[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Gefahrmeldetechnik
und im Speziellen eine energieeffiziente Ansteuerung von Strahlungsquellen, die insbesondere
in einem Gefahrenmelder eingesetzt werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere eine Schaltungsanordnung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung
mittels zweier Strahlungsquellen, einen Gefahrmelder mit einer derartigen Schaltungsanordnung
zum Erkennen einer Gefahrensituation sowie ein Verfahren zum Aussenden von elektromagnetischer
Strahlung.
[0002] Optoelektronische Gefahrenmelder enthalten einen oder mehrere optische Sender die
Licht abstrahlen und einen oder mehrere Empfänger die das von der zu erkennenden Größe
beeinflusste Licht empfangen. Das empfangene Signal ist häufig sehr schwach. Der Empfänger
ist deshalb empfindlich auf Störungen, Das empfangene Signal ist proportional zu dem
von den Sendern abgestrahlten Licht. Somit wäre es erwünscht möglichst viel Licht
abzustrahlen. Dem sind aber durch die verfügbare Energie Grenzen gesetzt.
[0003] Besonders schwierig ist der Betrieb eines Gefahrenmelders aus Batterien und/oder
Akkus, so wie dies im Falle von drahtlosen Gefahrenmeldern der Fall ist. Aufgrund
der begrenzten Leistungsfähigkeit von Batterien und Akkus ist ein geringer Stromverbrauch
der Lichtquelle(n) eines Batterie- und/oder Akkubetriebenen Gefahrmelders wichtig,
um die Intervalle für Wartungen möglichst lang zu halten, bei denen typischerweise
die Batterie gewechselt oder der Akku aufgeladen wird.
[0004] Allerdings ist auch bei an einer Stromversorgungsleitung angeschlossenen Gefahrenmeldern
ein geringer Stromverbrauch sehr wichtig. Stromversorgungsleitungen können nämlich
sehr lang sein und demzufolge einen entsprechend hohen Leitungswiderstand aufweisen.
Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil in der Regel Leitungen mit einem kleinen
Querschnitt verwendet werden, welche zum einen kostengünstig sind und zum anderen
einfacher verlegt werden können. Aufgrund des Leitungswiderstandes ist deshalb die
Stromstärke des über die Stromversorgungsleitung übertragenen Stromes beschränkt.
Des Weiteren ist zu beachten dass an einer solchen Stromversorgungsleitung üblicherweise
sehr viele Melder angeschlossen sind, welche alle gleichzeitig in Betrieb sind und
deshalb auch gleichzeitig mit Strom versorgt oder gespiesen werden müssen.
[0005] Eine typische Leitung zur Stromversorgung der peripheren Gefahrenmelder einer Gefahrmeldeanlage
ist ungefähr 2000m lang. Die Betriebsspannung der Zentrale der Gefahrmeldeanlage beträgt
üblicherweise 24V. Aufgrund des Leitungswiderstandes kann die am Ende einer langen
Leitung übrig bleibende Spannung bis auf 16V absinken. An eine solche Leitung können
mehr als 200 Gefahrmelder angeschlossen sein. Für den Betrieb eines einzelnen Melders
wird üblicherweise eine Stromstärke von lediglich etwa 100µA zugestanden. Die Gefahrmelder
müssen demzufolge sehr energieeffizient arbeiten.
[0006] Leuchtdioden, die im infraroten Bereich abstrahlen und die üblicherweise in optoelektronischen
Gefahrenmeldern verwendet werden, werden bei einer Flussspannung im Bereich von 1,6V
betrieben. Um diese Spannung zu erreichen, weist ein Gefahrenmelder in einer einfachen
Ausführung zwischen der Speisespannung und der Leuchtdiode ein Element auf, welches
den Stromfluss begrenzt. An diesem Strombegrenzungselement fällt die Differenz zwischen
der jeweiligen Versorgungsspannung und der Flussspannung ab. Im oben erwähnten Beispiel
ist diese Differenz 14,4V (16V - 1,6V). Wenn der mittlere Strom in der Leuchtdiode
100µA beträgt, dann wird die Verlustleistung des Strombegrenzungselement 1440µW (14,4V
x 100µA) betragen, wohingegen die elektrische Leistung der Leuchtdiode nur 160µW (1,
6V x 100µA) beträgt. Der elektrische Wirkungsgrad der gesamten Schaltung innerhalb
eines Gefahrenmelders beträgt somit nur 10%.
[0007] Um die Verlustleistung innerhalb eines Gefahrenmelders zu reduzieren ist es bekannt,
die von der Leitung bereitgestellte Spannung auf eine Zwischenspannung umzusetzen,
welche etwas höher ist als die benötigte Flussspannung der Leuchtdiode. Wenn es beispielsweise
gelingen würde die Spannung ohne Verluste auf 3,2V umzusetzen und das Strombegrenzungselement
an diese herabgesetzte Spannung von 3,2V angeschlossen würde, dann wäre die Verlustleistung
in dem Strombegrenzungselement 160µW ((3,2V-1,6V) x 100µA) und die Leistung der Leuchtdiode
würde ebenfalls 160µW (1,6V x 100µA) betragen. Der Wirkungsgrad wäre somit immerhin
50% und der Leitung würden 320µW oder 20µA (320µW : 16V) entnommen. Diese reduzierte
Stromaufnahme könnte ausgenützt werden, um noch mehr Gefahrenmelder an die Leitung
anzuschließen. Es wäre jedoch auch möglich, den Strom in der Leuchtdiode auf beispielsweise
500µA zu erhöhen. Die Verlustleistung in dem Strombegrenzungselement würde dann 800µW
(1, 6V x 500µA) und die elektrische Leistung der Leuchtdiode würde dann ebenfalls
800µW ((3,2V-1,6V) x 500µA)) betragen. Zusammen ergäbe sich dann eine Leistungsentnahme
von 1600µW und der aus der Leitung entnommene Strom wäre 100µA (1600µW : 16V), so
wie dies maximal zulässig ist.
[0008] Es ist jedoch sehr aufwendig und schwierig, einen Spannungsumsetzer mit den oben
erwähnten Eigenschaften und insbesondere mit der (nahezu) vollständigen Verlustfreiheit
zu bauen. Insbesondere wird es kaum gelingen, einen Spannungsumsetzer zu bauen, welcher
alle geforderten Eigenschaften und einen Wirkungsgrad von zumindest 50% aufweist.
Ein solcher Spannungswandler wäre zumindest sehr teuer und wäre wohl auch kaum in
einer kompakten Bauform zu realisieren, so wie die bei Gefahrenmelder wünschenswert
wäre.
[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zumindest eine Strahlungsquelle
aufweisende Schaltungsanordnung schaffen, welche einfach, kompakt und preiswert realisiert
werden kann und welche eine hohen Wirkungsgrad und damit einen geringen Stromverbrauch
aufweist.
[0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
[0011] 1#Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Aussenden
von elektromagnetischer Strahlung beschrieben. Die Schaltungsanordnung weist auf (a)
eine erste Strahlungsquelle, eingerichtet zum Aussenden einer ersten Strahlung, (b)
eine zweite Strahlungsquelle, eingerichtet zum Aussenden einer zweiten Strahlung,
(c) einen Energiespeicher, welcher mit der ersten Strahlungsquelle und der zweiten
Strahlungsquelle gekoppelt ist, und (d) eine Steuereinrichtung, welche innerhalb der
Schaltungsanordnung derart angeordnet ist und welche derart eingerichtet ist, dass
(d1) in einer ersten Betriebsphase die erste Strahlungsquelle betreibbar und gleichzeitig
der Energiespeicher aufladbar ist und (d2) in einer zweiten Betriebsphase die zweite
Strahlungsquelle unter Verwendung der in der ersten Betriebsphase zuvor in dem Energiespeicher
gespeicherten Energie betreibbar ist.
