[0001] Brandmelder mit einer Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht, um davon abhängig
die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen.
Die Erfindung betrifft einen Brandmelder, insbesondere einen offenen und geschlossenen
Streulichtrauchmelder sowie einen thermischen Melder. Derartige Melder weisen einen
Brandsensor auf, wie z.B. einen Lichtsender und Lichtempfänger in einer Streulichtanordnung
mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders im Freien liegenden Streulichtzentrum.
Auch kann der Brandsensor eine in einem Meldergehäuse angeordnete, gegenüber Umgebungslicht
abgeschirmte und für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer sein.
Weiterhin kann der Brandsensor einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen. Ein
solcher Temperatursensor kann z.B. ein temperaturabhängiger Widerstand (Thermistor)
sein, wie z.B. ein sogenannter NTC oder PTC, oder ein kontaktlos arbeitender Temperatursensor
mit einem Thermopile oder Mikrobolometer.
Weiterhin umfasst der Brandmelder eine Steuereinheit, vorzugsweise einen Mikrocontroller.
Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein vom Brandsensor empfangenes Sensorsignal
auf zumindest eine charakteristische Brandkenngröße hin zu analysieren, zu bewerten
und bei einem detektierten Brand einen Brandalarm auszugeben.
Eine charakteristische Brandkenngröße ist z.B. bei einem Streulichtrauchmelder das
Überschreiten eines Mindeststreulichtpegels, welcher mit einer Rauchpartikelkonzentration
korreliert. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein unzulässig hoher Pegelanstieg
des Streulichts eine charakteristische Brandkenngröße sein. Im Falle eines thermischen
Melders ist eine charakteristische Brandkenngröße z.B. das Überschreiten einer Mindesttemperatur
in der (unmittelbaren) Umgebung des Brandmelders, wie z.B. von mindestens 60°C, 65°,
70°C oder 75°C. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein unzulässig hoher Temperaturanstieg
eine charakteristische Brandkenngröße sein, wie z.B. von mindestens 5°C pro Minute
oder von mindestens 10°C pro Minute.
[0002] Offene Streulichtrauchmelder sind z.B. aus der
EP 2093734 A1 und der
EP 1039426 A2 bekannt. Aus der
WO 2010/100288 A1 ist ebenfalls ein offener Streulichtmelder bekannt, der das empfangene Photosignal
auf das Vorhandensein von Flackerfrequenzen hin analysiert.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Flammenmelder bekannt, wie z.B. aus der
DE 10 2011 083 455 A1 oder aus der
EP 2 251 846 A1. Derartige Flammenmelder sind speziell zur Detektion von offenem Feuer sowie zum
Ausgeben eines Alarms in weniger als einer Sekunde eingerichtet. Sie umfassen zumeist
zwei oder mehrere Pyrosensoren als Strahlungssensoren. Derartige Sensoren sind zur
Detektion von charakteristischen Flackerfrequenzen offenen Feuers, das heißt von Flammen
und lodernder Glut, im Infrarotbereich und ggf. im sichtbaren und ultravioletten Bereich
abgestimmt. Die Flackerfrequenzen liegen typischerweise in einem Bereich von 2 Hz
bis 20 Hz.
[0003] Aus der
EP 1039426 A2 ist ein Smartphone mit einer Brandmelder-Applikation bekannt, die geeignete Programmschritte
aufweist, um von einer internen Kamera erfasste Videobilddaten hinsichtlich zumindest
einer für Feuer charakteristischen Information zu analysieren und bei Vorliegen derselben
einen Alarm über eine Ausgabeeinheit auszugeben. Dieses Smartphone ist auch dazu eingerichtet,
das empfangene Videosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren und bei einer signifikanten Abweichung in zwei
aufeinanderfolgenden Videobildern von einer ersten niedrigen Bildwiederholfrequenz
auf eine zweite hohe Bildwiederholfrequenz umzuschalten.
[0004] Die Infrarot-Pyrosensoren sind typischerweise auf Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich
von 4.0 bis 4.8 µm sensitiv. Diese spezifische Strahlung entsteht bei der Verbrennung
von Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffen. Ein weiterer Pyrosensor ist für charakteristische
Emissionen von Metallbränden im UV-Bereich sensitiv. Für den Einsatz im Freien können
Flammenmelder zudem einen Strahlungssensor aufweisen, der auf Infrarotstrahlung im
Wellenlängenbereich von 5.1 bis 6.0 µm sensitiv ist. Bei dieser Strahlung handelt
es sich vornehmlich um Störstrahlung, wie z.B. um Infrarotstrahlung von heißen Körpern
oder um Sonnenlicht. Auf Basis aller Sensorsignale ist dann eine zuverlässigere Bewertung
möglich, d.h. ob es sich hier um offenes Feuer handelt oder nicht.
[0005] Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brandmelder
anzugeben, der mit geringem technischen Zusatzaufwand schneller und insbesondere zuverlässiger
alarmiert.
[0006] Die Aufgabe wird mit den Gegenständen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0007] Erfindungsgemäß weist der Brandmelder eine Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht
in einem spektral begrenzten Bereich von 400 nm bis 1150 nm auf, d.h. von Umgebungslicht
im optisch sichtbaren Bereich sowie im angrenzenden nahen UV- und Infrarotbereich.
Die Steuereinheit ist zudem dazu eingerichtet, ein von der Photodiode empfangenes
Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen
hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms durch
ein Erhöhen einer Abtastrate für die Erfassung des Sensorsignals vom Brandsensor,
durch ein Herabsetzen einer Filterzeit eines Bewertungsfilters für die Brandanalyse
und/oder durch ein Herabsetzen einer Alarmierungsschwelle zu beschleunigen. Die Filterzeit
ist insbesondere eine Zeitkonstante oder eine Integrationszeit.
[0008] Der Kern der Erfindung liegt somit in der Verwendung einer preisgünstigen Photodiode
als "Mini-Flammenmelder", dessen qualitative Aussagekraft jedoch ausreicht und es
rechtfertigt, die Ausgabe eines Brandalarms im Falle detektierter Flackerfrequenzen
als Indiz für das Vorliegen eines Brandes zu beschleunigen.
[0009] Es ist somit vorteilhaft eine beschleunigte, d.h. eine schnellere Ausgabe eines Brandalarms
möglich, da in diesem Fall mit höherer Wahrscheinlichkeit von einem Brandfall ausgegangen
werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn die charakteristischen Flackerfrequenzen
für eine Mindestzeit, wie z.B. von 2, 5 oder 10 Sekunden, detektiert werden. Allerdings
bedeutet dies nicht, dass nach dieser Mindestzeit eine Alarmierung erfolgt. Denn hierzu
ist die Qualität des Photodiodensignals als viel zu mäßig zu betrachten im Vergleich
zu den Sensorsignalen der spektral eng begrenzten Pyrosensoren in Verbindung mit einer
komplexen, leistungsstarken Signalverarbeitung. Vielmehr erfolgt eine schnellere Verarbeitung
des Brandsensorsignals, wie z.B. des Streulichtsignals, auf die wegen der sonst damit
verbundenen Einbuße an Fehlalarmsicherheit verzichtet wird. Mit anderen Worten reagiert
der Brandsensor bei Detektion von charakteristischen Flackerfrequenzen sensibler und
schneller, was jedoch wegen der hohen Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines nachfolgenden
Anstiegs des Streulichtpegels infolge eines Brandes vorteilhaft in Kauf genommen wird.
Bleibt dann ein "erwarteter" Pegelanstieg im beispielhaften Fall der offenen Streulichtanordnung
als Brandsensor aus, so erfolgt auch keine Brandalarmierung.
[0010] Durch das Erhöhen der Abtastrate für die Erfassung des Brandsensorsignals, wie z.B.
eines Streulicht-/Photosignals oder eines Temperatursensorsignals, ist vorteilhaft
ein Anstieg dieses Brandsensorsignals schneller detektierbar und somit auch ein Brandalarm
schneller ausgebbar.
[0011] Durch das Herabsetzen der Filterzeit reagiert das Bewertungsfilter weniger träge.
Da die Wahrscheinlichkeit eines eintretenden Brandereignisses bei Detektion der Flackerfrequenzen
als hoch bzw. höher angenommen wird als sonst, kann zugunsten der Sicherheit ein Brandalarm
vorteilhaft schneller ausgegeben werden. Dem Bewertungsfilter wird eingangsseitig
das erfasste, vorzugsweise digitalisierte Sensorsignal vom Brandsensor zugeführt.
Es ist vorzugsweise ein digitales Filter, welches als Softwareprogramm realisiert
ist und durch den Mikrocontroller als Steuereinheit ausgeführt wird. Das digitale
Filter ist vorzugsweise ein Tiefpass oder ein sogenanntes Schleppfilter. Hierbei erfolgt
eine gewisse Mittelung der erfassten Sensorsignalwerte, sodass nicht unmittelbar bei
der Detektion eines Brandes ein Brandalarm ausgegeben wird. Es wird vielmehr abgewartet,
ob dieses Ereignis nicht sporadisch, sondern mehrmals hintereinander ansteht, um die
Ausgabe eines Fehlalarms zu vermeiden
[0012] Durch das Herabsetzen der Alarmierungsschwelle wird der Brandmelder sozusagen sensibler
und weniger robust geschaltet. Dadurch wird die Alarmierungsschwelle vorteilhaft schneller
erreicht und es wird folglich auch der Brandalarm schneller ausgegeben.
[0013] Vorzugsweise wird die Ausgabe eines möglichen Brandalarms umso mehr beschleunigt,
je höher der Pegel der detektierten Flackerfrequenzen ist. Die Beschleunigung kann
z.B. in Abhängigkeit vom Flackerfrequenzpegel proportional, progressiv oder degressiv
erfolgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich erst nach Überschreiten eines Mindestdetektionspegels
erfolgen.
[0014] Die Photodiode ist vorzugsweise eine Silizium-Photodiode und insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode.
Ihr kann ein Tageslicht-Sperrfilter vorgeschaltet sein, das nur Licht in einem Bereich
von 700 nm bis 1150 nm, insbesondere von 730 nm bis 1100 nm, passieren lässt. Der
Zusatzaufwand für die Integration einer solchen Photodiode in einen Brandmelder ist
somit schaltungstechnisch wie kostenmäßig sehr gering.
[0015] Vorzugsweise ist der Photodiode ein Transimpedanzverstärker bzw. ein Transimpedanzwandler
nachgeschaltet, welcher den durch die Photodiode erzeugten Photostrom in eine dazu
proportionale Messspannung umwandelt. Der Photostrom ist seinerseits proportional
zum empfangenen Lichtstrom. Dadurch lassen sich optische Störgrößen wie das Flackern
von Leuchtstoffröhren oder auftreffendes Sonnenlicht vorteilhaft reduzieren. Eine
derartige Photodiode, wie z.B. von der Fa. OSRAM (Typ BPW 34 FAS), ist i. Vgl. zu
einem Pyrosensor besonders preisgünstig erhältlich.
[0016] Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, die Ausgabe eines möglichen Brandalarms
alleinig auf Basis detektierter charakteristischer Flackerfrequenzen im empfangenen
Photosignal hin zu unterdrücken bzw. zu unterbinden. Mit anderen Worten muss zumindest
durch die Steuereinheit das Vorliegen einer charakteristischen Brandkenngröße im vom
Brandsensor empfangenen Sensorsignal detektiert worden sein. Dadurch wird die Ausgabe
eines möglichen Fehlalarms unterbunden, sollte das erwartete Brandereignis im Anschluss
nicht durch den eigentlichen Brandsensor detektiert werden. Dies ist z.B. der Fall,
wenn flackerndes Kerzenlicht durch die Photodiode als offenes Feuer erfasst wird,
dies aber zu keiner nennenswerten Erhöhung des Streulichtpegels in der Umgebung des
Brandmelders, in der in der optischen Messkammer des Brandmelders oder diese zu keiner
nennenswerten Temperaturerhöhung in der Umgebung des Brandmelders führt.
[0017] Einer Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein offener Streulichtrauchmelder.
Letzterer weist ein Gehäuse, einen Schaltungsträger sowie einen Lichtsender und einen
Lichtempfänger auf. Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind im Gehäuse angeordnet.
Weiterhin sind der Lichtsender und der Lichtempfänger in einer Streulichtanordnung
mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders insbesondere im Freien liegenden Streulichtzentrum
angeordnet. Die Streulichtanordnung bildet mit dem Lichtsender und dem Lichtempfänger
den Brandsensor. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein vom Brandsensor empfangenes
Streulichtsignal, welches das Sensorsignal bildet, auf einen unzulässig hohen Signalpegel
als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals
als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren. Vorzugsweise sind der Lichtsender und
der Lichtempfänger auf dem Schaltungsträger angeordnet. Letzerer ist vorzugsweise
im Gehäuse des Streulichtrauchmelders aufgenommen.
[0018] Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind der Lichtempfänger für die
optische Streulichtdetektion und die Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht als
eine gemeinsame Photodiode realisiert. Der besondere Vorteil liegt in der Verwendung
einer einzigen Photodiode sowohl für die Streulichtdetektion als auch für die Flammendetektion.
Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Brandmelders. Er ist zudem
kostengünstiger herzustellen.
[0019] Im Besonderen ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das von der gemeinsamen Photodiode
empfangene Streulicht-/Photosignal in zeitlich getrennten Phasen zu analysieren. Hierzu
ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal in
einer jeweiligen ersten Phase auf einen unzulässig hohen Signalpegel und/oder auf
eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit zu analysieren. Sie ist zudem dazu eingerichtet,
das empfangene Streulicht-/Photosignal in einer jeweiligen zweiten Phase auf das Vorhandensein
von charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren. Die beiden zeitlichen
Phasen überlappen sich dabei nicht. Sie wiederholen sich vorzugsweise abwechselnd
periodisch. Es können auch mehrere erste Phasen oder mehrere zweiten Phasen aufeinander
folgen. Dies z.B. dann, wenn ein starker Anstieg des Streulichtsignals detektiert
worden ist oder wenn eine Flackerfrequenz detektiert worden ist.
