[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Brandes mit einem mindestens
zwei Sensoreinheiten umfassenden einen baulich begrenzten Raum überwachenden Brandmelder,
bei dem mit einer ersten Sensoreinheit des Brandmelders eine erste Brandkenngrösse
nach dem Streulichtverfahren überwacht wird.
[0002] Konventionelle Punktmelder wie zum Beispiel so genannte Streulichtmelder messen fast
ausnahmslos in einer abgedunkelten Messkammer, dem so genannten Labyrinth. Damit werden
Störeinflüsse durch Licht stark reduziert. Ausserdem werden der Ruhestrom der Empfängerdiode
und das damit verbundene Rauschen minimiert. Andererseits hat das Labyrinth zwangsläufig
den Nachteil, dass der Rauch nur verzögert eindringen kann und die Rauchdichte im
Inneren des Labyrinths bestenfalls asymptotisch den Wert der äußeren Konzentration
erreicht. Dadurch wird ein etwaiger Brand entsprechend spät detektiert.
[0003] In hohen Räumen nimmt die Rauchdichte im Allgemeinen zur Decke hin stark ab. Abhängig
von der Brandenergie und der Raumhöhe kann die größte Konzentration weit von der Decke
entfernt sein. Konventionelle Punktmelder können daher einen etwaigen Brand deshalb
nur verzögert detektieren.
[0004] Das Streulichtverfahren kann auch außerhalb einer abgedunkelten Messkammer im zu
überwachenden Raum angewendet werden. Jedoch gibt es bei einer solchen Anwendung deutlich
mehr Störeinflüsse aus der Umgebung. So müssen beispielsweise Insekten, die in den
Messbereich gelangen oder versehentliches Abdecken zum Beispiel bei der Reinigung
sicher von einem Brand bzw. von Rauch unterschieden werden können. Meist werden derartige
Nachteile dadurch versucht zu lösen, dass die Messung bzw. Überwachung auf die unmittelbare
Nähe des Brandmelders begrenzt wird. Hier wird allgemein ein Abstand von 4 bis 10
cm von der Oberfläche des Brandmelders als typisch erachtet. Leider können damit die
Nachteile nur beschränkt reduziert werden.
[0005] Lineare Rauchmelder senden einen Lichtstrahl quer durch den zu überwachenden Raum
und lösen einen Alarm aus, wenn der Strahl durch Rauch abgeschwächt (Extinktion) wird.
Dabei ist es bedeutungslos, ob Sender und Empfänger in getrennten Geräten auf gegenüberliegenden
Wänden des Raumes angeordnet sind oder ob sie in einer Einheit zusammengefasst sind.
Bei einer Einheit ist dann ein Reflektor auf der gegenüberliegenden Wand notwendig.
Da die Messstrecke in der Regel mehrere Meter beträgt, ist die Empfindlichkeit von
Linearmeldern im Allgemeinen größer als diejenige von Streulichtmeldern. Zudem können
sie in hohen Räumen in einer Höhe positioniert werden, in der noch Rauch zu erwarten
ist. Naturgemäß ist die Beeinflussung oder gar eine totale Unterbrechung des Lichtstrahls
bei solchen Anordnungen weitaus wahrscheinlicher als dies der Fall ist, wenn der Strahl
nur in der Melderumgebung wirksam ist.
[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, eine einfache und effiziente
Möglichkeit zur möglichst frühzeitigen Detektion eines Brandes vorzuschlagen.
[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0008] Ein Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass für die möglichst frühzeitige Detektion
eines Brandes ein Brandmelder mit einer ersten Sensoreinheit zum Überwachen einer
ersten Brandkenngrösse gemäss dem Streulichtverfahren und einer zweiten Sensoreinheit
zum Überwachen einer zweiten Brandkenngrösse gemäss dem Extinktionsverfahren verwendet
wird. Die erste Sensoreinheit besteht erfindungsgemäss aus zumindest einer Licht aussendender
Sendeeinheit und zumindest einer das ausgesandte Licht empfangende Empfangseinheit.
Die zweite Sensoreinheit besteht aus zumindest zwei stark gebündeltes Licht aussendende
Sendeeinheiten und zumindest einer das ausgesandte Licht empfangende Empfangseinheit.