[0012] Der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine
geeignete Kombination des Energiespeichers mit den beiden Strahlungsquellen der durch
die erste Strahlungsquelle fließende Strom mehrfach genutzt werden kann, so dass der
Wirkungsgrad der Schaltungseinrichtung besonders groß wird. Unter dem Wirkungsgrad
ist in diesem Zusammenhang das Verhältnis zwischen (a) der Strahlungsenergie, welche
von beiden Strahlungsquellen ausgesandt wird, und (b) der elektrischen Energie, welche
der Schaltungsanordnung zugeführt wird. Da die Schaltungsanordnung typischerweise
nicht streng kontinuierlich sondern getaktet betrieben werden wird, kann bei der Bestimmung
des Wirkungsgrades eine geeignete zeitliche Mittelwertbildung vorgenommen werden,
wobei die betrachtete Zeitspanne zumindest eine volle Periode aufweisen sollte.
[0013] Bevorzugt ist während der ersten Betriebsphase die zweite Strahlungsquelle ausgeschaltet.
In entsprechender Weise kann während der zweiten Betriebsphase die erste Strahlungsquelle
ausgeschaltet sein.
[0014] 2#Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Steuereinrichtung ein erstes
Schaltelement auf. Das erste Schaltelement kann ein einfacher mechanischer Schalter
oder insbesondere ein Halbleiterschaltelement wie beispielsweise ein beliebiger Transistor
sein. Durch das erste Schaltelement kann ein Stromfluss, welcher von einer an die
Schaltungsanordnung angeschlossenen Spannungsquelle bereitgestellt wird, auf besonders
einfache Weise entsprechend den oben definierten Betriebsphasen gesteuert werden.
[0015] Das erste Schaltelement kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass während
der ersten Betriebsphase der Energiespeicher mit einem Anschluss für eine Spannungsquelle
gekoppelt ist, mit der die beschriebene Schaltungsanordnung betreibbar ist. Während
der zweiten Betriebsphase kann das erste Schaltelement beispielsweise durch eine einfache
Öffnung eines Stromkreises einen Anschluss für eine Spannungsquelle von dem Energiespeicher
trennen, so dass die zweite Strahlungsquelle von dem Energiespeicher ohne die Verwendung
einer von der Spannungsquelle bereitgestellten Strommenge betreibbar ist.
[0016] 3#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest eine der beiden
Strahlungsquellen ein elektrooptischer Wandler und insbesondere ein optoelektronisches
Bauelement. Der elektrooptische Wandler kann im Prinzip eine einfache Glühbirne sein.
Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise ein Leuchtdiode oder ein Halbleiterlaserdiode
sein.
[0017] Die beiden Strahlungsquellen können elektromagnetische Strahlung mit beliebigen Wellenlängen
aussenden. Insbesondere kann es sich bei der elektromagnetischen Strahlung jeweils
um Licht im sichtbaren, im infraroten oder im ultravioletten Spektralbereich handeln.
Die elektromagnetische Strahlung kann neben einem vergleichsweise schmalbandigen Spektralbereich
oder sogar einer monochromatischen Strahlung auch verschiedene Wellenlängen aufweisen,
die ein kontinuierliches Spektrum oder verschiedene voneinander getrennte schmalbandige
und/oder breitbandige Spektralbereiche darstellen.
[0018] Die elektromagnetische Strahlung kann auch Wellenlängen aufweisen, die dem fernen
infraroten und/oder dem fernen ultravioletten Spektralbereich zugeordnet sind. Auch
Mikrowellenstrahlung oder jede andere Art von elektromagnetischer Strahlung kann grundsätzlich
als Sendestrahlung und entsprechend als erste und/oder als zweite Empfangsstrahlung
verwendet werden. In entsprechender Weise soll sich der Begriff "optisch" alle genannten
Spektralbereiche von elektromagnetischer Strahlung und keineswegs nur auf den sichtbaren
Spektralbereich beziehen.
[0019] 4#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Strahlung
eine erste Spektralverteilung und die zweite Strahlung weist eine zweite Spektralverteilung
auf, welche unterschiedlich zu der ersten Spektralverteilung ist.
[0020] Eine unterschiedliche Spektralverteilung der beiden Strahlungen kann beispielsweise
bei einem Rauchmelder auf vorteilhafte Weise eingesetzt werden. Die beiden unterschiedlichen
Strahlungen können nämlich abhängig von der Größe der zu detektierenden Rauchpartikel,
welche für die jeweilige Strahlung in bekannter Weise Streuzentren darstellen, unterschiedlich
stark gestreut werden. Dabei können auch die Streuwinkel der unterschiedlichen Spektralanteile
unterschiedlich sein, so dass durch eine geeignete Auswertung von unterschiedlichen
Streusignalen Informationen über den Typ und/oder über die Beschaffenheit der Rauchpartikel
gewonnen werden können. Durch ein wiederholtes Umschalten zwischen den beiden Strahlungsquellen
können immer wieder verschiedenartige Streulichtmessungen durchgeführt werden, deren
Ergebnisse einzeln oder in Kombination miteinander Informationen über den Art des
Rauches und damit ggf. über die Brandursache liefern können.
[0021] An dieser Stelle wird jedoch darauf hingewiesen, dass die beiden Strahlungsquellen
auch zueinander spektral gleichartiges Licht aussenden können. Die beiden identischen
Strahlungen können dann für denselben Zweck oder auch für unterschiedliche Zwecke
bzw. Messungen verwendet werden.
[0022] 5#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schaltungsanordnung
zusätzlich auf (a) ein erstes Strombegrenzungselement, welches in Serie mit der ersten
Strahlungsquelle geschaltet ist und/oder (b) ein zweites Strombegrenzungselement,
welches in Serie mit der zweiten Strahlungsquelle geschaltet ist.
[0023] Die Verwendung eines oder mehrerer Strombegrenzungselemente hat den Vorteil, dass
Beschädigungen an der ersten Strahlungsquelle und/oder an der zweiten Strahlungsquelle
infolge eines zu großen Stromflusses verhindert werden können. Dies gilt insbesondere
dann, wenn die Zeitspanne für die erste und/oder für die zweite Betriebsphase relativ
lang ist.
[0024] Das erste und/oder das zweite Strombegrenzungselement kann beispielsweise eine Drosselspule
sein. Insbesondere bei einem hochfrequenten Betrieb der beschriebenen Schaltungsanordnung
könnte sich die Induktivität einer Drosselspule jedoch als nachteilig herausstellen.
Als Strombegrenzungselement kann demzufolge auch ein einfacher ohmscher Widerstand
verwendet werden. 6#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der
Energiespeicher einen Kondensator auf. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil der
Energie, welche vorübergehend in dem Energiespeicher deponiert wird, in Form einer
Ladungsansammlung in dem Kondensator gespeichert wird. Dies bedeutet, dass während
der ersten Betriebsphase somit eine bestimmte elektrische Ladungsmenge durch die erste
Strahlungsquelle fließt und gleichzeitig den Energiespeicher auflädt. Während der
zweiten Betriebsphase wird die gespeicherte Ladungsmenge zumindest zum Teil zum Betrieb
der zweiten Strahlungsquelle verwendet.
[0025] Anschaulich gesprochen verrichtet somit ein und diesele Ladungsmenge zweimal eine
nützliche Arbeit. Bei Durchfluss durch die erste Strahlungsquelle während der ersten
Betriebsphase sorgt sie für ein Aussenden der ersten Strahlung, beim Durchfluss durch
die zweite Strahlungsquelle während der zweiten Betriebsphase sorgt sie für ein Aussenden
der zweiten Strahlung.
[0026] 7#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Steuereinrichtung
ein zweites Schaltelement auf.