[0020] Es wird in der jeweiligen ersten Phase der Lichtsender wiederholt, insbesondere periodisch,
mit einer gepulsten Signalfolge zum Aussenden entsprechender Lichtimpulse angesteuert.
Die Periode der gepulsten Signalfolge liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 Sekunden.
Mit anderen Worten wird alle 1 bis 10 Sekunden eine gepulste Signalfolge ausgesendet.
Die gepulste Signalfolge ist vorzugsweise ein rechteckiges Taktsignal, das den Lichtsender
z.B. über einen Schalter im gleichen Takt ansteuert, sodass eine Folge von periodischen
Lichtimpulsen im Lichtsender erzeugt wird. Darüber hinaus weist eine derartige gepulste
Signalfolge eine Anzahl von Pulsen vorzugsweise im Bereich von 32 bis 1000 Pulsen
auf. Die Dauer einer solchen Signalfolge selbst liegt im Bereich von 0.25 bis 2 Millisekunden.
Somit liegt das Verhältnis der Signalfolgenperiode zur Zeitdauer einer Signalfolge
selbst im Bereich von zwei bis drei Größenordnungen darüber. Die Dauer eines einzelnen
Pulses selbst liegt typischerweise im Bereich von 0.25 bis 2 Mikrosekunden.
[0021] Durch die signaltechnische Begrenzung des Lichtempfängers mittels eines ersten Filters,
welches vorzugsweise auf dieselbe Taktsignalfrequenz der gepulsten Signalfolge abgestimmt
ist, werden Lichtsignale mit anderen Frequenzen wirksam unterdrückt. Mit anderen Worten
wird signaltechnisch nur gepulstes Streulicht von detektierten Partikeln wie Rauchteilchen
bei der Detektion berücksichtigt. In der Praxis dient hierzu ein Bandpassfilter oder
Hochpassfilter, das zumindest die Frequenzanteile im Photodioden- bzw. Streulichtsignal
unterhalb der Taktsignalfrequenz unterdrückt. Die Filterfrequenz des Hochpassfilters
bzw. die untere Filterfrequenz des Bandpassfilters liegt im Bereich von 250 kHz bis
2 MHz unter der Annahme, dass die Pulsdauer eines einzelnen Pulses im Bereich von
0.25 bis 2 Mikrosekunden liegt und dass das Takt- bzw. Lichtsignal rechteckig ist.
Das so gefilterte Photodioden- bzw. Streulichtsignal wird anschließend einem A/D-Umsetzer
zugeführt, der dieses Signal in entsprechende Digitalwerte zur weiteren Brandanalyse
umsetzt.
[0022] In der jeweiligen zweiten Phase ist der Lichtsender dunkelgesteuert. Die zweite Phase
kann somit auch als Dunkelphase bezeichnet werden, in welcher der Lichtsender kein
Licht aussendet. In dieser Phase werden die Frequenzanteile im Photodiodensignal des
Lichtempfängers mittels eines zweiten Filters signaltechnisch begrenzt, wobei das
zweite Filter ein Tiefpassfilter ist. Die Eckfrequenz des Tiefpassfilters ist derart
bemessen, dass die in der jeweiligen zweiten Phase zu detektierenden Flackerfrequenzen
im Bereich von 2 bis 20 Hz das Tiefpassfilter passieren können. Die Eckfrequenz, d.h.
die Filterfrequenz des Tiefpassfilters, wird vorzugsweise auf eine Frequenz im Bereich
von 20 Hz bis 40 Hz festgelegt, zumindest aber auf eine Frequenz von mindestens 20
Hz. Bei der Festlegung z.B. auf einen Wert von 40 Hz werden optische Lichtsignale
z.B. von Leuchtstoffröhren oder Computermonitoren wirksam unterdrückt. Das so gefilterte
Photodiodensignal wird anschließend einem weiteren A/D-Umsetzer zugeführt, der dieses
Signal in korrespondierende Digitalwerte für die weitere Flackerfrequenzanalyse umsetzt.
[0023] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, einen
ersten Gleichanteil aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal zu ermitteln, und
zudem dazu eingerichtet, diesen ersten Gleichanteil vom empfangenen Streulicht-/Photosignal
zu subtrahieren, um ein im Wesentlichen gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal
zu erhalten.
[0024] Dadurch wird der verbleibende höherfrequente Anteil im Streulicht-/Photosignal in
den Arbeitsbereich für die Signalverarbeitung im Sinne eines Offsets verschoben. Ein
mögliches Übersteuern dieser wird somit vorteilhaft vermieden. Die Signalverarbeitung
kann z.B. einen Transimpedanzverstärker, Bandpass- oder Tiefpassfilter oder einen
A/D-Umsetzer umfassen. Im einfachsten Fall wird das Streulicht-/Photosignal einem
Tiefpassfilter zugeführt, dessen Eckfrequenz in einem Bereich von 1 bis 2000 Hz, vorzugsweise
im Bereich von 20 bis 150 Hz, liegt.
[0025] Insbesondere ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den ermittelten ersten Gleichanteil
mit einem vorgegebenen Übersteuerungswert zu vergleichen und eine Störmeldung auszugeben,
falls der ermittelte erste Gleichanteil den Übersteuerungswert für eine vorgegebene
Mindestzeit übersteigt.
[0026] In diesem Fall ist die Photodiode einer derart hohen Helligkeit ausgesetzt, dass
diese übersteuert. Eine zuverlässige optische Rauchdetektion ist unter diesen Umständen
nicht mehr möglich. Durch die Ausgabe einer Störmeldung kann dann ein Benutzer zur
Abhilfe aufmerksam gemacht werden.
[0027] Der Übersteuerungswert kann z.B. auf die Beleuchtungsstärke der Photodiode bezogen
sein, welcher die Photodiode bzw. die gemeinsame Photodiode ausgesetzt ist. Vorzugsweise
liegt der vorgegebene Übersteuerungswert über 100.000 Lux. Der Wert von 100.000 Lux
entspricht dabei einem hellen Sonnentag, wobei der Brandmelder bzw. die Photodiode
dann direktem Sonnenlicht eines solchen hellen Sonnentags ausgesetzt ist. Die vorgegebene
Mindestzeit für die Ausgabe der Störmeldung liegt vorzugsweise im Bereich von 10 Sekunden
bis 10 Minuten.
[0028] Einer weiteren Ausführungsform zufolge und unabhängig von der gemachten Erfindung
ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das von der (gemeinsamen) Photodiode ausgegebene
Streulicht-/Photosignal auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin zu
überwachen sowie davon abhängig eine Alarmierungsschwelle für die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms herabzusetzen. Hierzu ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, einen zweiten
Gleichanteil aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal zu ermitteln. Dieser repräsentiert
einen langzeitgemittelten Helligkeitswert. Sie ist zudem dazu eingerichtet, diesen
zweiten Gleichanteil auf ein Unterschreiten des Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen
sowie davon abhängig die Alarmierungsschwelle für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms
herabzusetzen.
[0029] Wegen der sensibleren Einstellung des Brandmelders ist dann bei Dunkelheit, wie z.B.
nachts, eine vorteilhaft schnellere Alarmierung möglich. Dies deswegen, da bei geringerer
Helligkeit, wie z.B. bei Lux-Werten von weniger als 1 Lux, mit weniger Störungen aus
der Melderumgebung zu rechnen ist wie tagsüber. Derartige optische Störungen sind
z.B. das Flackern von Leuchtstoffröhren oder auftreffendes Sonnenlicht auf den Brandmelder.
[0030] Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein (ausschließlicher)
Streulichtrauchmelder, welcher eine in einem Meldergehäuse angeordnete, gegenüber
Umgebungslicht abgeschirmte und für zu detektierenden Rauch durchlässige optische
Messkammer als Brandsensor aufweist. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein
von der optischen Messkammer empfangenes Streulichtsignal, welche das Sensorsignal
bildet, auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine
unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals als weitere Brandkenngröße
hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm auszugeben.
[0031] Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist der Brandmelder zumindest einen Temperatursensor,
insbesondere einen Thermistor, zur Erfassung einer Umgebungstemperatur im unmittelbaren
Bereich um den Brandmelder auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die erfasste
Umgebungstemperatur bei der Brandanalyse mit zu berücksichtigen. Ein solcher Thermistor
ist z.B. ein sogenannter NTC oder PTC. Der Temperatursensor kann auch ein kontaktlos
arbeitender Temperatursensor mit einem Thermopile oder einem Mikrobolometer sein.
Durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur kann im Sinne eines Multikriterien-Brandmelders
noch zuverlässiger ein Brand detektiert werden. Dies ist z.B. bei einem rauchfreien
Brand der Fall, wie z.B. bei einem Alkoholbrand. Dabei wird ein Brand nur durch die
starke Zunahme der Umgebungstemperatur detektiert, während der Streulichtpegel nur
geringfügig zunimmt.
[0032] Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein (ausschließlicher)
thermischer Melder mit einem Temperatursensor als Brandsensor. Die Steuereinheit ist
dazu eingerichtet, ein vom Temperatursensor als Sensorsignal empfangenes Temperatursignal
auf eine unzulässige hohe Umgebungstemperatur als Brandkenngröße und/oder auf einen
unzulässig hohen Temperaturanstieg als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren und
im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm auszugeben. Wie eingangs beschrieben,
kann ein solcher Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand (Thermistor)
sein, wie z.B. ein NTC oder PTC.
[0033] Nach einer besonderen Ausführungsform ist der Temperatursensor ein kontaktlos arbeitender
Temperatursensor, der einen für Wärmestrahlung im Infrarotbereich empfindlichen Wärmestrahlungssensor
umfasst. Letzterer ist beispielsweise eine Thermosäule oder ein Mikrobolometer. Insbesondere
ist der Wärmestrahlungssensor nicht bildgebend. Mit anderen Worten weist dieser ein
einziges Pixel auf. Weiterhin umfasst der Brandmelder ein Meldergehäuse mit einer
Melderhaube, wobei der Wärmestrahlungssensor dann im Meldergehäuse angeordnet und
zur rechnerischen Ableitung der Umgebungstemperatur optisch auf die Innenseite der
Melderhaube ausgerichtet ist. Die Melderhaube ist im Bereich der Innenseite derart
wärmeleittechnisch zu einem gegenüberliegenden Bereich der Außenseite der Melderhaube
ausgebildet, dass die sich an der Innenseite einstellende Gehäusetemperatur der Umgebungstemperatur
am gegenüberliegenden Bereich der Melderhaube folgt, insbesondere innerhalb weniger
Sekunden, wie z.B. 5 Sekunden. Durch den im Meldergehäuse eingebauten Temperatursensor
ist der Brandmelder weniger anfällig gegenüber Verschmutzungen. Zudem ist keine schaltungstechnisch
und montagemäßig aufwändige Verlegung des Thermistors im Gehäuse erforderlich.
[0034] Einer weiteren Ausführungsform des geschlossenen Streulichtrauchmelders und des thermischen
Melders zufolge und unabhängig von der gemachten Erfindung ist die Steuereinheit dazu
eingerichtet, das von der Photodiode ausgegebene Photosignal auf ein Unterschreiten
eines Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen und dazu eingerichtet, eine Alarmierungsschwelle
für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms herabzusetzen, um die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms zu beschleunigen. Wegen der sensibleren Einstellung des Brandmelders ist
bei Dunkelheit, wie z.B. nachts, vorteilhaft eine schnellere Alarmierung möglich.
Dies ist deswegen möglich, da bei geringerer Helligkeit, wie z.B. bei Lux-Werten von
weniger als 1 Lux, mit weniger Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen ist wie
tagsüber. Derartige Störungen sind z.B. das Anzünden von Kerzen, sich ausbreitender
Rauch beim Kochen und Braten, oder das Anzünden eines Kamins.
[0035] Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind die betrachteten Brandmelder leitungsgebunden
oder drahtlos mit einer übergeordneten Zentrale verbunden. Die Steuereinheit ist dazu
eingerichtet, das Über- und Unterschreiten des Mindesthelligkeitspegels als Tag-/Nacht-Kennung
an die Zentrale auszugeben. Dadurch kann übergeordnet gesteuert durch die Zentrale
z.B. das Herabfahren von Jalousien oder die Reduzierung der Heizleistung im Gebäude
veranlasst werden.
[0036] Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am
Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- FIG 1
- eine spektrale Kennlinie einer Silizium-Photodiode mit und ohne vorgeschaltetem Tageslichtfilter,
- FIG 2
- ein Beispiel für ein von einer Photodiode empfangenes Photosignal mit charakteristischen
Flackerfrequenzen für offenes Feuer,
- FIG 3
- das zum Photosignal gemäß FIG 2 zugehörige Frequenzspektrum,
- FIG 4
- beispielhaft einen offenen Streulichtmelder mit einem außerhalb des Melders liegenden
Streulichtzentrum zur Rauchdetektion und mit einer Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht
zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung,
- FIG 5
- eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einer gemeinsamen
Photodiode für die Rauchdetektion und für das Umgebungslicht,
- FIG 6
- ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit
einstellbarer Zeitkonstante, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der
Erfindung zu beschleunigen.
