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WO2010100288A1 - Sensorvorrichtung zum optischen erfassen eines objektes, insbesondere rauchmelder - Google Patents

Sensorvorrichtung zum optischen erfassen eines objektes, insbesondere rauchmelder Download PDF

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Publication number
WO2010100288A1
WO2010100288A1 PCT/EP2010/052929 EP2010052929W WO2010100288A1 WO 2010100288 A1 WO2010100288 A1 WO 2010100288A1 EP 2010052929 W EP2010052929 W EP 2010052929W WO 2010100288 A1 WO2010100288 A1 WO 2010100288A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
sensor device
emitting diode
optical receiver
evaluation unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/052929
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Vollenweider
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to DE112010000985T priority Critical patent/DE112010000985A5/de
Publication of WO2010100288A1 publication Critical patent/WO2010100288A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]

Definitions

  • the present invention generally relates to the technical field of danger detection technology and, more particularly, to an energy-efficient control of light-emitting diodes, which can be used in particular in a danger detector.
  • the present invention relates to a sensor device for optically detecting an object by means of two light-emitting diodes as well as a hazard detector and a proximity sensor with such a sensor device operating according to the scattered-light principle.
  • Such optoelectronic hazard detectors typically include one or more light emitting diodes (LEDs for short) which emit light and one or more optical receivers which receive the light affected by the quantity to be detected.
  • the light emitting diode may e.g. also be semiconductor laser diodes.
  • the optical receivers are typically photodiodes or phototransistors.
  • the received signal is often very weak. The receiver is therefore sensitive to interference.
  • the received signal is substantially proportional to the light emitted by the transmitters. Thus, it would be desirable to emit as much light as possible. But these are limited by the available energy limits.
  • a hazard detector from batteries and / or batteries, as is the case in the case of wireless hazard detectors. Due to the limited performance of batteries and rechargeable batteries, low power consumption of the LEDs of a battery and / or battery-operated hazard alarm is important in order to keep the intervals for maintenance as long as possible.
  • the battery is replaced or the battery is charged.
  • the battery can be eg a 9V battery or a so-called E-block.
  • the operating voltage of the alarm system control panel is usually 24V (DC) and may drop to 16V due to the line resistance at the end of a long cable.
  • a current of only about 10OuA is usually allowed. The danger detectors must therefore work very energy-efficiently.
  • Light-emitting diodes emitting in the infrared range (IR) and commonly used in opto-electronic hazard detectors are operated at a forward voltage in the range of 1.6V.
  • UV-emitting diodes emitting ultraviolet light (UV) are operated at a forward voltage of approximately 4V.
  • a danger detector in a simple embodiment between the input-side DC supply voltage and the light-emitting diode to an element which limits the current flow.
  • the difference between the respective DC supply voltage and the forward voltage drops. In other words, depending on the DC supply voltage and forward voltage, the power loss can amount to a multiple of the electrical power of the relevant LED.
  • the present invention has for its object to provide a sensor device according to the scattered light principle, which can be simple, compact and inexpensive realized and which has a high efficiency and thus a low power consumption.
  • the sensor device provided for optically detecting an object has a circuit arrangement of two branches connected in parallel, each having a first light-emitting diode and a second light-emitting diode.
  • the light-emitting diodes are connected in anti-parallel to each other and set up to illuminate an object to be detected in a detection space.
  • not only one light emitting diode but also two or more light emitting diodes in the same flow direction may be connected in series and / or in parallel with each other.
  • the light-emitting diodes optionally combined with one another are preferably arranged relative to one another such that their emitted light beams overlap as possible and thus lead to intensive radiation.
  • the detection space can be formed in an optically closed measuring chamber.
  • a measuring chamber may be, for example, a so-called labyrinth.
  • the detection space may be in the "open" or be formed, so that Ambient light, such as ambient light, sunlight, pulsed light from fluorescent tubes, etc. can also penetrate into the detection space.
  • Ambient light such as ambient light, sunlight, pulsed light from fluorescent tubes, etc.
  • Such a detection space is typically found in so-called open fire detectors or proximity sensors.
  • the detection space is usually a few centimeters to a few decimeters away from the respective outer casing of the fire detector or proximity sensor.
  • the sensor device has a remote electrical connection, which is provided for feeding a DC voltage at least for the electrical supply of the circuit arrangement.
  • the sensor device can be connected directly to a battery and / or to a rechargeable battery. It may alternatively or additionally be connected via an external power supply line.
  • the DC voltage may also be derived from an AC voltage present on the input side of the sensor device, e.g. by means of a rectifier.
  • the sensor device has an inverter, which is connected on the input side to the DC voltage and on the output side to the circuit arrangement, and which provides an AC voltage converted from the DC voltage to alternately energize the LEDs.
  • the inverter has at least two clocked controllable switching elements, such as switching transistors on.
  • the inverter may, for example, have a buck converter. He may also have inductors and freewheeling diodes. It is essential that at the output of the inverter, an alternating voltage with a positive half-wave and with a negative half-wave with respect to a common with the circuit reference potential can be output.
  • the inverter can be set up such that the output of the two half-waves is separated in time from one another by a pause phase or follows one another directly.
  • the half-waves can eg a rectangular, triangular, have trapezoidal or sinusraumwellenförmige waveform.
  • the sensor device has an optical receiver which is set up to receive scattered light from the object to be detected, wherein the light of the two light-emitting diodes is scattered on the object.
  • the two light emitting diodes are arranged relative to one another and to the optical receiver such that no direct light from one of the light emitting diodes reaches the optical receiver.
  • the detection takes place according to the generally known forward scattering principle and / or according to the backward scattering principle.
  • a light-tight barrier between the light-emitting diode and the optical receiver can be provided.
  • the sensor device has an evaluation unit for evaluating a received signal originating from the optical receiver.
  • the level of the received signal is typically proportional to the amount of light impinging on the optical receiver.
  • an alarm signal can be output in the simplest case when a predetermined limit value is exceeded. It can also be an analogue current or voltage value corresponding to the received signal level or
  • Digital value are output, which images the received signal level.
  • the analog or digital output values may then be e.g. be evaluated by a signal or data technology with the sensor device in wireless and / or wired connection standing center.
  • the evaluation unit is preferably a microcontroller, ie a microprocessor-based data processing unit. It can alternatively be realized as an electronic circuit with analog and / or digital function blocks. In the case of a microcontroller, this analog-to-digital converter can be used for signal acquisition and / or digital / analogue conversion. Have converter for data output. It can also have digital input and output ports for digitally sensing input voltages and outputting digital switching signals. Also, by this controllable electronic switch, such as transistors, already be integrated in this, such as so-called open-collector outputs.
  • the microcontroller is designed for executing software programs which are stored non-volatilely in the microcontroller itself or which can be externally charged by it. The software programs describe the control and evaluation steps associated with the execution of the respective control and evaluation functions of the sensor device.
  • the big advantage of the invention lies in the particularly simple control of the two LEDs via the inverter. Separate switching elements for the two LEDs are not required.
  • the control is carried out in a very simple manner by energizing the respective light emitting diode in the positive and negative half wave of the provided at the output of the inverter AC voltage.
  • the inverter has an output side connected in series electrical energy storage, in particular a capacitor on.
  • a particularly high efficiency for the electrical supply of the two LEDs at the same time extremely small number of circuit components is possible.
  • Light-emitting diodes with a respectively definable minimum turn-on duration can be used twice as much as the current flowing through the light-emitting diodes, so that the efficiency of the circuit arrangement becomes particularly high.
  • the capacitor in the case of a positive supply voltage with respect to the ground potential in the first phase of operation, the capacitor is charged at the same time and in series and in the flow direction energized first LED so that it emits a light pulse.
  • the second phase of operation which may be separately adjustable by blocking phase of the first phase of operation by blocking control of the inverter, the capacitor is discharged, wherein the self-adjusting Entladeström is now passed over the second, now lying in the flow direction LED, so this also sends out a light pulse.
  • the two phases of operation take place briefly in time, followed by a relatively long pause, which can range from a few seconds to a minute.
  • the second light-emitting diode is preferably switched off. In a corresponding manner, the first light-emitting diode is switched off during the second operating phase.
  • the inverter has a half-bridge with two semiconductor switches, the first terminal of which lies on the common reference potential, such as ground, and whose second terminal is at a preferably positive reference potential.
  • the common reference potential is then connected to the negative pole of the battery or accumulator and / or to the ground line of the power supply line and the preferably positive reference potential to the positive pole of the battery / accumulator and / or connected to the positive line of the power supply line at least indirectly.
  • a capacitor connected as a capacity.
  • At the other terminal of the capacitor is then the output-side AC voltage.
  • a capacitor and a coil or a reactor inductance
  • a current limiting element in particular a resistor, connected in series and / or parallel to the respective light emitting diode.
  • the current-limiting element can also be connected in series with the circuit arrangement itself, in particular in the case of the use of two structurally identical light-emitting diodes.
  • the current limiting element may alternatively be a coil or a current source.
  • the two light emitting diodes are designed to emit light of substantially uniform wavelength.
  • the two light emitting diodes can e.g. Be IR or UV LEDs. On the other hand, they can also be red, green or blue LEDs.
  • the two light emitting diodes can emit electromagnetic radiation of arbitrary wavelengths. In addition to a comparatively narrow-band spectral range or even monochromatic radiation, the electromagnetic radiation may also have different wavelengths which represent a continuous spectrum or different separate narrowband and / or broadband spectral ranges.
  • the two light-emitting diodes are designed to emit light of essentially uniform wavelength, wherein the first light-emitting diode is designed to emit light of substantially a first wavelength and wherein the second light-emitting diode for emitting light is substantially of a second wavelength is trained.
  • the different scattering behavior such as smoke particles in the smoke
  • a determination of the type of smoke and thus the type of fire is possible.
  • a differentiation of black smoke in an open fire and white smoke in a smoldering fire is possible by evaluating the received signal by the evaluation at the respective operating phase.
  • the then first light-emitting diode is preferably an IR LED and the second light-emitting diode is a blue-light LED or a UV-LED. Due to the widely spaced wavelength range, a particularly good detection of the particle size is e.g. possible in the smoke to be detected. A particular advantage when using an IR and UV light-emitting diode is that the emitted light radiation is not visible to the human eye and thus in the case of use of the sensor device in an open fire detector or a proximity sensor is not bothersome.