[0027] Das zweite Schaltelement kann ebenfalls ein einfacher mechanischer Schalter oder
insbesondere ein Halbleiterschaltelement wie beispielsweise ein beliebiger Transistor
sein. Durch das zweite Schaltelement kann ein Stromfluss, welcher von dem aufgeladenen
Energiespeicher bereitgestellt wird, auf besonders einfache Weise ausschließlich der
zweiten Strahlungsquelle zur Verfügung gestellt werden.
[0028] Insbesondere durch ein synchronisiertes Betätigen des zweiten Schaltelements mit
dem oben beschriebenen ersten Schaltelement kann somit ein definiertes Umschalten
von der ersten Betriebsphase in die zweite Betriebsphase und umgekehrt erfolgen. Dabei
können die beiden unterschiedlichen Betriebsphasen zeitlich unmittelbar aufeinander
oder mit einem gewissen zeitlichen Abstand aufeinander folgen.
[0029] 8#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Energiespeicher
eine Induktivität auf. Die Verwendung einer Induktivität für den Energiespeicher hat
den Vorteil, dass durch einen einfachen Stromfluss eine besondere große Energie in
einem aufgebauten Magnetfeld zwischengespeichert werden kann.
[0030] Im Falle von abrupten Zustandsänderungen insbesondere bei einem Umschalten des ersten
und/oder des zweiten Schaltelements können schädliche Spannungsspitzen beispielsweise
durch eine sog. Freilaufdiode abgepuffert und somit eine ungewollte Beschädigung von
einzelnen Bauteilen der Schaltungsanordnung verhindert werden. Die Funktion einer
Freilaufdiode kann auch durch eine entsprechend gepolte Diode realisiert werden, die
auf einer Seite mit dem induktiven Energiespeicher und auf der anderen Seite mit einem
Bezugspotential verbunden ist, an das auch die beiden Strahlungsquellen direkt oder
indirekt angeschlossen sind.
[0031] Falls es sich bei der zweiten Strahlungsquelle um eine Diode handelt, dann kann auch
die gleichrichtende Eigenschaft der zweiten Strahlungsquelle ausgenutzt werden, um
Spannungsspitzen an der Induktivität abzufedern, welche ggf. zu einer Beschädigung
von anderen Bauteilen der beschriebenen Schaltungsanordnung führen könnten.
[0032] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung sind die beiden Strahlungsquellen relativ
zueinander derart ausgerichtet und angeordnet, dass die erste Strahlung und die zweite
Strahlung zumindest teilweise eine gemeinsame optische Strecke bilden.
[0033] Dies hat den Vorteil, dass die beiden Strahlungsquellen wie eine einzige gepulste
Strahlungsquelle betrachtet werden können. Die gepulste Strahlungsquelle weist aufgrund
der oben beschriebenen doppelten Ausnutzung der Strommenge, die (a) zunächst durch
die erste Strahlungsquelle und in den Energiespeicher fließt und (b) danach von dem
Energiespeicher freigesetzt und durch die zweite Strahlungsquelle fließt, einen besonders
hohen Wirkungsgrad auf. Dadurch kann sich für die beschriebene Schaltungsanordnung
eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten ergeben, bei denen es insbesondere auf eine
hocheffiziente Umwandlung von elektrischer in Strahlungsenergie ankommt.
[0034] Es wird darauf hingewiesen, dass es keineswegs erforderlich ist, dass die Strahlengänge
der ersten und der zweiten Strahlung vollständig übereinander liegen. Vielmehr genügt
in vielen Fällen bereits ein gewisser räumlicher Überlapp zwischen der ersten und
der zweiten Strahlung, um effektiv von einer gemeinsamen optischen Strecke auszugehen.
[0035] Es wird ferner darauf hingewiesen, dass durch die Verwendung eines Strahlteilers
bzw. eines Strahlzusammenführers zwei zunächst unterschiedliche optische Strecken
in bekannter Weise zusammengelegt werden können. Eine besonders effiziente Strahlzusammenführung
kann auch durch den Einsatz von optischen Komponenten erreicht werden, deren Brechungseigenschaften,
deren Transmission und/oder deren Reflexion von der jeweiligen Wellenlänge, Polarisation
der ersten und/oder der zweiten Strahlung abhängen.
[0036] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung sind die beiden Strahlungsquellen
relativ zueinander derart ausgerichtet und angeordnet, dass (a) die erste Strahlung
eine erste optische Strecke und dass (b) die zweite Strahlung eine zweite optische
Strecke definiert, wobei die zweite optische Strecke räumlich unterschiedlich ist
zu der ersten optischen Strecke.
[0037] So kann beispielsweise bei einem Rauchmelder in ein zu überwachendes Volumen bzw.
in ein Streuvolumen die erste Strahlung getrennt von der zweiten Strahlung eintreten.
Abhängig von der räumlichen Anordnung und einer ggf. zeitabhängigen Aktivierung von
einem oder von mehreren Strahlungsempfängern, mit dem bzw. denen aus dem Volumen austretende
Strahlung erfasst wird, kann die jeweilige austretende und insbesondere in dem Volumen
gestreute Strahlung entlang einer gemeinsamen Austrittstrecke oder alternativ entlang
zweier getrennter optischer Austrittstrecken das Volumen verlassen. Dies kann bedeuten,
dass das aus der ersten Strahlung resultierende erste Messlicht und das aus der zweiten
Strahlung resultierende zweite Messlicht getrennt oder gemeinsam empfangen und ausgewertet
wird.
[0038] 9#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Strahlungsquelle
und/oder die zweite Strahlungsquelle zumindest zwei Sendelemente auf. Die Realisierung
der ersten und/oder der zweiten Strahlungsquelle mit mehreren einzelnen Sendeelementen
hat den Vorteil, dass auf einfache und preiswerte Weise eine hocheffiziente Strahlungsquelle
aufgebaut werden kann, wobei die zur Verfügung stehende Energie besonders gut ausgenutzt
wird. Dabei können die einzelnen Sendeelemente in einer Serien- und/oder in einer
Parallelschaltung miteinander kombiniert sein. Die miteinander kombinierten Sendeelemente
sind dabei bevorzugt derart zueinander angeordnet, dass sich ihre ausgesandten Sendeteilstrahlen
möglichst überlappen und so zu einer intensiven Strahlung führen.
[0039] Bevorzugt weisen die erste und/oder die zweite Strahlungsquelle jeweils eine bestimmte
Anzahl von Leuchtdioden auf, die elektrisch in Serie geschaltet sein können. Diese
in Serie geschalteten Leuchtdioden können so angeordnet sein, dass das ausgesendete
Licht aus jeweils einer Gruppe von Leuchtdioden im Wesentlichen zusammenfällt und
zum Betrieb derselben optischen Strecke verwendet wird.
[0040] 10#Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gefahrmelder zum Erkennen einer
Gefahrensituation beschrieben. Der Gefahrenmelder weist eine Schaltungsanordnung des
oben beschriebenen Typs auf.
[0041] Dem beschriebenen Gefahrmelder liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene
Schaltungsanordnung insbesondere wegen ihrer hohen Energieeffizienz auf vorteilhafte
Weise für einen Gefahrmelder verwendet werden kann, welcher lediglich eine sehr geringe
Stromaufnahme aufweisen darf und bei dem trotzdem genügend Strahlung zur Verfügung
steht, um die Gefahrensituation zuverlässig zu detektieren.
[0042] Die hohe Energieeffizienz führt auf vorteilhafte Weise zu einer geringen Wärmeentwicklung
innerhalb des Gefahrmelders. Dadurch können elektronische Bauteile des Gefahrmelders
ohne Kühlung in einer vergleichsweise kühlen und thermisch stabilen Umgebung betrieben
werden. Dadurch kann das Rauschen der betreffenden Bauteile gering gehalten werden,
so dass ohne eine signifikante Erhöhung einer Fehlalarmrate der Gefahrmelder in Hinblick
auf eine hohe Empfindlichkeit optimiert werden kann.
