Optischer Rauchmelder

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Rauchmelder nach dem Rückstreuprinzip gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Optische Rauchmelder werden vorzugsweise als automatische Brandmelder zur Früherkennung von Bränden eingesetzt. Aufgrund ihrer Frühwarneigenschaft haben sie unter den vielen gängigen Typen von automatischen Brandmeldern eine herausragende Bedeutung, da sie am besten in der Lage sind, Brände in ihrer Entstehungsphase zu erkennen. Dadurch können Brandbekämpfungsmaßnahmen frühzeitig und wirkungsvoll eingeleitet werden.

[0003] Bei optischen Rauchmeldern werden die optischen Eigenschaften von Partikeln und Aerosolen zur Erkennung der Brandkenngröße Rauch herangezogen. Rauchmelder, die das Prinzip der Lichtstreuung an den in einer Meßkammer befindlichen Partikeln und Aerosolen ausnutzen, werden als Streulichtrauchmelder bezeichnet. Bei Streulichtrauchmeldern dient der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung eines Lichtsenders und der optischen Achse eines Lichtempfängers zur Typenunterscheidung. Ist der Winkel kleiner als 90°, so handelt es sich um einen vorwärtsstreuenden optischen Rauchmelder. Bei einem Winkel, der größer als 90° ist, handelt es sich um einen rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder. Das Prinzip der Rückwärtsstreuung ergibt gegenüber dem Prinzip der Vorwärtsstreuung ein kleineres, aber bezüglich der Art und Größe der Rauchteilchen gleichmäßigeres Streulicht. Diese Eigenschaft macht den rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder praxisgeeigneter.

[0004] Eine Betauung in der Meßkammer des optischen Rauchmelders löst sowohl bei einem vorwärtsstreuenden als auch bei einem rückwärtsstreuenden optischen Rauchmelder wegen einer Störlichterhöhung einen Fehlalarm aus.

[0005] Um der Gefahr einer Falschalarmierung aus dem Wege zu gehen, hat man an Einsatzorten, an denen es gelegentlich zur Betauung des optischen Rauchmelders kommen kann (zum Beispiel Produktionshallen, Werkstätten, Tiefgaragen), Wärmemelder eingesetzt oder die optischen Rauchmelder mit einer elektrischen Melderheizung ausgestattet. Wärmemelder haben den Nachteil, daß sie nicht die Frühwarneigenschaften des optischen Rauchmelders besitzen. Nachteilig bei der Melderheizung sind neben den Zusatzkosten die Installation einer gesonderten Energieleitung und der nicht systemkonforme Energieverbrauch.

[0006] In EP 0 418 410 ist beschrieben, wie mit einem in der optischen Meßkammer eines optischen Rauchmelders angebrachten Feuchtesensor die relative Luftfeuchtigkeit gemessen und damit der Streulichtmeßwert nach einer Rechenvorschrift so kompensiert wird, daß bei Betauung kein Fehlalarm ausgelöst wird.

[0007] Aus DE 43 07 585 ist ein optischer Rauchmelder bekannt, bei dem mit Hilfe einer optischen Meßmethode die Oberfläche der Empfangsoptik des Rauchmelders auf Betauung und Verschmutzung untersucht wird. Die dabei gewonnenen Meßwerte kompensieren den Streulichtmeßwert so, daß bei Betauung und/oder Verschmutzung der optische Rauchmelder keinen Fehlalarm auslöst.

[0008] Aus WO 84/01650 ist ein optischer Rauchmelder bekannt, der sowohl nach dem Vorwärtsstreu- als auch nach dem Rückwärtsstreuprinzip arbeitet, indem zwei Lichtsender und ein Lichtempfänger so angeordnet sind, daß beide Prinzipien ausgenutzt werden können.

[0009] Nachteilig bei allen drei bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es, daß zum einen ein zusätzlicher apparativer Aufwand durch den Einbau einer zweiten Lichtquelle bzw. eines zusätzlichen Feuchtesensors nötig ist, und andererseits ein aufwendiges Kompensationsverfahren nach der Messung zur Ermittlung der Kenngrößen durchgeführt werden muß.

[0010] Aus DE-A1-32 33 368 (=EP-A1-1055199) ist ein Strahlungsrauchmelder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem einem Meßraum die Strahlung einer Strahlungsquelle über einen Lichtleiter zugeführt wird und das zu messende Signal über einen anderen Lichtleiter zu einem Strahlungsempfänger geleitet wird, wobei im Strahlengang der beiden Lichtleiter fokussierende Elemente und Blenden vorhanden sind. Als Lichtsumpf dienende weitere Blenden liegen außerhalb des Strahlungskegels und führen daher nicht zu einer Erhöhung der Streustrahlung im optimalen Fall. Nachteilig ist die Empfindlichkeit auf Verschmutzungen der Linsen, da durch die dann geänderten optischen Verhältnisse die weiteren Blenden im Strahlungskegel liegen und daher unerwünschterweise zur Streustrahlung beitragen. Dieses Problem ist dort nicht erkannt.