  • the optical receiver is a photodiode or phototransistor sensitive to the light emitted by the two light emitting diodes.
  • the optical receiver is arranged as a first optical receiver for receiving scattered light substantially from the object to be detected, at which the light of the first light-emitting diode is scattered.
  • the sensor device has a second optical receiver, which is arranged to receive stray light substantially from the object to be detected, at which the light of the second light-emitting diode is scattered.
  • the evaluation unit is for evaluating a first and second received signal originating from the optical receivers set up .
  • a light-tight barrier may be present in each case between the first light-emitting diode and the first optical receiver and between the second light-emitting diode and the second optical receiver so that essentially only scattered light from the first light-emitting diode only to the first optical receiver and scattered light from the second light-emitting diode can only get to the second optical receiver. Due to the separate evaluation of the first and second received signal, a detection of smaller objects, such as insects in the field of light emitting diodes and optical receiver, possible. As a result, the presence of a small object can be detected by means of the evaluation unit on the basis of the detected, different in magnitude and time-varying receiving signals, and thus the output of a false alarm can be prevented. On the other hand, the presence of smoke with higher reliability can be determined by means of the evaluation unit due to the detected, different in magnitude and temporally slowly fluctuating receiving signals, and thus output of a fire alarm can be output more reliable.
  • the evaluation unit also has means for outputting drive signals for the clocked driving of the switching elements of the inverter.
  • the evaluation unit also has means for outputting drive signals for the clocked driving of the switching elements of the inverter.
  • the switching means are controllable with a predefinable pulse duration, with a predetermined duty cycle and / or with a predetermined waveform, so that by means of the evaluation unit the reflected in the received signal, backscattered by an object to be detected and modulated with the light of the two LEDs scattered light of is also distinguishable on the first optical receiver and optionally on the second optical receiver impinging extraneous light.
  • the particular advantage resides in the fact that signal components contained in the reception signals, both uniform and pulsed extraneous or ambient light, such as sunlight or flickering light from fluorescent tubes, can be computationally suppressed, ie eliminated, by means of the evaluation unit, eg by subtraction the external signal components that have been determined by the evaluation unit in the operating pauses in non-actuated LEDs.
  • the two optical receivers are photodiodes or phototransistors, which are sensitive to the light emitted by the associated light-emitting diode.
  • both photodiodes or phototransistors can simultaneously be exposed to the light emitted by both light emitting diodes, e.g. IR and UV light, be sensitive.
  • the evaluation unit has means for activating two deactivation switching elements, each of which deactivates one of the two
  • the evaluation unit is set up to determine a common measured value for light incident on both optical receivers together from the received signals. It is further configured to determine a first and second measured value if the common measured value exceeds a predetermined limit value. In this case, the evaluation unit is set up to sequentially determine the first measured value when the first deactivation switching element is activated and the second measured value when the second deactivating switching element is activated, and to determine an indicator for the presence of a fire on the basis of these three measured values.
  • the presence of smaller objects such as, for example, flies, insects or spiders in the region of the light-emitting diodes and optical receivers, can be detected particularly reliably by evaluating differences in the two reception signals detected by the evaluation unit over a period of time or abruptly.
  • the presence of stationary objects such as an open door as a stationary obstacle in the detection space, can be detected particularly reliably, with differences in the two received signals that do not change over time.
  • the smoke type when using differently colored light-emitting diodes, such as an IR light-emitting diode and a UV light emitting diode, the smoke type can be determined particularly reliably by means of the evaluation unit. In this case, fluctuations in the respective received signal can be determined particularly well by means of the evaluation unit.
  • differently colored light-emitting diodes such as an IR light-emitting diode and a UV light emitting diode
  • the deactivation switching elements are connected in parallel with the respective light-emitting diode. When activated, these can then be closed by the evaluation unit. As a result, the respective light-emitting diodes are more or less short-circuited, so that a light emission is omitted.
  • This embodiment of the deactivation is particularly advantageous when using an inverter with the capacitor connected to its output, so that the charging and discharging cycle of the capacitor can continue to be maintained.
  • the deactivation switching elements are connected in series with the respective light-emitting diode, so that they can be driven closed by the evaluation unit in normal operation and so that they can be controlled to selectively deactivate one of the light-emitting diodes.
  • the sensor device has a further circuit arrangement consisting of two branches connected in parallel, each having a first photodiode or a first phototransistor as the first optical system. and a respective second photodiode or a second phototransistor as a second optical receiver.
  • the two photodiodes are connected in antiparallel to one another, the voltage present across the two photodiodes being fed as a common received signal to a differential former, in particular a differential amplifier, and an output-side differential signal being fed to the evaluation unit for further evaluation.
  • the particular advantage here lies in the simple realization of a common-mode suppression for foreign or ambient light incident simultaneously on both photodiodes or phototransistors.
  • the photo voltages generated by both photodiodes cancel each other, while scattered light by possibly present objects, which falls due to the time-delayed control of the two LEDs in different operating phases on the respective spatially associated photodiode, in the respective operating phases leads to a unique difference signal, which is then applied to the second circuit arrangement for further processing.
  • the evaluation unit is set up to determine the common measured value from this difference signal. In the event that this common reading exceeds the preset limit, the evaluation unit is set up to determine the common measured value from this difference signal. In the event that this common reading exceeds the preset limit, the
  • Evaluation unit configured to first determine the first measured value when the first deactivation switching element is actuated and then the second measured value when the second deactivating switching element is actuated or in reverse order from the difference signal. On the basis of these three measured values, an indicator for the presence of a fire can then be determined again by means of the evaluation unit, as described above.
  • the object of the invention is also achieved by a hazard detector for detecting a dangerous situation, which is based on the scattered light principle and a erfindungsge- having sensor device.
  • the danger detector is in particular a smoke detector for detecting smoke in a detection space.
  • this smoke detector is an open smoke detector that has no optically closed measuring chamber.
  • the smoke detector can be a closed smoke detector. If appropriate, insects entering there, such as, for example, small flies, can likewise be detected by means of the sensor device according to the invention.
  • the object of the invention is achieved by a proximity sensor for optically detecting the presence of an object in a detection space, which has a sensor device according to the invention.
  • the first light-emitting diode and the first photodiode can be associated with a first reflection light barrier, which is directed against an object to be monitored.
  • the second light emitting diode and the second photodiode may be associated with a second reflected light barrier, which is likewise directed against the object to be monitored.
  • the light emitted by the LEDs is then reflected and impinges on the respective photodiode.
  • the received signal disappears and the presence detector triggers an alarm.
  • the proximity sensor may output a signal when reflected light on one of the two photodiodes exceeds a certain threshold.
  • 1 shows a basic circuit of a sensor device according to the invention
  • 2 shows an advantageous embodiment of the sensor device according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows in a time diagram the mode of operation of the sensor device according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the inventive sensor device with two photodiodes as optical receiver in the presence of a large object
  • FIG. 5 shows a time diagram of the functioning of the sensor device according to FIG. 4,
  • FIG. 6 shows the second embodiment according to FIG. 4 in the presence of a small object
  • FIG. 7 shows a time diagram of the functioning of the sensor device according to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a third embodiment of the inventive sensor device with electrically bridgeable photodiodes in the presence of a small object
  • FIG. 9 shows a fourth embodiment of the sensor device according to the invention with a further circuit arrangement with two photodiodes connected in antiparallel as optical receiver in the presence of a small object.
  • FIG 1 shows a basic circuit of a sensor device 100 according to the invention.
  • an inverter 6 can be seen, which converts an input side applied DC voltage UDC in an AC voltage UAC.
  • the reference numeral 7 denotes the associated electrical connection. This can be connected to a battery, an accumulator and / or an external electrical power supply - symbolized by the symbol of a DC voltage source 8.
  • a circuit arrangement 1 of two parallel-connected branches 2, 3, each with a first light-emitting diode 4 and a second light-emitting diode 5 can be seen. Both light-emitting diodes 4, 5 are connected in antiparallel to one another and are set up to illuminate an object 10 to be detected in a detection space DR.
  • the object 10 itself is a cloud in the present example, which is intended to symbolize the penetration of smoke into the detection space DR in case of fire.
  • an optical receiver 14 in the form of a photodiode is shown, which is set up to receive scattered light from the object 10 to be detected. At this object 10, the light of the two LEDs 4, 5 is scattered and detected by the optical receiver 14. The scattered light is symbolized by a dashed arrow pointing away from the object 10.
  • an evaluation unit 16 for evaluating a received signal originating from the optical receiver 14 is shown. This evaluation unit 16, preferably a microcontroller, evaluates the measurement signal in a known manner and generates an alarm or message signal A when a predetermined limit value is exceeded.
  • Reference number 13 indicates a barrier which prevents light from the two light-emitting diodes 4, 5 can go directly to the optical receiver 14.
  • the activation of the two light-emitting diodes 4, 5 takes place in such a way that during the positive half-wave Ie - here in relation to the common ground potential and symbolized by the ground symbol - now the left LED 4 is energized, ie is energized, and that during the negative half-wave, the right LED 5 is energized.
  • FIG. 2 shows an advantageous embodiment of the sensor device 100 according to FIG. 1.
  • the inverter 6 has an electrical energy store 9 connected in series on the output side in the form of a capacitor.
  • the inverter 6 comprises a half-bridge of two series-connected, electronically controllable switching elements 61, 62, wherein in the present example the center tap of the half-bridge is connected directly to this capacitor 9.
  • these switching elements 61, 62 switching transistors, which are preferably also controlled by the evaluation unit 16.
  • Tl, T2 the associated drive signals for driving the switching elements 61, 62 are designated.
  • the second exemplary waveform is a pause between the two half-waves, which can be achieved by blocking control of the two switching elements 61, 62 adjustable.
  • an alarm contact 17 can still be seen, which in the event of an alarm is triggered by the control unit 16.
  • FIG. 3 shows in a time diagram the mode of operation of the sensor device 100 according to FIG. 2.
  • a curve 31 of an exemplary output change voltage UAC is to be seen, which has inter alia pause phases and which is represented simplified by a profile with rectangular phase components.
  • the curve 31 corresponds to the time course of the electric current, which flows on the one hand through the first light-emitting diode 4. This current, which is substantially directly proportional to the light emitted by the first light-emitting diode 4, reaches its maximum intensity in each case in the first operating phase in the first and fifth time sections 30 having a positive amplitude.