[0043] Der Gefahrmelder kann beispielsweise ein sog. Anwesenheitsmelder sein. Dabei können
die erste und /oder die zweite Strahlungsquelle einer Reflexlichtschranke zugeordnet
sein, die gegen ein zu überwachendes Objekt gerichtet ist. Das von der Strahlungsquelle
ausgestrahlte Licht wird dann reflektiert und trifft auf einen Strahlungsempfänger.
Sobald das Objekt entfernt wird verschwindet das empfangene Signal und der Anwesenheitsmelder
löst einen Alarm aus. Dadurch kann beispielsweise das unbefugte Öffnen einer Tür oder
das unbefugte Entfernen eines wertvollen Gegenstandes zuverlässig erkannt werden.
[0044] Die Funktionsweise des Gefahrmelders kann auf dem sog. Durchleuchtungsprinzip beruhen.
Dabei durchquert beispielsweise die von der oder von den Strahlungsquelle(n) ausgesendete
Strahlung einen Behälter, welcher mit einem Stoff gefüllt ist, der in Anwesenheit
von gefährlichen Gasen seine optischen Eigenschaften verändert. In der Folge ändert
sich auch die Intensität der von einem Strahlungsempfänger empfangenen transmittierten
Strahlung und der Melder kann einen Alarm auslösen.
[0045] Die oben beschriebene Schaltungsanordnung kann auf besonders vorteilhafte Weise für
einen Gefahrmelder verwendet werden, welcher zum Erkennen von Rauch eingerichtet ist
und demzufolge als Rauchmelder bezeichnet werden kann. Der Rauchmelder kann beispielsweise
nach dem bekannten optischen Streulichtprinzip arbeiten. Dabei wird davon ausgegangen,
dass im Falle einer Gefahr beispielseise durch eine unerwünschte Rauchentwicklung
und/oder durch die Entstehung eines Brandes Rauchpartikel in das Streuvolumen des
Gefahrmelders gelangen. Die von der Strahlungsquelle oder von den Strahlungsquellen
ausgesandte Strahlung wird dann von diesen Partikeln zurückgestreut. Ein Teil dieses
Lichts fällt auf einen Strahlungsempfänger des Gefahrmelders und löst Alarm aus.
[0046] 11#Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Rauchmelder zum Erkennen von
Rauch beschrieben. Der Rauchmelder weist auf (a) eine Schaltungsanordnung des oben
beschriebenen Typs zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung und (b) zumindest
einen Strahlungsdetektor zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, welche im
Falle einer zumindest teilweisen Streuung der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung
an dem Rauch erzeugt wird.
[0047] Dem beschriebenen Gefahrmelder liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene
Schaltungsanordnung insbesondere wegen ihrer hohen Energieeffizienz auf vorteilhafte
Weise für einen Gefahrmelder verwendet werden kann. Ferner können die Strahlungen
beiden Strahlungsquellen, welche zur Erreichung der hohen Energieeffizienz in geeigneter
Weise in der Schaltungsanordnung angeordnet und abwechselnd aktiviert werden, auf
vorteilhafte Weise verwendet werden, um mit den beiden Strahlungsquellen räumlich
unterschiedliche optische Pfade zu aktivieren und/oder um unterschiedliche Spektralverteilungen
der ersten Strahlung im Vergleich zu der zweiten Strahlung zu realisieren. Dabei kann
es von großem Vorteil sein, dass aufgrund des Gesetzes der Erhaltung der Ladungsmengen
in einem stationären Betrieb der Schaltungsanordnung die beiden Ströme, die durch
die erste Strahlungsquelle und durch die zweite Strahlungsquelle fließen, stets gleich
sind. Falls die beiden Strahlungsquellen eine gleich starke Strahlungsausbeute aufweisen,
dann ist auf diese Weise automatisch gewährleistet, dass erste Strahlung und die zweite
Strahlung zumindest im Mittel eine gleiche Strahlungsintensität aufweisen.
[0048] 12#Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rauchmelder zusätzlich
einen Temperatursensor und eine Auswerteeinheit auf, welche zumindest mit dem Strahlungsdetektor
und dem Temperatursensor direkt oder indirekt gekoppelt ist. Die Auswerteeinheit ist
derart eingerichtet, dass basierend auf einem von dem Strahlungsdetektor erzeugten
ersten Messsignal und einem von dem Temperatursensor erzeugten zweiten Signal eine
Alarmmeldung initiierbar ist.
[0049] Ein derartiger Rauchmelder kann beispielsweise ein sog. Multikriterien-Feuermelder
sein, bei dem eine Alarmmeldung nicht nur auf einer Detektion von Rauch sondern auch
auf der Erfassung einer Temperaturänderung und insbesondere eines Temperaturanstiegs
beruht. Aufgrund der hohen Effizienz der verwendeten Schaltungsanordnung in Bezug
auf die Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie und der damit verbundenen
lediglich sehr geringen Wärmeentwicklung kann die Temperaturmessung mit hoher Genauigkeit
weitgehend ungestört von dem Betrieb der Schaltungsanordnung durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann eine besonders empfindliche Temperaturmessung und in Kombination
mit der Rauchdetektion, welche beispielsweise durch eine Streulichtmessung durchgeführt
wird, eine zum einen empfindliche und zum anderen mit einer geringen Fehlalarmrate
behafteten Branddetektion gewährleistet werden.
[0050] 13#Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System beschrieben, welches
aufweist (a) eine Zentrale mit einer Spannungsquelle, (b) eine mit der Spannungsquelle
gekoppelte Versorgungsleitung und (c) zumindest eine Schaltungsanordnung des oben
beschriebenen Typs, welche an die Versorgungsleitung angeschlossen ist.
[0051] Dem beschriebenen System, welches beispielsweise ein Gebäudemanagementsystem sein
kann, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene Schaltungsanordnung
zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung auch dann eine hohe Effizienz bezüglich
der Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie aufweist, wenn der Unterschied
zwischen der Versorgungsspannung der Spannungsquelle und der Spannung, die zum Betrieb
der ersten und/oder der zweiten Strahlungsquelle benötigt wird, besonders groß ist.
Dieser Spannungsunterschied kann insbesondere bei einer langen Versorgungsleitung,
an welche mehrere Schaltungsanordnungen oder auch andere elektrische Verbraucher angeschlossen
sind, für ein und dieselbe Schaltungsanordnung an unterschiedlichen Stellen der Versorgungsleitung
verschieden sein.
[0052] Typischerweise ist der jeweilige Spannungsabfall abhängig von einem Gesamtstrombedarf,
der von der Anzahl der angeschlossenen elektrischen Lasten bestimmt wird. Die Lasten
können dabei Schaltungsanordnungen des oben beschriebenen Typs oder auch andere elektrischer
Verbraucher sein. Der Spannungsabfall hängt ferner von dem Leitungswiderstand der
Versorgungsleitung ab, der wiederum von dem spezifischen elektrischen Widerstand des
Leitungsmaterials und dem Leitungsquerschnitt bestimmt wird.
[0053] Durch eine geeignete Dimensionierung der elektronischen Komponenten der Schaltungsanordnung
und/oder durch eine geeignete Taktung kann der effektive Spannungsabfall in jeder
Schaltungsanordnung eingestellt werden, so dass eine besonders effektive Umwandlung
von elektrischer Energie in elektromagnetische Strahlung gewährleistet ist.
[0054] Das oben genannte Gebäudemanagementsystem kann insbesondere ein Gefahrmeldesystem
sein, welches zum Erkennen einer Gefahrensituation beispielsweise innerhalb eines
überwachten Gebäudes verwendbar ist. Die Verwendung der oben im Detail beschriebenen
Schaltungsanordnung für einzelne Peripheriegeräte des Gefahrmeldesystems bietet insbesondere
dann große Vorteile, wenn es sich bei dem Gefahrmeldesystem um ein Raucherkennungssystem
handelt. Hinsichtlich der Vorteile, welche die Verwendung der Schaltungsanordnung
zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung im Zusammenhang mit einem Rauchmelder
bietet, wird auf die oben genannten Vorteile des Rauchmelders verwiesen, welcher optional
einen Temperatursensor aufweisen kann.
