dies ist in dem unteren Teil von Figur 2 verdeutlicht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Rauchmelder auch mehr als vier Doppelstrahlen für eine Rauchdetektierung verwenden kann. Je größer die Anzahl der verwendeten Doppelstrahlen, desto größer wird das effektiv auf die Entstehung von Rauch überwachte Volumen des Raumes 260 sein.
  • Bei dem beschriebenen Rauchmelder 200 handelt es sich um einen sog. Extinktionsmelder. Im Gegensatz zu bekannten auf dem Prinzip der Extinktion basierenden Rauchmeldern sind bei dem Rauchmelder 200 jedoch keine speziellen Reflektoren vorgesehen. Es genügt vielmehr jeder beliebige Gegenstand, welcher zumindest für den jeweiligen Spektralbereich des Messlichts zumindest eine gewisse Reflexion aufweist. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass also zumindest eine gewisse Reflexion von den umliegenden Wänden 262 vorausgesetzt wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass im Nahbereich des Rauchmelders 200 auch Streulicht mit ausgewertet werden kann. Vollständig schwarze Wände 262 sind deshalb nicht geeignet. Bei der Inbetriebnahme des Rauchmelders 200 sollte jedoch in Zweifelsfällen ein einfaches Testgerät zur Beurteilung der Wandreflexion ausreichend sein.
  • Figur 3 zeigt ein System mit vier Rauchdetektierungsvorrichtungen 300, welche für eine Rauchdetektierung jeweils vier Doppelstrahlen verwenden. Der obere Teil von Figur 3 zeigt die Strahlengänge der Doppelstrahlen in einer Draufsicht parallel zu einer xy Ebene. Der untere Teil von Figur 3 zeigt die Strahlengänge in einer Seitenansicht parallel zu einer xz bzw. yz Ebene.
  • Die vier Rauchmelder 300 sind in der Mitte eines zu überwachenden Raumes 360 derart angeordnet, dass sich die insgesamt 16 Doppelstrahlen sternförmig von der Raummitte radial nach außen erstrecken. Bei dem Rauchmelder 300 wird somit ein Strahlenfächer gebildet. Im Gegensatz zu dem in Figur 2 dargestellten Rauchmelder liegt dieser Strahlenfächer jedoch nicht horizontal über dem Raum. Vielmehr ist der Strahlenfächer ausgehend von einer Höhe nahe der Decke 365 des Raumes 360 in der Raummitte leicht nach unten in Richtung des Fußbodens 366 geneigt. Die Neigung sollte jedoch so moderat gewählt werden, dass die Strahlen des Messlichts möglichst nicht in den typischerweise von Menschen genutzten Raum hinein ragen.
  • Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Montage des in Figur 1 dargestellten Rauchmelders, welcher nunmehr mit dem Bezugszeichen 400 gekennzeichnet ist. Der Rauchmelder 400, welcher ein Gehäuse 410 mit insgesamt vier integrierten Fresnel-Optiken 415 aufweist, ist an einer Seitenwand eines zu überwachenden Raumes befestigt. Das Gehäuse 410 ist dabei derart ausgestaltet, dass für horizontale Strahlanordnungen eine Montage ohne Halter flach an der Seitenwand möglich ist.
  • Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Montage des in Figur 1 dargestellten Rauchmelders, welcher nunmehr mit dem Bezugszeichen 500 gekennzeichnet ist. Der Rauchmelder 500, welcher ein Gehäuse 510 aufweist, ist in einer Ecke eines zu überwachenden Raumes angeordnet. Wie ausFigur 5 ersichtlich, ist das Gehäuse 510 derart ausgestaltet, dass für horizontale Strahlanordnungen eine Montage ohne Halter in eine Raumecke möglich ist.
  • Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Rauchmelder 600, welcher mittels einer Halterung 618 beispielsweise an einer Seitenwand eines zu überwachenden Raumes angebracht werden kann. Der Rauchmelder 600 weist ein Gehäuse 610 auf. Der gesamte Rauchmelder 600 ist an der Halterung 618 um einer Drehachse 618a schwenkbar gelagert. Dadurch kann der Rauchmelder 600 bequem mit verschiedenen Neigungswinkeln des Messlichts justiert werden. Dies bedeutet, dass die Melderachse nach unten oder oben geneigt werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
  • Zusammenfassend bleibt festzustellen: Mit dieser Anmeldung wird ein neuartiger linearer Rauchmelder beschrieben. Dieser kann mit mehreren Doppelstrahlen ein ca. 90° Segment, also ein Segment, mit einem Öffnungswinkel zwischen 80° und 100° , mit insgesamt bis zu ca. 20m x 20m Kantenlänge überwachen. Damit wird im Vergleich zu einem einstrahligen Rauchmelder bei erhöhter Fehlalarmimmunität eine höhere Detektierungssicherheit ermöglicht.
