DE102011119431C5

DE102011119431C5 - Streustrahlungsbrandmelder und Verfahren zur automatischen Erkennung einer Brandsituation

Info

Publication number: DE102011119431C5
Application number: DE102011119431.6A
Authority: DE
Inventors: Gerd WEDLER; Ralf Behrens; Erwin BERCHTOLD; Markus Schulz; Thorsten SCHULTZE; Ingolf Willms; Wolfgang Krüll
Original assignee: APPBAU GAUTING GmbH; Apparatebau Gauting GmbH
Current assignee: Diehl Aviation Gilching GmbH
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2031-11-26
Also published as: CA2793675C; CA2793675A1; BR102012029908A2; US9036150B2; DE102011119431A1; US20130135607A1; DE102011119431B4

Abstract

Streustrahlungsbrandmelder (1), umfassend zwei erste Strahlungsquellen (2) einer ersten Wellenlänge (λ) und eine zweite Strahlungsquelle (3) einer größeren, zweiten Wellenlänge (λ), und genau eine Sensoreinheit mit einem für die erste und zweite Wellenlänge empfindlichen Streustrahlungssensor (4), wobei die ersten Strahlungsquellen (2), die zweite Strahlungsquelle (3) und der Streustrahlungssensor (4) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass ihre optischen Achsen (9, 10) auf ein gemeinsames Zentrum eines Streuvolumens (5) gerichtet sind, und dass durch den Streustrahlungssensor (4) Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I(λ) einer der ersten Strahlungsquellen (2), Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I(λ) der zweiten Strahlungsquelle (3) und Rückwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I(λ) der anderen der ersten Strahlungsquellen (2) erfasst werden können, wobei die insgesamt drei Strahlungsquellen (2, 3), sprich die beiden ersten Strahlungsquellen (2) und die zweite Strahlungsquelle (3), gepulst und sukzessive nacheinander betrieben werden, so dass die Streustrahlungsintensitäten von der einen ersten Strahlungsquelle (2), der anderen ersten Strahlungsquelle (2) und der zweiten Strahlungsquelle (3) getrennt voneinander erfasst werden können, und wobei die Sensoreinheit dazu eingerichtet ist, die Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Q= I(λ) / I(λ), Q= I(λ) / I(λ) und Q= I(λ) / I(λ) zu berechnen und zur Entscheidung über das Vorliegen einer Brandsituation zu verwenden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Streustrahlungsbrandmelder und ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer Brandsituation.
Streustrahlungsbrandmelder und Verfahren zur automatischen Erkennung einer Brandsituation sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen und Varianten bekannt. Beispielhaft wird verwiesen auf die US 6,218,950 B1 , EP 1 408 469 B1 , DE 44 14 166 C1 und DE 10 2007 021 452 B4 .
Ferner offenbart die WO 00/07161 einen Streustrahlungsbrandmelder mit zwei Infrarotlichtquellen sowie zwei blauen/violetten Lichtquellen und einem einzelnen Fotodetektor.
Die EP 1 408 469 B1 zeigt einen Streustrahlungsbrandmelder und ein Verfahren zur Branderkennung, bei dem Streustrahlungen einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge gemessen werden.
Es können das Verhältnis zwischen den gewichteten Werten einer Vorwärtsstreustrahlungsintensität und einer Rückwärtsstreustrahlungsintensität der ersten Wellenlänge und das Verhältnis zwischen den gewichteten Werten der Vorwärtsstreustrahlungsintensität und der Rückwärtsstreustrahlungsintensität der zweiten Länge gebildet und verrechnet werden. Weiter können das Verhältnis der gewichteten Werte der Vorwärtsstreustrahlungsintensität der ersten und der zweiten Wellenlänge und das Verhältnis der gewichteten Werte der Rückwärtsstreustrahlungsintensität der ersten und der zweiten Wellenlänge gebildet und verrechnet werden.