[0011] Aus der EP-A2-0213878 ist ferner ein Strahlungsrauchmelder bekannt, in dessen Meßraum ein Labyrinth mit speziell gestalteten Abschirmelementen angeordnet ist. Im Sender-Strahlengang ist dort eine Blende angeordnet, außerdem besitzt der Empfänger eine Linse mit einer vorgeschalteten Blende. Das Problem einer Veränderung der Streustrahlung durch Kanten im Meßraum und durch Niederschlag von Feuchtigkeit oder Schmutz auf Oberflächen im Sender bzw. im Empfänger ist dort nicht angesprochen.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Rauchmelder mit dem guten Ansprechverhalten eines nach dem Rückstreuprinzip arbeitenden Rauchmelders zu entwickeln, der bei möglichst kleiner Bauform eine verbesserte Störfestigkeit der Optik, vor allem gegenüber Verschmutzung und Betauung, aufweist, ohne eine Kompensationsmethode zu verwenden.

[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optischen Rauchmelder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0014] Dabei werden die zum Lichtsender und zum Lichtempfänger gehörigen Strahlengänge durch vor den Lichtsender und den Lichtempfänger angeordnete Blenden so eingeschränkt, daß sich die Strahlengänge nur in einem Bereich der Meßkammer überschneiden, in dem keine Kanten oder Flächen vorhanden sind, auf denen sich Feuchtigkeit oder Verschmutzungen niederschlagen können. Auch bei Verschmutzung der Linsen wird dieser Zustand aufrechterhalten. Dadurch ist sichergestellt, daß an in der Meßkammer beispielsweise am Rand niedergeschlagenen Feuchtigkeitstropfen oder Verschmutzungen gestreutes Licht mindestens eine weitere Reflexion an einer zusätzlichen Fläche der Meßkammer erfahren muß, um in den Lichtempfänger zu gelangen. Durch diese zusätzliche Reflexion wird das daraus resultierende Störsignal so geschwächt, daß es in der Auswertung vom Nutzsignal durch Streuung an einem sich im Überlappungsbereich der Strahlengänge aufhaltenden Rauchpartikel unterschieden werden kann und so kein Alarm ausgelöst wird.

[0015] In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die optische Meßkammer von einem Labyrinth umgeben, das aus Streukörpern mit L-förmigem Querschnitt so angeordnet ist, daß auf das Labyrinth treffende Lichtstrahlen in diesem Labyrinth reflektiert und nur stark geschwächt in die Meßkammer zurückreflektiert werden.

[0016] Durch die erreichte Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit oder Verschmutzung sind keine Vorrichtungen für zusätzliche Kompensationsmechanismen notwendig. Dadurch läßt sich die Bauform des optischen Rauchmelders sehr klein und preiswert realisieren, da auf die Anbringung eines Feuchtigkeitssensors oder einer zweiten Lichtquelle verzichtet wird.

[0017] Anhand der einzigen Figur wird die Erfindung näher erläutert.

[0018] Dabei zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt des optischen Rauchmelders in Draufsicht.

[0019] In einer Meßkammer 1 sind ein Lichtsender 2, beispielsweise eine infrarotemittierende Leuchtdiode, und ein Lichtempfänger 3, beispielsweise ein infrarotempfindlicher Fotodetektor, so am Rand der Meßkammer 1 angebracht, daß sich ihre optischen Achsen in einem Rückstreuwinkel 4 schneiden, der größer als 90° ist. In Strahlrichtung vor dem Lichtempfänger 3 sind Blenden 5 angeordnet, um einen dem Lichtempfänger 3 zugeordneten Empfängerstrahlengang 6 einzuschränken. Ebenso sind vor dem Lichtsender 2 Blenden 7 angeordnet, um einen dem Lichtsender 2 zugeordneten Senderstrahlengang 8 einzuschränken. In den Empfängerstrahlengang 6 ist zusätzlich eine Sammellinse 9 in einer Halterung 10 angebracht, wobei die Halterung 10 zusammen mit den Blenden 5 des Lichtempfängers 3 aus einem Stück, beispielsweise aus Kunststoff, angefertigt wird. Dadurch ist eine automatische Justierung des Empfängerstrahlengangs 6 sichergestellt. Der Senderstrahlengang 8 und der Empfängerstrahlengang 6 überschneiden sich sowohl im unverschmutzten als auch im verschmutzten Fall nur in einem Überlappungsbereich 11 im Inneren der Meßkammer 1, in dem keine zusätzlichen Kanten und Flächen anzutreffen sind, an denen sich Verschmutzungen oder Feuchtigkeit niederschlagen können. Ein Rauchpartikelchen 12 in diesem Überlappungsbereich 11 erzeugt durch das an ihm rückgestreute und im Lichtempfänger 3 detektierte Licht ein Nutzsignal. Verschmutzungen oder Feuchtigkeit können sich nur so in der Meßkammer 1 niederschlagen, daß daran rückgestreutes Licht mindestens eine weitere Reflexion an einer Fläche der Meßkammer 1 erfahren muß, bei der dieses Licht geschwächt wird, um im Lichtempfänger 3 detektiert zu werden. Das dadurch erzeugte Störsignal ist gegenüber dem Nutzsignal aufgrund der zusätzlichen Reflexion geschwächt, so daß durch die erfindungsgemäße Anordnung bereits ein großer Nutz-/Störsignalabstand sichergestellt ist.

