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CN109155097A - 具有用于感测环境光的光电二极管以基于其来加速发出潜在火警报的火检测器 - Google Patents

具有用于感测环境光的光电二极管以基于其来加速发出潜在火警报的火检测器 Download PDF

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Abstract

火检测器具有用于感测环境光的光电二极管，以基于此来加速潜在火警报的发出。本发明涉及火检测器（1），其具有火传感器（5）、控制单元（4）和用于感测在从400 nm至1150 nm的光谱界定的范围内的环境光的光电二极管（6）。控制单元被设计成针对至少一个特征火变量来分析从火传感器接收的传感器信号（BS）、评估所述信号、以及在检测到火的情况下发出火警报（AL）。此外，控制单元被设计成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管接收的光电信号（PD），并且基于此通过如下来加速发出可能的火警报：增加用于感测来自所述火传感器的传感器信号的采样率；降低用于所述火分析的评估滤波器（41）的滤波器时间（TFilter）、特别是时间常数；和/或降低警报阈值（LEV）。所述火检测器可以是开放式光散射烟雾检测器、封闭式光散射烟雾检测器或热检测器。

Description

具有用于感测环境光的光电二极管以基于其来加速发出潜在 火警报的火检测器
背景技术
本发明涉及火检测器（火灾警报器，Brandmelder）、特别是开放式（offenen）光散射烟雾检测器和封闭式（geschlossenen）光散射烟雾检测器，并且涉及热检测器。这样的检测器包括火传感器，例如像在光散射布置中的光发射器和光接收器，光散射布置具有被定位在光散射烟雾检测器外部的在户外的（im Freien liegenden）光散射中心。火传感器还可以是光学测量腔，其被设置在检测器壳体中、被遮蔽免受环境光并且对于待检测的烟雾是可透过的。此外，火传感器可包括一个或多个温度传感器。这样的温度传感器可以是例如取决于温度的电阻（热敏电阻），例如，公知为NTC或PTC的电阻，或者包括热电堆或微测热辐射计的非接触式温度传感器。
火检测器还包括控制单元、优选地微控制器。控制单元被构造成针对至少一个特征火参数来分析从火传感器接收的传感器信号、评估所述信号、以及在检测到火时输出火警报。
例如对于光散射烟雾检测器来说，特征火参数是超过最低散射光水平，该水平与烟雾颗粒浓度相关。替代性地或此外，散射光水平的不容许地高的升高也可能是特征火参数。在热检测器的情况下，特征火参数例如是超过火检测器的（紧邻的）环境中的最低温度，例如，至少60°C、65°C、70°C或75°C的温度。替代性地或此外，特征火参数还可以是温度的不容许地高的升高，例如，每分钟升高至少5°C或者每分钟升高至少10°C。
例如，EP 2093734 A1和EP 1039426 A2公开了开放式光散射烟雾检测器。
此外，从现有技术公知火焰检测器，例如，如由DE 10 2011 083 455 A1或EP 2251 846 A1所公开的。这样的火焰检测器特别地被构造成用于检测明火并且用于在少于一秒内输出警报。它们通常包括作为辐射传感器的两个或更多个热电传感器。这样的传感器被调谐以检测在红外区域中以及如果适用的话在可见光和紫外区域中的明火（即，火焰和发光的余烬）的特征闪烁频率。闪烁频率典型地在2 Hz至20 Hz的范围内。
EP 1039426 A2公开了具有火检测器应用的智能电话，该应用包括合适的程序步骤以用于关于表征火的至少一项信息来分析由内部摄像机捕获的视频图像数据，并且如果存在所述信息，则经由输出单元来输出警报。该智能电话还被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析接收到的视频信号，并且如果在两个连续的视频图像之间存在显著差异则从第一低图像刷新速率切换至第二高图像刷新速率。
红外热电传感器通常对于在4.0至4.8 μm的波长范围内的红外辐射敏感。该特定辐射在碳和烃的燃烧中产生。另一热电传感器对于在UV区域中的金属火的特征发射敏感。对于户外的使用，火焰检测器还可包括这样的辐射传感器，该辐射传感器对于在5.1至6.0μm的波长范围内的红外辐射敏感。该辐射主要是寄生辐射，例如像来自热体或太阳光的红外辐射。基于所有这些传感器信号，有可能实现更可靠的评估，即，无论其是否是明火。
发明内容
鉴于该背景技术，本发明的目的在于限定火检测器，其几乎不使用附加技术复杂性，更快地且特别是更可靠地发出警报。
该目的是通过主要权利要求的主题来实现的。从属权利要求限定本发明的有利实施例。
根据本发明，火检测器包括光电二极管以用于感测在400 nm至1150 nm的光谱界定的范围内的环境光，即，在光学可见的区域中以及在邻近近UV和红外区域中的环境光。控制单元还被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管接收的光电信号，并且基于此通过如下来更快地输出潜在火警报：增加用于获取来自所述火传感器的传感器信号的采样率；降低用于所述火分析的评估滤波器的滤波器时间；和/或降低警告阈值。特别地，滤波器时间是时间常数或积分时间。
因此，本发明的核心在于使用低成本的光电二极管作为“微型火焰检测器”，其尽管如此仍具有足够质量的信息价值（足够的定性效力）并且证明（rechtfertigen）在作为存在火的指示的检测到闪烁频率情况下更快地输出火警报。
因此有利地，火警报可被更快地输出，即，加速的输出是可能的，这是因为在这种情况下可假定具有更大的可能性发生火灾情形。当针对最小时间、例如2、5或10秒的时间检测到特征闪烁频率时情况如此。但是这不意味着在该最小时间之后发出警报。这是因为与结合复杂的强大的信号处理的来自光谱严格界定的热电传感器的传感器信号相比，光电二极管信号必须被认为在质量上要平庸得多。相反，例如像散射光信号的火传感器信号更快地被处理，否则其由于相关联的错误警报安全性的损失而被放弃。换句话说，在检测到特征闪烁频率时，火传感器更敏感地且更快地响应，但是因为由于火而产生的散射光水平随后升高的高可能性，所以这是有利地可接受的。如果在作为火传感器的开放式光散射布置的示例性情况下“预期”水平升高随后未能实现，则也不发出火警报。
通过增加用于获取火传感器信号（例如像散射光信号/光电信号或温度传感器信号）的采样率，能够有利地更快地检测到该火传感器信号的升高并且因此也能够更快地输出火警报。
降低滤波器时间意味着评估滤波器不那么缓慢地响应。由于在检测到闪烁频率时发生的火灾事件的可能性被假定为高或者比未检测到闪烁频率时更高，于是能够有利地更快地输出火警报以有益于安全。来自火传感器的所获取的、优选地数字化的传感器信号被输入到评估滤波器。评估滤波器优选地是数字滤波器，其被实现为软件程序并且由作为控制单元的微控制器来执行。数字滤波器优选地是低通滤波器或者是被公知为滑频滤波器的滤波器。该滤波器执行所获取的传感器信号值的一定程度的平均化，使得在检测到火时并不立即输出火警报。相反，存在等待以确定该事件是否接连地反复地出现而不是偶发地出现，以便避免输出错误警报。
降低警告阈值意味着，火检测器可以说是更敏感地并且不那么稳健地被切换。这意味着，有利地更快地到达警告阈值，并且因此更快地输出火警报。
优选地，检测到的闪烁频率的水平越高，则更快地输出潜在火警报。该输出可以根据闪烁频率水平成比例地、递增地或递减地被加速。替代性地或此外，其可仅仅在一旦已经超过最低检测水平时才被加速。
光电二极管优选地是硅光电二极管，并且特别是硅PIN光电二极管。可在光电二极管前方设置日光遮挡滤波器，该日光遮挡滤波器仅使得在700 nm至1150 nm的范围内、特别是在730 nm至1100 nm的范围内的光通过。因此将这样的光电二极管集成在火检测器中增加极少的成本并且增加极少的电路复杂性。