Ein wesentlicher Aspekt bei Streustrahlungsbrandmeldern betrifft die Genauigkeit bzw. Sensitivität der Erkennung einer Brandsituation. Konkret geht es darum, Fehlerraten, sei es dass tatsächliche Brandsituationen als solche nicht erkannt werden oder dass es fälschlicherweise zu einer Alarmauslösung kommt, obwohl tatsächlich keine Brandsituation vorliegt, möglichst gering zu halten. Zur Steigerung der Sensitivität wurde bei Streustrahlungsbrandmeldern, insbesondere in den genannten Dokumenten, u. a. vorgeschlagen, unterschiedliche Wellenlängen, Vorwärts- und/oder Rückwärtsstreuung und/oder Verhältnisse oder Differenzen von Streustrahlungsintensitäten zu verwenden, Jedoch gibt es bei Streustrahlungsbrandmeldem trotz der bekannten Lösungsansätze weiteren Bedarf zur Verbesserung der Sensitivität und Genauigkeit für die Erkennung einer Brandsituation.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Streustrahlungsbrandmelder mit verbesserter Sensitivität und Genauigkeit für die Erkennung einer Brandsituation anzugeben. Ferner soll unter gleichen Gesichtspunkten ein Verfahren zur Erkennung einer Brandsituation angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
Nach Anspruch 1 ist ein Streustrahlungsbrandmelder vorgesehen, welcher zwei erste Strahlungsquellen einer ersten Wellenlänge und eine, d. h. genau eine, zweite Strahlungsquelle einer größeren, zweiten Wellenlänge umfasst.
Die Strahlungsquellen sind zur Abstrahlung einer Strahlung ausgebildet, die im Rahmen der Erfindung bevorzugt im sichtbaren Spektralbereich bzw. im infraroten Wellenlängenbereich liegt. Bei den ersten Strahlungsquellen, welche besonders bevorzugt im sichtbaren Spektralbereich abstrahlen kann es sich grundsätzlich um beliebige Lichtquellen, besonders bevorzugt jedoch um Leuchtdioden (LED) mit Abstrahlung im sichtbaren Spektralbereich, handeln. Bei der zweiten Strahlungsquelle, welche bevorzugt im infraroten (IR) Spektralbereich abstrahlt, handelt es sich bevorzugt um eine LED mit Abstrahlung im IR-Spektralbereich.
Der Streustrahlungsbrandmelder umfasst des Weiteren eine, d. h. genau eine, Sensoreinheit mit einem einzigen bzw. einzelnen für die erste und die zweite Wellenlänge empfindlichen Streustrahlungssensor. Die Sensoreinheit umfasst als strahlungssensitives Element bevorzugt eine Empfangsdiode, die gemäß den vorangehenden Ausführungen sowohl für die erste Wellenlänge, z. B. im sichtbaren Spektralbereich, als auch für die zweite Wellenlänge, z. B. im IR-Spektralbereich, empfindlich ist.
Unter dem Begriff „empfindlich“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Sensoreinheit, insbesondere Empfangsdiode, Strahlung einer entsprechenden Wellenlänge mit einer für Streustrahlungsbrandmelder geeigneten und ausreichenden Empfindlichkeit detektieren kann.
Der Streustrahlungssensor ist ausgebildet zur Erfassung von Streustrahlung. Streustrahlung entsteht bei dem Streustrahlungsbrandmelder z. B. dadurch, dass Strahlung der ersten und/oder zweiten Wellenlänge auf ein gegebenes, d. h. definiertes, Streuvolumen eingestrahlt und durch im Streuvolumen befindliche, insbesondere feste und/oder flüssige, Partikel bzw. Aerosole gestreut wird.
Gemäß dem vorgeschlagenen Streustrahlungsbrandmelder sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Streustrahlungssensor derart angeordnet und ausgebildet, dass ihre optischen Achsen auf ein gemeinsames Zentrum eines Streuvolumen gerichtet sind. Insbesondere sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Streustrahlungssensor derart angeordnet, dass sich die Hauptabstrahlungsachsen der Strahlungsquellen bzw. die Haupteinfallsachse des Streustrahlungssensors im Zentrum schneiden. Die Hauptabstrahlungsachsen bzw. die entsprechenden Hauptabstrahlungsrichtungen sowie die Haupteinstrahlungsachse bzw. die entsprechende Haupteinstrahlungsrichtung sind durch jeweilige Abstrahlkegel bzw. Einstrahlkegel gegeben, die, wie weiter unten noch beschrieben wird, durch Blenden eingestellt werden können.
Ferner sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Streustrahlungssensor derart angeordnet und ausgebildet, dass durch den Streustrahlungssensor, bzw. die Sensoreinheit,

i) Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₁(λ_1, _fwd) einer der ersten Strahlungsquellen,
ii) Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₂(λ_2, _fwd) der zweiten Strahlungsquelle und
iii) Rückwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₃(λ_1, _bwd) der anderen der ersten Strahlungsquellen