- FIG 7
- ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit eingangsseitiger
Erfassung und Auswertung eines Streulicht-/Photosignals von einer gemeinsamen Photodiode
und mit einer Nachterkennung gemäß der Erfindung,
- FIG 8
- ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit als beispielhafte Ausführungsform
für die erfindungsgemäße Offset-Kompensation der Photodiode,
- FIG 9
- einen beispielhaften Streulichtrauchmelder geschlossener Bauart als Brandmelder mit
einer optischen Messkammer und mit einer Photodiode für Umgebungslicht zur Detektion
von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
- FIG 10
- das Beispiel gemäß FIG 9 in einer Draufsicht entlang der Blickrichtung IX,
- FIG 11
- eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einem gemeinsamen Lichtleiter
zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode und als Indikator im Sinne einer
Betriebsbereitanzeige,
- FIG 12
- das Beispiel gemäß FIG 11 in einer Draufsicht entlang der Blickrichtung XI,
- FIG 13
- ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit
einstellbarer Zeitkonstante, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der
Erfindung zu beschleunigen,
- FIG 14
- einen beispielhaften thermischen Melder mit einem Temperatursensor und mit einer Photodiode
für Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
- FIG 15
- das Beispiel gemäß FIG 14 in einer Draufsicht und in dortiger Blickrichtung XIV,
- FIG 16
- eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einem kontaktlos
arbeitenden Temperatursensor aufweisend einen für Wärmestrahlung im Infrarotbereich
empfindlichen Thermopile als Wärmestrahlungssensor,
- FIG 17
- eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einem gemeinsamen
Lichtleiter zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode und als Indikator im
Sinne einer Betriebsbereitanzeige,
- FIG 18
- ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit
einstellbarer Zeitkonstante, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der
Erfindung zu beschleunigen.
- FIG 19
- ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Temperatursensor
mit Thermopile gemäß der Erfindung, und
- FIG 20
- ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit zusätzlich zum wechselweisen
Ansteuern einer Indikator-Leuchtdiode sowie zur Erfassung des Umgebungslichts mittels
der Indikator-Leuchtdiode LED, geschaltet in einer Betriebsart als Photodiode gemäß
der Erfindung.
[0037] FIG 1 zeigt eine spektrale Kennlinie einer Silizium-PIN-Photodiode mit und ohne vorgeschaltetem
Tageslichtfilter. Die maximale, auf 100% normierte spektrale Empfindlichkeit S
Rel liegt bei einer Lichtwellenlänge λ von ca. 900 nm, also im nahen Infrarotbereich.
Die durchgezogene Kennlinie zeigt die spektrale Empfindlichkeit S
Rel einer Silizium-PIN-Photodiode mit vorgeschaltetem Tageslichtfilter. Dabei wird Licht
mit einer Wellenlänge λ von weniger als 730 nm unterdrückt. Der gestrichelte Ast der
Kennlinie zeigt dagegen die spektrale Empfindlichkeit S
Rel der Silizium-PIN-Photodiode ohne Tageslichtfilter.
[0038] FIG 2 zeigt ein Beispiel für ein von einer Photodiode 6 empfangenes Photosignal PD
mit charakteristischen Flackerfrequenzen für offenes Feuer gemessen in Millivolt.
Es wird dabei die an der Photodiode 6 erzeugte Photospannung als Photosignal PD gemessen.
Die Messung erfolgte über einen Zeitraum von 4 Sekunden und zeigt zyklische Spannungsspitzen
im Bereich von 20 bis 30 mV, die mit dem Flackern der Flammen von offenem Feuer korrelieren.
[0039] FIG 3 zeigt das zum Photosignal PD gemäß FIG 2 zugehörige Frequenzspektrum. Mit A
ist die spektrale Amplitude bezeichnet, gemessen in dB und aufgetragen über der Frequenz
f in Hertz. Betrachtet man nur den für das Flackern maßgeblichen Frequenzbereich von
mindestens 2 Hz, so erkennt man die reziproke Abnahme der Amplitude für zunehmende
Frequenzen ab 2 Hz. Das gezeigte Spektrum ist typisch und signifikant für offenes
flackerndes Feuer.
[0040] FIG 4 zeigt beispielhaft einen offenen Streulichtmelder 1 mit einem außerhalb des
Melders 1 liegenden Streulichtzentrum SZ für die Rauchdetektion und mit einer Photodiode
6 zur Erfassung von Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung.
[0041] Im vorliegenden Beispiel weist der Melder 1 ein Gehäuse 2 auf, welches sich aus einem
Grundkörper 21 und einer Melderhaube 22 zusammensetzt. Mit dem Grundkörper 21 kann
dann der Melder 1 vorzugsweise lösbar an einem an einer Decke montierten Meldersockel
angebracht werden. Beide Gehäuseteile 21, 22 sind üblicherweise aus einem lichtdichten
Kunststoffgehäuse hergestellt. Im bzw. am Gehäuse 2 ist ein Schaltungsträger 3 aufgenommen,
auf dem ein Lichtsender S in Form einer Leuchtdiode, ein Lichtempfänger E in Form
eines Photosensors und ein Mikrocontroller 4 als Steuereinheit appliziert sind. Der
Photosensor E ist vorzugsweise eine Photodiode. Lichtsender S und Lichtempfänger E
sind somit einerseits im Gehäuse 2 angeordnet. Andererseits sind sie auch in einer
Streulichtanordnung SA mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders 1 im Freien
liegenden Streulichtzentrum SZ angeordnet. Dabei bildet die Streulichtanordnung SA
zusammen mit dem Lichtsender S und dem Lichtempfänger E den eigentlichen Brandsensor.
[0042] Für die Rauchdetektion im Freien sind zwei Öffnungen in der Melderhaube 22 vorhanden.
Durch die erste Öffnung gelangt ein vom Lichtsender S ausgesandtes Lichtbündel nach
außen. Auf umgekehrtem Weg gelangt das Streulicht von den zu detektierenden Rauchteilchen
durch die zweite Öffnung zum Lichtempfänger E im Gehäuse 2. Im vorliegenden Beispiel
sind die beiden nicht weiter bezeichneten Öffnungen durch eine transparente Abdeckung,
wie z.B. aus Kunststoff, abgeschlossen.
[0043] Die gezeigte Steuereinheit 4 ist nun dazu eingerichtet, ein vom Brandsensor empfangenes
Streulichtsignal auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße hin zu
analysieren. Alternativ oder zusätzlich kann sie dazu eingerichtet sein, das Streulichtsignal
auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit als weitere Brandkenngröße hin zu
analysieren. Im Falle eines detektierten Brand ist mittels der Steuereinheit 4 ein
Brandalarm AL ausgebbar.
[0044] Der Streulichtrauchmelder 1 weist eine Photodiode 6 zur Erfassung von Umgebungslicht
auf. Im vorliegenden Beispiel ist die Photodiode 6 auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet
und derart ausgerichtet, dass sie durch eine weitere Öffnung in der Melderhaube 22
nach außen "hindurchschaut". Vorzugsweise liegt die weitere Öffnung an einer zentralen
Stelle der Melderhaube 22, sodass eine symmetrische Rundumsicht für die Erfassung
von Umgebungslicht möglich ist. Mit Z ist dabei die zentrale Hauptachse des Melders
1 bezeichnet. Derartige Melder 1 weisen typischerweise eine rotationssymmetrische
Bauform auf. Mit FOV ist dabei der optische Erfassungsbereich der Photodiode 6 bezeichnet.
Weiterhin ist die weitere Öffnung durch eine weitere transparente Abdeckung AB abgeschlossen,
um das Eindringen von Schmutz in das Gehäuseinnere zu verhindern. Die Abdeckungen
AB können bereits mit einem Tageslichtfilter versehen sein oder einen solchen aufweisen.
Im Beispiel der vorliegenden FIG 4 ist zudem die zentrale Abdeckung AB als optische
Linse L ausgebildet. Dadurch ist eine erweiterte optische Rundumsicht möglich.
[0045] Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit 4 nun dazu eingerichtet, ein von der Photodiode
6 empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms zu beschleunigen. Sie ist zudem dazu eingerichtet, das Photosignal auf
ein Über- und Unterschreiten eines Mindesthelligkeitspegels zu überwachen und als
Tag-/Nacht-Kennung T/N, symbolisiert durch einen Sonnen- und Mondsymbol, auszugeben,
wie z.B. an eine übergeordnete Zentrale.
[0046] FIG 5 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit einer
gemeinsamen Photodiode 6'. Sie ist sowohl für die Rauchdetektion als auch die Erfassung
des Umgebungslichts eingerichtet.
[0047] FIG 6 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter
41 mit einstellbarer Zeitkonstante T
Filter, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen.
[0048] Die gezeigten Funktionsblöcke 40-44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h.
als Programmroutinen, die durch eine prozessorgestützte Steuereinheit, wie z.B. durch
einen Mikrocontroller, ausgeführt werden. Die Programmroutinen sind in einem Speicher
des Mikrocontrollers 4 geladen. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger
elektronischer Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher. Der Mikrocontroller 4 kann darüber
hinaus spezifische Funktionsblöcke aufweisen, die bereits als Hardware-Funktionseinheiten
im Mikrocontroller 4 integriert sind, wie z.B. Analog-/DigitalUmsetzer 51, 52, Signalprozessoren,
digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
[0049] Im Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 zwei Analog-/Digital-Umsetzer 51, 52. Der
erste A/D-Umsetzer 51 ist zur Digitalisierung eines gefilterten Streulichtsignals
BS' vorgesehen, welches mittelbar vom Lichtempfänger E der Streulichtanordnung SA
stammt. Der zweite A/D-Umsetzer 52 ist zur Digitalisierung eines von der Photodiode
6 ausgegebenes Photosignals PD vorgesehen.
[0050] Zur Durchführung der offenen Streulichtrauchdetektion wird der Lichtsender S, d.h.
die Leuchtdiode, durch einen Frequenzgenerator 46 periodisch mit einer gepulsten Signalfolge
im Bereich von 0.25 bis 2 MHz angesteuert. Die Leuchtdiode S gibt dabei ihrerseits
entsprechende Lichtimpulse in das Streulichtzentrum SZ ab. Der Frequenzgenerator 46
wird eingangsseitig über einen Logikblock 40 der Steuereinheit 4 über ein Taktsignal
f
Takt angesteuert, wobei der Frequenzgenerator 46 je Takt eine gepulste Signalfolge mit
einer vorgegebenen Anzahl von Pulsen ausgibt, wie z.B. im Bereich von 32 bis 1000
Pulsen. Das vom Logikblock 40 ausgegebene Taktsignal f
Takt weist eine Frequenz im Bereich von 0.1 bis 1 Hz auf.
[0051] Der zur Streulichtdetektion vorgesehenen Photodiode E ist ein Transimpedanzverstärker
62 nachgeschaltet, der den von der Photodiode E erzeugten Photostrom in eine geeignete
Messspannung zur signaltechnischen Weiterverarbeitung umwandelt. Dieses verstärkte
Streulichtsignal BS wird schließlich einem Bandpassfilter 56 zugeführt, welches als
digitales Filter realisiert ist. Dieses Bandpassfilter 56 lässt dabei nur die hochfrequenten
Signalanteile im ungefilterten Streulichtsignal BS passieren, die in etwa mit der
hochfrequenten gepulsten Signalfolge übereinstimmen. Dadurch werden niederfrequentere
optische Störsignale wirksam unterdrückt.
[0052] Das Taktsignal f
Takt wird zugleich auch dem ersten A/D-Umsetzer 51 zugeführt, der dann das aktuell anliegende
gefilterte Streulichtsignal BS' in einen Digitalwert umsetzt.
[0053] Das digitalisierte Streulichtsignal BS' wird anschließend einem (digitalen) Bewertungsfilter
41 entlang des optischen Pfads zugeführt. Das Bewertungsfilter 41 ist vorzugsweise
ein digitales Tiefpassfilter, welches eine gewisse Signalglättung bzw. Mittelung vornimmt.
Allerdings bedingt diese Filterung eine verzögerte Filterantwort am Ausgang des Bewertungsfilters
41 analog einer Filterzeitkonstante bei einem Tiefpass. Das nicht weiter bezeichnete
Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 wird nachfolgend einem Komparator 44 zugeführt,
der dieses mit einer Alarmierungsschwelle LEV vergleicht, welche mit einem Mindestrauchkonzentrationswert
für die Brandalarmierung korrespondiert. Überschreitet das Filterausgangssignal diesen
Vergleichswert LEV, so erfolgt die Ausgabe eines Brandalarms AL, wie z.B. an eine
übergeordnete Brandmeldezentrale.
[0054] Erfindungsgemäß ist der Mikrocontroller 4 zudem dazu eingerichtet, das von der Photodiode
6 empfangene Photosignal PD auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms zu beschleunigen. Die spektrale Signalanalyse kann z.B. mittels einer
digitalen Fouriertransformation oder mittels einer Wavelet-Analyse durchgeführt werden.
Technisch wird dies zum einen durch den Funktionsblock Flackerfrequenzdetektor 42
bewerkstelligt.
[0055] Im Falle von detektiertem flackerndem Feuer gibt dieser einen Flackerindikator F
an einen Logikblock 40 aus, der daraufhin die Abtastrate bzw. die Taktfrequenz des
Taktsignals f
Takt des A/D-Umsetzer 51 für die Digitalisierung des gefilterten Streulichtsignals BS'
erhöht und/oder die Filterzeitkonstante T
Filter des Bewertungsfilters 41 erniedrigt. Der Flackerindikator F kann z.B. ein binärer
Wert sein, wie z.B. 0 oder 1, oder ein digitaler Wert sein, wie z.B. im Wertebereich
von 0 bis 9. Der Wert 0 kann für den binären Fall z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen
und der Wert 1 entsprechend das Vorliegen repräsentieren. Im digitalen Fall kann der
Wert 0 z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen repräsentieren. Die Werte 1 bis
9 können z.B. das Vorliegen von Flackerfrequenzen anzeigen, wobei hohe Zahlenwerte
hohe Flackerfrequenzpegel und niedrige Zahlenwerte geringe Flackerfrequenzpegel anzeigen.