连接在光电二极管之后的优选地是跨阻抗放大器或跨阻抗转换器，其将由光电二极管产生的光电流转换为与之成比例的测量电压。光电流自身与接收到的光通量成比例。由此能够有利地减少光学干扰，例如入射太阳光或荧光管的闪烁。与热电传感器相比，可以以特别低的成本来获得这种类型的光电二极管，例如像来自OSRAM公司的光电二极管（型号BPW 34 FAS）。
控制单元优选地被构造成抑制或阻止仅仅基于接收到的光电信号中的检测到的特征闪烁频率来输出潜在火警报。换句话说，控制单元至少必须已经检测到在从火传感器接收的传感器信号中存在特征火参数。如果实际火传感器随后没有检测到预期的火灾事件，则由此阻止输出潜在错误警报。例如在下述情况下情况如此：闪烁的烛光被光电二极管检测为明火，但是这并不导致在火检测器的环境中、在火检测器的光学测量腔中的散射光水平的显著增加，或者这不导致在火检测器的环境中的显著温度升高。
根据一个实施例，所述火检测器是开放式光散射烟雾检测器。所述光散射烟雾检测器包括壳体、电路安装件、以及光发射器和光接收器。所述光发射器和光接收器被设置在所述壳体中。此外，所述光发射器和光接收器被设置在光散射布置中，所述光散射布置具有被定位在所述光散射烟雾检测器外部、特别是在户外的光散射中心。所述光散射布置与所述光发射器和光接收器一起形成火传感器。所述控制单元被构造成针对如下来分析从所述火传感器接收的散射光信号（该信号形成传感器信号）：作为火参数的不容许的高信号水平和/或作为另一火参数的传感器信号的不容许的高升高速率。所述光发射器和光接收器优选地被设置在电路安装件上。电路安装件优选地被容纳在光散射烟雾检测器的壳体中。
根据特别有利的实施例，用于光学散射光检测的光接收器以及用于感测环境光的光电二极管被实现为公共光电二极管。特别的有利之处在于，使用单个光电二极管用于散射光检测以及用于火焰检测两者。这简化了根据本发明的火检测器的设计。其制造起来还更便宜。
所述控制单元特别地被构造成以时间分离的阶段来分析从所述公共光电二极管接收的散射光信号/光电信号。为此目的，所述控制单元被构造成在特定第一阶段中针对不容许的高信号水平和/或针对不容许的高升高速率来分析接收到的散射光信号/光电信号。所述控制单元还被构造成在特定第二阶段中针对特征闪烁频率的存在性来分析接收到的散射光信号/光电信号。所述两个时间阶段彼此不重叠。它们周期性地重复、优选地以交替方式重复。多个第一阶段或多个第二阶段还可以接连地彼此跟随。例如，当已经检测到散射光信号的急剧升高时或当已经检测到闪烁频率时，情况如此。
在每个第一阶段中，光发射器被脉冲信号序列反复地驱动、特别是周期性地驱动，以发出对应的光脉冲。脉冲信号序列的周期优选地在1至10秒的范围内。换句话说，每1至10秒发出脉冲信号序列。脉冲信号序列优选地是矩形时钟信号，其以相同的速率例如经由开关来驱动光发射器，使得在光发射器中产生周期性光脉冲的序列。此外，一个这样的脉冲信号序列包括多个脉冲，优选地在32至1000个脉冲的范围内。一个这样的信号序列自身的长度在0.25至2毫秒的范围内。因此，信号序列周期与信号序列自身的时间长度的比率在两至三个数量级更大的范围内。单个脉冲自身的长度典型地在0.25至2毫秒的范围内。
使用第一滤波器（其优选地被调谐至脉冲信号序列的相同时钟信号频率）的光接收器的基于信号的界定（Begrenzung）是抑制其他频率的光信号的有效手段。换句话说，在信号方面，该检测仅仅将从诸如烟雾颗粒的被检测颗粒散射的脉冲光纳入考虑。这在实践中通过带通滤波器或高通滤波器来执行，所述带通滤波器或高通滤波器至少抑制光电二极管信号和/或散射光信号中的低于时钟信号频率的频率分量。假定单个脉冲的脉冲长度在0.25至2毫秒的范围内并且时钟信号和/或光信号是矩形的，则高通滤波器的滤波器频率或者带通滤波器的底部滤波器频率在250 kHz至2 MHz的范围内。然后，以这种方式滤波的光电二极管信号和/或散射光信号被馈送到A/D转换器，A/D转换器将该信号转换为对应的数字值以用于进一步的火分析。
在每个第二阶段中，光发射器是暗的。因此第二阶段还可被称为暗阶段，在该阶段中光发射器不发出任何光。在该阶段中，第二滤波器被用于来自光接收器的光电二极管信号的频率分量的基于信号的界定，所述第二滤波器是低通滤波器。低通滤波器的截止频率被设计成使得在每个第二阶段中待检测的在2至20 Hz范围内的闪烁频率能够传送通过低通滤波器。截止频率（即，低通滤波器的滤波器频率）优选地被设置成在20 Hz至40 Hz范围内的频率，但是至少被设置成至少20 Hz的频率。例如，在设置成40 Hz的值的情况下，有效地抑制了来自例如荧光管或计算机显视器的光学光信号。然后，以这种方式被滤波的光电二极管信号被馈送至另一A/D转换器，该A/D转换器将该信号转换为对应的数字值，以用于进一步的闪烁频率分析。
根据有利的实施例，所述控制单元被构造成从接收到的散射光信号/光电信号来确定第一直流分量，并且还被构造成从接收到的散射光信号/光电信号减去该第一直流分量以便获得基本不包含直流分量的散射光信号/光电信号。
散射光信号/光电信号中的剩余的更高频率分量由此在偏移的意义上被移位到信号处理系统的工作范围中。这有利地防止信号处理系统的潜在过载。信号处理系统可包括例如跨阻抗放大器、带通或低通滤波器、或A/D转换器。在最简单的情况下，散射光信号/光电信号被馈送到低通滤波器，该低通滤波器所具有的截止频率在1至2000 Hz的范围内、优选地在20至150 Hz的范围内。
控制单元特别地被构造成将所确定的第一直流分量与规定的过载值相比较，并且如果所确定的第一直流分量超过所述过载值达规定的最小时间则输出故障信号。
在这种情况下，光电二极管暴露于如此高的亮度水平以致其过载。在这些情形下不再可能实现可靠的光学烟雾检测。输出故障信号于是能够警告使用者采取补救行动。
过载值例如可以与光电二极管或公共光电二极管所暴露于的用于光电二极管的照度水平相关。规定的过载值优选地大于100,000勒克斯。在此背景下，100,000勒克斯的值对应于明亮的晴天，其中火检测器或光电二极管则暴露于这样的明亮晴天的直射太阳光。输出故障信号的规定最小时间优选地在10秒至10分钟的范围内。
根据另一实施例并且无论所实现的发明如何，所述控制单元被构造成监测由（公共）光电二极管输出的散射光信号/光电信号是否下降成低于最低亮度水平，并且基于此来降低用于潜在火警报的输出的警告阈值。为此，所述控制单元被构造成从接收到的散射光信号/光电信号确定第二直流分量。其代表亮度值的长期平均值。控制单元还被构造成监测该第二直流分量是否下降成低于最低亮度水平，并且基于此来降低用于潜在火警报的输出的警告阈值。
由于火检测器的更敏感设置，于是能够在黑暗期间、例如在夜间有利地更快地发出警报。这是因为与在白天期间相比，当亮度水平更低时、例如在低于1勒克斯的勒克斯值下，能够预期来自检测器环境的更少干扰。这样的光学干扰的示例是荧光管的闪烁或在火检测器上的太阳光入射。
根据另一实施例，火检测器是（仅）光散射烟雾检测器，其包括作为火传感器的光学测量腔，所述光学测量腔被设置在检测器壳体中、被遮蔽免受环境光并且对于待检测的烟雾是可透过的。所述控制单元被构造成针对如下来分析从所述光学测量腔接收的散射光信号（该信号形成所述传感器信号）：作为火参数的不容许的高信号水平和/或作为另一火参数的传感器信号的不容许的高升高速率；并且被构造成在检测到火的情况下输出火警报。
根据另一实施例，所述火检测器包括至少一个温度传感器、特别是热敏电阻，以用于感测所述火检测器的紧邻附近的区域中的环境温度。所述控制单元被构造成将感测到的环境温度包括在火分析中。这样的热敏电阻例如是被公知为NTC或PTC的热敏电阻。温度传感器还可以是包括热电堆或微测热辐射计的非接触式温度传感器。将环境温度纳入考虑允许在多标准火检测器的意义上甚至更可靠地检测火。例如，对于诸如酒精火的无烟雾火来说情况如此。在该情况下仅仅通过环境温度的急剧升高来检测到火，而散射光水平仅仅略微地增加。