Hierin bedeuten I_x mit x=1, 2, 3 die jeweiligen Streustrahlungs-Intensitäten, wobei in Klammern die jeweilige Wellenlänge, d. h. die erste Wellenlänge λ₁ bzw. die zweite Wellenlänge λ₂, und jeweilige Streurichtung „fwd“ für Vorwärtsstreuung bzw. „bwd“ für Rückwärtsstreuung angegeben sind.
Die Sensoreinheit des Streustrahlungsbrandmelders ist dazu eingerichtet und ausgebildet, die die Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Q₁ = I₁(λ_1, _fwd) / I₂(λ_2, _fwd), Q2 = I₁(λ_1, _fwd) / I₃(λ_1, _bwd) und Q₃ = I₂(λ_2, _fwd) / I₃(λ_1, _bwd) zu berechnen und zur Entscheidung über das Vorliegen einer Brandsituation zu verwenden.
Der vorgeschlagene Streustrahlungsbrandmelder weist einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf und kann mit vergleichsweise wenigen Komponenten hergestellt werden. Dabei ist es, gerade durch Berücksichtigung der angegebenen Streustrahlungs-Intensitäten und der angegebenen Quotienten, möglich, eine vergleichsweise hohe Sensitivität und Genauigkeit zu erreichen. Insbesondere kann eine besonders vorteilhafte, d. h. geringe, Fehlalarmquote erreicht werden.
Die besonders hohe Sensitivität bei gleichzeitig hoher Genauigkeit, und damit einhergehend vergleichsweise geringer Fehlalarmquote, kann insbesondere erreicht werden, wenn der Streustrahlungsbrandmelder wie folgt betrieben wird:
Eine Entscheidung über das Vorliegen einer Brandsituation bzw. das Nicht-Vorliegen einer Brandsituation wird ausschließlich anhand der Vorwärts-Streustrahlung der zweiten Wellenlänge, d. h. eines aus der Vorwärts-Streustrahlung der zweiten Wellenlänge ermittelten oder erhaltenen Signals, insbesondere der Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität I₂(λ_2, _fwd) oder einer davon abgeleiteten oder daraus ermittelten Größe, durchgeführt.
Dazu wird der für das Signal in Frage kommende Wertebereich aufgeteilt in einen oder mehrere für Brandsituationen repräsentative Bereiche und in einen oder mehrere für Nicht-Brandsituationen repräsentative Bereiche. Liegt das Signal in einem für Brandsituationen repräsentativen Bereich, so kann der Streustrahlungsbrandmelder, beispielsweise anhand einer mikroelektronischen Schaltung und dgl. ein entsprechendes Alarmsignal ausgeben, welches nach außen hin beispielsweise in akustischer und/oder visueller Form abgegeben und/oder an eine zentrale Brandmeldestation weitergeleitet werden kann.
Konkret kann das Signal, insbesondere kontinuierlich bzw. mit einer gewissen Taktung, mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen werden und bei Überschreitung des Schwellenwerts in einen für einen Brandfall repräsentativen Bereich hinein kann das Alarmsignal ausgegeben werden. Befindet sich das Signal in einem für eine Nicht-Brandsituation repräsentativen Bereich, so wird entsprechend kein Alarmsignal ausgegeben und/oder es kommt zu einer Löschung eines zuvor ausgegebenen Alarmsignals oder Alarmzustands.
In einem einfachen Fall ist eine entsprechende Entscheidungsmatrix derart, dass unterhalb bzw. oberhalb des Schwellenwerts das Vorliegen einer Nicht-Brandsituation angenommen wird, und oberhalb bzw. unterhalb des Schwellenwerts das Vorliegen einer Brandsituation angenommen wird.
Bei der hier beschriebenen konkreten beispielhaften Betriebsweise werden die ermittelten oder berechneten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten und/oder Kombinationen daraus dazu herangezogen, den oder ggf. die Schwellenwerte zu verändern. Beispielsweise ist es möglich, dass der oder die Schwellenwerte erhöht oder verringert werden, falls ein oder mehrere der Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten in einem jeweils vorgegebenen Wertebereich zwischen zwei Grenzwerten liegen und/oder jeweilige Grenzwerte unter- und/oder überschritten werden. Es erfolgt sozusagen ein Vergleich der Streustrahlungs-Intensitätsquotienten mit fest vorgegebenen Grenzwerten bzw. Wertbereichen.
Die verwendeten und erfindungsgemäß konkret vorgeschlagenen Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten ermöglichen eine vergleichsweise genaue Klassifikation jeweils vorliegender Streubedingungen und Streuverhältnisse, insbesondere eine Klassifikation der zu erhöhter Streustrahlung führenden Partikel bzw. Aerosole im Streuvolumen.
Der vorgeschlagene Streustrahlungsbrandmelder beruht nun darauf, dass im Falle eines Brandes Partikel bzw. Aerosole, wie Ruß, Schwebteilchen, und dgl., erzeugt werden, die bei geeigneter Anbringung des Streustrahlungsrauchmelders ins Streuvolumen gelangen und zu einer Erhöhung der Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität I₂(λ_2, _fwd) der zweiten Strahlungsquelle führen.
