[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation der Luftfeuchtigkeit
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
[0002] Die heute verwendeten rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder sind hervorragende
Frühwarnmelder bei Bränden mit Rauchentwicklung, beispielsweise Schwelbrände. Beim
Einsatz in Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit kommt es wegen der Betauung im optischen
Melder häufig zu unerwünscht hohen Fehlalarmraten. Obwohl die rückwärts streuenden
optischen Rauchmelder, im allgemeinen als Streulichtmelder bezeichnet, sehr gute Rauchdetektionseigenschaften
haben, reagieren sie in nachteiliger Weise auf Wasserdampf bzw. kleine Wassertröpfchen,
denn die Streulichtmelder können das Streulicht von in die Meßkammer eingedrungenen
Wasserdampf, der sich z.B. am Labyrinth, an Stegen und Linsen als Betauung niederschlägt,
nicht vom durch Rauch verursachten Streulicht unterscheiden.
[0003] Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, im Streulichtmelder die Luftfeuchtigkeit zu
messen und bei hoher Luftfeuchtigkeit die Meßwerte zu kompensieren. In der europäischen
Patentanmeldung 0 418 410-A1 ist ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung dazu
beschrieben. Zusätzlich zur Brandkenngröße Rauchdichte wird die Umgebungskenngröße
relative Luftfeuchtigkeit mit einem in der Meßkammer angeordnetem Feuchtesensor gemessen
und daraus mittels einer Meßgrößen-Linearisierungseinrichtung ein Feuchte-Meßwert
ermittelt. Oberhalb eines bestimmten Meßwerts für die relative Luftfeuchtigkeit wird
der Rauchdichte-Meßwert mit dem Feuchte-Meßwert kompensiert und der kompensierte Rauchdichte-Meßwert
zur Bildung von Alarmkriterien weiter verarbeitet. Die dafür vorgesehene Vorrichtung
ist so ausgebildet, daß der Streulichtmelder eine Sendeschaltung, die den Lichtsender
ansteuert, eine Empfangsschaltung, die den Empfängerstrom des Lichtempfängers in eine
Frequenzänderung umsetzt, eine Oszillatorschaltung, die die Meßsignale des Feuchtesensors
in frequenzanaloge Signale umsetzt, und einen Mikrorechner aufweist, der die Senderschaltung
ansteuert. Der Mikrorechner mißt während einer quarzstabilen Torzeit die Frequenzänderung
des Lichtempfängers und speichert diese als Rauchdichte-Meßsignal ab. Des weiteren
mißt er die frequenzanalogen Signale des Feuchtesensors und ermittelt daraus über
eine Linearisierungstabelle im Festwertspeicher den Wert der relativen Luftfeuchtigkeit
und speichert diesen als Feuchte-Meßwert ab und kompensiert den Rauchdichte-Meßwert
mit dem Feuchte-Meßwert.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung
weiterzubilden und zu verbessern.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß des Anspruchs 1 gelöst
und bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
[0006] Die Rauchdichte wird mit einem Streulichtmelder nach dem Prinzip der optischen Rückwärtsstreuung
gemessen. Ein im allgemeinen impulsbetriebener Lichtsender, z.B. eine Infrarotlicht
emittierende Halbleiterdiode und ein Lichtempfänger, z.B. eine Fotodiode, sind in
einer Labyrinthkammer so angeordnet, daß nur das von in die Meßkammer eingedrungenen,
Rauchpartikeln gestreute Licht auf den Lichtempfänger fällt. Eine elektronische Schaltung
verstärkt den Empfängerstrom, der als Rauchdichte-Meßwert weiterverarbeitet wird.