根据另一实施例，所述火检测器是包括作为火传感器的温度传感器的（仅）热检测器。所述控制单元被构造成针对如下来分析从所述温度传感器接收的作为传感器信号的温度信号：作为火参数的不容许的高环境温度和/或作为另一火参数的不容许的高温度升高；并且被构造成在检测到火的情况下输出火警报。如在介绍部分中所描述的，这样的温度传感器可以是取决于温度的电阻（热敏电阻），例如像NTC或PTC。
根据特定实施例，所述温度传感器是非接触式温度传感器，其包括对于红外区域中的热辐射敏感的热辐射传感器。热辐射传感器的示例是热电堆或微测热辐射计。特别地，热辐射传感器不是成像器。换句话说，其包括单个像素。此外，所述火检测器包括具有检测器盖的检测器壳体，其中，则所述热辐射传感器被设置在所述检测器壳体中，并且为了通过计算来推导环境温度的目的而被取向成光学地朝向所述检测器盖的内表面。所述检测器盖在所述内表面的区域中被设计成与所述检测器盖的外表面的相对区域进行热传导，使得在所述内表面上出现的壳体温度跟踪在所述检测器盖的相对区域上的环境温度，特别是在数秒内，例如在5秒内。由于集成在检测器盖中的温度传感器，火检测器不那么易于被弄脏。此外，热敏电阻不必被安装在壳体中，该安装涉及复杂的电路和组件。
根据封闭式光散射烟雾检测器和热检测器的另一实施例并且无论所实现的发明如何，所述控制单元被构造成监测由光电二极管输出的光电信号是否下降成低于最低亮度水平，并且被构造成降低用于潜在火警报的输出的警告阈值以便更快地输出潜在火警报。由于火检测器的更敏感设置，有利地，在黑暗期间、例如在夜间能够更快地发出警报。因为与在白天期间相比，当亮度水平更低时、例如在低于1勒克斯的勒克斯值下，能够预期来自检测器环境的更少干扰，所以这是可能的。这样的干扰的示例是点亮蜡烛、在烹饪和炸制期间的烟雾传播、或点亮壁炉火。
根据另一实施例，所考虑的火检测器具有至更高级别控制中心的有线连接或无线连接。所述控制单元被构造成将亮度是高于还是低于最低亮度水平作为日间/夜间标识符（Kennung）输出到所述控制中心。这能够引起在控制中心的更高级别的控制下例如百叶窗被降低或者建筑物中的热量输出被降低。
附图说明
参考附图以示例的方式描述本发明以及本发明的有利实施例，在附图中：
图1示出了具有和不具有被设置在前方的日光滤光器的硅光电二极管的光谱特征曲线；
图2示出了光电信号的示例，所述光电信号从光电二极管接收并且包含明火的特征闪烁频率；
图3示出了与图2的光电信号相关联的频谱；
图4以示例的方式示出了根据本发明开放式光散射检测器，所述光散射检测器具有被定位在用于烟雾检测的检测器外部的光散射中心并且具有用于感测环境光以用于检测明火的光电二极管；
图5示出了根据本发明的火检测器的第一实施例，其具有用于烟雾检测和用于环境光的公共光电二极管；
图6示出了根据本发明的检测器控制单元的功能框图，所述检测器控制单元包括评估滤波器，该评估滤波器具有可调节时间常数以用于更快地输出潜在火警报；
图7示出了根据本发明的检测器控制单元的第二功能框图，所述检测器控制单元包括来自公共光电二极管的散射光信号/光电信号的输入侧获取和评估并且包括夜间识别；
图8示出了控制单元的第三功能框图，其作为根据本发明的对光电二极管的偏移补偿的示例性实施例；
图9以截面图示出了根据本发明的封闭式设计的作为火检测器的光散射烟雾检测器的示例，其具有光学测量腔且具有用于环境光以用于检测明火的光电二极管；
图10以沿观察方向IX的平面图示出了图9的示例；
图11示出了根据本发明的具有公共光导的火检测器的实施例，所述公共光导用于借助于光电二极管来感测环境光，并且作为在操作指示器的意义上的指示器；
图12以沿观察方向XI的平面图示出了图11的示例；
图13示出了根据本发明的检测器控制单元的功能框图，所述检测器控制单元包括评估滤波器，该评估滤波器具有可调节时间常数以用于更快地输出潜在火警报；
图14以截面图示出了根据本发明的热检测器的示例，所述热检测器具有温度传感器并且具有用于环境光以用于检测明火的光电二极管；
图15以平面图并且以图14中的观察方向XIV示出了图14的示例；
图16示出了根据本发明的火检测器的第一实施例，该火检测器包括非接触式温度传感器，其包括对于红外区域中的热辐射敏感的作为热辐射传感器的热电堆；
图17示出了根据本发明的包括公共光导的火检测器的第二实施例，所述公共光导用于借助于光电二极管来感测环境光，并且作为在操作指示器的意义上的指示器；
图18示出了根据本发明的检测器控制单元的功能框图，检测器控制单元包括评估滤波器，该评估滤波器具有可调节时间常数以用于更快地输出潜在火警报；
图19示出了根据本发明的检测器控制单元的第二功能框图，其包括温度传感器，该温度传感器包括热电堆；以及
图20示出了根据本发明的检测器控制单元的第三功能框图，其附加地用于交替地驱动指示器发光二极管和借助于指示器发光二极管LED来感测环境光，指示器发光二极管在操作模式中被切换作为光电二极管。
具体实施方式
图1示出了具有和不具有设置在前方的日光滤波器的硅PIN光电二极管的光谱特征曲线。被标准化至100%的最大光谱灵敏度SRel处于近似900 nm的光波长λ，因此在近红外区域中。连续曲线示出了具有设置在前方的日光滤波器的硅PIN光电二极管的光谱灵敏度SRel。在该情况下，抑制波长λ小于730 nm的光。作为对比，曲线的虚线分支示出了不具有日光滤波器的硅PIN光电二极管的光谱灵敏度SRel。
图2示出了从光电二极管6接收并且包含明火的特征闪烁频率的光电信号PD的示例，其以毫伏为单位来测量。在光电二极管6处产生的光电压在此被测量作为光电信号PD。该测量在4秒的时间段上被实施并且示出了在20至30 mV的范围内的周期性电压尖峰，其与明火的火焰的闪烁相关。
图3示出了与图2中所示出的光电信号PD相关联的频谱。以dB为单位被测量的谱幅值由A表示并且相对于单位为Hz的频率f进行绘制。仅看为至少2 Hz的频率范围的与闪烁相关的频率范围，可看到幅值针对从2 Hz增加的频率反复地（reziproke）减小。所示出的谱对于闪烁的明火是典型的并且意味着闪烁的明火。
图4以示例的方式示出了根据本发明的开放式光散射检测器1，所述开放式光散射检测器具有被定位在检测器1外部的用于烟雾检测的光散射中心SZ，并且具有用于感测环境光以用于检测明火的光电二极管6。
在本示例中，检测器1包括壳体2，该壳体包括基部元件21和检测器盖22。检测器1然后能够通过基部元件21优选可拆卸地被附接到安装在天花板（Decke）上的检测器基部。壳体部分21、22两者都典型地由不透光的塑料壳体制成。电路安装件3被容纳在壳体2中或壳体2上，在该电路安装件上施加有呈发光二极管形式的光发射器S、呈光传感器形式的光接收器E以及作为控制单元的微控制器4。光传感器E优选地是光电二极管。光发射器S和光接收器E因此被设置在壳体2中。与此同时，它们还被设置在光散射布置SA中，所述光散射布置具有在户外的被定位在光散射烟雾检测器1外部的光散射中心SZ。光散射布置SA在此与光发射器S和光接收器E一起形成实际火传感器。
在用于检测户外的烟雾的检测器盖22中存在两个孔口。由光发射器S发出的光束通过第一孔口到达外部。在相反的方向上，来自要被检测的烟雾颗粒的散射光通过第二孔口到达壳体2中的光接收器E。在本示例中，未被进一步描述的两个孔口被透明帽部封闭，所述透明帽部例如由塑料材料制成。
所示出的控制单元4被构造成针对作为火参数的不容许的高信号水平来分析从火传感器接收的散射光信号。替代性地或此外，控制单元可被构造成针对作为另一火参数的不容许的高升高速率来分析散射光信号。在检测到火的情况下，火警报AL可由控制单元4输出。