[0055] 14#Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Aussenden von
elektromagnetischer Strahlung beschrieben. Das Verfahren ist insbesondere unter Verwendung
einer Schaltungsanordnung des oben beschriebenen Typs durchführbar. Das Verfahren
weist auf (a) während einer ersten Betriebsphase, Aussenden einer ersten Strahlung
mittels einer ersten Strahlungsquelle und gleichzeitiges Aufladen eines Energiespeichers,
und (b) während einer zweiten Betriebsphase, Aussenden einer zweiten Strahlung mittels
einer zweiten Strahlungsquelle unter Verwendung einer in der ersten Betriebsphase
zuvor in dem Energiespeicher gespeicherten Energie.
[0056] Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der während der ersten
Betriebsphase durch die erste Strahlungsquelle fließende Strom nicht nur zum Betrieb
der ersten Strahlungsquelle genutzt werden kann. Vielmehr kann eine mit diesem Stromfluss
einhergehende Energie in dem Energiespeicher zwischengespeichert und während der zweiten
Betriebsphase zum Betreiben der zweiten Strahlungsquelle genutzt werden. Durch diese
doppelte Nutzung können die Strahlungsquellen ohne die Verwendung von entweder sehr
teuren oder sehr energieineffizienten Spannungswandlern auch an einer Spannungsversorgung
betrieben werden, welche im Vergleich zu den von den Strahlungsquellen eigentlich
benötigten Spannungspegeln eine erhöhte Versorgungsspannung bereit stellt. Die Umwandlung
von elektrischer Energie in elektromagnetische Strahlung kann damit mit einer besonders
hohen Effizienz realisiert werden.
[0057] 15#Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist (a) zwischen der ersten
Betriebsphase und der zweiten Betriebsphase eine erste Ruhephase vorgesehen, während
der die beiden Strahlungsquellen deaktiviert sind, und/oder (b) zwischen der zweiten
Betriebsphase und der ersten Betriebsphase ist eine zweite Ruhephase vorgesehen, während
der die beiden Strahlungsquellen deaktiviert sind.
[0058] Die Verwendung von zumindest einer Ruhepause innerhalb eines Betriebszyklus der oben
beschriebenen Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass die beiden Strahlungsquellen
in der jeweiligen Betriebsphase mit einem Stromfluss beaufschlagt werden können, dessen
Stromstärke größer ist als eine Stromstärke, welche die betreffende Strahlungsquelle
in einem Dauerbetrieb aushalten würde. Auf diese Weise kann zum einen eine besonders
intensive Strahlung erzeugt und zum anderen eine thermische Beschädigung der Strahlungsquelle(n)
verhindert werden.
[0059] Ein weiterer Vorteil bezüglich der Verwendung von Ruhepausen kann darin bestehen,
dass die Verstärkung von Signalen, welche die beiden Strahlungsquellen mit Strom beaufschlagen,
erheblich vereinfacht wird. Insbesondere für den Fall, dass die Zeitdauern der beiden
Betriebsphasen jeweils zumindest ungefähr gleich lang sind und unter Berücksichtigung
einer Ladungserhaltung, wonach im eingeschwungenen Zustand die Stromstärke in der
ersten Betriebsphase gleich groß sein muss wie die Stromstärke in der zweiten Betriebsphase,
kann eine Verstärkerschaltung für die beiden Strahlungsquellen auf vorteilhafte Weise
nämlich lediglich einen Wechselstrom ohne einen Gleichstromanteil verstärken.
[0060] Unter dem Begriff "deaktiviert" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die
betreffende Strahlungsquelle keine elektromagnetische Strahlung aussendet.
[0061] Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche
Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen
der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung
mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser
Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich
zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören,
auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen
Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
[0062] 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 1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung
mit zwei Schaltelementen und einem als Kondensator ausgebildeten Energiespeicher.
Figur 2 zeigt die wesentlichen optoelektronischen Elemente eines Gefahrenmelders,
welcher auf dem Prinzip einer Lichtschranke beruht.
Figur 3 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise eines Gefahrmelders mit den
in Figur 2 dargestellten optoelektronischen Elementen.
Figur 4 zeigt die wesentlichen optoelektronischen Elemente eines Gefahrenmelders mit
zwei getrennten optischen Pfaden.
Figur 5 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise eines Gefahrmelders mit den
in Figur 4 dargestellten optoelektronischen Elementen.
Figur 6 zeigt die wesentlichen optoelektronischen Elemente eines Gefahrenmelders mit
zwei optischen Pfaden, die teilweise voneinander getrennt sind und teilweise zusammen
verlaufen.
Figur 7 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise eines Gefahrmelders mit den
in Figur 6 dargestellten optoelektronischen Elementen.
[0063] An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung in den verschiedenen
Figuren gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit denselben Bezugszeichen
versehen sind.
[0064] Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung
darstellen. Insbesondere 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.
[0065] Figur 1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung
mit zwei Schaltelementen 2 und 11 und einem als Kondensator ausgebildeten Energiespeicher
3.
[0066] Ein erstes Schaltelement 2, welches nachfolgend auch einfach als erster Schalter
bezeichnet wird, ist an den ersten Anschluss einer Spannungsquelle 1 und an den ersten
Anschluss eines Energiespeichers 3 angeschlossen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
führt der zweite Anschluss des Energiespeichers 3 über ein Strombegrenzungselement
4 an eine erste Strahlungsquelle 5, welche nachfolgend auch als optischer Sender 5
bezeichnet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung des Strombegrenzungselements
4, welches gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein einfacher ohmscher
Widerstand ist, optional ist und dass der Energiespeicher 3 auch direkt an den ersten
Anschluss des ersten optischen Senders 5 angeschlossen werden kann. Der zweite Anschluss
des optischen Senders 5 ist mit einem Bezugspotential 6 verbunden, an das auch der
zweite Anschluss der Spannungsquelle 1 angeschlossen ist. Wenn der erste Schalter
2 geschlossen ist, dann ist auch der elektrische Stromkreis über den ersten optischen
Sender 5 geschlossen.
[0067] Ein zweites Schaltelement 11 bzw. ein zweiter Schalter 11 ist mit seinem ersten Anschluss
an den ersten Anschluss des Energiespeichers 3 und mit seinem zweiten Anschluss mit
dem Bezugspotential 6 verbunden. Der erste Anschluss eines zweiten optischen Senders
13 ist an das Bezugspotential 6 angeschlossen. Der zweite Anschluss ist optional über
ein Strombegrenzungselement 12 an den zweiten Anschluss des Energiespeichers 3 angeschlossen.
Der Stromkreis über den zweiten optischen Sender 5 ist dann geschlossen, wenn der
zweite Schalter 11 geschlossen ist.
[0068] Die optischen Sender 5 und 13 sind in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
so beschaffen, dass der Strom jeweils nur in einer Richtung fließen kann. Genauer
gesagt ist der erste Sender 5 so angeschlossen, dass in ihm ein Strom nur dann fließen
kann, wenn der erste Schalter 2 geschlossen ist. Der zweite Sender 13 ist so angeschlossen,
dass in ihm ein Strom nur dann fließen kann, wenn der zweite Schalter 11 geschlossen
ist.
[0069] In einer ersten Betriebsphase ist der Schalter 2 geschlossen und der Schalter 11
ist offen, so dass in der oben beschriebenen Weise Strom aus der Spannungsquelle 1
durch den ersten optischen Sender 5 fließt. In dieser ersten Betriebsphase wird der
Energiespeicher 3 geladen. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich unmittelbar nach
einem Schließen des Schalters 2 die Spannung über dem als Kondensator ausgebildeten
Energiespeicher 3 so schnell ändert, dass der Wechselstromimpedanz des Kondensators
3 zumindest zu Beginn der ersten Betriebsphase vernachlässigt werden kann.