  • the curve 31 also shows the time profile of the electric current flowing through the second light-emitting diode 5 in the third and in the seventh time segment 30 with a negative amplitude. In the remaining pause sections this current is negligibly small.
  • a curve 32 corresponds to the time profile of the electric current, which flows only through the first light-emitting diode 4, while the curve 33 shows the course of the current flowing only through the second light-emitting diode 5.
  • a curve 34 shows the associated luminous flux of the optical receiver 14, which is caused by approximately the same size of scattered light from the object 10 by means of the two light-emitting diodes 4, 5.
  • FIG 4 shows a second embodiment of the sensor device 100 according to the invention with two photodiodes 14, 15 as optical receiver in the presence of a large object 10.
  • the sensor device 100 now has another one next to the first optical receiver 14, which is set up to receive scattered light essentially from the object 10 to be detected, on which the light from the first light-emitting diode 4 is scattered second optical receiver 15, which is arranged to receive stray light substantially from the object 10 to be detected, at which the light of the second light-emitting diode 5 is scattered.
  • the evaluation unit 16 is set up to evaluate a first and second received signal originating from the two optical receivers 14, 15.
  • the large object 10 shown may be a smoke front or a fixed object, which is scattered light from both
  • LEDs 4, 5 to the respective optical receiver 14, 15 backscattered in approximately the same order of magnitude.
  • FIG. 5 shows, in a time diagram, the mode of operation of the sensor device 100 according to FIG. 4.
  • the waveform of the curve 51 of the output change voltage UAC shown is simplified by a rectangular profile with a duty factor of 50:50.
  • the curve 52 shows the time profile of the current only through the first light-emitting diode 4, while the curve 53 shows the course of the current only through the second light-emitting diode 5.
  • the curves 54 and 55 show the respectively associated light flux of the optical receivers 14 and 15, which is caused in each case by approximately the same size of scattered light from the object 10 via the two light-emitting diodes 4, 5.
  • FIG. 6 shows the second embodiment according to FIG. 4 in the presence of a small object 10.
  • the small object 10 is e.g. a fly, which stays in the area of the sensor device 100. It can be seen that only the light emitted by the first light-emitting diode 4 is scattered at the object 10. On the other hand, because of the spatial arrangement of the second light-emitting diode 5, light from the second light-emitting diode 5 does not reach the object 10 at all. Consequently, no detection of stray light occurs at the associated second optical receiver 15.
  • FIG. 7 shows, in a time diagram, the mode of operation of the sensor device 100 according to FIG. 6.
  • a comparison with FIG. 5 shows that the amplitude of the curve 74, which corresponds to the curve 54 in FIG. 5, is now significantly lower because of the smaller cross-sectional area ,
  • the amplitude of the curve 75, which corresponds to the curve 55 in FIG. 5, is vanishingly small, since virtually no stray light is detected in the associated optical receiver 15.
  • FIG. 8 shows a third embodiment of the inventive sensor device 100 with electrically bridgeable photodiodes 4, 5 in the presence of a small object 10th
  • two deactivation switching elements 18, 19 are connected in parallel to the respective light-emitting diode 4, 5.
  • These switching elements 18, 19 are preferably switching transistors which can be closed when actuated by the evaluation unit 16.
  • Sl and S2 the associated deactivation signals are designated, which are output by the evaluation unit 16 to selectively turn off only one of the two LEDs 4, 5.
  • a flow diode 24, 25 is connected, which upon actuation of the deactivation switching element 18, 19 takes over the current flow through the respective branch 2, 3 as smoothly as possible. Thereby, the charging and discharging cycle of the capacitor 9 is further maintained by the inverter 6.
  • FIG. 9 shows a fourth embodiment of the inventive sensor device 100 with a further circuit arrangement 20 with two photodiodes 14, 15 connected in antiparallel as optical receiver in the presence of a small object 10.
  • the two branches of the further circuit arrangement 20 are designated.
  • the voltage applied across both photodiodes 14, 15 is fed to a differential imager 21 as a common received signal.
  • subtractor 21 is at the same time a differential amplifier (symbolized by the switching symbol of an operational amplifier), which amplifies the difference signal formed by a predetermined gain for improved further processing.
  • the output-side difference signal D is already supplied internally to the evaluation unit 16 for further evaluation in the example of FIG.
  • the evaluation unit 16 already has integrated, not further designated switching elements which are provided as deactivation switching elements for deactivating the two light-emitting diodes 4, 5.

Landscapes

  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (100) zum optischen Erfassen eines Objektes (10). Sie weist eine Schaltungsanordnung (1) aus zwei parallel geschalteten Zweigen (2, 3) mit jeweils einer ersten und zweiten Leuchtdiode (4, 5) auf, wobei die Leuchtdioden antiparallel zueinander geschaltet sind und zur Beleuchtung eines in einem Detektionsraum (DR) zu detektierenden Objektes eingerichtet sind. Ferner weist sie einen elektrischen Anschluss (7) auf, welcher zur Einspeisung einer Gleichspannung (UDC) zumindest zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung vorgesehen ist. Die Sensorvorrichtung umfasst zudem einen Wechselrichter (6), welcher eingangsseitig an die Gleichspannung und ausgangsseitig an die Schaltungsanordnung geschaltet ist, und welcher eine aus der Gleichspannung umgesetzte Wechsel Spannung zur wechselweisen Bestromung der Leuchtdioden bereitstellt. Sie umfasst weiterhin einen optischen Empfänger, eingerichtet zum Empfangen von Streulicht vom zu detektierenden Objekt, an dem das Licht der beiden Leuchtdioden gestreut wird, und eine Auswerteeinheit zur Auswertung eines vom optischen Empfänger stammenden Empfangssignals. Die Sensorvorrichtung ist vorzugsweise ein Gefahrenmelder nach dem Streulichtprinzip, insbesondere ein offener Brandmelder.

Description

Beschreibung
SENSORVORRICHTUNG ZUM OPTISCHEN ERFASSEN EINES OBJEKTES, INSBESONDERE RAUCHMELDER
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Gefahrmeldetechnik und im Speziellen eine energieeffiziente Ansteuerung von Leuchtdioden, die insbeson- dere in einem Gefahrenmelder eingesetzt werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Sensorvorrichtung zum optischen Erfassen eines Objektes mittels zweier Leuchtdioden sowie einen Gefahrenmelder und einen Näherungssensor mit einer derartigen, nach dem Streulichtprinzip arbeitenden Sensorvorrichtung.
Derartige optoelektronische Gefahrenmelder enthalten typischerweise einen oder mehrere Leuchtdioden (kurz LED) , die Licht abstrahlen und einen oder mehrere optische Empfänger, die das von der zu erkennenden Grosse beeinflusste Licht empfangen. Die Leuchtdiode können z.B. auch Halbleiterlaserdioden sein. Die optischen Empfänger sind typischerweise Fotodioden oder Fototransistoren. Das empfangene Signal ist häufig sehr schwach. Der Empfänger ist deshalb empfindlich auf Störungen. Das empfangene Signal ist im Wesentlichen proportional zu dem von den Sendern abgestrahlten Licht. Somit wäre es erwünscht, möglichst viel Licht abzustrahlen. Dem sind aber durch die verfügbare Energie Grenzen gesetzt.
Besonders schwierig ist der Betrieb eines Gefahrenmelders aus Batterien und/oder Akkus, so wie dies im Falle von drahtlosen Gefahrenmeldern der Fall ist. Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit von Batterien und Akkus ist ein geringer Stromverbrauch der Leuchtdioden eines batterie- und/oder akkubetriebenen Gefahrenmelders wichtig, um die Intervalle für Wartungen möglichst lang zu halten, bei denen typischer- weise die Batterie gewechselt oder der Akku aufgeladen wird. Die Batterie kann z.B. eine 9V-Batterie oder ein sogenannter E-Block sein.
Auch bei Gefahrenmeldern, die an einer Stromversorgungsleitung angeschlossen werden, ist ein geringer Stromverbrauch sehr wichtig. Die Betriebsspannung der Zentrale der Gefahrmeldeanlage beträgt üblicherweise 24V (Gleichspannung) und kann aufgrund des Leitungswiderstandes am Ende einer langen Leitung bis auf 16V absinken. Für den Betrieb eines einzelnen Melders wird üblicherweise eine Stromstärke von lediglich etwa 10OuA zugestanden. Die Gefahrenmelder müssen demzufolge sehr energieeffizient arbeiten.
Leuchtdioden, die im infraroten Bereich (IR) abstrahlen und die üblicherweise in optoelektronischen Gefahrenmeldern verwendet werden, werden bei einer Flussspannung im Bereich von 1,6V betrieben. Im Vergleich dazu werden UV-Leuchtdioden, die ultraviolettes Licht (UV) abstrahlen bei einer Flussspannung von ca. 4V betrieben. Um diese Spannung zu erreichen, weist ein Gefahrenmelder in einer einfachen Ausführung zwischen der eingangsseitigen Versorgungsgleichspannung und der Leuchtdiode ein Element auf, welches den Stromfluss begrenzt. An diesem Strombegrenzungselement, typischerweise ein Widerstand, fällt die Differenz zwischen der jeweiligen Versorgungsgleichspannung und der Flussspannung ab. Mit anderen Worten kann die Verlustleistung je nach Versorgungsgleichspannung und Flussspannung ein Vielfaches der elektrischen Leistung der betreffenden Leuchtdiode betragen.