Die Signale der zwei Sensoreinheiten des Brandmelders können einzeln oder auch in
Kombination durch eine geeignete Auswerteinheit wie zum Beispiel einen Fuzzy Prozessor
ausgewertet werden. Der Brandmelder wird dabei im Allgemeinen an der Decke des baulich
begrenzten Raumes montiert. Die beiden Sensoreinheiten können teilweise die gleichen
Komponenten nutzen. Dies bedeutet, dass die mindestens zwei die stark gebündelten
Lichtstrahlen aussendenden Sendeeinheiten gemeinsam von beiden Sensoreinheiten verwendet
werden können. Für derartige Sendeeinheiten kann erfindungsgemäss eine IR-Laserdiode,
eine IR-Diode etc. verwendet werden. Die Empfangseinheiten können die empfangenen
Signale dann an eine dafür vorgesehene Auswerteinheit des Brandmelders weiterleiten.
Die von den mindestens zwei Sendeeinheiten ausgesendeten stark gebündelten Lichtstrahlen
sind von der Decke gegen den Boden gerichtet und können dabei entweder parallel oder
leicht (nach außen) geneigt sein. Der Neigungswinkel beträgt im Allgemeinen weniger
als 10 Grad. Rauch in unmittelbarer Umgebung des Brandmelders wird durch das Streulichtverfahren
und durch das Extinktionsverfahren erfasst, weiter von der Decke entfernter Rauch
nur noch durch das Extinktionsverfahren, da das gestreute Licht zu schwach ist. Um
eine Zuordnung der Messsignale zu einem der ausgesendeten Lichtstrahlen zu erhalten,
werden die Sendeeinheiten zeitlich verschoben angesteuert und werden daher die Lichtstrahlen
zeitlich verschoben ausgesendet. Eine Distanzmessung gibt Aufschluss darüber ob bei
einer Pegeländerung ein, in Richtung der Raumhöhe ausgedehntes, teilweise reflektierendes
Objekt beteiligt ist. Es kann dann davon ausgegangen werden, dass zwischen "normalem"
Reflexionsort, Ort im Raum an dem die Überwachung der zweiten Brandkenngrösse erfindungsgemäss
stattfindet, und dem Brandmelder im Raum sich ein die Messung störendes Objekt befindet.
Ist dies der Fall kann in der Regel auf eine Beeinträchtigung durch Lebewesen (Personen,
Tiere etc.) oder bewegte Objekte geschlossen werden. Die Distanzmessung kann beispielsweise
mit Hilfe des in der
EP 1391860 A1 offenbarten Prinzips erfolgen. Mit diesem Prinzip lassen sich Relativ-Distanzen von
einigen Zentimetern genügend schnell erfassen. Zur Überwachung der zweiten Brandkenngrösse
werden die den einzelnen Sendeeinheiten zugeordneten Empfangssignale gegenseitig und
unter Berücksichtigung des Sendezeitversatzes korreliert. Eine starke Korrelation
bezüglich Zeitverlauf und Pegel bei gleichzeitigen typischen Verlauf charakterisiert
Rauch bzw. einen Brand, da dieser im Abstand der beiden Sendestrahlen keine nennenswerte
lokalen Konzentrationsunterschiede aufweist. Empfangssignale, die auf Grund veränderter
Reflexion durch bewegte Objekte entstehen, können zusätzlich durch die zeitliche Abfolge
der Signale diskriminiert werden. Grosse bzw. ausgedehnte Objekte werden mehrere Lichtstrahlen
beeinflusst, wohingegen bei Objekte, die kleiner als die Strahlabstände sind (zum
Beispiel Insekten), sich immer für alle empfangenen Signale eine zeitliche Verschiebung
ergibt und so Fehlalarme vermieden werden können. Um das Risiko eines Fehlalarms weiter
zu reduzieren, kann ein Alarm nur dann ausgelöst werden, wenn sowohl gemäss dem Streulichtverfahren
als auch gemäss dem Extinktionsverfahren ein Brand detektiert wird.
[0009] Ein großer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass ein Brand
deutlich früher detektiert bzw. erkannt werden kann. Damit kann dann auch früher Brand-Alarm
ausgelöst werden und somit können Risiken für Sach- und Personenschäden auf ein Minimum
reduziert werden.
[0010] Ein weiterer großer Vorteil dieses erfindungsgemässen Brandmelders besteht darin,
dass er in die Deckenverkleidung eines Raumes integriert sein kann und damit bündig
mit der Decke ist.