光散射烟雾检测器1包括用于感测环境光的光电二极管6。在本示例中，光电二极管6被设置在电路安装件3上并且取向成使得其通过检测器盖22中的附加孔口“看向”外部。附加孔口优选地被定位在检测器盖22的中心点处，以有利于用于感测环境光的对称全方位视野。检测器1的中心主轴线在此处由Z表示。这样的检测器1典型地具有旋转对称的设计。FOV在此处表示光电二极管6的光学检测区域。此外，附加孔口由附加的透明帽部AB封闭以防止污物侵入到壳体内部。帽部AB可已经配备有日光滤波器，或者包括日光滤波器。在本图4的示例中，中心帽部AB还实施为光学透镜L。这允许扩展的全方位光学视野。
根据本发明，控制单元4被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管6接收的光电信号，并且基于此来更快地输出潜在火警报。控制单元还被构造成监测光电信号是高于还是低于最低亮度水平，并且将其作为由太阳和月亮图标来符号表示的日间/夜间标识符T/N输出到例如更高级别的控制中心。
图5示出了根据本发明的具有公共光电二极管6'的火检测器1的第一实施例。其被构造成用于烟雾检测和用于感测环境光两者。
图6示出了根据本发明的检测器控制单元4的功能框图，所述检测器控制单元包括评估滤波器41，该评估滤波器具有可调节时间常数TFilter以用于更快地输出潜在火警报。
所示出的功能框40-44优选地被实现为软件，即，实现为程序例程，其由基于处理器的控制单元执行，例如由微控制器执行。该程序例程被装载在微控制器4的存储器中。该存储器优选地是非易失性电子存储器，例如像闪速存储器。微控制器4可以附加地包括已经被集成为微控制器4中的硬件功能单元的特定功能框，例如这样的单元：诸如模数转换器51、52、信号处理器、数字输入/输出单元和总线接口。
在示例中，微控制器4包括两个模数转换器51、52。第一A/D转换器51被提供用于将直接源自于光散射布置SA的光接收器E的经滤波的散射光信号BS'数字化。第二A/D转换器52被提供用于将由光电二极管6输出的光电信号PD数字化。
为了执行开放式光散射烟雾检测的目的，频率发生器46利用在0.25至2 MHz的范围内的脉冲信号序列来周期性地驱动光发射器S，即，发光二极管。发光二极管S自身因此将对应的光脉冲发出到光散射中心SZ中。频率发生器46在其输入侧上经由控制单元4的逻辑框40经由时钟信号fTakt被驱动，其中频率发生器46每个时钟脉冲输出包括规定数量的脉冲（例如，在32至1000脉冲的范围内）的脉冲信号序列。由逻辑框40输出的时钟信号fTakt具有在0.1至1 Hz范围内的频率。
在被提供用于散射光检测的光电二极管E之后连接的是跨阻抗放大器62，其将由光电二极管E产生的光电流转换为合适的测量电压，以用于进一步的信号处理。放大的散射光信号BS最终被馈送到带通滤波器56，带通滤波器56被实现为数字滤波器。该带通滤波器56仅通过未经滤波的散射光信号BS中的高频信号分量，其近似地对应于高频脉冲信号序列。这是抑制低频寄生光学信号的有效手段。
时钟信号fTakt类似地也被馈送到第一A/D转换器51，第一A/D转换器51然后将当前存在的经滤波的散射光信号BS'转换为数字值。
然后，数字化的散射光信号BS'沿光学路径被馈送到（数字）评估滤波器41。评估滤波器41优选地是数字低通滤波器，其执行一定程度的信号平滑化或平均化。但是，这种滤波会导致在评估滤波器41的输出处的延迟的滤波器响应，类似于低通滤波器的滤波器时间常数。然后，来自评估滤波器41的输出信号（未被进一步描述）被馈送到比较器44，比较器44将该信号与警告阈值LEV相比较，所述警告阈值LEV与发出火警报的最低烟雾浓度水平相对应。如果滤波器输出信号超过该比较值LEV，则火警报AL被输出到例如更高级别的中心火警报系统。
根据本发明，微控制器4还被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管6接收的光电信号PD，并且基于此来更快地输出潜在火警报。可例如通过数字傅里叶变换或通过小波分析来执行光谱信号分析。这在技术上通过闪烁频率检测器功能框42来实现。
在检测到闪烁的火的情况下，该功能框输出闪烁指示符F到逻辑框40，逻辑框40随即增加用于数字化经滤波的散射光信号BS'的A/D转换器51的时钟信号fTakt的采样率或时钟频率和/或降低评估滤波器41的滤波器时间常数TFilter。闪烁指示符F例如可以是二进制值（例如，0或1）或者数字值（例如，在0至9的范围内）。对于二进制的情况来说，为0的值可代表例如不存在闪烁频率，并且为1的值对应地代表存在闪烁频率。在数字的情况下，为0的值可代表例如不存在闪烁频率。为1至9的值可指示例如存在闪烁频率，其中高的数值指示高闪烁频率水平且低的数值指示低闪烁频率水平。通过增加采样率，可在评估滤波器41处更快地获得数字化的经滤波的散射光信号BS'，以用于进一步的处理。替代性地，通过降低滤波器时间常数TFilter，评估滤波器41更快地响应，并且因此经滤波的散射光信号BS'中的实际升高也导致更快地发出火警报AL。例如，对于闪烁指示符F的数字情况来说，增加采样率和/或降低滤波器时间常数TFilter可以根据指示符的值范围来执行。
替代性地或此外，逻辑框40可被编程以使得根据闪烁指示符F来降低警告阈值LEV，例如，降低10%、20%、30%或50%。对于基于检测到的闪烁频率来说更可能发生的火灾情形来说，这有利地导致更快地输出火警报。
图7示出了根据本发明的检测器控制单元4的第二功能框图，所述检测器控制单元包括来自公共光电二极管6'的散射光信号/光电信号BS的输入侧获取和评估并且包括夜间识别。
在该情况下，控制单元4被构造成以时间分离的阶段来分析来自公共光电二极管6'的散射光信号BS/光电信号PD。
在与时钟信号fTakt相关联的特定第一阶段中，控制单元4分析经滤波的散射光信号/光电信号BS'的信号水平是否不容许地高。替代性地或此外，控制单元分析该信号水平是否不容许地快地升高。
此外，控制单元4被构造成在与第二时钟信号fTakt2相关联的特定第二阶段中针对特征闪烁频率的存在性来分析接收到的散射光信号BS/光电信号PD。接收到的散射光信号BS/光电信号PD首先传送通过低通滤波器57以便抑制特别是直接源自于时钟发生器46的高频信号成分。在低通滤波器57的输出处的信号被馈送至A/D转换器52，A/D转换器52将该信号转换为对应的数字值以用于随后的闪烁频率检测器42。
如在图6的示例中已经描述的，闪烁频率检测器执行关于表征明火的闪烁频率特征的发生的光谱信号分析。
两个A/D转换器51、52的相位偏移的（phasenversetzte）驱动仅仅作为火分析的部分是必要的。取决于被用作控制单元4的微控制器，两个A/D转换器51、52两者还可被同时地驱动，根据特定设计这对于功率消耗可以是有利的。
与如图6所示出的先前的实施例相比较，控制单元4附加地包括夜间识别功能框43，以便基于在火检测器的环境中的所确定的亮度来降低根据本发明的用于潜在火警报AL的输出的警告阈值LEV。
在本图7的示例中，控制单元4从接收到的散射光信号/光电信号BS、PD来确定第二直流分量H/D，所述分量代表亮度值的长期平均值。其监测该第二直流分量H/D是否下降成低于最低亮度水平，并且然后基于此来降低用于潜在火警报AL的输出的警告阈值LEV。
夜间识别框43包括：具有在0至0.1的范围内的截止频率的数字低通滤波器，以用于确定第二直流分量H/D。已经由低通滤波器57预滤波并且由A/D转换器52数字化的散射光信号/光电信号被输入到夜间识别框43。第二直流分量H/D可代表用于亮和暗的二进制亮度值。优选地，其代表具有分级的值范围的数字值，例如，勒克斯值。
逻辑框40被编程以使得特别是当第二直流分量H/D下降成低于最低亮度水平（例如，低于1勒克斯的值）时降低警告阈值LEV。该示例值对应于暗至非常昏暗的环境。与在白天期间相比，在这样的环境中可以预期来自检测器环境的更少光学干扰。来自检测器环境的更少干扰的假定允许降低警告阈值LEV。更敏感的设置会导致更快地输出火警报，这是因为来自评估滤波器41的输出信号现在更快地超过降低的警告阈值LEV。