Um die Verlustleistung innerhalb eines Gefahrenmelders zu reduzieren ist es bekannt, die von der Leitung oder von der Batterie bzw. dem Akkumulator bereitgestellte Spannung auf eine Zwischenspannung umzusetzen, welche etwas höher ist als die benötigte Flussspannung der Leuchtdiode. Es ist jedoch sehr aufwändig und schwierig, einen besonders verlustarmen Spannungsumsetzer zu realisieren. Insbesondere wird es kaum gelingen, einen Spannungsumsetzer zu bauen, welcher alle geforderten Eigenschaften sowie einen Wirkungsgrad von zumindest 50% aufweist. Ein solcher Spannungswandler wäre zumindest sehr teuer und wäre wohl auch kaum in einer kompakten Bauform zu realisieren, so wie die bei Gefahrenmelder wünschenswert wäre.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung nach dem Streulichtprinzip anzugeben, wel- che einfach, kompakt und preiswert realisiert werden kann und welche eine hohen Wirkungsgrad und damit einen geringen Stromverbrauch aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhän- gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung weist die zum opti- sehen Erfassen eines Objektes vorgesehene Sensorvorrichtung eine Schaltungsanordnung aus zwei parallel geschalteten Zweigen mit jeweils einer ersten Leuchtdiode und einer zweiten Leuchtdiode auf. Die Leuchtdioden sind antiparallel zueinander geschaltet und zur Beleuchtung eines in einem Detektions- räum zu detektierenden Objektes eingerichtet. Jedoch können in einem Zweig nicht nur eine Leuchtdiode, sondern auch zwei oder mehrere Leuchtdioden in gleicher Flussrichtung in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sein. Die gegebenenfalls miteinander kombinierten Leuchtdioden sind dabei bevor- zugt derart zueinander angeordnet, dass sich ihre ausgesandten Lichtstrahlen möglichst überlappen und so zu einer intensiven Strahlung führen.
Der Detektionsraum kann in einer optisch geschlossenen Mess- kammer ausgebildet sein. Eine derartige Messkammer kann z.B. ein sogenanntes Labyrinth sein. Alternativ kann der Detektionsraum im „Offenen" liegen oder ausgebildet sein, so dass auch Fremdlicht, wie z.B. Umgebungslicht, Sonnenlicht, gepulstes Licht von Leuchtstoffröhren etc. in den Detektions- raum eindringen kann. Ein derartiger Detektionsraum finden sich typischerweise bei sogenannten offenen Brandmeldern oder auch bei Näherungssensoren. Der Detektionsraum liegt üblicherweise wenige Zentimeter bis wenige Dezimeter entfernt vom jeweiligen Aussengehäuse des Brandmelders bzw. Näherungssensors .
Die Sensorvorrichtung weist fernen einen elektrischen An- schluss auf, welcher zur Einspeisung einer Gleichspannung zumindest zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung vorgesehen ist. Die Sensorvorrichtung kann direkt mit einer Batterie und/oder mit einem Akkumulator angeschlossen sein. Sie kann alternativ oder zusätzlich über eine externe Stromversorgungsleitung angeschlossen sein. Die Gleichspannung kann auch aus einer eingangsseitig an der Sensorvorrichtung anliegenden WechselSpannung abgeleitet sein, wie z.B. mittels eines Gleichrichters .
Weiterhin weist die Sensorvorrichtung einen Wechselrichter auf, welcher eingangsseitig an die Gleichspannung und aus- gangsseitig an die Schaltungsanordnung geschaltet ist, und welcher eine aus der Gleichspannung umgesetzte Wechselspan- nung zur wechselweisen Bestromung der Leuchtdioden bereitstellt. Der Wechselrichter weist zumindest zwei getaktet ansteuerbare Schaltelemente, wie z.B. Schalttransistoren, auf. Der Wechselrichter kann z.B. einen Tiefsetzsteiler aufweisen. Er kann weiterhin Induktivitäten und Freilaufdioden aufweisen. Wesentlich ist, dass am Ausgang des Wechselrichters eine WechselSpannung mit einer positiven Halbwelle und mit einer negativen Halbwelle in Bezug auf ein mit der Schaltungsanordnung gemeinsames Bezugspotential ausgebbar ist. Der Wechselrichter kann dabei derart eingerichtet sein, dass die Ausgabe der beiden Halbwellen zeitlich voneinander durch eine Pausenphase getrennt ist oder unmittelbar aufeinander folgt. Die Halbwellen können z.B. eine rechteckige, dreieckige, trapezförmige oder sinushalbwellenförmige Kurvenform aufweisen.
Ferner weist die Sensorvorrichtung einen optischen Empfänger auf, der zum Empfangen von Streulicht vom zu detektierenden Objekt eingerichtet ist, wobei an dem Objekt das Licht der beiden Leuchtdioden gestreut wird. Die beiden Leuchtdioden sind derart relativ zueinander und zu dem optischen Empfänger angeordnet, dass kein direktes Licht von einer der Leuchtdio- den zu dem optischen Empfänger gelangt. Je nach räumlicher Anordnung zwischen der jeweiligen Leuchtdiode und dem optischen Empfänger erfolgt die Detektion nach dem allgemein bekannten Vorwärtsstreuprinzip und/oder nach dem Rückwärts- streuprinzip . Um zu verhindern, dass direktes Licht zu dem optischen Empfänger gelangt, kann eine lichtdichte Barriere zwischen Leuchtdiode und optischem Empfänger vorgesehen sein.
Schliesslich weist die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung eines vom optischen Empfänger stammenden Emp- fangssignals auf. Der Pegel des Empfangssignals ist dabei typischerweise proportional für die beim optischen Empfänger auftreffende Lichtmenge. Dadurch ist im einfachsten Fall bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes ein Alarmsignal ausgebbar. Es kann auch ein mit dem Empfangssignalpegel kor- respondierender analoger Strom- oder Spannungswert oder ein
Digitalwert ausgegeben werden, welcher den Empfangssignalpegel abbildet. Die analog oder digital ausgegebenen Werte können dann z.B. durch eine signal- oder datentechnisch mit der Sensorvorrichtung in drahtloser und/oder kabelgebundener Verbindung stehenden Zentrale ausgewertet werden.
Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise ein MikroController, d.h. eine mikroprozessorgestützte Datenverarbeitungseinheit. Sie kann alternativ als elektronische Schaltung mit analogen und/oder digitalen Funktionsbausteinen realisiert sein. Im Falle eines MikroControllers kann dieser Analog-Digital- Umsetzer zur Signalerfassung und/oder Digital-/Analog- Umsetzer zur Datenausgabe aufweisen. Er kann weiterhin digitale Eingangs- und Ausgangsports für die digitale Erfassung von Eingangsspannungen und für die Ausgabe digitaler Schalt - Signale aufweisen. Auch können durch diesen ansteuerbare elektronische Schalter, wie z.B. Transistoren, in diesem bereits integriert sein, wie z.B. sogenannte Open-Collector- Ausgänge . Darüber hinaus ist der MikroController zum Ausführen von Softwareprogrammen ausgebildet, die im Mikrocontrol- ler selbst nichtflüchtig gespeichert sind oder durch diesen extern geladen werden können. Die Softwareprogramme beschreiben die zur Durchführung der jeweiligen Steuerungs- und Auswertefunktionen der Sensorvorrichtung zugehörigen Steuerung- und Auswerteschritte.
Der grosse Vorteil der Erfindung liegt in der besonders einfachen Ansteuerung der beiden Leuchtdioden über den Wechselrichter. Separate Schaltelemente für die beiden Leuchtdioden sind nicht erforderlich. Die Ansteuerung erfolgt in denkbar einfacher Weise durch Bestromung der jeweiligen Leuchtdiode in der positiven und negativen Halbwelle der am Ausgang des Wechselrichters bereitgestellten WechselSpannung.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Wechselrichter einen ausgangsseitig in Reihe geschalteten elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Kondensator, auf. Dadurch ist ein besonders hoher Wirkungsgrad für die elektrische Versorgung der beiden Leuchtdioden bei zugleich äusserst geringer Anzahl von Schaltungskomponenten möglich. Durch geeignete Auslegung und Bemessung des Kondensators sowie durch geeignete zeitliche Ansteuerung der beiden
Leuchtdioden mit einer jeweils vorgebbaren Mindesteinschalt- dauer kann der durch die Leuchtdioden fliessende Strom doppelt genutzt werden, so dass der Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung besonders hoch wird. Mit anderen Worten wird für den Fall einer positiven VersorgungsSpannung in Bezug auf das Massepotential in der ersten Betriebsphase zugleich der Kondensator aufgeladen und die in Reihe sowie in Flussrichtung liegende erste Leuchtdiode bestromt, sodass diese einen Lichtimpuls aussendet. In der zweiten Betriebsphase, die durch eine beliebige Pausenphase von der ersten Betriebsphase durch sperrende Ansteuerung des Wechselrichters getrennt einstellbar sein kann, wird der Kondensator entladen, wobei der sich einstellende Entladeström nun über die zweite, jetzt in Flussrichtung liegende Leuchtdiode geführt wird, sodass diese gleichfalls einen Lichtimpuls aussendet. Vorzugsweise erfolgen die beiden Betriebsphasen zeitlich kurz aufeinander, gefolgt von einer relativ langen Pause, die im Bereich von wenigen Sekunden bis zu einer Minute liegen kann.
Unter dem Wirkungsgrad ist in diesem Zusammenhang das Verhältnis zwischen der Strahlungsenergie, welche von beiden Leuchtdioden ausgesandt wird, und der elektrischen Energie, welche der Schaltungsanordnung zugeführt wird, zu verstehen. Da die Schaltungsanordnung typischerweise nicht streng kontinuierlich sondern getaktet betrieben werden wird, kann bei der Bestimmung des Wirkungsgrades eine geeignete zeitliche Mittelwertbildung vorgenommen werden, wobei die betrachtete Zeitspanne zumindest eine volle Periode aufweisen sollte. Bevorzugt ist während der ersten Betriebsphase die zweite Leuchtdiode ausgeschaltet. In entsprechender Weise ist während der zweiten Betriebsphase die erste Leuchtdiode ausge- schaltet.
Im einfachsten Fall weist der Wechselrichter eine Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltern auf, dessen erster Anschluss auf dem gemeinsamen Bezugspotential, wie z.B. Masse, liegt und dessen zweiter Anschluss auf einem vorzugsweise dazu positiven Bezugspotential liegt. Typischerweise sind dann das gemeinsame Bezugspotential mit dem Minuspol der Batterie bzw. Akkumulator und/oder mit der Masseleitung der Stromversorgungsleitung verbunden und das vorzugsweise dazu positive Bezugspotential mit dem Pluspol der Batterie/Akkumulator und/oder mit der Plusleitung der Stromversorgungsleitung zumindest mittelbar verbunden. An dem Mittelabgriff der Halb- brücke ist ein Kondensator als Kapazität angeschaltet. Am anderen Anschluss des Kondensators liegt dann die ausgangs- seitige WechselSpannung an. Ergänzend wird angemerkt, dass anstelle eines Kondensators auch eine Spule bzw. ein Drossel (Induktivität) als Energiespeicher verwendet werden kann.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist zumindest in einem der parallelen Zweige der Schaltungsanordnung ein Strombegrenzungselement, insbesondere ein Widerstand, in Reihe und/oder parallel zur jeweiligen Leuchtdiode geschaltet.