[0011] Die Erfindung wird anhand eines in einer in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
[0012] Figur 1 zeigt einen Brandmelder mit zwei erfindungsgemässen Sensoreinheiten 1, 2
und einer Abdeckplatte AP. Bei der dargestellten Abdeckplatte AP, die aus Kunststoff,
Metall, Holz, Glas etc. bestehen kann, sind Fenster bzw. Öffnungen für die Empfangseinheiten
SLE und EE, sowie für die Sendeeinheiten SE angedeutet. Dieser Brandmelder kann in
die Decke eines Raumes integriert sein. Die Abdeckung AP des Brandmelders kann dann
bündig mit der Decke sein oder geringfügig hervorstehend sein. Die dicken schwarzen
Striche deuten den jeweiligen Messbereich an. Zur besseren Veranschaulichung sind
die beiden Sensoreinheiten 1, 2 getrennt voneinander dargestellt, jedoch sollen erfindungsgemäss
beide Sensoreinheiten 1, 2 in einem Brandmelder integriert sein und zumindest die
Sendeeinheiten SE gemeinsam von den beiden Sensoreinheiten 1, 2 genutzt werden. Die
erste Sensoreinheit 1 besteht aus zwei, Licht aussendende Sendeeinheiten SE und einer
Streulichtempfangseinheit SLE. Die Streulichtempfangseinheit SLE ist mittels zweier
Optiken so ausgerichtet, dass sie nur einen deckennahen Ausschnitt bzw. Messbereich
der Strahlen erfasst.
[0013] Diese Ausschnitte haben dank der Strahlbündelung nur eine Ausdehnung in Richtung
der Strahlachsen, was für die Unterscheidung zwischen störenden Objekten und Rauch
bzw. einem Brand wichtig ist. Breitet sich Rauch in einem oder mehreren der abgebildeten
Strahlabschnitte aus, so nimmt das Streulicht mit der für einen bestimmten Brandtyp
charakteristischen Rauchdichte-Entwicklung zu. Die Zunahme der Rauchdichte-Entwicklung
ist wegen der räumlichen Nähe zum Brandmelder im mittleren Verlauf korreliert. Gerät
ein Objekt wie zum Beispiel ein Insekt, ein Putzgerät etc. in einem der Strahlenabschnitte,
so wird dank dem extrem kleinen erfindungsgemässen Strahlenquerschnitt immer ein Signalsprung
gemessen, der sich deutlich von einem durch Rauch erzeugten Signal unterscheidet.
Die zweite Sensoreinheit 2 besteht aus den gleichen zwei Sendeeinheiten SE und einer
Extinktionsempfangseinheit EE. Die Extinktionsempfangseinheit EE erfasst Rauch nach
dem Extinktionsverfahren. Dazu bildet der Extinktionsempfänger EE mit seiner Optik
einen Bereich in größerer Distanz von der Decke ab, der alle ausgesendeten Lichtstrahlen
umfasst und außerhalb des mittels Streulichtverfahrens überwachten Bereichs liegt.
Abgebildet werden die Auftreffpunkte der Sendeeinheiten SE auf dem Boden oder Objekten,
die ca. 2 bis 5 Meter von der Decke entfernt sind. Damit wird die Reflexion der ausgesendeten
Lichtstrahlen am Boden oder allenfalls an Möbelstücken wie Tische, Regale etc. bis
zu einer Raumhöhe von beispielsweise 5 Meter erfasst.
In ungestörter Umgebung, d. h. wenn die ausgesendeten Lichtstrahlen ungehindert den
Boden erreichen, wird das reflektierte Licht gemessen. Die ausgesendeten Lichtstrahlen
durchdringen jede Rauchschicht in beliebiger Höhe. Das führt nicht nur zu einer sicheren
sondern in der Regel auch zu einer frühen Erfassung von Rauch. Da der Reflexionsgrad
und die Distanz nicht vorab bekannt sind, adaptiert der erfindungsgemässe Brandmelder
auf die vorliegende Situation bei Inbetriebnahme und später auch im Betrieb. Selbstverständlich
könnte auch nur ein ausgesendeter Lichtstrahl für das erfindungsgemässe Verfahren
verwendet werden, jedoch muss dann mit deutlich mehr Störeinflüssen gerechnet werden.
[0014] Damit Fehlalarme auf ein Minimum reduziert werden können, werden die folgenden Maßnahmen
und Algorithmen für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet:
- Durch die starke Lichtstrahlenbündelung wird ein Unterbruch des Strahls sehr rasch
und vollständig eintreten, selbst wenn zum Beispiel ein sich bewegendes Objekt sich
nur sehr langsam verschiebt. Die Geschwindigkeit einer Abnahme des Pegels unterscheidet
sich deshalb deutlich von derjenigen bei Rauchentstehung.