Durch die Erhöhung der Abtastrate liegt das digitalisierte gefilterte Streulichtsignal
BS' schneller am Bewertungsfilter 41 für die Weiterverarbeitung an. Andererseits spricht
das Bewertungsfilter 41 durch die Herabsetzung der Filterzeitkonstante T
filter schneller an, sodass ein tatsächlicher Anstieg des gefilterten Streulichtsignals
BS' auch zu einer schnelleren Brandalarmierung AL führt. Die Erhöhung der Abtastrate
und/oder die Erniedrigung der Filterzeitkonstante T
filter kann z.B. für den digitalen Fall des Flackerindikators F in Abhängigkeit von dessen
Wertbereich erfolgen.
[0056] Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 programmiert sein, dass in Abhängigkeit
vom Flackerindikator F die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt wird, wie z.B. 10%,
20%, 30% oder 50%. Dadurch erfolgt für den mit erhöhter Wahrscheinlichkeit aufgrund
der detektierten Flackerfrequenz eintretenden Brandfall vorteilhafte eine beschleunigte
Ausgabe eines Brandalarms.
[0057] FIG 7 zeigt ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit eingangsseitiger
Erfassung und Auswertung eines Streulicht-/Photosignals BS von einer gemeinsamen Photodiode
6' und mit einer Nachterkennung gemäß der Erfindung.
[0058] Die Steuereinheit 4 ist dabei eingerichtet, das von der gemeinsamen Photodiode 6'
empfangene Streulicht-/Photosignal BS, PD in zeitlich getrennten Phasen zu analysieren.
[0059] In einer jeweiligen ersten Phase, welcher das Taktsignal f
Takt zugeordnet ist, analysiert die Steuereinheit 4 den Signalpegel des gefilterten Streulicht-/Photosignal
BS', ob dieser unzulässig hoch ist. Alternativ oder zusätzlich analysiert sie, ob
dieser Signalpegel unzulässig schnell ansteigt.
[0060] Darüber hinaus ist die Steuereinheit 4 dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal
BS, PD in einer jeweiligen zweiten Phase, welcher das zweite Taktsignal f
Takt2 zugeordnet ist, auf das Vorhandensein von charakteristischen Flackerfrequenzen hin
zu analysieren. Das empfangene Streulicht-/Photosignal BS, PD durchläuft zuerst ein
Tiefpassfilter 57, um insbesondere die hochfrequenten Signalanteile zu unterdrücken,
die mittelbar vom Taktgenerator 46 stammen. Das Signal am Ausgang des Tiefpassfilters
57 wird einem A/D-Umsetzer 52 zugeführt, der dieses Signal in entsprechende Digitalwerte
für den nachfolgenden Flackerfrequenzdetektor 42 umsetzt.
[0061] Letzterer führt, wie bereits im Beispiel der FIG 6 beschrieben, eine spektrale Signalanalyse
hinsichtlich des Auftretens von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen
durch.
[0062] Die phasenversetzte Ansteuerung der beiden A/D-Umsetzer 51, 52 ist nur im Rahmen
der Brandanalyse erforderlich. Je nach eingesetztem Mikrocontroller als Steuereinheit
4 können beide A/D-Umsetzer 51, 52 auch gleichzeitig angesteuert werden, was entsprechend
dem jeweiligen Konzept vorteilhaft für den Stromverbrauch sein kann.
[0063] Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform gemäß FIG 6 umfasst die Steuereinheit
4 zusätzlich einen Nachterkennungs-Funktionsblock 43, um gemäß der Erfindung in Abhängigkeit
von der ermittelten Helligkeit in der Umgebung des Brandmelders eine Alarmierungsschwelle
LEV für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms AL herabzusetzen.
[0064] Im Beispiel der vorliegenden FIG 7 ermittelt die Steuereinheit 4 einen zweiten Gleichanteil
H/D aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal BS, PD, welcher einen langzeitgemittelten
Helligkeitswert repräsentiert. Sie überwacht diesen zweiten Gleichanteil H/D auf ein
Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin und setzt dann davon abhängig die
Alarmierungsschwelle LEV für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms AL herab.
[0065] Der Nachterkennungsblock 43 weist für die Ermittlung des zweiten Gleichanteils H/D
ein digitales Tiefpassfilter mit einer Eckfrequenz im Bereich von 0 bis 0.1 auf. Eingangsseitig
wird dem Nachterkennungsblock 43 das bereits durch das Tiefpassfilter 57 vorgefilterte
und mittels des A/D-Umsetzers 52 digitalisierte Streulicht-/Photosignal zugeführt.
Der zweite Gleichanteil H/D kann einen binären Helligkeitswert für hell oder dunkel
repräsentieren. Vorzugsweise repräsentiert er einen digitalen Wert, wie z.B. ein Luxwert,
mit einem gestuften Wertebereich.
[0066] Der Logikblock 40 ist nun dahingehend programmiert, dass die Alarmierungsschwelle
LEV insbesondere dann abgesenkt wird, wenn der zweite Gleichanteil H/D einen Mindesthelligkeitswert
unterschreitet, wie z.B. einen Wert von 1 Lux. Dieser beispielhafte Wert korrespondiert
mit einer dunklen bis stark dämmrigen Umgebung. In einer solchen Umgebung ist mit
weniger optischen Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen wie tagsüber. Durch
die Annahme geringerer Störungen aus der Melderumgebung kann die Alarmierungsschwelle
LEV abgesenkt werden. Durch die sensiblere Einstellung erfolgt eine beschleunigte
Ausgabe eines Brandalarms, da die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das
Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 nun schneller überschritten wird.
[0067] FIG 8 zeigt ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit 4 als beispielhafte
Ausführungsform für die erfindungsgemäße Offset-Kompensation für die Photodiode 6'.
[0068] Zur Offsetkompensation, d.h. zur Kompensation des Gleichanteils des Streulicht-/Photosignal
BS, PD, wird dieses beispielhaft einem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers
63 zugeführt. Zugleich ist der Ausgang des Operationsverstärkers 63 über einen nicht
weiter bezeichneten Feedback-Widerstand auf den nicht invertierenden Eingang zurückgeführt.
Die vorliegende Schaltungsanordnung stellt somit schematisch einen an sich bekannten
Transimpedanzwandler dar, der den von der Photodiode 6' erzeugten Photostrom in eine
dazu proportionale Photospannung am Ausgang des Operationsverstärkers 63 umwandelt.
Durch die Offsetkompensation wird vorteilhaft ein Übersteuern des Transimpedanzverstärkers
verhindert.
[0069] Die Schaltungsanordnung in der FIG 8 zeigt im Detail einen Regelkreis zur erfindungsgemäßen
Offsetkompensation. Der Regelkreis umfasst dabei den Operationsverstärker 63 als Vergleichselement,
ein nachgeschaltetes Tiefpassfilter 57 mit einer hier beispielhaften Eckfrequenz von
20 Hz, einen folgenden A/D-Umsetzer 52, einen durch den Logikblock 40 realisierten
Regler, der eingangsseitig mit dem Ausgang des A/D-Umsetzers 52 verbunden ist, einen
dem Regler nachfolgenden Digital-/Analog-Umsetzer 58 sowie eine dem D/A-Umsetzer 58
folgende, nicht weiter bezeichnete spannungsgesteuerte Stromquelle. Letztere wirkt
als Rückführung des Regelkreises auf den invertierenden Eingang des Transimpedanzwandler
bzw. Operationsverstärkers 63.
[0070] Im geregelten Zustand liegt am Ausgang des Operationsverstärkers 63 ein im Wesentlichen
gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal AC an. Dieses Signal AC wird einerseits
einem Bandpassfilter 56 zugeführt, der auf die Träger- bzw. Taktfrequenz des Frequenzgenerators
46 abgestimmt ist. Das so gefilterte Streulicht-/Photosignal BS' wird dann, wie bereits
zuvor beschrieben, an einen A/D-Umsetzer 51 ausgeben, der die entsprechenden digitalisierten
Werte einem nachgeschalteten Bewertungsfilter 41 zur Brandanalyse zuführt.
[0071] Andererseits wird gemäß der Erfindung das im Wesentlichen gleichanteilsfreie Streulicht-/Photosignal
AC einem Tiefpassfilter 57 mit einer beispielhaften Eckfrequenz von 20 Hz zugeführt.
Das am Filterausgang anliegende Signal bildet dabei die Regelabweichung RA des Regelkreises.
Diese wird dem A/D-Umsetzer 52 zugeführt, der das Signal der Regelabweichung RA in
entsprechende Digitalwerte der Regelabweichung RA' umsetzt. Ein nachfolgender, im
Logikblock 40 in Software realisierter Regler ermittelt in Abhängigkeit von der Höhe
der Regelabweichung RA' einen ersten Gleichanteil OFFSET für die Offsetkompensation
des empfangenen Streulicht-/Photosignal BS, PD. Dieser erste Gleichanteil OFFSET setzt
ein nachgeschalteter D/A-Umsetzer 58 in eine Gleichspannung um, mittels derer eine
folgende spannungsgesteuerte Stromquelle angesteuert wird. Letztere bewirkt über den
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 63, dass dieser erste Gleichanteil
OFFSET vom empfangenen Streulicht-/Photosignal BS, PD subtrahiert wird, um schließlich
das im Wesentlichen gleichanteilsfreie Streulicht-/Photosignal AC zu erzeugen. Der
Regelkreis ist nun geschlossen.
[0072] Desweiteren wird das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 52, wie bereits beschrieben,
wieder einem Flackerfrequenzblock 42 zur Detektion von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen zugeführt.
[0073] Im vorliegenden Beispiel ist der Logikblock 40 zudem dazu eingerichtet bzw. dazu
programmiert, den ermittelten ersten Gleichanteil OFFSET mit einem vorgegebenen Übersteuerungswert
zu vergleichen und eine Störmeldung ST auszugeben, falls der ermittelte erste Gleichanteil
OFFSET den Übersteuerungswert für eine vorgegebene Mindestzeit übersteigt.
[0074] FIG 9 zeigt einen beispielhaften Streulichtrauchmelder 1 geschlossener Bauart als
Brandmelder mit einer optischen Messkammer 10 und mit einer Photodiode 6 für Umgebungslicht
zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung.
[0075] Im vorliegenden Beispiel weist der Melder 1 ein Gehäuse 2 auf, welches sich aus einem
Grundkörper 21 und aus einer Melderhaube 22 zusammensetzt. Mit dem Grundkörper 21
kann dann der Melder 1 vorzugsweise lösbar an einem an einer Decke montierten Meldersockel
11 angebracht werden. Beide Gehäuseteile 21, 22 sind üblicherweise aus einem lichtdichten
Kunststoffgehäuse hergestellt. Im Innenraum des Melders 1 ist ein Schaltungsträger
3 aufgenommen. Auf diesem sind neben einem Mikrocontroller 4 als Steuereinheit auch
ein Sender S, typischerweise eine LED, und ein Empfänger E, typischerweise eine Photodiode,
als Teile einer Streulichtanordnung SA angeordnet. Mit SZ ist das durch die Streulichtanordnung
SA gebildete Streulichtzentrum SZ bzw. Messvolumen zur optischen Rauchdetektion bezeichnet.
Die Streulichtanordnung SA ist dabei von einem Labyrinth umgeben und bildet mit diesem
zusammen die optische Messkammer 10. Letztere bildet somit einen Brandsensor 10. Mit
OF ist ferner eine beispielhaft umlaufende Raucheintrittsöffnung und mit N ein Insektenschutz
bezeichnet. Im Bereich der Raucheintrittsöffnung OF sind zwei sich gegenüberliegende
Thermistoren 5 zur Erfassung der Umgebungstemperatur als zusätzliche Brandkenngröße
vorhanden.
[0076] Innerhalb der Melderhaube 22 ist eine Photodiode 6 angeordnet, die einer Ausnehmung
AN an der Außenseite der Melderhaube 22 gegenüberliegt. Durch diese Ausnehmung AN
kann die Photodiode 6 in die Umgebung um den Melder 1 "hindurchsehen". Mit FOV ist
der zugehörige optische Erfassungsbereich der Photodiode 6 bezeichnet. Offenes Feuer
in diesem Erfassungsbereich FOV, symbolisiert durch ein Flammensymbol, ist dann durch
die Photodiode 6 optisch erfassbar.
[0077] Im vorliegenden Beispiel ist die Ausnehmung AN in der Melderhaube 22 mit einer transparenten
Abdeckung AB zum Schutz gegen Verschmutzung versehen. Die Abdeckung AB ist vorzugsweise
aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt. Sie kann mit einem Tageslichtfilter
versehen sein. Im Falle eines detektierten Brandes ist ein Brandalarm AL an eine übergeordnete
Brandmeldezentrale ausgebbar. Zusätzlich kann eine Tag-/Nachtkennung T/N ausgegeben
werden. Mit Z ist die geometrische zentrale Hauptachse des Melders 1 bezeichnet.
[0078] FIG 10 zeigt das Beispiel gemäß FIG 9 in einer Draufsicht entlang der eingetragenen
Blickrichtung X. Erfindungsgemäss ist die Steuereinheit 4 nun dazu eingerichtet, ein
von der Photodiode 6 empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes
Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die
Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Darüber hinaus ist sie zudem
bereits dazu eingerichtet, das Photosignal auf ein Über- und Unterschreiten eines
Mindesthelligkeitspegels zu überwachen und als Tag-/Nacht-Kennung T/N, symbolisiert
durch einen Sonnen- und Mondsymbol, auszugeben. Letztere ist an eine übergeordnete
Zentrale ausgebbar, um z.B. Jalousien ein- oder auszufahren oder um z.B. Licht ein-
und auszuschalten.