Dadurch kann ein mögliches Überschreiten eines unzulässigen Stromwertes bei der Bestromung der Leuchtdiode verhindert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Strombegrenzungs- element auch in Reihe zur Schaltungsanordnung selbst geschal - tet sein, insbesondere im Fall der Verwendung zweier baulich identischen Leuchtdioden. Das Strombegrenzungselement kann alternativ eine Spule oder eine Stromquelle sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Leuchtdi- öden zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einheitlicher Wellenlänge ausgebildet. Die beiden Leuchtdioden können z.B. IR- oder UV-Leuchtdioden sein. Sie können andererseits auch rote, grüne oder blaue Leuchtdioden sein. Die beiden Leucht- dioden können elektromagnetische Strahlung mit beliebigen Wellenlängen aussenden. Die elektromagnetische Strahlung kann neben einem vergleichsweise schmalbandigen Spektralbereich oder sogar einer monochromatischen Strahlung auch verschiedene Wellenlängen aufweisen, die ein kontinuierliches Spektrum oder verschiedene voneinander getrennte schmalbandige und/oder breitbandige Spektralbereiche darstellen.
Nach einer dazu alternativen Ausführungsform sind die beiden Leuchtdioden zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einheitlicher Wellenlänge ausgebildet, wobei die erste Leuchtdiode zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einer ersten Wellenlänge ausgebildet ist und wobei die zweite Leuchtdiode zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einer zweiten Wellenlänge ausgebildet ist. Dadurch ist durch das unterschiedliche Streuverhalten, wie z.B. von Rauchpartikeln im Rauch, eine Bestimmung der Rauchart und somit der Brandart möglich. Insbesondere ist mittels Auswertens des Empfangssignals durch die Auswerteeinheit bei der jeweiligen Betriebsphase eine Unterscheidung von schwarzem Rauch bei einem offenen Brand und weissem Rauch bei einem Schwelbrand möglich. Durch ein wiederholtes Umschalten zwischen den beiden Leuchtdioden können immer wieder verschiedenartige Streulichtmessungen durchgeführt werden, deren Ergebnisse einzeln oder in Kombination miteinander Informationen über den Art des Rauches und damit ggf. über die Brandursache liefern können.
Vorzugsweise ist die dann erste Leuchtdiode eine IR-LED und die zweite Leuchtdiode eine Blaulicht-LED oder eine UV-LED ist. Durch den weit auseinander liegenden Wellenlängenbereich ist eine besonders gute Erfassung der Teilchengrösse z.B. im zu detektierendem Rauch möglich. Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung einer IR- und UV-Leuchtdiode liegt darin, dass die ausgesandte Lichtstrahlung für das menschliche Auge nicht sichtbar und somit im Falle der Verwendung der Sensorvorrichtung bei einem offenen Brandmelder oder bei einem Näherungs- sensor nicht als störend empfunden wird. Vorzugsweise ist der optische Empfänger eine Fotodiode oder Fototransistor, der auf das von den beiden Leuchtdioden ausgesandte Licht empfindlich ist.
Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge ist der optische Empfänger als erster optischer Empfänger zum Empfangen von Streulicht im Wesentlichen vom zu detektierenden Objekt eingerichtet, an dem das Licht der ersten Leuchtdiode gestreut wird. Weiterhin weist die Sensorvorrichtung einen zweiten optischen Empfänger auf, der zum Empfangen von Streulicht im Wesentlichen vom zu detektierenden Objekt eingerichtet ist, an dem das Licht der zweiten Leuchtdiode gestreut wird. Die Auswerteeinheit ist zur Auswertung eines von den optischen Empfängern stammenden ersten und zweiten Empfangssignals eingerichtet . Zwischen der ersten Leuchtdiode und dem ersten optischen Empfänger sowie zwischen der zweiten Leuchtdiode und dem zweiten optischen Empfänger kann jeweils eine lichtdichte Barriere vorhanden sein, so dass im Wesentlichen nur gestreutes Licht von der ersten Leuchtdiode nur zum ersten optischen Empfänger und gestreutes Licht von der zweiten Leuchtdiode nur zum zweiten optischen Empfänger gelangen kann. Durch die getrennte Auswertung des ersten und zweiten Empfangssignals ist eine Detektion von kleineren Objekten, wie z.B. Insekten im Bereich der Leuchtdioden und optischen Empfänger, möglich. Dadurch ist mittels der Auswerteeinheit aufgrund der erfassten, betragsmässig unterschiedlichen und sich zeitlich stark verändernden Empfangssignale die Anwesenheit eines kleinen Objektes detektierbar und somit die Ausga- be eines Fehlalarms verhinderbar. Andererseits ist mittels der Auswerteeinheit aufgrund der erfassten, betragsmässig unterschiedlichen und sich zeitlich langsam fluktuierend verändernden Empfangssignale die Anwesenheit von Rauch mit höherer Zuverlässigkeit ermittelbar und somit Ausgabe eines Brandalarms zuverlässiger ausgebbar.
Vorzugsweise weist die Auswerteeinheit auch Mittel zur Ausgabe von Ansteuersignalen zum getakteten Ansteuern der Schaltelemente des Wechselrichters auf. Durch die Kenntnis der zeitlichen Phasenlage ist eine interne Synchronisation mit dem jeweiligen erfassten Empfangssignal und dessen Zuordnung zur jeweiligen Leuchtdiode möglich.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Schaltmittel mit einer vorgebbaren Pulsdauer, mit einem vorgegebenen Tastverhältnis und/oder mit einer vorgegebenen Kurvenform ansteuerbar, sodass mittels der Auswerteeinheit das im Empfangssignal abgebildete, von einem zu detektierenden Objekt zurückgestreute und mit dem Licht der beiden Leuchtdioden modulierte Streulicht von gleichfalls auf den ersten optischen Empfänger und gegebenenfalls auf den zweiten optischen Empfänger auftreffendes Fremdlicht unterscheidbar ist. Der besondere Vorteil liegt darin, dass in den EmpfangsSignalen enthaltene Signalanteile sowohl von gleichförmigem wie auch von gepulstem Fremd- oder Umgebungslicht, wie z.B. Sonnenlicht oder flackerndes Licht von Leuchtstoffröhren, mit- tels der Auswerteeinheit rechnerisch unterdrückt, d.h. herausgerechnet werden können, wie z.B. durch Subtraktion der Fremdsignalanteile, die in den Betriebspausen bei nicht angesteuerten Leuchtdioden durch die Auswerteeinheit ermittelt worden sind.
Vorzugsweise sind die beiden optischen Empfänger Fotodioden oder Fototransistoren, welche auf das von der zugeordneten Leuchtdiode ausgesandte Licht empfindlich sind. Alternativ können beide Fotodioden oder Fototransistoren zugleich auf das von beiden Leuchtdioden ausgesandte Licht, wie z.B. IR- und UV-Licht, empfindlich sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Auswerteeinheit Mittel zum Ansteuern von zwei Deaktivierungsschaltelementen auf, welches jeweils zum Deaktivieren einer der beiden
Leuchtdioden vorgesehen ist. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, einen gemeinsamen Messwert für gemeinsam auf beide optischen Empfänger auftreffendes Licht aus den Empfangssignalen zu ermitteln. Sie ist ferner dazu eingerichtet, einen ersten und zweiten Messwert zu ermitteln, wenn der gemeinsame Messwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. In diesem Fall ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, nacheinander den ersten Messwert bei angesteuertem erstem Deaktivierungsschaltelement und den zweiten Messwert bei angesteuertem zweitem Deaktivierungsschaltelement zu ermitteln und auf Basis dieser drei Messwerte einen Indikator für das Vorliegen eines Brandfalls zu ermitteln. Durch das selektive Deaktivieren, d.h. Abschalten einer der beiden Leuchtdioden, ist vorteilhaft eine genauere Erfassung des jeweiligen Streulichts möglich. Mögliche Überkopplungen der ersten
Leuchtdiode auf den zweiten optischen Empfänger sowie Überkopplungen der zweiten Leuchtdiode auf den ersten optischen Empfänger werden vermieden. Ferner ist durch Auswertung von durch die Auswerteeinheit erfassten zeitlich stark oder abrupt änderten Differenzen in den beiden EmpfangsSignalen die Anwesenheit kleinerer Objekte, wie z.B. Fliegen, Insekten oder Spinnen im Bereich der Leuchtdioden und optischen Empfänger, besonders zuverlässig detektierbar . Auch ist mittels der Auswerteeinheit besonders zuverlässig die Anwesenheit feststehender Objekte, wie z.B. eine geöffnete Tür als feststehendes Hindernis im Detektionsraum, bei zeitlich sich nicht ändernden Differenzen in den beiden Empfangssignalen detektierbar. Darüber hinaus ist bei der Verwendung unterschiedlich farbiger Leuchtdioden, wie z.B. einer IR-Leucht- diode und einer UV-Leuchtdiode, besonders zuverlässig die Rauchart mittels der Auswerteeinheit ermittelbar. In diesem Fall sind mittels der Auswerteeinheit Fluktuationen im jeweiligen Empfangssignal besonders gut ermittelbar.
Vorzugsweise sind die Deaktivierungsschaltelemente parallel zur jeweiligen Leuchtdiode geschaltet. Bei Ansteuerung sind diese dann durch die Auswerteeinheit schliessbar. Dadurch werden die jeweiligen Leuchtdioden mehr oder weniger kurzgeschlossen, sodass eine Lichtaussendung unterbleibt. Diese Ausführungsform der Deaktivierung ist besonders vorteilhaft bei der Verwendung eines Wechselrichters mit dem an dessen Ausgang geschalteten Kondensators, sodass der Lade- und Entladezyklus des Kondensators weiterhin aufrecht erhalten werden kann. Im anderen Fall ist es auch möglich, dass die Deaktivierungsschaltelemente in Reihe zur jeweiligen Leuchtdiode geschaltet sind, sodass diese im normalen Betriebsfall durch die Auswerteinheit geschlossen ansteuerbar sind und sodass diese zum gezielten Deaktivieren einer der Leuchtdioden öffnend ansteuerbar sind.
Einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zufolge weist die Sensorvorrichtung eine weitere Schaltungsanordnung aus zwei parallel geschalteten Zweigen mit jeweils einer ersten Fotodiode bzw. einem ersten Fototransistor als ersten opti- schen Empfänger und jeweils einer zweiten Fotodiode bzw. einem zweiten Fototransistor als zweiten optischen Empfänger auf. Die beiden Fotodioden sind antiparallel zueinander geschaltet, wobei die über den beiden Fotodioden anliegende Spannung als gemeinsames Empfangssignal einem Differenzbildner, insbesondere einem Differenzverstärker, zugeführt ist und wobei ein ausgangsseitiges Differenzsignal der Auswerteeinheit zur weiteren Auswertung zugeführt ist. Der besondere Vorteil liegt hier in der einfachen Realisierung einer Gleichtaktunterdrückung für auf beide Fotodioden bzw. Fototransistoren gleichzeitig auftreffendes Fremd- oder Umgebungslicht. In diesem Fall heben sich die von beiden Fotodioden erzeugten Fotospannungen gegenseitig auf, während Streulicht durch gegebenenfalls anwesende Objekte, welches durch die zeitversetzte Ansteuerung der beiden Leuchtdioden in unterschiedlichen Betriebsphasen auf die jeweilige räumlich zugeordnete Fotodiode fällt, in den jeweiligen Betriebsphasen zu einem eindeutigen Differenzsignal führt, welches dann an der zweiten Schaltungsanordnung zur weiteren Verarbeitung anliegt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, den gemeinsamen Messwert aus diesem Differenzsignal zu ermitteln. Für den Fall, dass dieser gemeinsame Messwert den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, ist die
Auswerteinheit dazu eingerichtet, zuerst den ersten Messwert bei angesteuertem ersten Deaktivierungsschaltelement und dann den zweiten Messwert bei angesteuertem zweiten Deaktivierungsschaltelement oder in umgekehrter Reihenfolge aus dem Differenzsignal zu ermitteln. Auf Basis dieser drei Messwerte ist dann wiederum mittels der Auswerteeinheit, wie zuvor beschrieben, ein Indikator für das Vorliegen eines Brandfalls ermittelbar .
Die Aufgabe der Erfindung wird ausserdem durch einen Gefahrenmelder zum Erkennen einer Gefahrensituation gelöst, welcher auf dem Streulichtprinzip basiert und eine erfindungsge- mässe Sensorvorrichtung aufweist. Der Gefahrenmelder ist insbesondere ein Rauchmelder zum Detektieren von Rauch in einem Detektionsraum. Insbesondere ist dieser Rauchmelder ein offener Rauchmelder, der keine optisch geschlossene Messkam- mer aufweist. Alternativ kann der Rauchmelder ein geschlossener Rauchmelder sein. Gegebenenfalls dort eindringende Insekten, wie z.B. kleine Fliegen, können gleichfalls mittels der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung detektiert werden.
Schliesslich wird die Aufgabe der Erfindung durch einen Näherungssensor zum optischen Erfassen der Anwesenheit eines Objektes in einem Detektionsraum gelöst, welcher eine erfin- dungsgemässe Sensorvorrichtung aufweist. Dabei können die erste Leuchtdiode und die erste Fotodiode einer ersten Re- flexlichtschranke zugeordnet sein, die gegen ein zu überwachendes Objekt gerichtet ist. Weiterhin können die zweite Leuchtdiode und die zweite Fotodiode einer zweiten Reflexlichtschranke zugeordnet sein, die gleichfalls gegen das zu überwachende Objekt gerichtet ist. Das von den Leuchtdioden ausgestrahlte Licht wird dann reflektiert und trifft auf die jeweilige Fotodiode. Sobald das Objekt entfernt wird verschwindet das empfangene Signal und der Anwesenheitsmelder löst einen Alarm aus. Dadurch kann beispielsweise das unbefugte Öffnen einer Tür oder das unbefugte Entfernen eines wertvollen Gegenstandes zuverlässig erkannt werden. Alternativ kann der Näherungssensor ein Signal ausgeben, wenn reflektiertes Licht an einem der beiden Fotodioden einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht massstabsgetreu anzusehen.
FIG 1 zeigt eine Prinzipschaltung einer erfindungsgemässen Sensorvorrichtung , FIG 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Sensorvorrichtung gemäss FIG 1,
FIG 3 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Sensorvorrichtung gemäss FIG 2.
FIG 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Sensorvorrichtung mit zwei Fotodioden als optische Empfänger bei Anwesenheit eines grossen Objekts,
FIG 5 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Sensorvorrichtung gemäss FIG 4,
FIG 6 zeigt die zweite Ausführungsform gemäss FIG 4 bei Anwe- senheit eines kleinen Objekts,
FIG 7 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Sensorvorrichtung gemäss FIG 6,
FIG 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Sensorvorrichtung mit elektrisch überbrückbaren Fotodioden bei Anwesenheit eines kleinen Objekts und
FIG 9 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Sensorvorrichtung mit einer weiteren Schaltungsanordnung mit zwei antiparallel geschalteten Fotodioden als optische Empfänger bei Anwesenheit eines kleinen Objekts.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass in der Zeich- nung in den verschiedenen Figuren gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
FIG 1 zeigt eine Prinzipschaltung einer erfindungsgemässen Sensorvorrichtung 100. Im linken Teil der FIG 1 ist ein Wechselrichter 6 zu sehen, welcher eine eingangsseitig anliegende Gleichspannung UDC in eine WechselSpannung UAC umsetzt. Mit dem Bezugszeichen 7 ist der zugehörige elektrische Anschluss bezeichnet. Dieser kann mit einer Batterie, einem Akkumulator und/oder einer externen elektrischen Spannungsversorgung - symbolisiert durch das Symbol einer Gleichspannungsquelle 8 - verbunden sein.
Im mittleren Teil der FIG 1 ist gemäss der Erfindung eine Schaltungsanordnung 1 aus zwei parallel geschalteten Zweigen 2, 3 mit jeweils einer ersten Leuchtdiode 4 und einer zweiten Leuchtdiode 5 zu sehen. Beide Leuchtdioden 4, 5 sind antiparallel zueinander geschaltet und zur Beleuchtung eines in einem Detektionsraum DR zu detektierenden Objektes 10 einge- richtet. Das Objekt 10 selbst ist im vorliegenden Beispiel eine Wolke, welche das Eindringen von Rauch in den Detektionsraum DR im Brandfall symbolisieren soll.
Im rechten Teil der FIG 1 ist ein optischer Empfänger 14 in Form einer Fotodiode gezeigt, welcher bzw. welche zum Empfangen von Streulicht vom zu detektierenden Objekt 10 eingerichtet ist. An diesem Objekt 10 wird das Licht der beiden Leuchtdioden 4, 5 gestreut und durch den optischen Empfänger 14 detektiert. Das Streulicht ist durch einen vom Objekt 10 wegzeigenden, gestrichelten Pfeil symbolisiert. Ganz rechts ist im Beispiel der FIG 1 eine Auswerteeinheit 16 zur Auswertung eines vom optischen Empfänger 14 stammenden Empfangssignals dargestellt. Diese Auswerteeinheit 16, vorzugsweise ein Mikrocontroller, wertet das Messsignal in bekannter Weise aus und erzeugt bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes ein Alarm- oder Meldesignal A. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Barriere zu sehen, welche verhindert, dass Licht von den beiden Leuchtdioden 4, 5 direkt zum optischen Empfänger 14 gelangen kann.
Gemäss der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der beiden Leuchtdioden 4, 5 derart, dass während der positiven Halbwel- Ie - hier in Bezug auf das gemeinsame Massepotential und symbolisiert durch das Massesymbol - nun die linke Leuchtdiode 4 bestromt wird, d.h. mit Strom beaufschlagt wird, und dass während der negativen Halbwelle die rechte Leuchtdiode 5 bestromt wird.
FIG 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Sensorvorrichtung 100 gemäss FIG 1. In diesem Fall weist der Wechselrichter 6 einen ausgangsseitig in Reihe geschalteten elektri- sehen Energiespeicher 9 in Form eines Kondensators auf. Weiterhin umfasst der Wechselrichter 6 eine Halbbrücke aus zwei in Reihe geschalteter, elektronisch ansteuerbarer Schaltelemente 61, 62 auf, wobei im vorliegenden Beispiel der Mittelabgriff der Halbbrücke direkt mit diesem Kondensator 9 verbunden ist. Üblicherweise sind diese Schaltelemente 61, 62 Schalttransistoren, die vorzugsweise auch von der Auswerteeinheit 16 angesteuert werden. Mit Tl, T2 sind die zugehörigen Ansteuersignale zur Ansteuerung der Schaltelemente 61, 62 bezeichnet .
Rechts neben dem als gestrichelten Rahmen dargestellten Wechselrichter 6 sind beispielhaft zwei mögliche Signalformen für die ausgangsseitige WechselSpannung UAC zu sehen. Die positive Halbwelle der gezeigten Periode resultiert aus der Ansteu- erung des oberen Schaltelementes 61 für eine vorgebbare Mindestzeit, in welcher der Kondensator 9 aufgeladen wird, wobei der Ladestrom zugleich über die linke Leuchtdiode 4 fliesst. Unmittelbar im Anschluss erfolgt die sperrende Ansteuerung des ersten Schaltelementes 61 gefolgt von einer schliessenden Ansteuerung des zweiten Schaltelementes 62. Dadurch entlädt sich der Kondensator 9 über das zweite Schaltelement 62, wobei der Entladestrom zugleich über die rechte Leuchtdiode 5 fliesst. Der Lade- und Entladezyklus ist somit abgeschlossen. Es kann sich nun durch sperrende Ansteuerung beider Schalt - elemente 61, 62 wiederholt eine längere Pause von wenigen
Sekunden bis zu einer Minute anschliessen, während die Lade- phase und die Entladephase des Kondensators 9 jeweils typischerweise im Nano-, Mikro- und Millisekundenbereich liegt.
Bei der zweiten beispielhaften Signalform liegt zwischen den beiden Halbwellen eine Pause, die durch sperrende Ansteuerung der beiden Schaltelemente 61, 62 einstellbar erreicht werden kann.