图8示出了控制单元4的第三功能框图，作为根据本发明的用于光电二极管6'的偏移补偿的示例性实施例。
出于偏移补偿的目的，即，为了补偿散射光信号/光电信号BS、PD的直流分量，其被馈送到例如运算放大器63的非反相输入。运算放大器63的输出类似地经由反馈电阻馈送回到非反相输入，不进一步描述反馈电阻。本电路布置因此示意性地示出了本身公知的跨阻抗转换器，其将由光电二极管6'产生的光电流转换为运算放大器63的输出处的与其成比例的光电压。偏移补偿有利地防止跨阻抗转换器过载（Übersteuern）。
图8中的电路布置详细地示出了根据本发明的用于偏移补偿的控制回路。所述控制回路包括：作为比较器的运算放大器63；被连接在运算放大器之后的低通滤波器57，其举例来说在此具有为20 Hz的截止频率；随后的A/D转换器52；由逻辑框40实现的控制器，其在输入侧上被连接到A/D转换器52的输出；在控制器之后的数模转换器58；以及在D/A转换器58之后的电压控制的电流源（未进一步描述）。所述电流源用作至跨阻抗转换器或运算放大器63的反相输入的控制回路反馈。
在受控状态中，在运算放大器63的输出处存在基本不包含直流分量的散射光信号/光电信号AC。该信号AC被馈送到带通滤波器56，带通滤波器56针对频率发生器46的载波频率或时钟频率进行调谐。如先前已经描述的，以此方式被滤波的散射光信号/光电信号BS'然后被输出到A/D转换器51，A/D转换器51将对应的数字值馈送到被连接在其输出侧上的评估滤波器41，以用于火分析。
根据本发明，基本不包含直流分量的散射光信号/光电信号AC也被馈送到具有例如为20 Hz的截止频率的低通滤波器57。在此存在于滤波器输出处的信号形成控制回路的控制误差RA。其被馈送到A/D转换器52，A/D转换器52将控制误差RA的信号转换为控制误差RA'的对应数字值。在逻辑框40中的以软件实现的随后的控制器根据控制误差RA'的高度来确定第一直流分量OFFSET，以用于接收到的散射光信号/光电信号BS、PD的偏移补偿。随后的D/A转换器58将该第一直流分量OFFSET转换为直流电压，其被用于驱动随后的电压控制的电流源。后者经由运算放大器63的反相输入从接收到的散射光信号/光电信号BS、PD减去该第一直流分量OFFSET，以便最终产生基本不包含直流分量的散射光信号/光电信号AC。现在控制回路闭合。
此外，如已经描述的，来自A/D转换器52的输出信号被再次馈送到闪烁频率框42，以用于检测表征明火的闪烁频率。
在本示例中，逻辑框40还被构造或编程为将所确定的第一直流分量OFFSET与规定的过载值进行比较，并且如果所确定的第一直流分量OFFSET超过特定过载值达规定的最小时间则输出故障信号ST。
图9以截面图示出了根据本发明的封闭式设计的光散射烟雾检测器1的示例，其中火检测器具有光学测量腔10且具有用于环境光以用于检测明火的光电二极管6。
在本示例中，检测器1包括壳体2，该壳体包括基部元件21和检测器盖22。检测器1然后可通过基部元件21优选可拆卸地被附接到安装在天花板上的检测器基部11。两个壳体部分21、22都典型地由不透光的塑料壳体制成。电路安装件3被容纳在检测器1内部。在该电路安装件上除了设置有作为控制单元的微控制器4外，还设置有典型地为LED的发射器S、和典型地为光电二极管的接收器E，它们作为光散射布置SA的部分。SZ表示用于光学烟雾检测的光散射中心SZ或测量体积，其由光散射布置SA形成。光散射布置SA在此由迷宫件包围并且与其一起形成光学测量腔10。该光学测量腔因此形成火传感器10。此外，OF表示例如周向的烟雾进入孔口，并且N表示昆虫遮蔽件。在烟雾进入孔口OF的区域中存在用于感测作为附加火参数的环境温度的两个相对地定位的热敏电阻5。
在检测器盖22内部设置有光电二极管6，其安置成与检测器盖22的外表面上的开口AN相对。光电二极管6能够通过该开口AN“看到”检测器1周围的区域。FOV表示光电二极管6的相关联光学检测区域。光电二极管6于是能够光学地检测在该检测区域FOV中的明火，其用火焰图标来符号表示。
在本示例中，检测器盖22中的开口AN配备有透明帽部AB以保护免受污物。帽部AB优选地由透光塑料材料制成。其可配备有日光滤波器。在检测到火的情况下，火警报AL可被输出到更高级别的中心火警报系统。此外，日间/夜间标识符T/N可被输出。Z表示检测器1的几何中心主轴线。
图10以沿所指示的观察方向X的平面图示出了图9的示例。根据本发明，控制单元4被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管6接收的光电信号，并且基于此来更快地输出潜在火警报。此外，其还已经被构造成监测光电信号是高于还是低于最低亮度水平，并且将其作为由太阳和月亮图标符号表示的日间/夜间标识符T/N输出。后者可被输出到更高级别的控制中心，例如以便打开或关闭百叶窗或者将灯接通以及断开。
图11示出了根据本发明的具有公共光导7的火检测器1的实施例，所述公共光导用于借助于光电二极管6来感测环境光并且作为操作指示器的意义上的指示器。所示出的光电二极管6优选地是硅光电二极管并且特别地是硅PIN光电二极管。
不同于先前的实施例，用于环境光感测的光电二极管6现在被设置在电路安装件3上。其优选地被施加成邻近于类似地被设置在电路安装件3上的指示器发光二极管LED。
光导7使得其在第一端处面向指示器发光二极管LED和光电二极管6两者。光导7的第二端优选地延伸通过检测器盖22中的中心开口。光电二极管6由此能够检测通过光导7的环境光。与其独立，在相反的方向上，来自指示器发光二极管LED的光能够被耦合通过光导7并且在光导7的第二端处被耦合输出。指示器发光二极管LED被周期性地驱动（例如，每30秒），以发出用于火检测器1的操作指示器的光学可见的脉冲。特别地，光导7的第二端被实施为光学透镜L。这使得有可能检测来自更大的光学检测区域FOV的环境光。此外，火检测器1的操作指示器在更大的立体角范围中是可见的。光导7优选地由透明的塑料材料制造成单件。
图12以沿图11中所指示的观察方向XII的平面图示出了图11的示例。特别地在该视图中，光导7的第二端的中心布置是显而易见的。
图13示出了根据本发明的检测器控制单元4的功能框图，所述检测器控制单元包括评估滤波器41，该评估滤波器具有用于更快地输出潜在火警报的可调节时间常数TFilter。
所示出的功能框40-44优选地被实现为软件，即，实现为程序例程，其由基于处理器的控制单元执行，例如由微控制器执行。该程序例程被装载在微控制器4的存储器中。该存储器优选地是非易失性电子存储器，例如像闪速存储器。微控制器4可以附加地包括已经被集成为微控制器4中的硬件功能单元的特定功能框，例如如下的单元：诸如模数转换器51-53、信号处理器、数字输入/输出单元和总线接口。
在图13的左上部分中可以看到作为光学测量腔或火传感器的部分的光散射布置SA。光散射布置SA包括发射器S和接收器E。发射器和接收器两者均朝向作为测量体积的公共光散射中心SZ取向，并且彼此光谱地调谐。发射器S特别地是发光二极管。接收器E是光传感器并且优选地是光电二极管。发光二极管特别地被设计成发出优选地在860至940 nm ±40 nm范围内的单色红外光、和/或优选地在390至460 nm ± 40 nm范围内的单色紫外光。源自于光散射中心SZ中的要被检测的颗粒（例如，烟雾颗粒）的散射光于是可由接收器E检测到。散射光信号BS的散射光水平或幅值在此是检测到的颗粒的浓度的量度。散射光信号BS优选地首先由放大器62、特别是由跨阻抗放大器来放大。
控制单元4的逻辑框40发出脉冲时钟信号fTakt以用于利用脉冲来反复地驱动发光二极管S。该时钟信号由另一放大器61来放大并且被馈送到发光二极管S。时钟信号fTakt典型地是周期性的。其优选地具有在50至500 μs范围内的脉冲宽度以及在0.1至2 Hz范围内的时钟频率。为了散射光的同步检测，该时钟信号fTakt被馈送到相关联的模数转换器51。
