DE102016208357A1

DE102016208357A1 - Brandmelder, insbesondere offener Streulichtrauchmelder, mit einer Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht, um davon abhängig den optischen Signalpfad bei der Streulicht-Brandanalyse zu beschleunigen

Info

Publication number: DE102016208357A1
Application number: DE102016208357.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Fischer; Thomas Rohrer
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder (1), insbesondere einen offenen Streulichtrauchmelder. Er weist einen Brandsensor, eine Steuereinheit (4) sowie eine Photodiode (6, 6‘) zur Erfassung von Umgebungslicht in einem spektral begrenzten Bereich von 400 bis 1150 nm auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, 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. Sie ist zudem dazu eingerichtet, ein von der Photodiode empfangenes Photosignal (PD) auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon den Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen. Ein Lichtsender (S) und ein Lichtempfänger (E) sind einerseits im Meldergehäuse (2) und andererseits in einer Streulichtanordnung (SA) mit einem außerhalb des Melders im Freien liegenden Streulichtzentrum (SZ) angeordnet. Die Streulichtanordnung bildet mit dem Lichtsender und dem Lichtempfänger den Brandsensor. Vorzugsweise sind der Lichtempfänger für die Streulichtdetektion und die Photodiode (6) zur Erfassung von Umgebungslicht als eine gemeinsame Photodiode (6‘) realisiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder, insbesondere einen offenen Streulichtrauchmelder. Ein derartiger Melder weist einen Brandsensor auf, wie z.B. einen Lichtsender und einen Lichtempfänger in einer Streulichtanordnung mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders im Freien liegenden Streulichtzentrum. 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. das Überschreiten eines Mindeststreulichtpegels, welcher mit einer Rauchpartikelkonzentration korreliert. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein unzulässig hoher Pegelanstieg des Streulichts eine charakteristische Brandkenngröße sein.
Derartige offene Streulichtrauchmelder sind z.B. aus der EP 2093734 A1 sowie aus der EP 1039426 A2 bekannt.
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 gegebenenfalls im sichtbaren und ultravioletten Bereich abgestimmt. Die Flackerfrequenzen liegen typischerweise in einem Bereich von 2 Hz bis 20 Hz.
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 besonders zuverlässige Bewertung möglich, d.h. ob es sich hier um offenes Feuer handelt oder nicht.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brandmelder anzugeben, der mit geringem technischen Zusatzaufwand schneller und zuverlässiger alarmiert.
Die Aufgabe wird mit den Gegenständen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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. Sie ist weiter dazu eingerichtet, abhängig davon den Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen.
Der Signalpfad beginnt mit der messtechnischen Erfassung des vom Brandsensor ausgegebenen Sensorsignals, dann mit der nachfolgenden Analyse und Bewertung des Sensorsignals sowie mit dem Vergleich mit einer vorgegebenen Alarmierungsschwelle, und endet mit der Ausgabe eines möglichen Brandalarms.
Durch die Beschleunigung des Signalpfads der Brandanalyse ist vorteilhaft 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 gezielt spektral begrenzten Pyrosensoren in Verbindung mit einer komplexen, leistungsstarken Signalverarbeitung. Vielmehr erfolgt eine schnellere Verarbeitung des Sensorsignals vom Brandsensor, 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.
Vorzugsweise wird der Signalpfad 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.
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.
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 im Vergleich zu einem Pyrosensor besonders preisgünstig erhältlich.
Der Kern der Erfindung liegt somit in der Verwendung einer preisgünstigen Photodiode als „Mini-Flammenmelder“, dessen qualitative Aussagekraft jedoch ausreicht, um den Signalpfad der Brandanalyse bei detektierten Flackerfrequenzen als Indiz für das Vorliegen eines Brandes zu beschleunigen, und dies mit dem Ziel, schneller einen Brandalarm auszugeben.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, die Ausgabe eines möglichen Brandalarms nur dann freizugeben, wenn auf Basis des Sensorsignals vom Brandsensor ein Brand detektiert worden ist bzw. als ein solcher analysiert und bewertet worden ist.
Mit anderen Worten erfolgt in vorteilhafter Weise keine Ausgabe eines Brandalarms alleinig auf der Detektion von charakteristischen Flackerfrequenzen im Photosignal, welches von der Photodiode stammt. 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. dann 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 führt.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein (ausschließlicher) 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 und davon abhängig den optischen Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen. Vorzugsweise sind der Lichtsender und der Lichtempfänger auf dem Schaltungsträger angeordnet. Letzerer ist vorzugsweise im Gehäuse des Streulichtrauchmelders aufgenommen.
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 darin, dass eine einzige Photodiode sowohl für die Streulichtdetektion als auch für die Flammendetektion verwendet wird. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Brandmelders. Zudem ist ein solcher Brandmelder kostengünstiger herzustellen.
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 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.
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 liegt somit im Bereich von zwei bis drei Größenordnungen darüber. Die Dauer eines einzelnen Pulses selbst liegt typischerweise im Bereich von 0.25 bis 2 Mikrosekunden.
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 ein Hochpassfilter, das zumindest die Frequenzanteile im Photodioden- bzw. Streulichtsignal unterhalb der Taktsignalfrequenz unterdrückt. Die Filterfrequenz des Hochpassfilters bzw. die untere Filterfrequenz des Bandpassfilters liegt somit 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 und dass das Taktsignal bzw. das Lichtsignal rechteckig ist. Das so gefilterte Photodioden- bzw. Streulichtsignal wird anschließend einem A/D-Umsetzer zugeführt, der dieses Signal in korrespondierende Digitalwerte für die weitere Brandanalyse umsetzt.
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.
Nach einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Abtastrate für die Erfassung des Streulichtsignals zu erhöhen, um den optischen Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen. Dadurch ist ein Anstieg des Streulichtpegels bzw. des Streulichtsignals schneller detektierbar und ein Brandalarm früher ausgebbar.