[0070] In einer zweiten Betriebsphase ist der Schalter 2 offen und der Schalter 11 geschlossen,
so dass in der oben beschriebenen Weise Strom aus dem elektrischen Energiespeicher
3 durch den zweiten optischen Sender 13 fließt. In der Folge wird der elektrische
Energiespeicher 3 zumindest teilweise entladen.
[0071] Wenn das Strombegrenzungselement 4 so ausgelegt ist, dass im zeitlichen Mittel 100µA
durch den ersten Sender fließt, dann wird aus der Spannungsquelle 1 im Mittel ein
Strom von 100µA oder bei einer Betriebsspannung von 16V eine Leistung von 1600µW entnommen.
Wenn der erste optische Sender 5 eine Leuchtdiode mit einer Flussspannung von 1,6V
ist, dann wird die von ihr aufgenommene elektrische Leistung 160µW betragen. Wie bereits
oben angedeutet ist gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der elektrische
Energiespeicher ein Kondensator 3 und das Strombegrenzungselement ist ein Widerstand
4.
[0072] In der zweiten Betriebsphase wird der Energiespeicher 3 teilweise oder vollständig
entladen. Die Ladungsmenge, die in der ersten Phase durch den ersten Sender 5 geflossen
ist, fließt nun durch den zweiten Sender 13. Die beiden Ladungsmengen und damit der
im zeitlichen Mittel fließende Strom sind gemäß dem Prinzip der Erhaltung der Ladungen
gleich, und die Energie, die in den zweiten Sender gelangt, beträgt wiederum 160µW.
Die gesamte Leistungsaufnahme der beiden optischen Sender 5 und 13 beträgt somit 320µW.
Der elektrische Wirkungsgrad der gezeigten Schaltungsanordnung liegt unter den dargestellten
Umständen bei 20%.
[0073] Der Wirkungsgrad der gesamten Schaltung kann jedoch auf einfache Weise weiter verbessert
werden, indem der erste optische Sender 5 nicht aus einer einzigen sondern aus mehreren
in Serie geschalteten Leuchtdioden besteht. Diese Leuchtdioden können geometrisch
so angeordnet sein, dass das von ihnen ausgesandte Licht im Wesentlichen zusammenfällt.
Ich gleicher Weise kann der zweite optische Sender 13 aus mehreren Leuchtdioden zusammengesetzt
werden. Wenn beispielsweise die beiden optischen Sender 5 und 13 aus je zwei in Serie
geschalteten Leuchtdioden bestehen, dann beträgt die gesamte Flussspannung jeweils
3,2V. Wenn nun der mittlere Strom im ersten optischen Sender 5 wiederum auf 100µA
begrenzt wird, dann beträgt die im ersten Sender umgesetzte elektrische Leistung 320µW.
Der Spannungsabfall über dem zweiten Sender 13 beträgt dann ebenfalls 3,2V, und die
Leistung ist ebenfalls 320µW. Die gesamte in den Sendern umgesetzte Leistung beträgt
nun 640µW.
[0074] Da die aus der Leitung bzw. von der Spannungsquelle 1 mit einer Spannung von 16V
aufgenommene Leistung aber immer noch 1600µW beträgt, liegt der durch die Serienschaltung
jeweils zweier Leuchtdioden verbesserte Wirkungsgrad der gesamten Schaltungsanordnung
nun bei 40%. Dieser Wert ist ähnlich groß wie unter Verwendung eines oben in der Beschreibungseinleitung
beschriebenen Spannungswandler, der die Speisespannung auf 3,2V herabsetzt und der
aber nur mit großen Schwierigkeiten gebaut werden kann.
[0075] Es wird darauf hingewiesen, dass der Energiespeicher 3 auch mittels einer Induktivität
realisiert werden kann. Durch die Verwendung einer Induktivität wird die Schaltung
sogar noch einfacher, indem nämlich auch nach dem Öffnen des Schalters 2 auf Grund
der Selbstinduktivität und der sog. Lenz'schen Regel weiterhin ein Strom durch diese
Induktivität fließen wird und sich die entsprechende Spannung über der Induktivität
so einstellen wird, dass dieser Strom auch tatsächlich fließt. Falls jedoch nur der
erste Schalter 2 geöffnet wird und nicht gleichzeitig der zweite Schalter 11 geschlossen
wird, dann kann die Spannung über der Induktivität so stark ansteigen, dass entlang
irgend eines Strompfades trotzdem Strom fließt. Dadurch kann leicht eines der sich
an dem betreffenden Strompfad befindlichen Bauteile infolge der erhöhten Spannung
durchschlagen. Dies ist selbstverständlich nicht erwünscht und kann beispielsweise
dadurch verhindert werden, dass anstelle des Schalters 11 eine entsprechend gepolte
Diode verwendet wird oder indem die Tatsache ausgenützt wird, dass auch der optische
Sender 13 den gleichrichtenden Charakter einer Diode hat. Dabei muss jedoch die Schaltungsanordnung
so angepasst werden, dass nach dem Öffnen des Schalters 2 der Strom selbsttätig durch
den zweiten optischen Sender 13 fließen kann. Dabei müssen selbstverständlich die
Selbstinduktivität und der gemäß der Lenz'schen Regel durch die Selbstinduktivität
der Spule induzierte Strom und dessen Stromrichtung berücksichtigt werden. Dies kann
durch eine geeignete Umpolung des als Induktivität ausgebildeten Energiespeichers
3 erfolgen, welche beispielsweise unter Verwendung von geeigneten Schaltern realisiert
werden kann. Es muss auf alle Fälle sichergestellt werden, dass in der zweiten Betriebsphase
kein Strom durch die Diode fließt, welche anstelle des Schalters 11 in die in Figur
1 dargestellte Schaltungsanordnung eingebaut ist.
[0076] Figur 2 zeigt die wesentlichen optoelektronischen Elemente eines Gefahrenmelders,
welcher auf dem Prinzip einer Lichtschranke beruht. Der Gefahrenmelder weist einen
ersten optischen Sender 21 auf, welcher ein erstes Licht 22 aussenden kann. Der Melder
weist einen zweiten optischen Sender 23 auf, der ein zweites Licht 24 aussenden kann.
Die beiden optischen Sender 21 und 23 sind so angeordnet, dass das ausgesendete Licht
22 und 24 weitgehend zusammenfällt und somit ein Lichtstrom doppelter Intensität entsteht.
Dieser Lichtstrom wird von einem zu überwachenden Objekt 29 reflektiert oder gestreut
und erreicht als Messlicht 26 einen optischen Empfänger 25.
[0077] Figur 3 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise eines Gefahrmelders mit den
in Figur 2 dargestellten optoelektronischen Elementen.
[0078] Eine Kurve 31 entspricht dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes, welcher
durch den ersten optischen Sender 21 fließt. Dieser Strom 31, welcher direkt proportional
zu dem durch den ersten optischen Sender 21 ausgesendeten Licht ist, erreicht seine
maximale Stärke in einer ersten Betriebsphase 34. In der übrigen Zeit ist dieser Strom
31 sehr klein.
[0079] Eine Kurve 32 entspricht dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes, welcher
durch den zweiten optischen Sender 23 fließt. Dieser Strom 32, welcher direkt proportional
zu dem durch den zweiten optischen Sender 23 ausgesendeten Licht ist, erreicht seine
maximale Stärke in einer zweiten Betriebsphase 36. In der übrigen Zeit und insbesondere
in der ersten Betriebsphase 34 ist dieser Strom 32 sehr klein.
[0080] Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich zwischen den aktiven
Betriebsphasen 34 und 36 Ruhephasen 35 und 37.