[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Luftfeuchte nicht mit einem eigenen
Feuchtesensor ermittelt, sondern mit Hilfe eines weiteren Lichtsenders und des bereits
vorhandenen Lichtempfängers. Dabei wird ein Feuchtigkeitsbelag auf der Empfangsoptik
detektiert, indem periodisch die Rauchdichte mit dem ersten Lichtsensor und dazu zeitlich
versetzt die Feuchtigkeit mit dem zweiten Lichtsensor gemessen wird und die beiden
Meßwerte in einem nachgeschalteten Mikrorechner verarbeitet werden. Der Feuchtigkeitsbelag
auf der Empfängerlinse reflektiert in Abhängigkeit seiner Stärke das Licht vom zweiten
Lichtsender, der in unmittelbarer Nähe des Lichtempfängers derart angeordnet ist,
daß das ausgesandte Licht die Empfangsoptik auf seiner Oberfläche annähernd tangential
streift. Dabei ist das Ausgangssignal des Lichtempfängers für die Feuchtigkeitserfassung
von der Dicke des Feuchtigkeitsfilm abhängig und wird entsprechend stärker geschwächt,
wenn mehr Feuchtigkeit im Melder vorhanden ist. Dies wird im nachgeordneten Mikroprozessor
in an sich bekannter Weise ausgewertet. Dabei ist es zweckmäßig, das Empfangs-Signal
bei trockenem Streulichtmelder über die Ansteuerleistung des zweiten Lichtsenders
so einzustellen, daß ein dem Lichtempfänger nachgeschalteter Verstärker im oberen
Aussteuerungsbereich arbeitet.
[0008] Jedem Lichtsender ist eine
Sendeschaltung zugeordnet, die vom Mikrorechner her angesteuert wird, dem Lichtempfänger
ist eine Empfangsschaltung nachgeschaltet, in der die Ausgangssignale des Lichtsenders
verstärkt werden und dann dem Mikrorechner zugeführt werden, der das Empfangssignal
digitalisiert und dann weiterverarbeitet.
[0009] An einem Ausführungsbeispiel wird anhand der einzigen Figur die Erfindung näher erläutert.
[0010] In der Zeichnung ist ein Streulichtmelder SM angedeutet, der eine optische Meßkammer
MK, ein sogenanntes Labyrinth, aufweist. In dieser Meßkammer MK strahlt das Licht,
das von dem ersten Lichtsender LS1 durch die Senderlinse SL abgegeben wird. Treten
in die Meßkammer MK Rauchpartikeln RP oder auch Wassertröpfchen WT ein, so wird das
Licht des Lichtsenders LS1 nach rückwärts gestreut und der Lichtempfänger LE mit seiner
Empfangsoptik EL empfängt das gestreute Licht. Erfindungsgemäß ist in unmittelbarer
Nähe des Lichtempfängers LE bzw. der Empfangsoptik EL ein zweiter Lichtsender LS2
so angeordnet, daß die ausgesendete Strahlung die Linsenoberfläche annähernd tangential
streift. Die Ausgangssignale des Lichtempfängers LE werden über eine Empfängerschalter
S-Sch verstärkt, dem Mikrorechner µR zugeführt, in dem sie mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers
ADW digitalisiert werden. Der Mikrorechner steuert die beiden Sendeschaltungen S-Sch1
und S-Sch2 an, die die Lichtsender LS1 und LS2 zeitlich versetzt ansteuern. Der Mikrorechner
µR ist mit der Meldeprimärleitung ML verbunden, diese ist wiederum über die a und
b - Ader an einer Zentrale Z angeschlossen. Der Lichtempfänger LE ist im allgemeinen
eine Fotodiode, die einmal das bei vorhandenem Rauch gestreute Licht der ersten Lichtsendediode
LS empfängt und das andere Mal das Licht von der zweiten Lichtsendediode (Infrarot-Halbleiterdiode)
LS2. Wie bereits gesagt, ist die zweite Infrarotlicht emittierende Halbleiterdiode
so in unmittelbarer Nähe der Empfangslinse EL angeordnet, daß die ausgesendete Strahlung
die Linsenoberfläche annähernd tangential streift. Dabei wird bei gegebenem Aufbau
die Ausgangsspannung der Empfängerschaltung E-Sch über die Ansteuer-Leistung der zweiten
Infrarotlicht emittierenden Diode LS2 bei trockener Oberfläche der Empfangslinse EL
so eingestellt, daß sie in den oberen Aussteuerungsbereich des Empfangsverstärkers
(E-Sch) kommt. Eine Betauung, d.h. ein Feuchtigkeitsbelag auf der Empfangslinsenoberfläche
führt zu einer Reflexion der Infrarotstrahlung der zweiten lichtemittierenden Diode
LS2 an der Oberfläche der auf der Empfangslinse EL, sitzenden Wassertröpfchen WT,
was zur Verringerung des Empfängerausgangssignals führt.