[0079] FIG 11 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit einem
gemeinsamen Lichtleiter 7 zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode 6 und
als Indikator im Sinne einer Betriebsbereitanzeige. Die gezeigte Photodiode 6 ist
vorzugsweise eine Silizium-Photodiode und insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode.
[0080] Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform ist die Photodiode 6 für die Umgebungslichterfassung
nun auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet. Sie ist vorzugsweise benachbart zu einer
gleichfalls auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Indikator-Leuchtdiode LED appliziert.
[0081] Der Lichtleiter 7 ist dergestalt, dass er mit einem ersten Ende sowohl der Indikator-Leuchtdiode
LED als auch der Photodiode 6 gegenüberliegt. Das zweite Ende des Lichtleiters 7 ragt
vorzugsweise durch eine zentrale Ausnehmung in der Melderhaube 22. Dadurch ist Umgebungslicht
durch den Lichtleiter 7 hindurch mittels der Photodiode 6 detektierbar. Unabhängig
davon ist auf umgekehrtem Wege Licht der Indikator-Leuchtdiode LED durch den Lichtleiter
7 hindurch am zweiten Ende des Lichtleiters 7 auskoppelbar. Die Indikator-Leuchtdiode
LED wird zyklisch, wie z.B. alle 30 Sekunden, zum Aussenden eines optisch sichtbaren
Pulses zur Betriebsbereitanzeige des Brandmelders 1 angesteuert. Insbesondere ist
das zweite Ende des Lichtleiters 7 als optische Linse L ausgebildet. Dadurch ist Umgebungslicht
aus einem größeren optischen Erfassungsbereich FOV detektierbar. Zudem ist die Betriebsbereitanzeige
des Brandmelders 1 in einem größeren Raumwinkelbereich erkennbar. Der Lichtleiter
7 ist vorzugsweise einstückig und aus einem transparenten Kunststoff hergestellt.
[0082] FIG 12 zeigt das Beispiel gemäß FIG 11 in einer Draufsicht entlang der in FIG 11
eingetragenen Blickrichtung XII. In dieser Darstellung ist insbesondere die zentrale
Anordnung des zweiten Endes des Lichtleiters 7 erkennbar.
[0083] FIG 13 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter
41 mit einstellbarer Zeitkonstante T
Filter, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen.
[0084] Die gezeigten Funktionsblöcke 40-44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h.
als Programmroutinen, die durch eine prozessorgestützte Steuereinheit, wie z.B. durch
einen Mikrocontroller, ausgeführt werden. Die Programmroutinen sind in einem Speicher
des Mikrocontrollers 4 geladen. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger
elektronischer Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher. Der Mikrocontroller 4 kann darüber
hinaus spezifische Funktionsblöcke aufweisen, die bereits als Hardware-Funktionseinheiten
im Mikrocontroller 4 integriert sind, wie z.B. Analog-/DigitalUmsetzer 51 - 53, Signalprozessoren,
digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
[0085] Im linken oberen Teil der FIG 13 ist eine Streulichtanordnung SA als Teil der optischen
Messkammer bzw. des Brandsensors zu sehen. Die Streulichtanordnung SA weist einen
Sender S und Empfänger E auf. Beide sind auf ein gemeinsames Streulichtzentrum SZ
als Messvolumen ausgerichtet und spektral aufeinander abgestimmt. Der Sender S ist
insbesondere eine Leuchtdiode. Der Empfänger E ist ein Photosensor und vorzugsweise
eine Photodiode. Die Leuchtdiode ist insbesondere zum Aussenden von monochromatischem
infrarotem Licht, vorzugsweise im Bereich von 860 bis 940 nm ± 40 nm, und/oder von
monochromatischem ultraviolettem Licht, vorzugsweise im Bereich 390 bis 460 nm ± 40
nm ausgebildet. Streulicht, welches von zu detektierenden Teilchen wie Rauchpartikeln
im Streulichtzentrum SZ stammt, ist dann durch den Empfänger E detektierbar. Der Streulichtpegel
bzw. die Amplitude des Streulichtsignals BS, ist dabei ein Maß für die Konzentration
der detektierten Teilchen. Vorzugsweise wird das Streulichtsignal BS zuvor mittels
eines Verstärkers 62, insbesondere mittels eines Transimpedanzverstärkers, verstärkt.
[0086] Zur wiederholt gepulsten Ansteuerung der Leuchtdiode S gibt der Logikblock 40 der
Steuereinheit 4 ein gepulstes Taktsignal f
Takt aus. Dieses wird von einem weiteren Verstärker 61 verstärkt und der Leuchtdiode S
zugeführt. Typischerweise ist das Taktsignal f
Takt zyklisch. Es weist vorzugsweise eine Pulsbreite im Bereich von 50 bis 500 µs und
eine Taktfrequenz im Bereich von 0,1 bis 2 Hz auf. Zur synchronen Erfassung des Streulichts
wird dieses Taktsignal f
Takt einem zugeordneten Analog-/Digital-Umsetzer 51 zugeführt.
[0087] Im vorliegenden Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 beispielhaft drei Analog-/Digital-Umsetzer
51 - 53. Der erste A/D-Umsetzer 51 dient zur Digitalisierung des Streulichtsignals
BS vom Brandsensor, d.h. hier von der optischen Messkammer. Der zweite A/D-Umsetzer
52 ist zur Digitalisierung eines Photosignals PD vorgesehen, das von einer Photodiode
6 zur Umfassung von Umgebungslicht in der (unmittelbaren) Umgebung des Melders 1 vorgesehen
ist. Vorzugsweise wird das Photosignal PD zuvor mittels eines Verstärkers 61, typischerweise
mittels eines Transimpedanzverstärkers verstärkt. Der dritte A/D-Umsetzer 53 ist zur
Digitalisierung eines Temperatursignals TS vorgesehen, welches von einem NTC als Temperatursensor
5 zur Erfassung der Umgebungstemperatur UT in der (unmittelbaren) Umgebung des Melders
1 ausgegeben wird.
[0088] Das digitalisierte Streulichtsignal wird anschließend einem (digitalen) Bewertungsfilter
41 entlang des optischen Pfads zugeführt. Das Bewertungsfilter 41 ist vorzugsweise
ein digitales Tiefpassfilter, welches eine gewisse Signalglättung bzw. Mittelung vornimmt.
Allerdings bedingt diese Filterung eine verzögerte Filterantwort am Ausgang des Bewertungsfilters
41 analog einer Filterzeitkonstante bei einem Tiefpass. Das nicht weiter bezeichnete
Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 wird nachfolgend einem Komparator 44 zugeführt,
der dieses mit einer Alarmierungsschwelle LEV vergleicht, wie z.B. mit einem Mindestkonzentrationswert
für die Alarmierung. Überschreitet das Filterausgangssignal diesen Vergleichswert
LEV, so erfolgt die Ausgabe eines Brandalarms AL, wie z.B. an eine übergeordnete Brandmeldezentrale.
[0089] Erfindungsgemäß ist der Mikrocontroller 4 zudem dazu eingerichtet, das von der Photodiode
6 empfangene Photosignal PD auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms zu beschleunigen. Die spektrale Signalanalyse kann z.B. mittels einer
digitalen Fouriertransformation oder mittels einer Wavelet-Analyse durchgeführt werden.
Technisch wird dies zum einen durch den Funktionsblock Flackerfrequenzdetektor 42
bewerkstelligt. Im Falle von detektiertem flackerndem Feuer gibt dieser einen Flackerindikator
F an einen Logikblock 40 aus, der daraufhin die Abtastrate des A/D-Umsetzer 51 für
die Digitalisierung des Streulichtsignals BS erhöht und/oder die Filterzeitkonstante
T
Filter erniedrigt. Der Flackerindikator F kann z.B. ein binärer Wert sein, wie z.B. 0 oder
1, oder ein digitaler Wert sein, wie z.B. im Wertebereich von 0 bis 9. Der Wert 0
kann für den binären Fall z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen und der Wert
1 entsprechend das Vorliegen repräsentieren. Im digitalen Fall kann der Wert 0 z.B.
das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen repräsentieren. Die Werte 1 bis 9 können
z.B. das Vorliegen von Flackerfrequenzen anzeigen, wobei hohe Zahlenwerte hohe Flackerfrequenzpegel
und niedrige Zahlenwerte geringe Flackerfrequenzpegel anzeigen. Durch die Erhöhung
der Taktfrequenz bzw. der Abtastrate f
Takt liegt das digitalisierte Streulichtsignal BS schneller am Bewertungsfilter 41 für
die Weiterverarbeitung an. Andererseits spricht das Bewertungsfilter 41 durch die
Herabsetzung der Filterzeitkonstante T
filter schneller an, so dass ein tatsächlicher Anstieg des Streulichtpegels BS auch zu einer
schnelleren Brandalarmierung AL führt. Die Erhöhung der Abtastrate f
Takt und/oder die Erniedrigung der Filterzeitkonstante T
filter kann z.B. für den digitalen Fall des Flackerindikators F in Abhängigkeit von dessen
Wertbereich erfolgen.
[0090] Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 auch dahingehend programmiert sein,
dass die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt wird, wenn ein Hell/Dunkel-Indikator H/D,
der vom Funktionsblock 43 des Mikrocontrollers 4 bereitgestellt wird, einen Mindesthelligkeitswert
unterschreitet. Ein solcher Wert ist z.B. 0,1 Lux, 1 Lux oder 5 Lux. Diese beispielhaften
Werte korrespondieren mit einer dunklen bis stark dämmrigen Umgebung. Der Wert für
die Alarmierungsschwelle LEV kann z.B. um 10%, 20, 30% oder 50% herabgesetzt werden.
[0091] Wie eingangs beschrieben, ist in einer solchen Umgebung mit weniger Störungen aus
der Melderumgebung zu rechnen wie tagsüber, wie z.B. mit der Zunahme von Rauchpartikeln
durch das Anzünden von Kerzen, durch sich ausbreitenden Rauch beim Kochen und Braten,
oder durch das Anzünden eines Kamins und dergleichen. Durch die Annahme geringerer
Störungen aus der Melderumgebung kann daher auch die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt
werden. Durch die sensiblere Einstellung erfolgt eine beschleunigte Ausgabe eines
Brandalarms, indem die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das Ausgangssignal
des Bewertungsfilters 41 schneller überschritten wird. Die Tag-/Nacht-Erkennung erfolgt
durch eine Tiefpassfilterung des Photosignals PD mit einer Zeitkonstante von weniger
als 1 Hz, insbesondere von weniger als 0,1 Hz.
[0092] Im Beispiel der FIG 13 ist die Steuereinheit 4 mit einem Thermistor 5 (NTC) zur Erfassung
der Umgebungstemperatur UT im unmittelbaren Bereich um den Brandmelder verbunden.
Die Steuereinheit 4 ist gemäß der Erfindung dazu eingerichtet, die erfasste Umgebungstemperatur
UT bei der Brandanalyse mit zu berücksichtigen. Dadurch kann im Sinne eines Multikriterien-Brandmelders
ein Brand noch zuverlässiger detektiert werden. Im vorliegenden Beispiel wird das
vom Thermistor 5 ausgegebene Temperatursignal TS durch den dritten A/D-Umsetzer 53
in digitale Temperaturwerte T umgesetzt, die dann durch den Logikblock 40 der Steuereinheit
4 bei der Brandanalyse mitberücksichtigt werden.
[0093] FIG 14 zeigt einen beispielhaften thermischen Melder 1 mit einem Temperatursensor
5 und mit einer Photodiode 6 zur Erfassung von Umgebungslicht zur Detektion von offenem
Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung.
[0094] Im vorliegenden Beispiel weist der Melder 1 ein Gehäuse 2 auf, welches sich aus einem
Grundkörper 21 und einer Melderhaube 22 zusammensetzt. Mit dem Grundkörper 21 kann
dann der Melder 1 vorzugsweise lösbar an einem an einer Decke montierten Meldersockel
angebracht werden. Beide Gehäuseteile 21, 22 sind üblicherweise aus einem lichtdichten
Kunststoffgehäuse hergestellt. In der Melderhaube 22 ist eine zentrale Öffnung vorgesehen,
in welcher ein Thermistor 5 als Temperatursensor geschützt gegenüber möglichen mechanischen
Einwirkungen angebracht ist. Durch die zentrale Anordnung ist eine richtungsunabhängige
Erfassung der Umgebungstemperatur UT in unmittelbarer Umgebung des Melders 1 möglich
(siehe dazu auch FIG 15). Im Innenraum IR des Melders 1 ist ferner ein Schaltungsträger
3 aufgenommen, auf dem neben einem Mikrocontroller 4 als Steuereinheit auch die Photodiode
6 angeordnet ist. Gegenüberliegend zur Photodiode 6 ist eine Ausnehmung AN in der
Melderhaube 22 vorhanden, durch welche die Photodiode 6 in die Umgebung um den Melder
1 "hindurchsehen" kann. Mit FOV ist der zugehörige optische Erfassungsbereich der
Photodiode 6 bezeichnet. Offenes Feuer in diesem Erfassungsbereich FOV, symbolisiert
durch ein Flammensymbol, kann dann durch die Photodiode 6 optisch erfasst werden.
Im vorliegenden Beispiel ist die Ausnehmung AN in der Melderhaube 22 mit einer transparenten
Abdeckung AB zum Schutz gegen Verschmutzung versehen. Die Abdeckung AB ist vorzugsweise
aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt. Sie kann auch bereits mit einem
Tageslichtfilter versehen sein oder einen solchen aufweisen. Im Falle eines detektierten
Brandes ist ein Brandalarm AL sowie eine Tag-/Nachtkennung T/N, symbolisiert durch
einen Pfeil, ausgebbar.