在本示例中，举例来说，微控制器4包括三个模数转换器51-53。第一A/D转换器51用于数字化来自火传感器（即，在该情况下来自光学测量腔）的散射光信号BS。第二A/D转换器52被提供用于数字化光电信号PD，光电信号PD由用于感测检测器1的（紧邻的）环境的环境光的光电二极管6提供。光电信号PD优选地首先由放大器62、典型地由跨阻抗放大器来放大。第三A/D转换器53被提供用于数字化温度信号TS，温度信号TS由作为温度传感器5的NTC输出，该NTC用于感测检测器1的（紧邻的）环境的环境温度UT。
然后，数字化的散射光信号沿光学路径被馈送到（数字）评估滤波器41。评估滤波器41优选地是数字低通滤波器，其执行一定程度的信号平滑化或平均化。但是，这种滤波会导致在评估滤波器41的输出处的延迟的滤波器响应，类似于低通滤波器的滤波器时间常数。然后，来自评估滤波器41的输出信号（未被进一步描述）被馈送到比较器44，比较器44将该信号与警告阈值LEV相比较，例如，与用于发出警报的最低烟雾浓度水平相比较。如果滤波器输出信号超过该比较值LEV，则火警报AL被输出到例如更高级别的中心火警报系统。
根据本发明，微控制器4还被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管6接收的光电信号PD，并且基于此来更快地输出潜在火警报。可例如通过数字傅里叶变换或通过小波分析来执行光谱信号分析。这在技术上通过闪烁频率检测器功能框42来实现。在检测到闪烁的火的情况下，该功能框输出闪烁指示符F到逻辑框40，逻辑框40随即增加用于数字化散射光信号BS的A/D转换器51的采样率和/或降低滤波器时间常数TFilter。闪烁指示符F例如可以是二进制值（例如，0或1）或者数字值（例如，在0至9的范围内）。对于二进制的情况来说，为0的值可代表例如不存在闪烁频率，并且为1的值对应地代表存在闪烁频率。在数字的情况下，为0的值可代表例如不存在闪烁频率。为1至9的值可代表例如存在闪烁频率，其中高的数值指示高闪烁频率水平并且低的数值指示低闪烁频率水平。通过增加时钟频率或采样率fTakt，可在评估滤波器41处更快地获得数字化的散射光信号BS，以用于进一步的处理。替代性地，通过降低滤波器时间常数TFilter，评估滤波器41更快地响应，并且因此散射光信号BS中的实际升高也导致更快地发出火警报AL。例如对于闪烁指示符F的数字情况来说，增加采样率fTakt和/或降低滤波器时间常数TFilter可以根据指示符的值范围来执行。
替代性地或此外，逻辑框40可被编程以在由微控制器4的功能框43提供的亮/暗指示符H/D下降成低于最低亮度水平时降低警告阈值LEV。所述水平的示例值是0.1勒克斯、1勒克斯或5勒克斯。这些示例值对应于暗至非常昏暗的环境。用于警告阈值LEV的值可以被降低，例如，降低10%、20%、30%或50%。
如在介绍部分中描述的，与在白天期间相比，在这样的环境中可以预期来自检测器环境的更少干扰，例如由如下所引起：由点亮蜡烛造成的烟雾颗粒的增加、在烹饪和炸制期间的烟雾传播、或点亮壁炉火等等。来自检测器环境的更少干扰的假定因此还允许降低警告阈值LEV。更敏感的设置会导致更快地输出火警报，因为来自评估滤波器41的输出信号更快地超过降低的警告阈值LEV。日间/夜间识别通过光电信号PD的低通滤波来执行，其具有小于1 Hz、特别地小于0.1 Hz的时间常数。
在图13的示例中，控制单元4被连接到热敏电阻5（NTC）以用于感测在火检测器紧邻附近的区域中的环境温度UT。控制单元4根据本发明被构造成将感测的环境温度UT包括在火分析中。由此，有可能在多标准火检测器的意义上甚至更可靠地检测火。在本示例中，第三A/D转换器53将由热敏电阻5输出的温度信号TS转换为数字温度值T，其然后也被包括在由控制单元4的逻辑框40执行的火分析中。
图14以截面图示出了根据本发明的热检测器1的示例，所述热检测器具有温度传感器5并且具有用于感测环境光以用于检测明火的光电二极管6。
在本示例中，检测器1包括壳体2，该壳体包括基部元件21和检测器盖22。检测器1然后可通过基部元件21优选可拆卸地被附接到安装在天花板上的检测器基部。两个壳体部分21、22都典型地由不透光的塑料壳体制成。在检测器盖22中提供有中心孔口，在该中心孔口中安装有作为温度传感器的热敏电阻5以使得其被保护免受潜在机械影响。中心地设置允许在检测器1的紧邻环境中的环境温度UT的全向感测（还见图15）。在检测器1的内部IR还容纳有电路安装件3，在该电路安装件上，除了设置有作为控制单元的微控制器4之外，还设置有光电二极管6。被定位成与光电二极管6相对的是在检测器盖22中的开口AN，通过该开口AN，光电二极管6能够“看到”检测器1周围的区域。FOV表示光电二极管6的相关联的光学检测区域。光电二极管6于是能够光学地检测该检测区域FOV中的明火，其用火焰图标来符号表示。在本示例中，检测器盖22中的开口AN配备有透明帽部AB以保护免受污物。帽部AB优选地由透光塑料材料制成。其还可已经配备有日光滤波器或者包括日光滤波器。在检测到火的情况下，火警报AL可被输出，与由箭头来符号表示的日间/夜间标识符T/N可被输出一样。
图15以沿图14中所指示的观察方向的平面图示出了图14的示例。Z表示检测器1的几何中心主轴线。
根据本发明，控制单元4被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管6接收的光电信号，并且基于此来更快地输出潜在火警报。其还被构造成监测光电信号是高于还是低于最低亮度水平，并且将其作为由太阳和月亮图标符号表示的日间/夜间标识符T/N输出例如到更高级别的控制中心。
图16示出了根据本发明的火检测器1的第一实施例，该火检测器包括非接触式温度传感器5，其包括对于红外区域中的热辐射W敏感的作为热辐射传感器的热电堆50。
不同于先前的实施例，热电堆50被设置在检测器壳体2中位于电路安装件3上，并且取向成光学地朝向检测器盖22的内表面IS，以用于感测环境温度UT的目的。在检测器盖22的内表面IS上的光学检测的表面在图16中被表示为测量表面M。特别地，热电堆50再次中心地设置在检测器壳体2中，以便有利于在检测器1的紧邻环境中的环境温度UT的尽可能全向的感测。在内表面IS的中心区域23中的检测器盖22在此被设计成与检测器盖22的外表面的相对区域进行热传导，使得在内表面IS上升高的壳体温度T跟踪在检测器盖22的相对区域上的环境温度UT。在最简单的情况下，中心区域23中的壁厚可减少，例如减少到半毫米。替代性地，该中心区域23可与周围的检测器盖22的其余部分热绝缘。在大多数情况下，检测器盖22的壁厚的变化将不是必要的。
通过从由热辐射传感器50感测的热辐射值的根据高温测量的测量原理的计算来推导当前环境温度UT或者跟踪该温度的壳体温度T。在该推导中，测量表面M的热辐射W的发射率被输入到该计算中。该值可通过测量来确定并且典型地在0.75至0.9的范围内。在此遵循的是，测量表面越黑则发射率越高。为1.0的发射率对应于黑体辐射体的理论上可实现的最大值。
该计算可由集成在热电堆50中的微控制器来执行，所述微控制器输出当前计算的温度值并且因此构成非接触式温度传感器。替代性地，热电堆50可仅仅输出即时热辐射值，该即时热辐射值然后由火检测器1的微控制器4捕获并且被进一步处理以用于计算当前温度值的目的。为此目的，相关联发射率优选地被存储在微控制器4中。
图17示出了根据本发明的具有公共光导7的火检测器1的第二实施例，所述公共光导用于借助于光电二极管6来感测环境光并且作为在操作指示器的意义上的指示器。