- Eine Distanzmessung gibt Aufschluss darüber, ob bei einer Pegeländerung ein, in Richtung
vom Boden zur Decke eines baulich begrenzten Raumes hin, zumindest teilweise reflektierendes
Objekt beteiligt ist. Ist dies der Fall kann in der Regel auf eine Beeinträchtigung
durch ein Lebewesen (Mensch, Tier etc.) oder einen sich bewegenden Gegenstand geschlossen
werden. Werden gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren mindestens zwei Sendeeinheiten
SE verwendet, werden die den einzelnen Sendeeinheiten SE zugeordneten Empfangssignale
gegenseitig und unter Berücksichtigung des Sendezeitversatzes korreliert. Eine starke
Korrelation bezüglich Zeitverlauf und Pegel bei gleichzeitig typischem Verlauf charakterisiert
Rauch, da dieser keine extrem großen lokalen Konzentrationsunterschiede aufweist.
Empfangene Signale, die auf Grund einer veränderter Reflexion bei sich bewegenden
Objekten (Lebewesen, ein sich bewegender Gegenstand) entstehen, können im Fall mehrerer
Lichtstrahlen zusätzlich durch die zeitliche Abfolge der Empfangssignale diskriminiert
werden. Bei ausgedehnten und großen Objekten können zwei Lichtstrahlen gleichzeitig
beeinflusst werden. Für Objekte wie zum Beispiel Insekten etc., die kleiner sind als
die Lichtstrahlenabstände, ergibt sich immer für alle Empfangssignale eine zeitliche
Verschiebung.
[0015] Im ungestörten Zustand, also wenn kein Lebewesen oder kein sich bewegender Gegenstand
sich im baulich begrenzten Raum befinden, werden die Empfangssignale gemäss dem Streulichtverfahren
und die Empfangssignale gemäss dem Extinktionsverfahren derart kombiniert (Neuro Fuzzy
Prozessor), dass eine sehr sichere Aussage bezüglich des Vorliegens eines Brandes
des einen in Verbindung einer eher unsicheren Aussage des anderen Sensorsystems genügt
um einen Brand-Alarm auszulösen. Ein derartiges Auslösen eines Brand-Alarms wird im
Allgemeinen deutlich früher geschehen als das bei Punktmeldern, die nur nach dem Streulichtverfahren
arbeiten, der Fall ist.
[0016] Im Allgemeinen werden die empfangenen Signale von den Empfangseinheiten SLE und EE
an eine Auswerteinheit wie zum Beispiel einen Fuzzy Prozessor zum Auswerten weitergeleitet.
Deutet die Auswertung auf einen möglichen Brand hin, wird ein Alarm ausgelöst. Beispielhaft
charakterisieren folgende Zustände der Eingangsvariablen des Fuzzy Prozessors einen
Brand:
- Die Extinktion hat brandverlaufsartig deutlich zugenommen, die Distanz vom Brandmelder
zum Detektionspunkt ist jedoch unverändert.
- Eine schwache Zunahme des Streulichts zeigt an, dass erster Rauch bis zur Decke aufgestiegen
ist
→ Alarm wird ausgelöst.
[0017] Es ist offensichtlich, dass es schwierig wird im Fall einer Beeinträchtigung durch
bewegte Objekte gleichzeitig mittels Extinktion eine Rauchentwicklung zu messen. Die
Signaländerungen als Folge der bewegten Objekte sind dominant. Die Branddetektion
wird in diesem Zustand mehr auf die Überwachung gemäss dem Streulichtverfahren gestützt.
Es ist akzeptabel, dass die Empfindlichkeit unter diesen Umständen etwas reduziert
wird. Das offene Streulichtverfahren, also die Messung von Streulicht in einer Umgebung
in der Nähe des Brandmelders ist einem klassischem Punktmelder bezüglich der Ansprechgeschwindigkeit
überlegen, da der Rauch nicht erst in einen abgedunkelten Raum im Brandmelder eindringen
muss.