Alternativ oder zusätzlich weist die Steuereinheit ein Bewertungsfilter für die Brandanalyse auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, zumindest eine Filterzeit, insbesondere eine Zeitkonstante, des Bewertungsfilters herabzusetzen, um den thermischen Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen.
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. Durch die Herabsetzung der Filterzeit bzw. der Filterzeitkonstante 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 schneller ausgegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, eine Alarmierungsschwelle für die Ausgabe eines Brandalarms herabzusetzen, um den optischen Signalpfad zu beschleunigen, falls das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen detektiert worden ist.
Der Brandmelder wird sozusagen sensibler und weniger robust geschaltet. Dadurch wird die Alarmierungsschwelle schneller erreicht. Der Brandalarm kann folglich auch schneller ausgegeben werden.
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.
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.
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.
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 ein Benutzer des Brandmelders zur Abhilfe aufmerksam gemacht werden.
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.
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.
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.
Einer Ausführungsform zufolge ist der 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.
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.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
1 beispielhaft einen offenen Streulichtmelder mit einem außerhalb des Melders liegenden Streulichtzentrum für die Rauchdetektion und mit einer Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung,
2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einer gemeinsamen Photodiode für die Rauchdetektion und für das Umgebungslicht,
3 eine spektrale Kennlinie einer Silizium-Photodiode mit und ohne vorgeschaltetem Tageslichtfilter,
4 ein Beispiel für ein von einer Photodiode empfangenes Photosignal mit charakteristischen Flackerfrequenzen für offenes Feuer,
5 das zum Photosignal gemäß 4 zugehörige Frequenzspektrum,
6 ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit einstellbarer Zeitkonstante, um den optischen Signalpfad der Brandanalyse gemäß der Erfindung zu beschleunigen,
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, und
8 ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit als beispielhafte Ausführungsform für die erfindungsgemäße Offset-Kompensation der Photodiode.
1 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.
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.
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.
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.
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 1 ist zudem die zentrale Abdeckung AB als optische Linse L ausgebildet. Dadurch ist eine erweiterte optische Rundumsicht möglich.
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 den Signalpfad der Brandanalyse 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.
2 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.
3 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.
4 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.
5 zeigt das zum Photosignal PD gemäß 4 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.
6 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter 41 mit einstellbarer Zeitkonstante T_Filter, um den optischen Signalpfad der Brandanalyse gemäß der Erfindung zu beschleunigen.
Die gezeigten Funktionsblöcke 40–44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h. als Programmroutinen, die durch eine Prozessoreinheit einer als Mikrocontroller ausgebildeten Steuereinheit ausgeführt werden. Die jeweiligen Programmroutinen sind in einem Speicher des Mikrocontrollers 4 geladen bzw. ladbar. 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-/Digital-Umsetzer 51, 52, Signalprozessoren, digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
Im vorliegenden Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 beispielhaft 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.
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.
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 im vorliegenden Beispiel 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.
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.
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.
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 den Signalpfad der Brandanalyse 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 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.
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 eine Beschleunigung des optischen Pfads und somit eine schnellere Brandalarmierung AL.
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.
Die Steuereinheit 4 ist dabei eingerichtet, das von der gemeinsamen Photodiode 6‘ empfangene Streulicht-/Photosignal BS, PD in zeitlich getrennten Phasen zu analysieren.
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.
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. Letzterer führt, wie bereits im Beispiel der 6 beschrieben, eine spektrale Signalanalyse hinsichtlich des Auftretens von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen durch.
Die phasenversetzte Ansteuerung der beiden A/D-Umsetzer 51, 52 ist nur im Rahmen der Brandanalyse entlang des optischen Pfads 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.
Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform gemäß 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.
Im Beispiel der vorliegenden 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.
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.
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 Beschleunigung des optischen Pfads, indem die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 schneller überschritten wird.
8 zeigt ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit 4 als beispielhafte Ausführungsform für die erfindungsgemäße Offset-Kompensation für die Photodiode 6‘.
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.
Die Schaltungsanordnung im Beispiel der 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.
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.
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.
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.
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.
Bezugszeichenliste