为此目的，指示器发光二极管LED邻近于光电二极管6被设置在电路安装件6上。光导7使得在第一端处其面向指示器发光二极管LED和光电二极管6两者。光导7的第二端优选地延伸通过检测器盖22中的中心开口。光电二极管6由此能够检测通过光导7的环境光。与其独立，在相反的方向上，来自指示器发光二极管LED的光可被耦合通过光导7并且在光导7的第二端处耦合输出。指示器发光二极管LED典型地被周期性地驱动（例如，每30秒），以发出用于火检测器1的操作指示器的光学可见的脉冲。特别地，光导7的第二端被实施为光学透镜L。这使得有可能检测来自更大的光学检测区域FOV的环境光。此外，火检测器1的操作指示器在更大的立体角范围中是可见的。光导7优选地由透明的塑料材料制造成单件。所示出的光电二极管6优选地是硅光电二极管，并且特别地是硅PIN光电二极管。
替代性地，有可能省除特别地制造用于光检测的这样的光电二极管。在这种情况下，光导7在其第一端处仅面向指示器发光二极管LED。LED光再次在光导7的第二端处耦合输出到火检测器1的环境中。
根据本发明，指示器发光二极管LED现被提供用于环境光检测，因为原理上每个发光二极管也适合于检测环境光，尽管具有低得多的效率。在这种情况下，指示器发光二极管LED被交替地切换成用于光生成的操作模式以及切换成作为光电二极管的操作模式（图20的下述解释提供进一步的细节）。
不同于图14和图16，举例来说，火检测器1包括用于感测环境温度UT的两个相对地的定位的温度传感器5。
图18示出了检测器控制单元4的功能框图，该检测器控制单元包括评估滤波器41，该评估滤波器具有可调节滤波器时间以用于更快地输出潜在火警报。
所示出的功能框40-44优选地被实现为软件，即，程序例程，其由基于处理器的控制单元执行，例如，由微控制器执行。该程序例程被装载在微控制器4的存储器中。该存储器优选地是非易失性电子存储器，例如像闪速存储器。微控制器4可以附加地包括已经被集成为微控制器4中的硬件功能单元的特定功能框，例如如下单元：诸如模数转换器51、52、信号处理器、数字输入/输出单元和总线接口。
在本示例中，举例来说，微控制器4包括两个模数转换器51、52，以用于将来自火传感器5（即，在本示例中，来自NTC）的当前温度信号BS以及来自光电二极管6的光电信号PD数字化。然后，数字化的温度信号沿热路径被馈送到（数字）评估滤波器41。评估滤波器41优选地是数字低通滤波器，其执行一定程度的信号平滑化或平均化。但是，这种滤波会导致在评估滤波器41的输出处的延迟的滤波器响应，类似于低通滤波器的滤波器时间常数。然后，来自评估滤波器41的输出信号（未被进一步描述）被馈送到比较器44，比较器44将该信号与警告阈值LEV相比较，例如，与65°的温度值相比较。如果滤波器输出信号超过该比较值LEV，则火警报AL被输出到例如更高级别的中心火警报系统。
根据本发明，微控制器4还被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从光电二极管6接收的光电信号PD，并且基于此来更快地输出潜在火警报。可例如通过数字傅里叶变换或通过小波分析来执行光谱信号分析。这在技术上通过闪烁频率检测器功能框42来实现。在检测到闪烁的火的情况下，该功能框输出闪烁指示符F到逻辑框40，其随即增加用于数字化温度信号BS的A/D转换器51的采样率fTakt和/或降低滤波器时间常数TFilter。闪烁指示符F例如可以是二进制值（例如，0或1）或者数字值（例如，在0至9的范围内）。对于二进制的情况来说，为0的值可代表例如不存在闪烁频率，并且为1的值对应地代表存在闪烁频率。在数字的情况下，为0的值可代表例如不存在闪烁频率。为1至9的值可指示例如存在闪烁频率，其中高数值指示高闪烁频率水平并且低数值指示低闪烁频率水平。通过增加采样率fTakt，在评估滤波器41处可更快地获得数字化的温度信号BS，以用于进一步的处理。替代性地，通过降低滤波器时间常数TFilter，评估滤波器41更快地响应，并且因此温度信号BS中的实际升高也导致更快地发出火警报AL。例如，对于闪烁指示符F的数字情况来说，增加采样率fTakt和/或降低滤波器时间常数TFilter可以根据指示符的值范围来执行。
替代性地或此外，逻辑框40可被编程以使得警告阈值LEV被降低，例如，从65°降低至60°。对于基于检测到的闪烁频率更可能发生的火灾情形来说，这导致更快地输出火警报。
替代性地或此外，逻辑框40还可被编程以使得特别是当由微控制器4的功能框43提供的亮/暗指示符H/D下降成低于最低亮度水平（例如，低于1勒克斯的值）时降低警告阈值LEV。该示例值对应于暗至非常昏暗的环境。与在白天期间相比，在这样的环境中可以预期来自检测器环境的更少热干扰，例如这样的干扰：诸如在介绍部分中提到的温度波动。来自检测器环境的更少干扰的假定允许降低警告阈值LEV。更敏感的设置会导致更快地输出火警报，因为来自评估滤波器41的输出信号现在更快地超过降低的警告阈值LEV。日间/夜间识别通过光电信号PD的低通滤波来执行，其具有小于1 Hz、特别地小于0.1 Hz的时间常数。
图19示出了根据本发明的检测器控制单元4的第二功能框图，其包括温度传感器5，温度传感器5包括热电堆50。
不同于先前的实施例，通过微控制器4的温度计算框54来确定当前环境温度UT或者跟踪该温度的壳体温度T。经由A/D转换器51将数字化热信号WS从作为热辐射传感器的示例的热电堆50供应到温度计算框54。在通过计算确定温度时，测量表面M的在红外区域中的热辐射W的发射率被输入到该计算中。
图20示出了根据本发明的检测器控制单元4的第三功能框图，其附加地用于交替地驱动指示器发光二极管LED和借助于指示器发光二极管LED来感测环境光，指示器发光二极管在操作模式中被切换作为光电二极管5。
不同于先前的图18，逻辑框40使用转换信号US来交替地控制转换单元55，使得在第一阶段中，指示器发光二极管LED可被驱动成例如每30秒被来自脉冲发生器45的电流信号IND短暂地点亮。在第二阶段中，逻辑框40控制转换单元55，使得来自指示器发光二极管LED的低光电信号PD被馈送到放大器60。这之后继而是用于数字化光电信号PD的A/D转换器52。放大器60优选地是跨阻抗放大器。
附图标记列表
1 火检测器，开放式光散射烟雾检测器，封闭式光散射烟雾检测器，热检测器，热量检测器，指针型检测器
2 壳体，塑料壳体
3 电路安装件，印刷电路板
4 控制单元，微控制器
5 温度传感器，热敏电阻，NTC，温度传感器
6 （分离的）光电二极管，IR光电二极管，硅PIN光电二极管
6' 公共光电二极管，IR光电二极管，硅PIN光电二极管
7 光导
10 火传感器，光学测量腔，迷宫件
11 检测器基部
21 基部元件
22 检测器盖，壳体盖
23 中心壳体部分
40 功能框，逻辑框
41 功能框，评估滤波器
42 功能框，闪烁频率检测器
43 功能框，夜间识别框
44 功能框，比较器
45 功能框，脉冲发生器
46 功能框，频率发生器，HF短脉冲发生器
47 功能框，亮度补偿器
50 热电堆
51-53 A/D转换器，模数转换器
54 温度计算框
55 转换单元，多路转换器
56，57 频率滤波器，数字滤波器，高通滤波器，低通滤波器
60-63 放大器，跨阻抗放大器
A 幅值，信号幅值
AB 帽部，透明帽部，窗口
AC 不具有直流分量的散射光信号/光电信号
AL 火警报，警报信号，警报信息
AN 开口，切口，孔
BS 传感器信号，火传感器信号，散射光信号，温度信号
BS' 经滤波的散射光信号
E 光接收器，光传感器，光电二极管
F 闪烁指示符
FZ 滤波器时间调节信号，调节信号f频率
FOV 检测区域，视场
fTakt，fTakt2 时钟信号，第二时钟信号
GAIN 增益
H/D 第二直流分量，亮/暗指示符
L 透镜，光学透镜
LED 指示器LED
LEV 警告阈值
N 网，昆虫遮蔽件，格栅
OF 壳体孔口，烟雾进入孔口
PD 光电信号，光电二极管信号
RA，RA' 控制误差
S 光发射器，光学发射器，发光二极管
SRel 相对光谱灵敏度
SA 光散射布置
SZ 光散射中心，测量体积
t 时间，时间轴线