[0011] Die Empfangslinse kann auch eine linsenförmig ausgebildete Oberfläche eines Lichtleiters
sein, der die auftreffende Infrarotstrahlung zur Fotodiode leitet.
[0012] Der Diodenstrom der zweiten lichtemittierenden Diode beträgt nur wenige Prozent des
Diodenstroms der ersten lichtemittierenden Diode. Die beiden Lichtsender werden zeitlich
versetzt betrieben. Wegen der geringen Ansteuerungsleistung und der speziellen Strahlausrichtung
des zweiten Lichtsenders ist das resultierende Empfangssignal nur abhängig von der
Stärke des Feuchtigkeitsfilms auf der Oberfläche der Empfangslinse, nicht aber von
evtl. vorhandenen Rauchpartikeln in der Meßkammer. Das Ausgangssignal des Lichtempfängers
ist in diesem Fall somit ein Meßwert für die Luftfeuchtigkeit. Der Mikrorechner µR
ermittelt aus diesem verstärkten und
und digitalisierten Ausgangssignal
des Lichtempfängers über eine Linearisierungstabelle im Festwertspeicher den Grad
der Betauung und speichert ihn als Betauungswert bzw. den Feuchtigkeitswert ab. Der
Rauchdichte-Meßwert und der Feuchtigkeitsmeßwert können entweder über die angeschlossene
Meldeprimärleitung ML periodisch zur Brandmeldezentrale Z gesendet werden, so daß
die Luftfeuchtigkeitskompensation des Rauchdichte-Meßwerts in der Zentrale durchgeführt
wird. Es kann aber auch die Feuchtekompensation des Rauchdichte-Meßwerts im Streulichtmelder
selbst, d.h. im Mikrorechner des Streulichtmelders erfolgen. Der Mikrorechner gibt
dann vom Melder über die angeschlossene Meldeprimärleitung als Meldesignal den kompensierten
Rauchdichte-Meßwert an die Brandmeldezentrale.
[0013] Aufgrund von durchgeführten Messungen an erfindungsgemäßen Streulichtmeldern in der
Klimakammer hat sich ergeben, daß im Feuchtebereich von 0 bis etwa 85 % relative Luftfeuchte
ein sehr kleiner und annähernd linearer Zusammenhang zwischen der relativen Luftfeuchtigkeit
und dem Meßwert des Rauchmelders besteht. Der Rauchmeldermeßwert steigt in diesem
Feuchtebereich um etwa 0,16 %o pro Feuchteprozent an. Oberhalb etwa 85 % relativer
Luftfeuchte erhöht eine beginnende Betauung bzw. eine einsetzende Luftfeuchtigkeit
im Melder speziell auf der Empfangslinse den Rauchmeldermeßwert exponentiell. Mit
weiter steigender Betauung bzw. Luftfeuchtigkeit kommt es an den Wassertröpfchen zu
vermehrter Reflexion des Infrarotlichtes, die den Meldermeßwert weiter erhöhen bis
in den Alarmbereich. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung
hierfür wird dies in vorteilhafter Weise verhindert. Dabei berücksichtigt die Vorschrift
zur Luftfeuchtigkeitskompensation den oben geschilderten Zusammenhang zwischen der
Luftfeuchtigkeit bzw. der Betauung und dem unkompensierten Rauchmeldermeßwert in der
Weise, daß die Bildung von Wassertröpfchen erkannt und die daraus resultierende Lichtreflexion
nicht zur Erhöhung des Rauchmeldermeßwertes führt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Rauchdichte-Meßwert kompensiert und der kompensierte Rauchdichte-Meßwert
für die Alarmbildung weiter verarbeitet. Dadurch ist gewährleistet, daß der Streulichtmelder
eingedrungene Rauchpartikel auch bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit mit annähernd
gleichbleibender Empfindlichkeit detektiert und bei Betauung keine Fehlalarme liefert.