[0081] Der Lichtstrom, der von den beiden optischen Sendern 21, 23 zusammen ausgesendet
wird, ist in den beiden aktiven Betriebsphasen 34, 36 ungefähr gleich groß. Er wird
aber häufig als Folge von statistischen Schwankungen und weiteren Zufälligkeiten nicht
immer genau gleich groß sein. In der Folge ist auch das zurückgestreute Licht, welches
von dem optischen Empfänger 25 erfasst wird, in den beiden aktiven Betriebsphasen
ähnlich aber in den meisten Fällen nicht genau gleich. Dieses Licht erzeugt in dem
optischen Empfänger, der in Figur 2 als 25 bezeichnet ist, einen Stromverlauf 33.
Dieser Stromverlauf 33 kann von einer geeigneten nicht dargestellten Schaltung verstärkt
und gegebenenfalls zum Auslösen einer Alarmmeldung verwendet werden.
[0082] Der elektrische Verstärker, welcher dem optischen Empfänger 25 nachgeschaltet ist,
kann dann besonders einfach aufgebaut werden, wenn er ein Rechtecksignal mit einem
Tastverhältnis von ungefähr 50% zu verstärken hat. Das ist dann der Fall wenn die
Längen der Phasen 34, 35, 36 und 37 ungefähr gleich sind. Die Frequenz des zu verstärkenden
Stromes ist das Zweifache der Wiederholfrequenz des Stromes in einem der beiden optischen
Sender.
[0083] Falls die vorstehend beschriebene Bedingung nicht eingehalten wird, dann kann es
schwieriger sein den in dem optischen Empfänger 25 erzeugten Strom zu verstärken.
Mit einem entsprechenden Aufwand wird es aber immer noch möglich sein. Insbesondere
kann die Verstärkung schwierig zu realisieren sein, wenn die Ruhephasen 35 und 37
entfallen, weil in diesem Fall im Wesentlichen ein Gleichstrom verstärkt werden muss.
[0084] Figur 4 zeigt die wesentlichen optoelektronischen Elemente eines Gefahrenmelders
mit zwei getrennten optischen Pfaden. Bei dem Gefahrmelder kann es kann sich beispielsweise
um einen Brandmelder mit einer Rauchkammer und einer Referenzkammer handeln. Die beiden
Kammern sind dabei typischerweise gleich aufgebaut und unterliegen den gleichen Umwelteinflüssen.
Die Rauchkammer ist aber gegen die Umgebung offen, so dass Rauch eindringen kann.
Die Referenzkammer ist dagegen geschlossen, so dass eine (Referenz)Messung ohne den
Einfluss von Rauch erfolgt.
[0085] Der Gefahrenmelder weist beispielsweise in der Rauchkammer einen ersten optischen
Sender 41 auf, der Licht 42 aussendet. Dieses Licht 42 wird als Folge von Rauch 49a
und ggf. von weiteren Einflüssen abgelenkt und gelangt als Messlicht 44 in den ersten
Empfänger 43. Der Gefahrenmelder enthält beispielsweise in der Referenzkammer einen
zweiten optischen Sender 45, der Licht 46 aussendet. Dieses Licht 46 wird ebenfalls
als Folge von verschiedenen Einflüssen wie beispielsweise einem Referenzstreuobjekt
49b, aber nicht als Folge von Rauch, abgelenkt und gelangt als Messlicht 48 in den
zweiten Empfänger 47.
[0086] Figur 5 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise eines Gefahrmelders mit den
in Figur 4 dargestellten optoelektronischen Elementen. Eine Kurve 51 entspricht dem
zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes durch den ersten optischen Sender 41 und
damit auch der Intensität des ausgesendeten ersten Lichts 42. Dieser Strom 51 erreicht
seine maximale Stärke in einer ersten Betriebsphase 55. In der übrigen Zeit ist dieser
Strom 51 sehr klein. Eine Kurve 52 entspricht dem zeitlichen Verlauf des Stromes in
dem ersten Empfänger 43 als Folge des empfangenen Messlichts 44. Dieser zeitliche
Verlauf 52 entspricht im Wesentlichen dem zeitlichen Verlauf des Stromes 51. Die Stärke
des gemessenen Stromes 52 ergibt sich auf Grund der optischen Verhältnisse in der
Rauchkammer.
[0087] Eine Kurve 53 entspricht dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes durch den
zweiten optischen Sender 45 und damit auch der Intensität des ausgesendeten zweiten
Lichts 46. Dieser Strom 53 erreicht seine maximale Stärke in einer zweiten Betriebsphase
57. In der übrigen Zeit und insbesondere in der ersten Betriebsphase 55 ist dieser
Strom 53 sehr klein. Zwischen den aktiven Betriebsphasen 55 und 57 können Ruhephasen
56 und 58 eingeschoben sein, in denen keiner der optischen Sender mit Strom beaufschlagt
wird.
[0088] Eine Kurve 54 entspricht dem zeitlichen Verlauf des Stromes im zweiten optischen
Empfänger 47. Der zeitliche Verlauf des Stromes 54 entspricht im Wesentlichen dem
zeitlichen Verlauf des Stromes 53 durch den zweiten optischen Sender 45. Die Stärke
des von dem zweiten optischen Empfänger erzeugten Stromes 54 ergibt sich auf Grund
der Verhältnisse insbesondere in der Referenzkammer.
[0089] Die empfangenen Signale entsprechend den Kurven 52 und 54 werden verstärkt und in
geeigneter Weise miteinander verknüpft. Beispielsweise kann mittels einer Auswerteeinheit
die Differenz oder der Quotient dieser beiden Signalverläufe 52 und 54 berechnet werden.
Falls das Ergebnis der Verknüpfung gewisse Grenzen erreicht, kann der Gefahrenmelder
einen Alarm auslösen.
[0090] Figur 6 zeigt die wesentlichen optoelektronischen Elemente eines Gefahrenmelders
mit zwei optischen Pfaden, die teilweise voneinander getrennt sind und teilweise zusammen
verlaufen. Bei dem Gefahrenmelder kann es sich beispielsweise um einen Rauchmelder
handeln, in dem der eingedrungene Rauch unter zwei verschiedenen Winkeln beleuchtet
wird.
[0091] Der Melder weist einen ersten optischen Sender 61 auf, der Licht 62 mit einer ersten
Spektralverteilung aussendet. Dieses Licht 62 wird als Folge von Rauch 69, aber auch
von weiteren Einflüssen abgelenkt. Ein Teil dieses Lichtes 62 gelangt als Teil eines
Messlichts 66 in einen optischen Empfänger 65. Der Melder enthält einen zweiten optischen
Sender 63, der ein zweites Licht 64 mit einer zweiten Spektralverteilung aussendet,
welche unterschiedlich zu der ersten Spektralverteilung sein kann. Dieses zweite Licht
64 wird ebenfalls unter anderem als Folge des Rauches 69 abgelenkt. Ein Teil dieses
Lichtes 64 gelangt ebenfalls als Teil des Messlichts 66 in den optischen Empfänger
65.
[0092] Figur 7 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise eines Gefahrmelders mit den
in Figur 6 dargestellten optoelektronischen Elementen.
[0093] Eine Kurve 71 entspricht dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes durch den
ersten optischen Sender 61. Dieser Strom 71 und damit auch die Intensität des ersten
Lichts 62 erreicht seine maximale Stärke in einer ersten Betriebsphase 74. In der
übrigen Zeit ist dieser Strom sehr klein. In entsprechender Weise entspricht eine
Kurve 72 dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes durch den zweiten optischen
Sender 63. Dieser Strom 72 und damit auch die Intensität des zweiten Lichts 64 erreicht
seine maximale Stärke in einer zweiten Betriebsphase 76. In der übrigen Zeit und insbesondere
in der ersten Betriebsphase 74 ist dieser Strom sehr klein. Zwischen den aktiven Betriebsphase
74 und 76 können sich optional noch die beiden Ruhephasen 75 und 77 befinden, in denen
keiner der beiden optischen Sender mit einem Strom beaufschlagt ist.