1. Verfahren zur Detektion eines Brandes mit einem mindestens zwei Sensoreinheiten (1,
2) umfassenden, einen baulich begrenzten Raum überwachenden, an der Decke befestigten
Brandmelder,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit einer ersten Sensoreinheit (1) in Deckennähe eine erste Brandkenngrösse nach
dem Streulichtverfahren überwacht wird und
dass mit mindestens einer zweiten mindestens zwei stark gebündelte Lichtstrahlen in Richtung
des Bodens des baulich begrenzten Raumes aussendenden Sensoreinheit (2) des Brandmelders
eine zweite Brandkenngrösse gemäß dem Extinktionsverfahren überwacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachung der zweiten Brandkenngrösse gemäss dem Extinktionsverfahren durch
die zweite Sensoreinheit (2) außerhalb des Bereichs, der mittels der ersten Sensoreinheit
(1) gemäss dem Streulichtverfahren überwacht wird, geschieht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass gemeinsam für die erste (1) und die zweite (2) Sensoreinheit mindestens zwei Sendeeinheiten
(SE), die jeweils einen stark gebündelten Lichtstrahl aussenden, und jeweils mindestens
eine Empfangseinheit (SLE, EE), welche die ausgesendeten stark gebündelten Lichtstrahlen
empfangen, verwendet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachung der zweiten Brandkenngrösse im freien Raum zwischen Decke und Boden
des baulich begrenzten Raumes erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei von den mindestens zwei Sendereinheiten (SE) der zweiten Sensoreinheit
(2) ausgesendeten Lichtstrahlen zeitlich verschoben sind.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Überwachen der zweiten Brandkenngrösse die Distanz zwischen der die mindestens
zwei Lichtstrahlen aussendenden zweiten Sensoreinheit (2) und einem die ausgesendeten
Lichtstrahlen zumindest teilweise reflektierenden Objekt gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Objekt entweder ein Lebewesen oder ein sich bewegender Gegenstand ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass gemäss dem Extinktionsverfahren das reflektierte Licht der ausgesendeten Lichtstrahlen
vom Brandmelder ausgewertet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Überprüfung der zweiten Brandkenngrösse die von der zweiten Sensoreinheit (2)
empfangenen reflektierten Lichtstrahlen mit den mindestens zwei ausgesendeten Lichtstrahlen
zugeordnet und bezüglich ihres zeitlichen Verlaufs und/oder ihres Pegels ausgewertet
werden.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuordnung der empfangenen reflektierten Lichtstrahlen unter Berücksichtigung
der zeitlichen Verschiebung der ausgesendeten Lichtstrahlen erfolgt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur bei Übereinstimmung des zeitlichen Verlaufs und/oder des Pegels ein Brandalarm
vom Brandmelder ausgelöst wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur dann ein Brandalarm ausgelöst wird, wenn die Distanz zu einem, die mindestens
zwei ausgesendeten Lichtstrahlen reflektierenden Objekt, konstant bleibt.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass nur dann ein Brandalarm ausgelöst wird, wenn zusätzlich die eine erste Brandkenngrösse
überwachende erste Sensoreinheit (1) einen Brand detektiert.
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die stark gebündelten Lichtstrahlen Laserlicht verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei ausgesendeten Lichtstrahlen entweder parallel oder zueinander
geneigt sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei ausgesendeten Lichtstrahlen nach außen geneigt sind.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Neigungswinkel weniger als 10 Grad beträgt.
18. Brandmelder zur Deckenmontage, zur Überwachung eines baulich begrenzten Raumes und
zur Detektion eines Brandes,
- mit einer Abdeckplatte (AP) zum Abdecken des in der Decke des baulich begrenzten
Raumes integrierten Brandmelders,
- mit einer ersten Sensoreinheit (1) des Brandmelders zur Überwachung einer ersten
Brandkenngrösse nach dem Streulichtverfahren,
- mit mindestens einer zweiten mindestens zwei stark gebündelte Lichtstrahlen in Richtung
des Bodens des baulich begrenzten Raumes aussendende Sensoreinheit (2) zur Überwachung
einer zweiten Brandkenngrösse gemäß dem Extinktionsverfahren.
19. Brandmelder nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass gemeinsam für die erste (1) und zweite (2) Sensoreinheit mindestens zwei Sendeeinheiten
(SE) zum Aussenden mindestens zwei stark gebündelter Lichtstrahlen vorgesehen sind.
20. Brandmelder nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Sendeeinheit (SE) eine IR-Laserdiode und/oder eine IR-Diode vorgesehen sind.
21. Brandmelder nach den Ansprüchen 18 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass je eine Empfangseinheit (SLE, EE) für die erste (1) und die zweite (2) Sensoreinheit
zum Empfangen der von den mindestens zwei Sendeeinheiten (SE) ausgesendeten stark
gebündelten Lichtstrahlen vorgesehen ist.
22. Brandmelder nach den Ansprüchen 18 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Auswerteinheit zum Auswerten der von der mindestens einen Empfangseinheit (SLE,
EE) empfangenen Lichtstrahlen und zum Auslösen eines Alarms vorgesehen ist.
23. Brandmelder nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Auswerteinheit ein Fuzzy Prozessor vorgesehen ist.