  • Trotz eines im Vergleich zu einfachen linearen Rauchmeldern erhöhten Mehraufwandes kann der in dieser Anmeldung beschriebene lineare Flächenschutzmelder kostengünstig realisiert werden. Dies ergibt sich zu einen aus der geringeren Anzahl an mechanischen Teilen und zum anderen aus dem Wegfall von optischen Elementen wie beispielsweise Linsen. Ferner ist der Aufbau des beschriebenen Rauchmelders viel einfacher als bei bekannten linearen Rauchmeldern. Eine Justierung der optischen Komponenten ist nicht erforderlich. Dadurch wird die Montage einfach und die Produktionskosten werden erheblich reduziert.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Detektieren von Rauch, insbesondere zum Detektieren von Rauch auf der Grundlage einer Messung der Extinktion eines Messlichts (135), die Vorrichtung (100) aufweisend
    • eine Lichtquelle (130), eingerichtet zum Aussenden eines Messlichts (135),
    • einen ersten Lichtdetektor (140), welcher relativ zu der Lichtquelle (130) derart angeordnet ist, dass ein erster räumlicher Teil (136a) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) auf den ersten Lichtdetektor (140) trifft, und
    • einen zweiten Lichtdetektor (140), welcher relativ zu der Lichtquelle (130) derart angeordnet ist, dass ein zweiter räumlicher Teil (136b) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) auf den zweiten Lichtdetektor (140) trifft,
    wobei
    der erste räumliche Teil (136a) des Messlichts (135) und der zweite räumliche Teil (136b) des Messlichts (135) unmittelbar aneinander grenzen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend
    • eine Auswerteeinheit (125), welche
    dem ersten und dem zweiten Lichtdetektor (140) nachgeschaltet ist und welche
    eingerichtet ist zum gemeinsamen Auswerten zumindest eines ersten Ausgangssignals des ersten Lichtdetektors (140) und eines zweiten Ausgangssignals des zweiten Lichtdetektors (140).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei
    die Auswerteeinheit (125) eingerichtet ist zum Analysieren
    (a) des Signalpegels von zumindest einem der Lichtdetektoren (140),
    (b) einer zeitlichen Änderung des Signalpegels von zumindest einem der Lichtdetektoren (140),
    (c) einer Kreuz-Korrelation zwischen den beiden Signalpegeln der beiden Lichtdetektoren (140), und/oder
    (d) einer Kreuz-Korrelation zwischen den beiden Signalpegeländerungen der beiden Lichtdetektoren (140).
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei
    - die Lichtquelle (130) einrichtet ist zum Aussenden eines gepulsten Messlichts (135) und
    - die Auswerteeinheit (125) eingerichtet ist zum Durchführen zumindest einer Distanzmessung zwischen der Lichtquelle (130) und dem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262).
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zusätzlich aufweisend
    • eine Leiterplatte (120), an der die Lichtquelle (130) und die Lichtdetektoren (140) angebracht sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zusätzlich aufweisend
    • zumindest eine Fresnel-Optik (115), welche in dem ersten räumlichen Teil (136a) des Messlichts (135) und/oder in dem zweiten räumlichen Teil (136b) des Messlichts (135) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zusätzlich aufweisend
    • zumindest einen Sekundärreflektor (142), welcher in dem ersten räumlichen Teil (136a) des Messlichts (135) und/oder in dem zweiten räumlichen Teil (136b) des Messlichts (135) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zusätzlich aufweisend
    • ein Gehäuse (110) und
    • zumindest ein optisches Element (115) für eine optische Abbildung des ersten räumlichen Teils (136a) und/oder des zweiten räumlichen Teils (136b) des Messlichts (135),
    wobei das optische Element (115) in dem Gehäuse (110) integriert ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, zusätzlich aufweisend
    • eine Halterung (618), an welcher das Gehäuse (110, 610) schwenkbar angebracht ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zusätzlich aufweisend
    • einen dritten Lichtdetektor (140), welcher relativ zu der Lichtquelle (130) derart angeordnet ist, dass ein dritter räumlicher Teil (136a) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) auf den dritten Lichtdetektor (140) trifft, und
    • einen vierten Lichtdetektor (140), welcher relativ zu der Lichtquelle (130) derart angeordnet ist, dass ein vierter räumlicher Teil (136b) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) auf den vierten Lichtdetektor (140) trifft.
  11. System zum Detektieren von Rauch, insbesondere zum Detektieren von Rauch auf der Grundlage einer Messung der Extinktion eines Messlichts (135), das System aufweisend
    • zumindest zwei Vorrichtungen (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Verfahren zum Detektieren von Rauch, insbesondere zum Detektieren von Rauch auf der Grundlage einer Messung der Extinktion eines Messlichts (135), das Verfahren aufweisend
    • Aussenden eines Messlichts (135) mittels einer Lichtquelle (130),
    • Empfangen eines ersten räumlichen Teils (136a) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) mittels eines ersten Lichtdetektors (140), und
    • Empfangen eines zweiten räumlichen Teils (136b) des Messlichts (135) nach einer Reflektion um zumindest annähernd 180° an einem zumindest teilweise streuenden Gegenstand (262) mittels eines zweiten Lichtdetektors (140),
    wobei
    der erste räumliche Teil (136a) des Messlichts (135) und der zweite räumliche Teil (136b) des Messlichts (135) unmittelbar aneinander grenzen.
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