Des Weiteren ist zumindest in einem der parallelen Zweige 2, 3 der Schaltungsanordnung 1 ein Strombegrenzungselement 11, 12 vorhanden, welches wie gezeigt in Reihe zur jeweiligen Leuchtdiode 4, 5 geschaltet ist. Dadurch ist eine Begrenzung des durch die jeweilige Leuchtdiode 4, 5 fliessenden Stromes auf zulässige Werte möglich. Ganz rechts im Beispiel der FIG 2 ist noch ein Alarmkontakt 17 zu sehen, welcher im Alarmfall durch die Ansteuereinheit 16 schliessend angesteuert wird.
FIG 3 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Sensorvorrichtung 100 gemäss FIG 2.
Es ist eine Kurve 31 einer beispielhaften Ausgangswechsel - Spannung UAC zu sehen, welche unter anderem Pausenphasen aufweist und welche durch einen Verlauf mit rechteckigen Phasenanteilen vereinfacht dargestellt ist. Die Kurve 31 entspricht dabei dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes, welcher einerseits durch die erste Leuchtdiode 4 fliesst. Dieser Strom, welcher im Wesentlichen direkt proportional zum durch die erste Leuchtdiode 4 ausgesendeten Licht ist, erreicht seine maximale Stärke jeweils in der ersten Betriebsphase im ersten und fünften Zeitabschnitt 30 mit positiver Amplitude. Andererseits zeigt die Kurve 31 auch den zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes, welcher im dritten sowie im siebten Zeitabschnitt 30 mit negativer Amplitude durch die zweite Leuchtdiode 5 fliesst. In den verbleibenden Pausenabschnitten ist dieser Strom vernachlässigbar klein. Eine Kurve 32 entspricht dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stromes, welcher nur durch die erste Leuchtdiode 4 fliesst, während die Kurve 33 den Verlauf des Stromes zeigt, der nur durch die zweite Leuchtdiode 5 fliesst.
Eine Kurve 34 zeigt den zugehörigen Lichtstrom des optischen Empfängers 14, der durch etwa gleich grosses Streulicht vom Objekt 10 mittels der beiden Leuchtdioden 4, 5 hervorgerufen wird. Durch diesen beispielhaften signifikanten Verlauf der WechselSpannung UAC ist eine eindeutige Unterscheidung des Streulichts zu Fremd- oder Umgebungslicht im Empfangssignal des optischen Empfängers 14 möglich.
FIG 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Sensorvorrichtung 100 mit zwei Fotodioden 14, 15 als optische Empfänger bei Anwesenheit eines grossen Objekts 10.
Im Vergleich zur vorherigen FIG 2 weist die Sensorvorrichtung 100 nun neben dem ersten optischen Empfänger 14, welcher zum Empfangen von Streulicht im Wesentlichen von dem zu detektie- renden Objekt 10, an dem das Licht der ersten Leuchtdiode 4 gestreut wird, eingerichtet ist, einen weiteren, zweiten optischen Empfänger 15 auf, der zum Empfangen von Streulicht im Wesentlichen vom zu detektierenden Objekt 10 eingerichtet ist, an dem das Licht der zweiten Leuchtdiode 5 gestreut wird. Die Auswerteinheit 16 ist zur Auswertung eines von den beiden optischen Empfängern 14, 15 stammenden ersten und zweiten Empfangssignals eingerichtet. Bei dem gezeigten grossen Objekt 10 kann es sich um eine Rauchfront handeln oder um ein feststehendes Objekt, welches Streulicht von beiden
Leuchtdioden 4, 5 zum jeweiligen optischen Empfänger 14, 15 in etwa gleicher Grössenordnung zurückstreut.
FIG 5 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Sensorvorrichtung 100 gemäss FIG 4. Die Signalform der Kurve 51 der gezeigten Ausgangswechsel - Spannung UAC ist durch einen rechteckigen Verlauf mit einem Tastverhältnis von 50:50 vereinfacht dargestellt.
Die Kurve 52 zeigt den zeitlichen Verlauf des Stromes nur durch die erste Leuchtdiode 4, während die Kurve 53 den Verlauf des Stromes nur durch die zweite Leuchtdiode 5 zeigt.
Die Kurven 54 und 55 zeigen den jeweils zugehörigen Licht- ström der optischen Empfänger 14 und 15, der jeweils durch etwa gleich grosses Streulicht vom Objekt 10 über die beiden Leuchtdioden 4, 5 hervorgerufen wird.
FIG 6 zeigt die zweite Ausführungsform gemäss FIG 4 bei Anwe- senheit eines kleinen Objekts 10. Das kleine Objekt 10 ist z.B. eine Fliege, welche sich im Bereich der Sensorvorrichtung 100 aufhält. Es ist erkennbar, dass nur das von der ersten Leuchtdiode 4 ausgesandte Licht an dem Objekt 10 gestreut wird. Dieses Streulicht gelangt dann zu dem ersten Empfänger 14. Licht der zweiten Leuchtdiode 5 gelangt wegen der räumlichen Anordnung der zweiten Leuchtdiode 5 dagegen überhaupt nicht zum Objekt 10. Folglich erfolgt auch keine Detektion von Streulicht beim zugeordneten zweiten optischen Empfänger 15.
FIG 7 zeigt in einem Zeitdiagramm die Funktionsweise der Sensorvorrichtung 100 gemäss FIG 6. Ein Vergleich mit der FIG 5 zeigt, dass die Amplitude der Kurve 74, die mit der Kurve 54 in FIG 5 korrespondiert, wegen des kleineren Objektquer- Schnitts nun deutlich geringer ist. Dagegen ist die Amplitude der Kurve 75, die mit der Kurve 55 in FIG 5 korrespondiert, verschwindend gering, da praktisch kein Streulicht im zugehörigen optischen Empfänger 15 detektiert wird.
FIG 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Sensorvorrichtung 100 mit elektrisch überbrückbaren Fotodioden 4, 5 bei Anwesenheit eines kleinen Objekts 10. Im vorliegenden Beispiel sind zwei Deaktivierungsschaltele- mente 18, 19 parallel zur jeweiligen Leuchtdiode 4, 5 angeschaltet. Diese Schaltelemente 18, 19 sind vorzugsweise Schalttransistoren, die bei Ansteuerung durch die Auswerte- einheit 16 schliessbar sind. Mit Sl und S2 sind die zugehörigen Deaktivierungssignale bezeichnet, die von der Auswerteeinheit 16 ausgegeben werden, um selektiv nur eine der beiden Leuchtdiode 4, 5 abzuschalten. In Reihe zum jeweiligen Deak- tivierungsschaltelement 18, 19 ist eine Flussdiode 24, 25 geschaltet, welche bei Ansteuerung des Deaktivierungsschalt- elementes 18, 19 den Stromfluss durch den jeweiligen Zweig 2, 3 möglichst übergangslos übernimmt. Dadurch wird der Lade- und Entladezyklus des Kondensators 9 durch den Wechselrichter 6 weiterhin aufrecht erhalten.
FIG 9 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Sensorvorrichtung 100 mit einer weiteren Schaltungsanordnung 20 mit zwei antiparallel geschalteten Fotodioden 14, 15 als optische Empfänger bei Anwesenheit eines kleinen Objekts 10.
Mit dem Bezugszeichen 22, 23 sind die beiden Zweige der weiteren Schaltungsanordnung 20 bezeichnet. Die über beiden Fotodioden 14, 15 anliegende Spannung ist einem Differenz - bildner 21 als gemeinsames Empfangssignal zugeführt. Der
Differenzbildner 21 ist im Beispiel der vorliegenden FIG 9 zugleich ein Differenzverstärker (symbolisiert durch das Schaltsymbol eines Operationsverstärkers) , welcher das gebildete Differenzsignal um einen vorgegebenen Verstärkungsgrad zur verbesserten Weiterverarbeitung verstärkt. Das ausgangs- seitige Differenzsignal D ist im Beispiel der FIG 9 bereits intern der Auswerteeinheit 16 zur weiteren Auswertung zugeführt. Zugleich weist die Auswerteeinheit 16 bereits integrierte, nicht weiter bezeichnete Schaltelemente auf, die als Deaktivierungsschaltelemente zur Deaktivierung der beiden Leuchtdioden 4, 5 vorgesehen sind. Bezugszeichenliste
1 Schaltungsanordnung
2 erster paralleler Zweig
3 zweiter paralleler Zweig
4 erster optischer Sender, LED
5 zweiter optischer Sender, LED
6 Wechselrichter
7 Anschluss Gleichspannungsquelle, Batterie
9 Energiespeicher, Kapazität, Kondensator
10 Objekt, Streuobjekt, Rauch, Gegenstand
11, 12 Strombegrenzungselement / Widerstand
13 Barriere 1144 erster optischer Empfänger, Fotodiode
15 zweiter optischer Empfänger, Fotodiode
16 Auswerteinheit, Auswerteelektronik, Mikrocon- troller
17 Alarmkontakt 1188,, 1199 Überbrückungskontakt, Schaltkontakt, Transistor
20 weitere Schaltungsanordnung
21 Differenzbildner, DifferenzVerstärker
22 weiterer erster paralleler Zweig
23 weiterer zweiter paralleler Zweig 2244,, 2255 Dioden, Gleichrichterdioden
30, 50, 70 Phasen, Zeitabschnitte
31, 51, 71 Stromverlauf am Ausgang des Wechselrichters
32, 52, 72 Stromverlauf durch ersten optischen Sender 3333,, 5533,, 7733 Stromverlauf durch zweiten optischen Sender
34. 54. 74 Stromverlauf im ersten optischen Empfänger 55, 75 Stromverlauf im zweiten optischen Empfänger
61, 62 Schaltelement, Halbleiterschalter, Transistor
100 Sensorvorrichtung A Alarmsignal
D Differenzsignal
DR Detektionsraum
Sl, S2 Schaltsignale
Tl, T2 Deaktivierungssignale
UAC WechselSpannung
UDC Gleichspannung

Claims

Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung zum optischen Erfassen eines Objektes (10) , wobei die Sensorvorrichtung aufweist - eine Schaltungsanordnung (1) aus zwei parallel geschalteten Zweigen (2, 3) mit jeweils einer ersten Leuchtdiode (4) und einer zweiten Leuchtdiode (5), wobei die Leuchtdioden (4, 5) antiparallel zueinander geschaltet sind und zur Beleuchtung eines in einem Detektionsraum (DR) zu detektierenden Objektes (10) eingerichtet sind,
- einen elektrischen Anschluss (7) , welcher zur Einspeisung einer Gleichspannung (UDC) zumindest zur elektrischen Versorgung der Schaltungsanordnung (1) vorgesehen ist,
- einen Wechselrichter (6), welcher eingangsseitig an die Gleichspannung (UDC) und ausgangsseitig an die Schaltungsanordnung geschaltet ist, und welcher eine aus der Gleichspannung (UDC) umgesetzte WechselSpannung (UAC) zur wechselweisen Bestromung der Leuchtdioden (4, 5) bereitstellt,
- einen optischen Empfänger (14), eingerichtet zum Empfangen von Streulicht vom zu detektierenden Objekt (10), an dem das Licht der beiden Leuchtdioden (4, 5) gestreut wird, und
- eine Auswerteeinheit (16) zur Auswertung eines vom optischen Empfänger (14) stammenden Empfangssignals.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (6) einen ausgangsseitig in Reihe geschalteten elektrischen Energiespeicher (9), insbesondere einen Kondensator, aufweist.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest in einem der parallelen Zweige (2, 3) der Schaltungsanordnung (1) ein Strombegrenzungselement (11, 12) , insbesondere ein Widerstand, in Reihe und/oder parallel zur jeweiligen Leuchtdiode (4, 5) geschaltet ist.
4. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beiden Leuchtdioden (4, 5) zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einheitlicher Wellenlänge ausgebildet sind.
5. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Leuchtdiode (4) zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einer ersten Wellenlänge ausgebildet ist und wobei die zweite Leuchtdiode (5) zum Aussenden von Licht im Wesentlichen einer zweiten Wellenlänge ausgebildet ist.
6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Leuchtdiode (4) eine IR-LED und die zweite
Leuchtdiode (5) eine Blaulicht-LED oder eine UV-LED ist.
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei der optische Empfänger (14) als erster optischer Empfänger eingerichtet ist zum Empfangen von Streulicht im Wesentlichen vom zu detektierenden Objekt (10) , an dem das Licht der ersten Leuchtdiode (4) gestreut wird, - wobei die Sensorvorrichtung einen zweiten optischen Empfänger (15) aufweist, eingerichtet zum Empfangen von Streulicht im Wesentlichen vom zu detektierenden Objekt (10), an dem das Licht der zweiten Leuchtdiode (5) gestreut wird und
- wobei die Auswerteeinheit (16) zur Auswertung eines von den optischen Empfängern (14, 15) stammenden ersten und zweiten
Empfangssignals eingerichtet ist.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (16) Mittel zur Ausgabe von Ansteu- ersignalen (Tl, T2) zum getakteten Ansteuern der Schaltelemente (61, 62) des Wechselrichters (6) aufweist.
9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Schaltmittel (61, 62) mit einer vorgebbaren Pulsdauer, mit einem vorgege- benen Tastverhältnis und/oder mit einer vorgegebenen Kurvenform ansteuerbar sind, sodass mittels der Auswerteeinheit (16) das im Empfangssignal abgebildete, von einem zu detek- tierenden Objekt (10) zurückgestreute und mit dem Licht der beiden Leuchtdioden (4, 5) modulierte Streulicht von gleichfalls auf den ersten optischen Empfänger (14) und gegebenenfalls auf den zweiten optischen Empfänger (15) auftreffendes Fremdlicht unterscheidbar ist.
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die beiden optischen Empfänger (14, 15) Fotodioden oder Fototransistoren sind, welche auf das von der zugeordneten Leuchtdiode (4, 5) ausgesandte Licht empfindlich sind.
11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die beiden optischen Empfänger (14, 15) Fotodioden oder Fototransistoren sind, welche auf das von beiden Leuchtdioden (4, 5) ausge- sandte Licht empfindlich sind.
12. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
- wobei die Auswerteeinheit (16) Mittel zum Ansteuern von zwei Deaktivierungsschaltelementen (18, 19) aufweist, wel- ches jeweils zum Deaktivieren einer der beiden Leuchtdioden (4, 5) vorgesehen ist,
- wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist,
- einen gemeinsamen Messwert für gemeinsam auf beide optischen Empfänger auftreffendes Licht aus den Empfangssig- nalen zu ermitteln,
- einen ersten und zweiten Messwert zu ermitteln, wenn der gemeinsame Messwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
- nacheinander den ersten Messwert bei angesteuertem ersten Deaktivierungsschaltelement (18) und den zweiten Messwert bei angesteuertem zweiten Deaktivierungsschaltelement (19) zu ermitteln und
- auf Basis der drei Messwerte einen Indikator für das Vorliegen eines Brandfalls zu ermitteln.
13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Deaktivierungsschaltelemente (18, 19) parallel zur jeweiligen Leuchtdiode (4, 5) angeschaltet sind und bei Ansteuerung durch die Auswerteeinheit (16) schliessbar sind.
14. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Sensorvorrichtung eine weitere Schaltungsanordnung
(20) aus zwei parallel geschalteten Zweigen (22, 23) mit jeweils einer ersten Fotodiode (14) als ersten optischen Empfänger und jeweils einer zweiten Fotodiode (15) als zweiten optischen Empfänger aufweist, wobei die beiden Fotodioden (14, 15) antiparallel zueinander geschaltet sind, wobei die über den beiden Fotodioden (14, 15) anliegende Spannung als gemeinsames Empfangssignal einem Differenzbildner (21) , ins- besondere einem Differenzverstärker, zugeführt ist und wobei ein ausgangsseitiges Differenzsignal (D) der Auswerteeinheit (16) zur weiteren Auswertung zugeführt ist.
15. Sensorvorrichtung nach Anspruch 12 und 14 oder 13 und 14, - wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist,
- den gemeinsamen Messwert aus dem Differenzsignal (D) zu ermitteln,
- den ersten und zweiten Messwert zu ermitteln, wenn der gemeinsame Messwert den vorgegebenen Grenzwert über- schreitet,
- nacheinander den ersten Messwert bei angesteuertem ersten Deaktivierungsschaltelement (18) und den zweiten Messwert bei angesteuertem zweiten Deaktivierungsschaltelement
(19) aus dem Differenzsignal (D) zu ermitteln und - auf Basis der drei Messwerte einen Indikator für das Vorliegen eines Brandfalls zu ermitteln.
16. Gefahrenmelder nach dem Streulichtprinzip, insbesondere offener Rauchmelder, zum Erkennen einer Gefahrensituation, insbesondere zum Detektieren von Rauch in einem Detektions- raum (DR) , wobei der Gefahrenmelder eine Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.
17. Näherungssensor zum optischen Erfassen der Anwesenheit eines Objektes (10) in einem Detektionsraum (DR) und mit einer Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017194367A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Siemens Schweiz Ag Brandmelder mit einer photodiode zur erfassung von umgebungslicht, um davon abhängig die ausgabe eines möglichen brandalarms zu beschleunigen
WO2018228756A1 (de) * 2017-06-13 2018-12-20 Siemens Schweiz Ag Gehäuse für einen austauschbaren energiespeicher mit anschlussmöglichkeit zur stromversorgung eines damit verbindbaren elektronischen geräts sowie funkbasierter gefahrenmelder
CN110431674A (zh) * 2017-01-25 2019-11-08 西门子瑞士有限公司 借助于具有用于发光的led芯片并且具有用于将所发射的光的部分转换成长波光的光转换器的发光二极管根据双色原理的光学烟雾探测

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0877345A2 (de) * 1997-05-08 1998-11-11 Nittan Company, Limited Rauchmelder und Steuersystem für die Anzeige
WO2000007161A1 (en) * 1998-07-31 2000-02-10 Gsbs Development Corporation Smoke detectors
DE10013207A1 (de) * 2000-03-17 2001-09-20 Tridonic Bauelemente Ansteuerung von Leuchtdioden (LED`s)
WO2003056878A1 (en) * 2001-12-28 2003-07-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting diode driver
EP1887536A1 (de) * 2006-08-09 2008-02-13 Siemens Schweiz AG Streulicht-Rauchmelder

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010038337A1 (en) * 2000-05-05 2001-11-08 James Wickstead Smoke detector with time out capability
US6359392B1 (en) * 2001-01-04 2002-03-19 Motorola, Inc. High efficiency LED driver
CN102032486A (zh) * 2004-02-25 2011-04-27 迈克尔·米斯金 Ac发光二极管以及ac led驱动方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0877345A2 (de) * 1997-05-08 1998-11-11 Nittan Company, Limited Rauchmelder und Steuersystem für die Anzeige
WO2000007161A1 (en) * 1998-07-31 2000-02-10 Gsbs Development Corporation Smoke detectors
DE10013207A1 (de) * 2000-03-17 2001-09-20 Tridonic Bauelemente Ansteuerung von Leuchtdioden (LED`s)
WO2003056878A1 (en) * 2001-12-28 2003-07-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting diode driver
EP1887536A1 (de) * 2006-08-09 2008-02-13 Siemens Schweiz AG Streulicht-Rauchmelder

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017194367A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Siemens Schweiz Ag Brandmelder mit einer photodiode zur erfassung von umgebungslicht, um davon abhängig die ausgabe eines möglichen brandalarms zu beschleunigen
CN109155097A (zh) * 2016-05-13 2019-01-04 西门子瑞士有限公司 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
US10467874B2 (en) 2016-05-13 2019-11-05 Siemens Schweiz Ag Fire detector having a photodiode for sensing ambient light
CN110431674A (zh) * 2017-01-25 2019-11-08 西门子瑞士有限公司 借助于具有用于发光的led芯片并且具有用于将所发射的光的部分转换成长波光的光转换器的发光二极管根据双色原理的光学烟雾探测
CN110431674B (zh) * 2017-01-25 2023-01-13 西门子瑞士有限公司 借助于发光二极管根据双色原理进行光学烟雾探测的装置及其应用
WO2018228756A1 (de) * 2017-06-13 2018-12-20 Siemens Schweiz Ag Gehäuse für einen austauschbaren energiespeicher mit anschlussmöglichkeit zur stromversorgung eines damit verbindbaren elektronischen geräts sowie funkbasierter gefahrenmelder

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