[0020] Um störende Reflexionen weiter zu verringern, sind kreisförmig um die Meßkammer herum Streukörper 13 mit L-förmigem Querschnitt derart in einem Labyrinth 14 angeordnet, daß auf die Streukörper 13 einfallendes Licht in dem Labyrinth 14 hin- und herreflektiert wird, und nur ein kleiner Teil des Lichtes wieder zurück in die Meßkammer 1 gestreut wird.

[0021] Der Lichtsender 2 und der Lichtempfänger 3 sind an eine Steuereinheit 15 angeschlossen, die sowohl den Lichtsender 2 ansteuert als auch die Daten des Lichtempfängers 3 ausliest, auswertet und gegebenenfalls eine Alarmmeldung an eine nicht dargestellte Zentrale übermittelt.

[0022] Die Meßkammer 1 ist mit Öffnungen zum Außenraum in Form eines an sich bekannten Rauchleitsterns 16 ausgestattet, die dafür sorgen, daß der optische Rauchmelder für Rauch aus allen Richtungen gleichmäßig empfindlich ist.

[0023] Durch diese Ausführung ist ein optischer Rauchmelder mit gutem Ansprechverhalten nach dem Rückstreuprinzip realisiert worden, der unempfindlich gegen Niederschlag aus Verschmutzung oder Feuchtigkeit ausgelegt ist.

Ansprüche

1. Optischer Rauchmelder nach dem Rückstreuprinzip mit einer Meßkammer (1), einem Lichtsender (2) mit zugehörigem Senderstrahlengang (8) und einem Lichtempfänger (3) mit zugehörigem Empfängerstrahlengang (6), wobei der Lichtsender (2) und der Lichtempfänger (3) so angeordnet sind, daß die optischen Achsen des Senderstrahlengangs (8) und des Empfängerstrahlengangs (6) sich in der Meßkammer (1) in einem Rückstreuwinkel (4) größer als 90° schneiden,
wobei im Senderstrahlengang (8) mindestens eine Blende (7) und im Empfängerstrahlengang (6) mindestens eine weitere Blende (5) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Senderstrahlengang (8) und der Empfängerstrahlengang (6) einschließlich ihrer durch Niederschlag von Schmutz oder Feuchtigkeit bedingten Streulichtbereiche durch die Blenden (7,5) derart begrenzt sind, daß in dem durch die Überschneidung der Strahlengänge (8,6) in der Meßkammer (1) gebildeten Überlappungsbereich (11) keine Kanten oder Flächen vorhanden sind, an denen sich Feuchtigkeit oder Verschmutzungen niederschlagen könnten.

2. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Sammellinse (9) im Empfängerstrahlengang (6) zwischen dem Lichtempfänger (3) und der mindestens einen dem Empfängerstrahlengang (6) zugeordneten weiteren Blende (5) angebracht ist.

3. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Haltevorrichtung (10) für die Sammellinse (9) zusammen mit der mindestens einen dem Empfängerstrahlengang (6) zugeordneten weiteren Blende (5) aus einem Teil angefertigt sind.

4. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 1,2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Streukörper (13) mit L-förmigen Querschnitt kreisförmig um die Meßkammer (1) herum in einem Labyrinth (14) so angeordnet sind, daß auf die Streukörper (13) einfallendes Licht im Labyrinth (14) so gestreut wird, daß nur ein kleiner Teil in die Meßkammer (1) zurückgestreut wird.

5. Optischer Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (2) eine infrarot emittierende Leuchtdiode und der Lichtempfänger (3) eine infrarotempfindliche Fotodiode ist.

6. Optischer Rauchmelder nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens eine dem Senderstrahlengang (8) zugeordnete Blende (7), die mindestens eine dem Empfängerstrahlengang (6) zugeordnete weitere Blende (5) sowie die Streukörper (13) im Labyrinth (14) aus Kunststoff gebildet sind.