[0095] FIG 15 zeigt das Beispiel gemäß FIG 14 in einer Draufsicht entlang der in FIG 14
eingetragenen Blickrichtung. Mit Z ist die geometrische zentrale Hauptachse des Melders
1 bezeichnet.
[0096] Erfindungsgemäss ist die Steuereinheit 4 nun dazu eingerichtet, ein von der Photodiode
6 empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms zu beschleunigen. Sie ist zudem dazu eingerichtet, das Photosignal auf
ein Über- und Unterschreiten eines Mindesthelligkeitspegels zu überwachen und als
Tag-/Nacht-Kennung T/N, symbolisiert durch einen Sonnen- und Mondsymbol, auszugeben,
wie z.B. an eine übergeordnete Zentrale.
[0097] FIG 16 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit
einem kontaktlos arbeitenden Temperatursensor 5 aufweisend einen für Wärmestrahlung
W im Infrarotbereich empfindlichen Thermopile 50 als Wärmestrahlungssensor.
[0098] Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform ist der Thermopile 50 im Meldergehäuse
2 auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet und zur Erfassung der Umgebungstemperatur
UT optisch auf die Innenseite IS der Melderhaube 22 ausgerichtet. Die optisch erfasste
Fläche an der Innenseite IS der Melderhaube 22 ist in der FIG 16 als Messoberfläche
M bezeichnet. Insbesondere ist der Thermopile 50 wieder zentral im Meldergehäuse 2
angeordnet, um eine möglichst richtungsunabhängige Erfassung der Umgebungstemperatur
UT in unmittelbarer Umgebung des Melders 1 zu ermöglichen. Dabei ist die Melderhaube
22 im zentralen Bereich 23 der Innenseite IS derart wärmeleittechnisch zu einem gegenüberliegenden
Bereich der Außenseite der Melderhaube 22 ausgebildet, dass die sich an der Innenseite
IS einstellende Gehäusetemperatur T der Umgebungstemperatur UT am gegenüberliegenden
Bereich der Melderhaube 22 folgt. Im einfachsten Fall kann die Wandungsstärke im zentralen
Bereich 23 reduziert werden, wie z.B. auf einen halben Millimeter. Alternativ kann
dieser zentrale Bereich 23 thermisch gegenüber der restlichen umgebenden Melderhaube
22 isoliert sein. In den meisten Fällen wird keine Veränderung der Wandungsstärke
der Melderhaube 22 erforderlich sein.
[0099] Die aktuelle Umgebungstemperatur UT bzw. die dieser folgenden Gehäusetemperatur T
wird aus dem vom Wärmestrahlungsensor 50 erfassten Wärmestrahlungswert nach dem pyrometrischen
Messprinzip rechnerisch abgeleitet. Hierbei geht der Emissionsgrad für die Wärmeabstrahlung
W der Messoberfläche M in die Berechnung ein. Dieser Wert kann messtechnisch ermittelt
werden und liegt typischerweise im Bereich von 0.75 bis 0.9. Hierbei gilt: Je schwärzer
die Messoberfläche ist, desto größer ist der Emissionsgrad. Ein Emissionsgrad von
1.0 entspricht dabei dem theoretisch maximal erreichbaren Wert für einen schwarzen
Strahler.
[0100] Die rechnerische Ermittlung kann durch einen im Thermopile 50 integrierten Mikrocontroller
ausgeführt werden, der ausgangsseitig den aktuell ermittelten Temperaturwert ausgibt
und somit einen berührungslos arbeitenden Temperatursensor darstellt. Alternativ kann
der Thermopile 50 lediglich einen aktuellen Wärmestrahlungswert ausgeben, der dann
durch den Mikrocontroller 4 des Brandmelders 1 erfasst und zur rechnerischen Ermittlung
des aktuellen Temperaturwerts weiterverarbeitet wird. Hierzu ist vorzugsweise im Mikrocontroller
4 der zugehörige Emissionsgrad abgespeichert.
[0101] FIG 17 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit
einem gemeinsamen Lichtleiter 7 zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode
6 und als Indikator im Sinne einer Betriebsbereitanzeige.
[0102] Dazu ist eine Indikator-Leuchtdiode LED benachbart zur Photodiode 6 auf dem Schaltungsträger
6 angeordnet. Der Lichtleiter 7 ist dergestalt, dass er mit einem ersten Ende sowohl
der Indikator-Leuchtdiode LED als auch der Photodiode 6 gegenüberliegt. Das zweite
Ende des Lichtleiters 7 ragt vorzugsweise durch eine zentrale Ausnehmung in der Melderhaube
22. Dadurch ist Umgebungslicht durch den Lichtleiter 7 hindurch mittels der Photodiode
6 detektierbar. Unabhängig davon ist auf umgekehrtem Wege Licht der Indikator-Leuchtdiode
LED durch den Lichtleiter 7 hindurch am zweiten Ende des Lichtleiters 7 auskoppelbar.
Die Indikator-Leuchtdiode LED wird typischerweise zyklisch zum Aussenden eines optisch
sichtbaren Pulses, wie z.B. alle 30 Sekunden, zur Betriebsbereitanzeige des Brandmelders
1 angesteuert. Insbesondere ist das zweite Ende des Lichtleiters 7 als optische Linse
L ausgebildet. Dadurch ist Umgebungslicht aus einem größeren optischen Erfassungsbereich
FOV detektierbar. Zudem ist die Betriebsbereitanzeige des Brandmelders 1 in einem
größeren Raumwinkelbereich erkennbar. Der Lichtleiter 7 ist vorzugsweise einstückig
und aus einem transparenten Kunststoff hergestellt. Die gezeigte Photodiode 6 ist
vorzugsweise eine Silizium-Photodiode und insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode.
[0103] Alternativ kann auf eine solche speziell zur Lichtdetektion hergestellte Photodiode
verzichtet werden. In diesem Fall liegt der Lichtleiter 7 mit seinem ersten Ende nur
der Indikator-Leuchtdiode LED gegenüber. Die Lichtauskopplung des LED-Lichts erfolgt
wieder am zweiten Ende des Lichtleiters 7 in die Umgebung des Brandmelders 1.
[0104] Gemäß der Erfindung ist nun die Indikator-Leuchtdiode LED zur Umgebungslichtdetektion
vorgesehen, da prinzipiell jede Leuchtdiode auch zur Detektion von Umgebungslicht
geeignet ist, wenn auch mit deutlich geringerer Effizienz. In diesem Fall wird abwechselnd
die Indikator-Leuchtdiode LED in einen Betriebsmodus zur Lichterzeugung und in einen
Betriebsmodus als Photodiode geschaltet (siehe dazu die nachfolgenden Erläuterungen
in der FIG 20).
[0105] Im Unterschied zur FIG 14 und FIG 16 weist der Brandmelder 1 beispielhaft zwei sich
gegenüberliegende Temperatursensoren 5 für die Erfassung der Umgebungstemperatur UT
auf.
[0106] FIG 18 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter
41 mit einstellbarer Filterzeit, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen.
[0107] Die gezeigten Funktionsblöcke 40-44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h.
als Programmroutinen, die durch eine prozessorgestützte Steuereinheit, wie z.B. durch
einen Mikrocontroller, ausgeführt werden. Die Programmroutinen sind in einem Speicher
des Mikrocontrollers 4 geladen. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger
elektronischer Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher. Der Mikrocontroller 4 kann darüber
hinaus spezifische Funktionsblöcke aufweisen, die bereits als Hardware-Funktionseinheiten
im Mikrocontroller 4 integriert sind, wie z.B. Analog-/DigitalUmsetzer 51, 52, Signalprozessoren,
digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
[0108] Im vorliegenden Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 beispielhaft zwei Analog-/Digital-Umsetzer
51, 52, um ein aktuelles Temperatursignal BS vom Brandsensor 5, d.h. hier von einem
NTC, sowie ein Photosignal PD von einer Photodiode 6 zu digitalisieren. Das digitalisierte
Temperatursignal wird anschließend einem (digitalen) Bewertungsfilter 41 entlang des
thermischen Pfads zugeführt. Das Bewertungsfilter 41 ist vorzugsweise ein digitales
Tiefpassfilter, welches eine gewisse Signalglättung bzw. Mittelung vornimmt. Allerdings
bedingt diese Filterung eine verzögerte Filterantwort am Ausgang des Bewertungsfilters
41 analog einer Filterzeitkonstante bei einem Tiefpass. Das nicht weiter bezeichnete
Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 wird nachfolgend einem Komparator 44 zugeführt,
der dieses mit einer Alarmierungsschwelle LEV vergleicht, wie z.B. mit einem Temperaturwert
für 65°. Überschreitet das Filterausgangssignal diesen Vergleichswert LEV, so erfolgt
die Ausgabe eines Brandalarms AL, wie z.B. an eine übergeordnete Brandmeldezentrale.
[0109] Erfindungsgemäß ist der Mikrocontroller 4 zudem dazu eingerichtet, das von der Photodiode
6 empfangene Photosignal PD auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen
Brandalarms zu beschleunigen. Die spektrale Signalanalyse kann z.B. mittels einer
digitalen Fouriertransformation oder mittels einer Wavelet-Analyse durchgeführt werden.
Technisch wird dies zum einen durch den Funktionsblock Flackerfrequenzdetektor 42
bewerkstelligt. Im Falle von detektiertem flackerndem Feuer gibt dieser einen Flackerindikator
F an einen Logikblock 40 aus, der daraufhin die Abtastrate f
Takt des A/D-Umsetzer 51 für die Digitalisierung des Temperatursignals BS erhöht und/oder
die Filterzeitkonstante T
Filter erniedrigt. Der Flackerindikator F kann z.B. ein binärer Wert sein, wie z.B. 0 oder
1, oder ein digitaler Wert sein, wie z.B. im Wertebereich von 0 bis 9. Der Wert 0
kann für den binären Fall z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen und der Wert
1 entsprechend das Vorliegen repräsentieren. Im digitalen Fall kann der Wert 0 z.B.
das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen repräsentieren. Die Werte 1 bis 9 können
z.B. das Vorliegen von Flackerfrequenzen anzeigen, wobei hohe Zahlenwerte hohe Flackerfrequenzpegel
und niedrige Zahlenwerte geringe Flackerfrequenzpegel anzeigen. Durch die Erhöhung
der Abtastrate f
Takt liegt das digitalisierte Temperatursignal BS schneller am Bewertungsfilter 41 für
die Weiterverarbeitung an. Andererseits spricht das Bewertungsfilter 41 durch die
Herabsetzung der Filterzeitkonstante T
filter schneller an, so dass ein tatsächlicher Anstieg des Temperatursignals BS auch zu
einer schnelleren Brandalarmierung AL führt. Die Erhöhung der Abtastrate f
Takt und/oder die Erniedrigung der Filterzeitkonstante T
filter kann z.B. für den digitalen Fall des Flackerindikators F in Abhängigkeit von dessen
Wertbereich erfolgen.
[0110] Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 programmiert sein, dass die Alarmierungsschwelle
LEV abgesenkt wird, wie z.B. von 65° auf 60°. Dadurch erfolgt für den mit erhöhter
Wahrscheinlichkeit aufgrund der detektierten Flackerfrequenz eintretenden Brandfall
eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms.
[0111] Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 auch dahingehend programmiert sein,
dass die Alarmierungsschwelle LEV insbesondere dann abgesenkt wird, wenn ein Hell/Dunkel-Indikator
H/D, der vom Funktionsblock 43 des Mikrocontrollers 4 bereitgestellt wird, einen Mindesthelligkeitswert
unterschreitet, wie z.B. einen Wert von 1 Lux. Dieser beispielhafte Wert korrespondiert
mit einer dunklen bis stark dämmrigen Umgebung. In einer solchen Umgebung ist mit
weniger thermischen Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen wie tagsüber, wie
z.B. mit den eingangs beschriebenen Temperaturschwankungen. Durch die Annahme geringerer
Störungen aus der Melderumgebung kann die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt werden.
Durch die sensiblere Einstellung erfolgt eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms,
da die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das Ausgangssignal des Bewertungsfilters
41 nun schneller überschritten wird. Die Tag-/Nacht-Erkennung erfolgt durch eine Tiefpassfilterung
des Photosignals PD mit einer Zeitkonstante von weniger als 1 Hz, insbesondere von
weniger als 0,1 Hz.
[0112] FIG 19 zeigt ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit
einem Temperatursensor 5 mit Thermopile 50 gemäß der Erfindung.
[0113] Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform wird die aktuelle Umgebungstemperatur
UT bzw. die dieser folgenden Gehäusetemperatur T mit einem Temperaturberechnungsblock
54 des Mikrocontrollers 4 ermittelt. Letzerem wird ein digitalisiertes Wärmesignal
WS mittels eines A/D-Umsetzers 51 von einem Thermopile 50 als Beispiel für einen Wärmestrahlungssensor
zugeführt. Bei der rechnerischen Ermittlung geht der Emissionsgrad für die Wärmeabstrahlung
W im Infrarotbereich der Messoberfläche M in die Berechnung mit ein.
[0114] FIG 20 zeigt ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 zusätzlich
zum wechselweisen Ansteuern einer Indikator-Leuchtdiode LED sowie zur Erfassung des
Umgebungslichts mittels der Indikator-Leuchtdiode LED, geschaltet in einer Betriebsart
als Photodiode 5 gemäß der Erfindung.