[0094] Eine Kurve 73 entspricht dem zeitlichen Verlauf des Stromes, der durch den Empfänger
65 erzeugt wird. Der zeitliche Verlauf dieses Stromes 73 entspricht im Wesentlichen
dem zeitlichen Verlauf der Ströme 71 und 72. Die Stärke des empfangenen Stromes kann
in den beiden aktiven Betriebsphasen 74 und 76 ggf. stark unterschiedlich sein.
[0095] Die empfangenen Signale entsprechend der Kurve 73 werden verstärkt und in geeigneter
und bekannter Weise weiter verarbeitet. Durch den Vergleich des Signals in den beiden
aktiven Betriebsphasen 74 und 76 sind beispielsweise Rückschlüsse auf die Art eines
detektierten Brandes möglich.
[0096] Bezugszeichenliste
- 1
- Spannungsquelle
- 2
- erstes Schaltelement / erster Schalter
- 3
- Energiespeicher / Kondensator
- 4
- Strombegrenzungselement / Widerstand
- 5
- erste Strahlungsquelle / erster optischer Sender
- 6
- Bezugspotential / Massepotential
- 11
- zweites Schaltelement / zweiter Schalter
- 12
- Strombegrenzungselement / Widerstand
- 13
- zweite Strahlungsquelle / zweiter optischer Sender
- 21
- erste Strahlungsquelle / erster optischer Sende
- 22
- erste Strahlung / erstes Licht
- 23
- zweite Strahlungsquelle / zweiter optischer Sender
- 24
- zweite Strahlung / zweites Licht
- 25
- Strahlungsempfänger / optischer Empfänger
- 26
- Messlicht
- 29
- Objekt
- 31
- Stromverlauf durch ersten optischen Sender
- 32
- Stromverlauf durch zweiten optischen Sender
- 33
- Stromverlauf in optischen Empfänger
- 34
- erste Betriebsphase
- 35
- erste Ruhephase
- 36
- zweite Betriebsphase
- 37
- zweite Ruhephase
- 41
- erster optischer Sender
- 42
- erstes Licht
- 43
- erster optischer Empfänger
- 44
- Messlicht
- 45
- zweiter optischer Sender
- 46
- zweites Licht
- 47
- zweiten optischen Empfänger
- 48
- Messlicht
- 49a
- Rauch
- 49b
- Referenzstreuobjekt
- 51
- Stromverlauf durch ersten optischen Sender
- 52
- Stromverlauf in erstem optischen Empfänger
- 53
- Stromverlauf durch zweiten optischen Sender
- 54
- Stromverlauf in zweitem optischen Empfänger
- 55
- erste Betriebsphase
- 56
- erste Ruhephase
- 57
- zweite Betriebsphase
- 58
- zweite Ruhephase
- 61
- erster optischer Sender
- 62
- erstes Licht
- 63
- zweiter optischer Sender
- 64
- zweites Licht
- 65
- optischer Empfänger
- 66
- Messlicht
- 69
- Rauch
- 71
- Stromverlauf durch ersten optischen Sender
- 72
- 73
- Stromverlauf durch zweiten optischen Sender
- 74
- erste Betriebsphase
- 75
- erste Ruhephase
- 76
- zweite Betriebsphase
- 77
- zweite Ruhephase
1. Schaltungsanordnung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung (22, 24), die
Schaltungsanordnung aufweisend
• eine erste Strahlungsquelle (5, 21), eingerichtet zum Aussenden einer ersten Strahlung
(22),
• eine zweite Strahlungsquelle (13, 23), eingerichtet zum Aussenden einer zweiten
Strahlung (24),
• einen Energiespeicher (3), welcher mit der ersten Strahlungsquelle (5, 21) und der
zweiten Strahlungsquelle (13, 23) gekoppelt ist, und
• eine Steuereinrichtung (2, 11), welche innerhalb der Schaltungsanordnung derart
angeordnet ist und welche derart eingerichtet ist, dass
- in einer ersten Betriebsphase (34) die erste Strahlungsquelle (5, 21) betreibbar
und gleichzeitig der Energiespeicher (3) aufladbar ist und
- in einer zweiten Betriebsphase (36) die zweite Strahlungsquelle (13, 23) unter Verwendung
der in der ersten Betriebsphase zuvor in dem Energiespeicher (3) gespeicherten Energie
betreibbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung ein
erstes Schaltelement (2) aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei
zumindest eine der beiden Strahlungsquellen ein elektrooptischer Wandler und insbesondere
ein optoelektronisches Bauelement (5, 21, 13, 23) ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei
die erste Strahlung (22) eine erste Spektralverteilung aufweist und
die zweite Strahlung (24) eine zweite Spektralverteilung aufweist, welche unterschiedlich
zu der ersten Spektralverteilung ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend
• ein erstes Strombegrenzungselement (4), welches in Serie mit der ersten Strahlungsquelle
(5, 21) geschaltet ist und/oder
• ein zweites Strombegrenzungselement (12), welches in Serie mit der zweiten Strahlungsquelle
(13, 23) geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei
der Energiespeicher einen Kondensator (3) aufweist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei
die Steuereinrichtung ein zweites Schaltelement (11) aufweist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei
der Energiespeicher eine Induktivität aufweist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die erste Strahlungsquelle (5, 21) und/oder die zweite Strahlungsquelle (13,
23) zumindest zwei Sendelemente aufweist.
10. Gefahrmelder zum Erkennen einer Gefahrensituation, der Gefahrenmelder aufweisend
• eine Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
11. Rauchmelder zum Erkennen von Rauch, der Rauchmelder aufweisend
• eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Aussenden von elektromagnetischer
Strahlung (22, 24) und
• zumindest einen Strahlungsdetektor (25) zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung
(26), welche im Falle einer zumindest teilweisen Streuung der ausgesendeten elektromagnetischen
Strahlung (22, 24) an dem Rauch (29) erzeugt wird.
12. Rauchmelder nach Anspruch 11, zusätzlich aufweisend
• einen Temperatursensor und
• eine Auswerteeinheit, welche zumindest mit dem Strahlungsdetektor und dem Temperatursensor
direkt oder indirekt gekoppelt ist,
wobei die Auswerteeinheit derart eingerichtet ist, dass basierend auf einem von dem
Strahlungsdetektor erzeugten ersten Messsignal und einem von dem Temperatursensor
erzeugten zweiten Signal eine Alarmmeldung initiierbar ist.
13. System aufweisend
• eine Zentrale mit einer Spannungsquelle,
• eine mit der Spannungsquelle gekoppelte Versorgungsleitung und
• zumindest eine Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche
an die Versorgungsleitung angeschlossen ist.
14. Verfahren zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung (22, 24), insbesondere unter
Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das Verfahren
aufweisend
• während einer ersten Betriebsphase (34), Aussenden einer ersten Strahlung (22) mittels
einer ersten Strahlungsquelle (5, 21) und gleichzeitiges Aufladen eines Energiespeichers
(3), und
• während einer zweiten Betriebsphase (36), Aussenden einer zweiten Strahlung (24)
mittels einer zweiten Strahlungsquelle (13, 23) unter Verwendung einer in der ersten
Betriebsphase (34) zuvor in dem Energiespeicher (3) gespeicherten Energie.
15. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei
- zwischen der ersten Betriebsphase (34) und der zweiten Betriebsphase (36) eine erste
Ruhephase (35) vorgesehen ist, während der die beiden Strahlungsquellen (5, 21, 13,
23) deaktiviert sind, und/oder
- zwischen der zweiten Betriebsphase (36) und der ersten Betriebsphase (34) eine zweite
Ruhephase (37) vorgesehen ist, während der die beiden Strahlungsquellen (5, 21, 13,
23) deaktiviert sind.