Claims

1. Optical smoke detector using the backscatter principle, having a measuring chamber (1), an optotransmitter (2) with an associated transmitter beam path (8), and an optoreceiver (3) with an associated receiver beam path (6), the optotransmitter (2) and the optoreceiver (3) being arranged such that the optical axes of the transmitter beam path (8) and of the receiver beam path (6) intersect in the measuring chamber (1) at a backscattering angle (4) of greater than 90°, at least one diaphragm (7) being arranged in the transmitter beam path (8), and at least one further diaphragm(s) being arranged in the receiver beam path (6), characterized in that the transmitter beam path (8) and the receiver beam path (6), including their scattered light ranges owing to the deposition of dirt or moisture, are limited by the diaphragms (7, 5) in such a way that no edges or surfaces at which moisture or contaminants could be deposited are present in the overlap region (11) formed by the intersection of the beam paths (8, 6) in the measuring chamber (1).

2. Optical smoke detector according to Claim 1, characterized in that a positive lens (9) is fitted in the receiver beam path (6) between the optoreceiver (3) and the at least one further diaphragm (5) assigned to the receiver beam path (6).

3. Optical smoke detector according to Claim 2, characterized in that a holding device (10) for the positive lens (9) together with the at least one further diaphragm (5) assigned to the receiver beam path (6) are made from one piece.

4. Optical smoke detector according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that diffusers (13) of L-shaped cross section are arranged circularly around the measuring chamber (1) in a labyrinth (14) such that light incident on the diffusers (13) in the labyrinth (14) is scattered such that only a small portion is backscattered into the measuring chamber (1).

5. Optical smoke detector according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the light source (2) is a light-emitting diode emitting in the infrared, and the optoreceiver (3) is an infrared-sensitive photodiode.

6. Optical smoke detector according to Claim 4 or 5, characterized in that the at least one diaphragm (7) assigned to the transmitter beam path (8), the at least one further diaphragm (5) assigned to the receiver beam path (6) and the diffusers (13) in the labyrinth (14) are formed from plastic.

Revendications

1. Détecteur optique de fumée fonctionnant sur le principe de la rétrodiffusion, comprenant une chambre de mesure (1), un émetteur de lumière (2) avec une trajectoire de rayons de l'émetteur (8) associée et un récepteur de lumière (3) avec une trajectoire de rayons du récepteur (6) associée, l'émetteur de lumière (2) et le récepteur de lumière (3) étant placés de manière à ce que les axes optiques de la trajectoire de rayons de l'émetteur (8) et de la trajectoire de rayons du récepteur (6) se coupent dans la chambre de mesure (1) en un angle de rétrodiffusion (4) supérieur à 90°,
au moins un obturateur (7) étant placé dans la trajectoire de rayons de l'émetteur (8) et au moins un autre obturateur (5) étant placé dans la trajectoire de rayons du récepteur (6),
caractérisé en ce que
la trajectoire de rayons de l'émetteur (8) et la trajectoire de rayons du récepteur (6) y compris leurs plages de lumière diffuse dues à la précipitation de particules de crasse ou à la condensation d'humidité sont limitées par les obturateurs (7, 5) de manière que, dans la plage de recouvrement (11) formée dans la chambre de mesure (1) par le recoupement des trajectoires de rayons (8, 6), ne se trouve aucune arête ni surface sur lesquelles l'humidité pourrait se condenser ou les particules de crasse pourraient être précipitées.

2. Détecteur optique de fumée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une lentille collectrice (9) est placée dans la trajectoire de rayons du récepteur (6) entre le récepteur de lumière (3) et ledit au moins un obturateur (5), associé à ladite trajectoire de rayons du récepteur (6).

3. Détecteur optique de fumée selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un dispositif de retenue (10) de la lentille collectrice (9) est réalisé d'une seule pièce avec ledit au moins un obturateur (5), associé à la trajectoire de rayons du récepteur (6).

4. Détecteur optique de fumée selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que des corps diffuseurs (13) de section transversale en forme de L sont disposés en forme de labyrinthe (14) en cercle autour de la chambre de mesure (1) de manière à ce que la lumière tombant sur lesdits corps diffuseurs (13) se trouve ainsi diffusée dans le labyrinthe (14), que seule une faible fraction est rétrodiffusée dans la chambre de mesure (1).

5. Détecteur optique de fumée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source de lumière (2) est une diode lumineuse infrarouge et le récepteur de lumière (3) est une photodiode sensible aux infrarouges.

6. Détecteur optique de fumée selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit au moins un obturateur (7), associé à la trajectoire de rayons de l'émetteur (8), ledit au moins un autre obturateur (5), associé à la trajectoire de rayons du récepteur (6) ainsi que les corps diffuseurs (13) du labyrinthe (14) sont réalisés en matière plastique.

Zeichnung