[0115] Im Vergleich zur vorherigen FIG 18 steuert der Logikblock 40 über ein Umschaltsignal
US wechselweise eine Umschalteinheit 55 an, so dass in einer ersten Phase die Indikator-Leuchtdiode
LED mit einem Stromsignal IND von einer Pulserzeugungseinheit 45 zum kurzzeitigen
Leuchten angesteuert werden kann, wie z.B. alle 30 Sekunden. In einer zweiten Phase
steuert der Logikblock 40 die Umschalteinheit 55 so an, dass das geringe Photosignal
PD von der Indikator-Leuchtdiode LED einem Verstärker 60 zugeführt wird. Diesem folgt
wiederum ein A/D-Umsetzer 52 zur Digitalisierung des Photosignals PD. Der Verstärker
60 ist vorzugsweise ein Transimpedanzverstärker.
Bezugszeichenliste
[0116]
- 1
- Brandmelder, offener Streulichtrauchmelder, geschlossener Streulichtrauchmelder, thermischer
Melder, Hitzemelder, Punktmelder
- 2
- Gehäuse, Kunststoffgehäuse
- 3
- Schaltungsträger, Leiterplatte
- 4
- Steuereinheit, Mikrocontroller
- 5
- Temperatursensor, Thermistor, NTC, Temperatursensor
- 6
- (separate) Photodiode, IR-Photodiode, Silizium-PIN-Photodiode
- 6'
- gemeinsame Photodiode, IR-Photodiode, Silizium-PIN-Photodiode
- 7
- Lichtleiter
- 10
- Brandsensor, optische Messkammer, Labyrinth
- 11
- Meldersockel
- 21
- Grundkörper
- 22
- Melderhaube, Gehäusedeckel
- 23
- zentrales Gehäuseteil
- 40
- Funktionsblock, Logikblock
- 41
- Funktionsblock, Bewertungsfilter
- 42
- Funktionsblock, Flackerfrequenzdetektor
- 43
- Funktionsblock, Nachterkennungsblock
- 44
- Funktionsblock, Komparator
- 45
- Funktionsblock, Pulserzeugungseinheit
- 46
- Funktionsblock, Frequenzgenerator, HF-Burst-Generator
- 47
- Funktionsblock, Helligkeitskompensation
- 50
- Thermopile
- 51 - 53
- A/D-Umsetzer, Analog-/Digital-Umsetzer
- 54
- Temperaturberechnungsblock
- 55
- Umschalteinheit, Multiplexer
- 56, 57
- Frequenzfilter, digitales Filter, Hochpassfilter, Tiefpassfilter
- 60 - 63
- Verstärker, Transimpedanzverstärker
- A
- Amplitude, Signalamplitude
- AB
- Abdeckung, transparente Abdeckung, Fenster
- AC
- gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal
- AL
- Brandalarm, Alarmmeldung, Alarminformation
- AN
- Ausnehmung, Aussparung, Öffnung
- BS
- Sensorsignal, Brandsensorsignal, Streulichtsignal, Temperatursignal
- BS'
- gefiltertes Streulichtsignal
- E
- Lichtempfänger, Photosensor, Photodiode
- F
- Flackerindikator
- FZ
- Filterzeiteinstellsignal, Einstellsignal
- f
- Frequenz
- FOV
- Erfassungsbereich, Field-of-View
- fTakt, fTakt2
- Taktsignal, zweites Taktsignal
- GAIN
- Verstärkungsgrad
- H/D
- zweiter Gleichanteil, Hell-/Dunkel-Indikator
- L
- Linse, optische Linse
- LED
- Indikator-LED
- LEV
- Alarmierungsschwelle
- N
- Netz, Insektenschutz, Gitter
- OF
- Gehäuseöffnung, Raucheintrittsöffnung
- PD
- Photosignal, Photodiodensignal
- RA, RA'
- Regelabweichung
- S
- Lichtsender, optische Sendeeinheit, Leuchtdiode
- SRel
- relative spektrale Empfindlichkeit
- SA
- Streulichtanordnung
- SZ
- Streulichtzentrum, Messvolumen
- t
- Zeit, Zeitachse
- T
- Temperaturwert
- TS
- Temperatursensorsignal
- T/N
- Tag-/Nacht-Kennung
- TFilter
- Filterzeit, Filterzeitkonstante
- UT
- Umgebungstemperatur
- Z
- Hauptachse, Symmetrieachse
- λ
- Lichtwellenlänge
1. Brandmelder, insbesondere offener Streulichtrauchmelder, mit einem Brandsensor, mit
einer Steuereinheit (4) und mit einer Photodiode (6, 6') zur Erfassung von Umgebungslicht
in einem spektral begrenzten Bereich von 400 bis 1150 nm, wobei die Steuereinheit
(4) dazu eingerichtet ist, ein vom Brandsensor empfangenes Sensorsignal (BS) auf zumindest
eine charakteristische Brandkenngröße hin zu analysieren, zu bewerten und bei einem
detektierten Brand einen Brandalarm (AL) auszugeben, und wobei die Steuereinheit (4)
zudem dazu eingerichtet ist, ein von der Photodiode (6, 6') empfangenes Photosignal
(PD) auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen
hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL)
durch ein Erhöhen einer Abtastrate für die Erfassung des Sensorsignals (BS) vom Brandsensor
(5), durch ein Herabsetzen einer Filterzeit (TFilter), insbesondere eine Zeitkonstante, eines Bewertungsfilters (41) für die Brandanalyse
und/oder durch ein Herabsetzen einer Alarmierungsschwelle (LEV) zu beschleunigen.
2. Brandmelder nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, die
Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL) alleinig auf Basis detektierter charakteristischer
Flackerfrequenzen im empfangenen Photosignal (PD) zu unterdrücken.
3. Brandmelder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Photodiode (6, 6') eine Silizium-Photodiode,
ist.
4. Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Photodiode (6, 6') ein
Tageslicht-Sperrfilter vorgeschaltet ist, welches nur Licht in einem Bereich von 700
bis 1150 nm, insbesondere von 730 bis 1100 nm, passieren lässt.
5. Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Brandmelder ein offener
Streulichtrauchmelder ist, wobei der Streulichtrauchmelder ein Gehäuse (2), einen
Schaltungsträger (3), einen Lichtsender (S) und einen Lichtempfänger (E) aufweist,
wobei der Lichtsender (S) und der Lichtempfänger (E) im Gehäuse (2) angeordnet sind,
wobei der Lichtsender (S) und der Lichtempfänger (E) in einer Streulichtanordnung
(SA) mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders liegenden Streulichtzentrum (SZ)
angeordnet sind, wobei die Streulichtanordnung (SA) mit dem Lichtsender (S) und dem
Lichtempfänger (E) den Brandsensor bildet, und wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet
ist, ein vom Brandsensor empfangenes Streulichtsignal als Sensorsignal (BS) auf einen
unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig hohe
Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals (BS) als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren
und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm (AL) auszugeben.
6. Brandmelder nach Anspruch 5, wobei der Lichtempfänger (E) für die Streulichtdetektion
und die Photodiode (6) für die Umgebungslichterfassung als gemeinsame Photodiode (6')
realisiert sind.
7. Brandmelder nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet ist, das von
der gemeinsamen Photodiode (6') empfangene Streulicht-/Photosignal (BS, PD) in zeitlich
getrennten Phasen zu analysieren, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist,
das empfangene Streulicht-/Photosignal (BS, PD) in einer jeweiligen ersten Phase auf
einen unzulässig hohen Signalpegel und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit
zu analysieren, und dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal (BS,
PD) in einer jeweiligen zweiten Phase auf das Vorhandensein von charakteristischen
Flackerfrequenzen hin zu analysieren.
8. Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet
ist, einen ersten Gleichanteil (OFFSET) aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal
(BS, PD) zu ermitteln, und zudem dazu eingerichtet, diesen ersten Gleichanteil (OFFSET)
vom empfangenen Streulicht-/Photosignal (BS, PD) zu subtrahieren, um ein im Wesentlichen
gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal (AC) zu erhalten.
9. Brandmelder nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, den
ermittelten ersten Gleichanteil (OFFSET) mit einem vorgegebenen Übersteuerungswert
zu vergleichen und eine Störmeldung (ST) auszugeben, falls der ermittelte erste Gleichanteil
(OFFSET) den Übersteuerungswert für eine vorgegebene Mindestzeit übersteigt.
10. Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet
ist, einen zweiten Gleichanteil (H/D) aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal
(BS, PD) zu ermitteln, welcher einen langzeitgemittelten Helligkeitswert repräsentiert,
und wobei die Steuereinheit (4) zudem dazu eingerichtet, diesen zweiten Gleichanteil
(H/D) auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen sowie
davon abhängig eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms
(AL) herabzusetzen.
11. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Brandmelder ein Streulichtrauchmelder
ist, welcher eine in einem Meldergehäuse (2) angeordnete, gegenüber Umgebungslicht
abgeschirmte und für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer (10)
als Brandsensor aufweist, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein von
der optischen Messkammer (10) empfangenes Streulichtsignal als Sensorsignal (BS) auf
einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig
hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals (BS) als weitere Brandkenngröße hin
zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm (AL) auszugeben.
12. Brandmelder nach einem der Ansprüche, wobei der Brandmelder einen Temperatursensor
(5), insbesondere einen Thermistor, zur Erfassung einer Umgebungstemperatur (UT) im
unmittelbaren Bereich um den Brandmelder aufweist und wobei die Steuereinheit (4)
dazu eingerichtet ist, die erfasste Umgebungstemperatur (UT) bei der Brandanalyse
mit zu berücksichtigen.
13. Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Brandmelder ein ausschließlicher
thermischer Melder mit einem Temperatursensor (5) als Brandsensor ist, wobei die Steuereinheit
(4) dazu eingerichtet ist, ein vom Temperatursensor (5) als Sensorsignal (BS) empfangenes
Temperatursignal auf eine unzulässige hohe Umgebungstemperatur (UT) als Brandkenngröße
und/ oder auf einen unzulässig hohen Temperaturanstieg als weitere Brandkenngröße
hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm (AL) auszugeben.
14. Brandmelder nach Anspruch 13, wobei der Temperatursensor (5) ein kontaktlos arbeitender
Temperatursensor ist, der einen für Wärmestrahlung (W) im Infrarotbereich empfindlichen
Wärmestrahlungssensor umfasst, insbesondere eine Thermosäule oder ein Mikrobolometer,
wobei der Brandmelder ein Meldergehäuse (2) mit einer Melderhaube (22) aufweist, wobei
der Wärmestrahlungssensor (6) im Meldergehäuse (2) angeordnet und zur rechnerischen
Ableitung der Umgebungstemperatur (UT) optisch auf die Innenseite (IS) der Melderhaube
(22) ausgerichtet ist, und wobei die Melderhaube (22) im Bereich der Innenseite (IS)
derart wärmeleittechnisch zu einem gegenüberliegenden Bereich der Außenseite der Melderhaube
(22) ausgebildet ist, dass die sich an der Innenseite (IS) einstellende Gehäusetemperatur
(T) der Umgebungstemperatur (UT) am gegenüberliegenden Bereich der Melderhaube (22)
folgt.
15. Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (4) dazu
eingerichtet ist, eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines Brandalarms
(AL) herabzusetzen, um die Ausgabe eines Brandalarms (AL) zu beschleunigen, falls
das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen detektiert
worden ist.
16. Brandmelder nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Steuereinheit (4) zudem
dazu eingerichtet ist, das von der Photodiode (6) ausgegebene Photosignal (PD) auf
ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts zu überwachen und dazu eingerichtet
ist, eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL)
herabzusetzen.
17. Brandmelder nach Anspruch 16, wobei der Brandmelder leitungsgebunden oder drahtlos
mit einer übergeordneten Zentrale verbunden ist und wobei die Steuereinheit (4) dazu
eingerichtet ist, das Über- und Unterschreiten des Mindesthelligkeitspegels als Tag-/Nachtkennung
(T/N) an die Zentrale auszugeben.
1. A fire detector, in particular an open light-scattering smoke detector, comprising
a fire sensor, comprising a control unit (4) and comprising a photodiode (6, 6') for
detecting ambient light in a spectrally delimited range of 400 nm to 1150 nm, wherein
the control unit (4) is configured to analyze a sensor signal (BS) received from the
fire sensor for at least one characteristic fire parameter, to evaluate said signal
and to output a fire alarm (AL) on a fire being detected, and wherein the control
unit (4) is also configured to analyze a photo-signal (PD) received from the photodiode
(6, 6') for the presence of flicker frequencies characteristic of open fire, and on
the basis thereof, to output a potential fire alarm (AL) more quickly by increasing
a sampling rate for acquiring the sensor signal (BS) from the fire sensor (5), by
reducing a filter time (TFilter), in particular a time constant, of an evaluation filter (41) for the fire analysis
and/or by lowering an alerting threshold (LEV).
2. The fire detector as claimed in claim 1, wherein the control unit (4) is configured
to suppress the output of a potential fire alarm (AL) solely on the basis of detected
characteristic flicker frequencies in the received photo-signal (PD).
3. The fire detector as claimed in claim 1 or 2, wherein the photodiode (6, 6') is a
silicon photodiode.
4. The fire detector as claimed in one of the preceding claims, wherein a daylight blocking
filter that passes only light in a range of 700 nm to 1150 nm, in particular 730 nm
to 1100 nm, is arranged in front of the photodiode (6, 6').
5. The fire detector as claimed in one of the preceding claims, wherein the fire detector
is an open light-scattering smoke detector, wherein the light-scattering smoke detector
comprises a housing (2), a circuit mount (3), a light transmitter (S) and a light
receiver (E), wherein the light transmitter (S) and the light receiver (E) are arranged
in the housing (2), wherein the light transmitter (S) and the light receiver (E) are
arranged in a light-scattering arrangement (SA) having a light-scattering center (SZ)
located outside the light-scattering smoke detector, wherein the light-scattering
arrangement (SA) forms the fire sensor with the light transmitter (S) and the light
receiver (E), and wherein the control unit (4) is configured to analyze a scattered-light
signal received from the fire sensor as the sensor signal (BS) for an inadmissibly
high signal level as a fire parameter and/or for an inadmissibly high rate of rise
of the sensor signal (BS) as another fire parameter, and to output a fire alarm (AL)
in the event of a fire being detected.