T 温度值
TS 温度传感器信号
T/N 日间/夜间标识符
TFilter 滤波器时间，滤波器时间常数
UT 环境温度
Z 主轴线，对称轴线
λ 光波长

Claims (17)

1.一种火检测器、特别是开放式光散射烟雾检测器，所述火检测器包括火传感器、包括控制单元（4）并且包括光电二极管（6, 6'），所述光电二极管用于检测在400 nm至1150 nm的光谱界定的范围内的环境光，其中，所述控制单元（4）被构造成针对至少一个特征火参数来分析从所述火传感器接收的传感器信号（BS），以评估所述信号并且以在检测到火时输出火警报（AL），且其中，所述控制单元（4）还被构造成针对表征明火的闪烁频率的存在性来分析从所述光电二极管（6, 6'）接收的光电信号（PD），并且基于此通过如下来更快地输出潜在火警报（AL）：增加用于获取来自所述火传感器（5）的所述传感器信号（BS）的采样率；降低用于所述火分析的评估滤波器（41）的滤波器时间（TFilter），特别是时间常数；和/或降低警告阈值（LEV）。
2.根据权利要求1所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成抑制仅仅基于在所述接收到的光电信号（PD）中的检测到的特征闪烁频率的潜在火警报（AL）的输出。
3.根据权利要求1或2所述的火检测器，其中，所述光电二极管（6, 6'）是硅光电二极管。
4.根据前述权利要求中任一项所述的火检测器，其中，在所述光电二极管（6, 6'）的前方设置有日光遮挡滤波器，所述日光遮挡滤波器仅仅使得在700 nm至1150 nm范围内、特别地在730 nm至1100 nm范围内的光通过。
5.根据前述权利要求中任一项所述的火检测器，其中，所述火检测器是开放式光散射烟雾检测器，其中，所述光散射烟雾检测器包括壳体（2）、电路安装件（3）、光发射器（S）和光接收器（E），其中，所述光发射器（S）和所述光接收器（E）被设置在所述壳体（2）中，其中，所述光发射器（S）和所述光接收器（E）被设置在光散射布置（SA）中，所述光散射布置具有被定位在所述光散射烟雾检测器外部的光散射中心（SZ），其中，所述光散射布置（SA）与所述光发射器（S）和所述光接收器（E）一起形成所述火传感器，且其中，所述控制单元（4）被构造成针对如下来分析作为所述传感器信号（BS）的从所述火传感器接收的散射光信号：作为火参数的不容许的高信号水平和/或作为另一火参数的所述传感器信号（BS）的不容许的高升高速率；并且被构造成在检测到火的情况下输出火警报（AL）。
6.根据权利要求5所述的火检测器，其中，用于所述散射光检测的光接收器（E）以及用于所述环境光感测的所述光电二极管（6）被实现为公共光电二极管（6'）。
7.根据权利要求6所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成以时间分离的阶段来分析从所述公共光电二极管（6'）接收的所述散射光信号/光电信号（BS, PD），其中，所述控制单元（4）被构造成在特定第一阶段中针对不容许的高信号水平和/或不容许的高升高速率来分析所述接收到的散射光信号/光电信号（BS, PD），并且被构造成在特定第二阶段中针对特征闪烁频率的存在性来分析所述接收到的散射光信号/光电信号（BS, PD）。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成从所述接收到的散射光信号/光电信号（BS, PD）确定第一直流分量（OFFSET），并且还被构造成从所述接收到的散射光信号/光电信号（BS, PD）减去该第一直流分量（OFFSET）以便获得基本不包含直流分量的散射光信号/光电信号（AC）。
9.根据权利要求8所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成将所确定的第一直流分量（OFFSET）与规定的过载值相比较，并且被构造成如果所确定的第一直流分量（OFFSET）超过所述过载值达规定的最小时间则输出故障信号（ST）。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成从所述接收到的散射光信号/光电信号（BS, PD）确定第二直流分量（H/D），所述第二直流分量代表亮度值的长期平均值，且其中，所述控制单元（4）还被构造成监测该第二直流分量（H/D）是否下降成低于最低亮度水平，并且基于此来降低用于潜在火警报（AL）的输出的警告阈值（LEV）。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的火检测器，其中，所述火检测器是光散射烟雾检测器，所述光散射烟雾检测器包括作为火传感器的光学测量腔（10），所述光学测量腔被设置在检测器壳体（2）中、被遮蔽免受环境光、并且对于待检测的烟雾是可透过的，其中，所述控制单元（4）被构造成针对如下来分析从所述光学测量腔（10）接收的作为所述传感器信号（BS）的散射光信号：作为火参数的不容许的高信号水平和/或作为另一火参数的所述传感器信号（BS）的不容许的高升高速率；并且所述控制单元被构造成在检测到火的情况下输出火警报（AL）。
12.根据权利要求中任一项所述的火检测器，其中，所述火检测器包括温度传感器（5）、特别是热敏电阻，以用于感测所述火检测器的紧邻附近的区域中的环境温度（UT），且其中，所述控制单元（4）被构造成将感测到的环境温度（UT）包括在所述火分析中。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的火检测器，其中，所述火检测器是包括作为火传感器的温度传感器（5）的仅热检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成针对如下来分析从所述温度传感器（5）接收的作为所述传感器信号（BS）的温度信号：作为火参数的不容许的高环境温度（UT）和/或作为另一火参数的不容许的高温度升高；并且所述控制单元被构造成在检测到火的情况下输出火警报（AL）。
14.根据权利要求13所述的火检测器，其中，所述温度传感器（5）是非接触式温度传感器，所述非接触式温度传感器包括对于红外区域中的热辐射（W）敏感的热辐射传感器、特别是热电堆或微测热辐射计，其中，所述火检测器包括具有检测器盖（22）的检测器壳体（2），其中，所述热辐射传感器（6）被设置在所述检测器壳体（2）中，并且为了通过计算来推导所述环境温度（UT）的目的而被取向成光学地朝向所述检测器盖（22）的内表面（IS），且其中，在所述内表面（IS）的区域中的所述检测器盖（22）被设计成与所述检测器盖（22）的外表面的相对区域进行热传导，使得在所述内表面（IS）上出现的壳体温度（T）跟踪在所述检测器盖（22）的相对区域上的所述环境温度（UT）。
15.根据前述权利要求中任一项所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）被构造成降低用于潜在火警报（AL）的输出的警告阈值（LEV），以便在已经检测到存在表征明火的闪烁频率的情况下更快地输出潜在火警报（AL）。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的火检测器，其中，所述控制单元（4）还被构造成监测由所述光电二极管（6）输出的所述光电信号（PD）是否下降成低于最低亮度水平，并且被构造成降低用于潜在火警报（AL）的输出的警告阈值（LEV）。
17.根据权利要求16所述的火检测器，其中，所述火检测器具有至更高级别控制中心的有线或无线连接，且其中，所述控制单元（4）被构造成将亮度是高于还是低于所述最低亮度水平作为日间/夜间标识符（T/N）输出到所述控制中心。
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