1: Brandmelder, offener Streulichtrauchmelder, Punktmelder
2: Gehäuse, Kunststoffgehäuse
3: Schaltungsträger, Leiterplatte
4: Steuereinheit, Mikrocontroller
6: (separate) Photodiode, IR-Photodiode, Silizium-PIN-Photodiode
6‘: gemeinsame Photodiode, gemeinsame IR-Photodiode, gemeinsame Silizium-PIN-Photodiode
21: Grundkörper
22: Melderhaube
40: Funktionsblock, Logikblock
41: Funktionsblock, Bewertungsfilter
42: Funktionsblock, Flackerfrequenzdetektor
43: Funktionsblock, Nachterkennungsblock
44: Funktionsblock, Komparator
46: Funktionsblock, Frequenzgenerator, HF-Burst-Generator
47: Funktionsblock, Helligkeitskompensation
51, 52: A/D-Umsetzer, Analog-/Digital-Umsetzer
56, 57: Frequenzfilter, digitales Filter, Hochpassfilter, Tiefpassfilter
61: Verstärker
62: Verstärker, Transimpedanzverstärker
63: Verstärker mit einstellbarer Verstärkung und Offsetspannung, Transimpedanzverstärker
A: Amplitude, Signalamplitude
AB: Abdeckung, transparente Abdeckung, Fenster
AC: gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal
AL: Brandalarm, Alarmmeldung, Alarminformation
BS: Sensorsignal, Brandsensorsignal, Streulichtsignal
BS‘: gefiltertes Streulichtsignal
E: Lichtempfänger, Photosensor, Photodiode
F: Flackerindikator
FZ: Filterzeiteinstellsignal, Einstellsignal
f: Frequenz
FOV: Erfassungsbereich, Field-of-View
f_Takt,: Taktsignal, zweites Taktsignal
f_Takt2
GAIN: Verstärkungsgrad
H/D: zweiter Gleichanteil, Hell-/Dunkel-Indikator
L: Linse, optische Linse
LEV: Alarmierungsschwelle
PD: Photosignal, Photodiodensignal
RA, RA‘: Regelabweichung
S: Lichtsender, optische Sendeeinheit, Leuchtdiode
S_Rel: relative spektrale Empfindlichkeit
SA: offene Streulichtanordnung
SZ: Streulichtzentrum, Messvolumen
t: Zeit, Zeitachse
T/N: Tag-/Nacht-Kennung
T_Filter: Filterzeit, Filterzeitkonstante
Z: Hauptachse, Symmetrieachse
λ: Lichtwellenlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2093734 A1 [0003]
EP 1039426 A2 [0003]
DE 102011083455 A1 [0004]
EP 2251846 A1 [0004]

Claims

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 den Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen.
Brandmelder nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet ist, die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL) nur dann freizugeben, wenn auf Basis des Sensorsignals (BS) des Brandsensors ein Brand detektiert worden ist.
Brandmelder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Photodiode (6, 6‘) eine Silizium-Photodiode, insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode, ist.
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.
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 davon abhängig den optischen Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen.
Brandmelder nach Anspruch 5, wobei der Lichtempfänger (E) für die optische Streulichtdetektion und die Photodiode (6) zur Erfassung von Umgebungslicht als eine gemeinsame Photodiode (6‘) realisiert sind.
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.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Abtastrate für die Erfassung des Streulicht-/Photosignals (BS, PD) zu erhöhen, um den optischen Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuereinheit (4) ein Bewertungsfilter (41) für die Brandanalyse aufweist und wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, zumindest eine Filterzeit (T_Filter), insbesondere eine Zeitkonstante, des Bewertungsfilters (41) herabzusetzen, um den optischen Signalpfad der Brandanalyse zu beschleunigen.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines Brandalarms (AL) herabzusetzen, um den optischen Signalpfad zu beschleunigen, falls das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen detektiert worden ist.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 10, 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.
Brandmelder nach Anspruch 11, 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.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 12, 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.
Brandmelder nach Anspruch 13, 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.
Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Brandmelder einen Temperatursensor, insbesondere einen Thermistor, zur Erfassung einer Umgebungstemperatur im unmittelbaren Bereich um den Brandmelder aufweist und wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, die erfasste Umgebungstemperatur bei der Brandanalyse mit zu berücksichtigen.