6. The fire detector as claimed in claim 5, wherein the light receiver (E) for the scattered-light
detection and the photodiode (6) for the ambient-light sensing are implemented as
a common photodiode (6').
7. The fire detector as claimed in claim 6, wherein the control unit (4) is configured
to analyze in time-separated phases the scattered-light signal/photo-signal (BS, PD)
received from the common photodiode (6'), wherein the control unit (4) is configured
to analyze the received scattered-light signal/photo-signal (BS, PD) in a particular
first phase for an inadmissibly high signal level and/or for an inadmissibly high
rate of rise, and is configured to analyze the received scattered-light signal/photo-signal
(BS, PD) in a particular second phase for the presence of characteristic flicker frequencies.
8. The fire detector as claimed in one of claims 5 to 7, wherein the control unit (4)
is configured to determine a first DC component (OFFSET) from the received scattered-light
signal/photo-signal (BS, PD), and is also configured to subtract this first DC component
(OFFSET) from the received scattered-light signal/photo-signal (BS, PD) in order to
obtain a scattered-light signal/photo-signal (AC) that contains substantially no DC
component.
9. The fire detector as claimed in claim 8, wherein the control unit (4) is configured
to compare the determined first DC component (OFFSET) with a specified overdrive value,
and to output a fault signal (ST) if the determined first DC component (OFFSET) exceeds
the overdrive value for a specified minimum time.
10. The fire detector as claimed in one of claims 5 to 9, wherein the control unit (4)
is configured to determine a second DC component (H/D) from the received scattered-light
signal/photo-signal (BS, PD), which component represents the long-term average of
a brightness value, and wherein the control unit (4) is also configured to monitor
whether this second DC component (H/D) falls below a minimum brightness level, and
on the basis thereof, to lower an alerting threshold (LEV) for the output of a potential
fire alarm (AL).
11. The fire detector as claimed in one of claims 1 to 4, wherein the fire detector is
a light-scattering smoke detector that comprises as a fire sensor an optical measuring
chamber (10) that is arranged in a detector housing (2), is shielded from ambient
light and is permeable to smoke to be detected, wherein the control unit (4) is configured
to analyze a scattered-light signal received from the optical measuring chamber (10)
as the sensor signal (BS) for an inadmissibly high signal level as a fire parameter
and/or for an inadmissibly high rate of rise of the sensor signal (BS) as another
fire parameter, and to output a fire alarm (AL) in the event of a fire being detected.
12. The fire detector as claimed in one of the claims, wherein the fire detector comprises
a temperature sensor (5), in particular a thermistor, for sensing an ambient temperature
(UT) in the region immediately around the fire detector, and wherein the control unit
(4) is configured to include the sensed ambient temperature (UT) in the fire analysis.
13. The fire detector as claimed in one of claims 1 to 4, wherein the fire detector is
a sole thermal detector comprising a temperature sensor (5) as the fire sensor, wherein
the control unit (4) is configured to analyze a temperature signal received from the
temperature sensor (5) as the sensor signal (BS) for an inadmissibly high ambient
temperature (UT) as a fire parameter and/or for an inadmissibly high temperature rise
as another fire parameter, and to output a fire alarm (AL) in the event of a fire
being detected.
14. The fire detector as claimed in claim 13, wherein the temperature sensor (5) is a
non-contact temperature sensor, which comprises a thermal radiation sensor sensitive
to thermal radiation (W) in the infrared region, in particular a thermopile or a microbolometer,
wherein the fire detector comprises a detector housing (2) having a detector cover
(22), wherein the thermal radiation sensor (6) is arranged in the detector housing
(2), and for the purpose of deriving by calculation the ambient temperature (UT),
is oriented optically towards the internal face (IS) of the detector cover (22), and
wherein the detector cover (22) in the region of the internal face (IS) is designed
for thermal conduction with an opposite region of the external face of the detector
cover (22) such that the housing temperature (T) that arises on the internal face
(IS) tracks the ambient temperature (UT) on the opposite region of the detector cover
(22).
15. The fire detector as claimed in one of the preceding claims, wherein the control unit
(4) is configured to lower an alerting threshold (LEV) for the output of a potential
fire alarm (AL) in order to output a potential fire alarm (AL) more quickly if the
presence of flicker frequencies characteristic of open fire has been detected.
16. The fire detector as claimed in one of claims 11 to 15, wherein the control unit (4)
is also configured to monitor whether the photo-signal (PD) output by the photodiode
(6) falls below a minimum brightness level, and is configured to lower an alerting
threshold (LEV) for the output of a potential fire alarm (AL).
17. The fire detector as claimed in claim 16, wherein the fire detector has a wired or
wireless connection to a higher-level control center, and wherein the control unit
(4) is configured to output to the control center whether the brightness is above
or below the minimum brightness level as a day/night identifier (T/N).
1. Détecteur d'incendie, en particulier détecteur de fumées à lumière diffuse ouvert,
comprenant un capteur d'incendie, doté d'une unité de commande (4) et d'une photodiode
(6, 6') pour détecter la lumière environnante dans une plage spectrale limitée de
400 à 1150 nm, dans lequel l'unité de commande (4) est conçue pour analyser, évaluer
un signal de capteur (BS) reçu du capteur d'incendie quant à au moins une grandeur
caractéristique d'incendie et en cas d'incendie détecté, déclencher une alarme incendie
(AL), et dans lequel l'unité de commande (4) est en outre conçue pour analyser un
photosignal (PD) reçu de la photodiode (6, 6') quant à la présence de fréquences de
scintillement caractéristiques d'un feu ouvert et en fonction de cela, accélérer le
déclenchement d'une éventuelle alarme incendie (AL) par une augmentation d'une vitesse
de balayage pour la détection du signal de capteur (BS) du capteur d'incendie (5),
par une baisse d'une durée de filtrage (Tfilter), en particulier une constante de temps, d'un filtre d'évaluation (41) pour l'analyse
d'incendie et/ou par une baisse d'un seuil d'alarme (LEV).
2. Détecteur d'incendie selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande (4)
est conçue pour supprimer le déclenchement d'une éventuelle alarme incendie (AL) en
se basant uniquement sur des fréquences de scintillement caractéristique détectées
dans le photosignal (PD) reçu.
3. Détecteur d'incendie selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la photodiode (6,
6') est une photodiode de silicium.
4. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel est monté
en amont de la photodiode (6, 6'), un filtre d'arrêt de lumière naturelle qui ne laisse
passer que de la lumière dans une plage de 700 à 1150 nm, en particulier de 730 à
1100 nm.
5. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le détecteur
d'incendie est un détecteur de fumées à lumière diffuse, dans lequel le détecteur
de fumées à lumière diffuse présente un boîtier (2), un support de circuit (3), un
photoémetteur (S) et un photorécepteur (E), dans lequel le photoémetteur (S) et le
photorécepteur (E) sont disposés dans le boîtier (2), dans lequel le photoémetteur
(S) et le photorécepteur (E) sont disposés dans un agencement de lumière diffuse (SA)
avec un centre de lumière diffuse (SZ) reposant hors du détecteur de fumées à lumière
diffuse, dans lequel l'agencement de lumière diffuse (SA) forme le capteur d'incendie
avec le photoémetteur (S) et le photorécepteur (E) et dans lequel l'unité de commande
(4) est conçue pour analyser un signal de lumière diffuse reçu du capteur d'incendie
en tant que signal de capteur (BS) quant à un niveau de signal élevé non autorisé
en tant que grandeur caractéristique d'incendie et/ou quant à une vitesse d'augmentation
élevée non autorisée du signal de capteur (BS) en tant qu'autre grandeur caractéristique
d'incendie, et en cas d'incendie détecté, déclencher une alarme incendie (AL).
6. Détecteur d'incendie selon la revendication 5, dans lequel le photorécepteur (E) pour
la détection de lumière diffuse et la photodiode (6) pour la détection de lumière
environnante sont réalisés en tant que photodiode (6, 6') commune.
7. Détecteur d'incendie selon la revendication 6, dans lequel l'unité de commande (4)
est conçue pour analyser le photosignal/signal de lumière diffuse (BS, PD) reçu de
la photodiode (6') commune en deux phases séparées temporellement, dans lequel l'unité
de commande (4) est conçue pour analyser le photosignal/signal de lumière diffuse
(BS, PD) reçu dans une première phase respective quant à un niveau de signal élevé
non autorisé et/ou une vitesse d'augmentation élevée non autorisée et ainsi conçue
pour analyser le photosignal/signal de lumière diffuse (BS, PD) reçu dans une deuxième
phase respective quant à la présence de fréquences de scintillement caractéristiques.
8. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel l'unité de
commande (4) est conçue pour déterminer une première composante continue (OFFSET)
à partir du photosignal/signal de lumière diffuse (BS, PD) reçu et est en outre conçue
pour soustraire cette première composante continue (OFFSET) du photosignal/signal
de lumière diffuse (BS, PD) reçu pour obtenir un photosignal/signal de lumière diffuse
(AC) essentiellement exempt de composante continue.
9. Détecteur d'incendie selon la revendication 8, dans lequel l'unité de commande (4)
est conçue pour comparer la première composante continue (OFFSET) déterminée à une
valeur de saturation prédéfinie et émettre un message de défaut (ST) si la première
composante continue (OFFSET) déterminée dépasse la valeur de saturation pendant une
durée minimale prédéfinie.
10. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications 5 à 9, dans lequel l'unité de
commande (4) est conçue pour déterminer une deuxième composante continue (H/D) à partir
du photosignal/signal de lumière diffuse (BS, PD) reçu qui représente une valeur de
clarté moyennée sur longue durée, et dans lequel l'unité de commande (4) est en outre
conçue pour surveiller cette deuxième composante continue (H/D) quant à un dépassement
en-deça d'une valeur minimale de clarté ainsi qu'en fonction de cela, baisser un seuil
d'alarme (LEV) pour le déclenchement d'une éventuelle alarme incendie (AL).
11. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le détecteur
d'incendie est un détecteur de fumées à lumière diffuse, lequel présente en tant que
capteur d'incendie, une chambre de mesure (10) optique disposée dans un boîtier de
détecteur (2) blindée contre la lumière environnante et perméable pour de la fumée
à détecter, dans lequel l'unité de commande (4) est conçue pour analyser un signal
de lumière diffuse reçu de la chambre de mesure (10) en tant que signal de capteur
(BS) quant à un niveau de signal élevé non autorisé en tant que grandeur caractéristique
d'incendie et/ou une vitesse d'augmentation élevée non autorisée du signal de capteur
(BS) en tant qu'autre grandeur caractéristique d'incendie, et en cas d'incendie détecté,
déclencher une alarme incendie (AL).
12. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le détecteur
d'incendie présente un capteur de température (5), en particulier une thermistance
pour détecter une température environnante (UT) dans la zone directement autour du
détecteur d'incendie et dans lequel l'unité de commande (4) est conçue pour prendre
en compte la température environnante (UT) détectée lors de l'analyse d'incendie.
13. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le détecteur
d'incendie est un détecteur exclusivement thermique avec un capteur de température
(5) en tant que capteur d'incendie (5), dans lequel l'unité de commande (4) est conçue
pour analyser un signal de température reçu du capteur de température (5) en tant
que signal de capteur (BS) quant à une température environnante (UT) élevée non autorisée
en tant qu'autre grandeur caractéristique d'incendie et/ou une augmentation de température
élevée non autorisée en tant qu'autre grandeur caractéristique d'incendie et en cas
d'incendie détecté, déclencher une alarme incendie (AL) .
14. Détecteur d'incendie selon la revendication 13, dans lequel le capteur de température
(5) est un capteur de température fonctionnant sans contact qui comprend un détecteur
de rayonnement thermique pour un rayonnement thermique (W) sensible dans la plage
d'infrarouges, en particulier une pile thermo-électrique ou un microbolomètre, dans
lequel le détecteur d'incendie présente un boîtier de détecteur (2) avec un capot
de détecteur (22), dans lequel le capteur de rayonnement thermique (6) est disposé
dans le boîtier de détecteur (2) et est aligné visuellement sur la face intérieure
(IS) du capot de détecteur (22) pour dériver par calcul la température environnante
(UT), et dans lequel le capot de détecteur (22) est conçu au niveau de la face intérieure
(IS) en conductivité thermique vers une partie opposée de la face extérieure du capot
de détecteur (22) de telle sorte que la température de boîtier (T) qui se règle sur
la face intérieure (IS) suit la température environnante (UT) sur la partie opposée
du capot de détecteur (22).
15. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité
de commande (4) est conçue pour abaisser un seuil d'alarme (LEV) pour déclencher une
alarme incendie (AL) afin d'accélérer le déclenchement d'une alarme incendie (AL)
si la présence de fréquences de scintillement caractéristiques d'un feu ouvert a été
détectée.
16. Détecteur d'incendie selon l'une des revendications 11 à 15, dans lequel l'unité de
commande (4) est conçue pour surveiller le photosignal (PD) émis par la photodiode
(6) quant à un dépassement en-deça d'une valeur minimale de clarté et est conçue pour
baisser un seuil d'alarme (LEV) pour le déclenchement d'une éventuelle alarme incendie
(AL).
17. Détecteur d'incendie selon la revendication 16, dans lequel le détecteur d'incendie
est raccordé par liaison filaire ou sans fil à une centrale maître et dans lequel
l'unité de commande (4) est conçue pour transmettre à la centrale le dépassement en-delà
et en-deça du niveau minimal de clarté en tant qu'identificateur jour/nuit (T/N).