1. Verfahren zur Kompensation der Luftfeuchtigkeit in einem Streulichtmelder (SM) mit
einer Meßkammer (MK), einem Lichtsender (LS1) mit zugehöriger Optik (SL) und einem
Lichtempfänger (LE) mit zugehöriger Optik (EL), dessen Ausgangssignal einen Meßwert
für die Rauchdichte darstellt und zur Alarmbildung in einer Brandmeldeanlage mit einer
Zentrale (Z) und Meldeprimärleitungen (ML) dient, an die die Streulichtmelder (SM)
angeschlossen sind, wobei die Luftfeuchtigkeit in der Meßkammer (MK) gemessen und
mittels einer Meßgrößen-Linearisierungseinrichtung ein Feuchtemeßwert (MWF) ermittelt
und oberhalb eines bestimmten Grenzwertes der Rauchdichte-Meßwert (MWR) mit dem Feuchtemeßwert
(MWF) kompensiert und der kompensierte Rauchdichte-Meßwert (KMWR) zur Bildung von
Alarmkriterien weiter verarbeitet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß mit einem weiteren Lichtsender (LS2) und dem bereits vorhandenen Lichtempfänger
(LE) ein Feuchtigkeitsbelag (WT) auf der Empfangsoptik (EL) detektiert wird, indem
periodisch die Rauchdichte (MWR) mit dem ersten Lichtsender (LS1) und dazu zeitlich
versetzt die Feuchtigkeit (MWF) mit dem zweiten Lichtsender (LS2) gemessen wird und
die beiden Meßwerte verarbeitet werden, wobei der zweite Lichtsender (LS2) in unmittelbarer
Nähe des Lichtempfängers (LE) bzw. dessen Empfangsoptik (EL) derart angeordnet ist,
daß das ausgesendete Licht die Empfangsoptik (Empfangslinsenoberfläche EL) annähernd
tangential streift und der Feuchtigkeitsbelag (WT) das Licht des zweiten Lichtsenders
(LS2) reflektiert und damit das Empfänger-Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Stärke
des Feuchtigkeitsbelags schwächt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangsausgangssignal bei fehlendem Feuchtigkeitsbelag über die Ansteuerleistung
des zweiten Lichtsenders (LS2) eine Grundeinstellung erhält.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinstellung so gewählt ist, daß ein dem Lichtempfänger (LE) nachgeschalteter
Verstärker (E-Sch) im oberen Aussteuerungsbereich betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation entweder im Streulichtmelder (SM; µR) erfolgt und der kompensierte
Rauchdichte-Meßwert (KMWR) zur Zentrale (Z) übertragen wird, oder daß abwechselnd
der Rauchdichte-Meßwert (MWR) und der Luftfeuchtigkeitsmeßwert (MWF) zur Zentrale
(Z) übertragen wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
der Streulichtmelder (SM) folgende Merkmale aufweist:
eine erste Senderschaltung (S-Sch1), die den ersten Lichtsender (LS1) ansteuert,
eine zweite Senderschaltung (S-Sch2), die den zweiten Lichtsender (LS2) ansteuert,
der in unmittelbarer Nähe des Lichtempfängers (LE) bzw. dessen Empfangsoptik (EL)
derart angeordnet ist, daß das ausgesendete Licht die Empfangsoptik annähernd tangential
streift,
eine Empfangsschaltung (E-Sch), die das Ausgangssignal des Lichtempfängers (LE) verstärkt
und einem Mikrorechner (µR) zuführt, der die beiden Lichtsender (LS1, LS2) alternierend
ansteuert und das Empfangssignal zur Weiterverarbeitung digitalisiert (ADW), wobei
der Mikrorechner (µR) die gemessenen Rauchdichtewerte (MWR) speichert und aus den
gemessenen Signalen für die Luftfeuchtigkeit (MWF) mittels einer Linearisierungstabelle
im Festwertspeicher (EPROM) den Wert der Luftfeuchtigkeit ermittelt und als Feuchtemeßwert
(MWF) speichert.