Jedoch erhöhen auch Partikel bzw. Aerosole, die nicht durch Brand, Feuer und dgl. erzeugt werden, wie z. B. Staub oder andere Schwebteilchen, die Streustrahlungsintensität, und würden ohne weitere Maßnahmen bei alleiniger Verwendung der Vorwärtsstreuung einer einzelnen Wellenlänge, wie hier der zweiten Wellenlänge, zu einer Einstufung als Brandsituation führen. Damit verbunden wäre eine vergleichsweise hohe Fehlerrate. Damit ist es erforderlich, die nicht durch Brand oder Feuer hervorgerufenen Partikel, bzw. die entsprechenden Streubedingungen zu erkennen und als Nicht-Brandsituation zu klassifizieren.
Bekanntermaßen hängt die Streustrahlungs-Intensität von der jeweils verwendeten Wellenlänge, der Größe der Partikel bzw. Aerosole und vom Streuwinkel ab. Durch die Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten, die spezielle Vorwärts- und Rückwärts-Streustrahlungs-Intensitäten für die erste und zweite Wellenlänge berücksichtigen, kann eine vergleichsweise genaue Klassifizierung bzw. Unterscheidung von Partikeln bzw. Aerosolen erreicht werden, dahingehend ob diese durch Brand oder Feuer verursacht sind, oder sonstigen anderweitigen Ursprungs sind.
Befinden sich im Streuvolumen Partikel bzw. Aerosole, die anhand der Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten als nicht durch Brand, Feuer usw. verursacht klassifziert werden, so kann z. B. der Schwellenwert für die Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität I₂(λ_2, _fwd) so verändert, z. B. heraufgesetzt, werden, dass die zur Detektion einer Brandsituation schlussendlich verwendete Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität zur zweiten Wellenlänge in einem für eine Nicht-Brandsituation repräsentativen Bereich, z. B. unterhalb des Schwellenwerts, liegt. Treten in dieser Situation weitere, durch Brand oder Feuer verursachte weitere Aerosole, wie Ruß, hinzu, so erhöht sich der Anteil der gestreuten Strahlung weiter, was letztendlich zu einer Überschreitung des Schwellenwerts und damit zur Erkennung der Brandsituation führt.
Durch die Anpassung des Schwellenwerts kann die Sensitivität bzw. das Ansprechverhalten des Streustrahlungsbrandmelders insbesondere derart verändert werden, dass die Fehlalarmquote verursacht durch Partikel bzw. Aerosole, mit anderer Herkunft als Brand oder Feuer, deutlich reduziert werden kann. Als Aerosole, die nicht durch Brand, Feuer und vergleichbare Situationen hervorgerufen werden und vom erfindungsgemäßen Streustrahlungsbrandsensor zumindest mit vergleichsweise hoher Sicherheit richtig klassifiziert werden, wären beispielhaft zu nennen: Staubpartikel, in der Luft dispergierte Stoffe von Sprays, insbesondere Deodorants, und andere, Zigarettenrauch usw..
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegt die erste Wellenlänge zwischen 460 nm und 540 nm, bevorzugt bei etwa 525 nm, d. h. im grünen Spektralbereich, oder bei etwa 470 nm, d. h. im blauen Spektralbereich. Bevorzugt liegt die zweite Wellenlänge bei dieser Ausgestaltung im infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 890 nm und 990 nm, bevorzugt bei etwa 940 nm. Die angegebenen Wellenlängenbereiche haben sich für die bei dem erfindungsgemäßen Streustrahlungsbrandmelder verwendeten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere von Vorteil sind die genannten Wellenlängen für die spezifische Erkennung von Brandsituationen und Nicht-Brandsituationen, besonders für die Klassifizierung von Partikeln bzw. Aerosolen, die nicht durch Brand oder Feuer verursacht werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Strahlungsquellen, die zweite Strahlungsquelle und der Streustrahlungssensor im Wesentlichen auf einer Kreisbahn um das gemeinsame Zentrum angeordnet. Bei einer solchen Konfiguration kann ein besonders kompakter und für die Zirkulation von Umgebungsluft durch das Streuvolumen vorteilhafter Aufbau erreicht werden. Ferner kann, bezogen auf die Gesamtgröße des Streustrahlungsbrandmelders, ein besonders großes Streuvolumen erhalten werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Streustrahlungssensor unter einem Vorwärts-Streuwinkel von etwa 60 Grad und unter einem Rückwärtsstreuwinkel von etwa 120 Grad, bezogen jeweils auf die Hauptabstrahlungsrichtungen angeordnet. Für Vorwärts-Streuung bedeutet das, dass in Hauptabstrahlungsrichtung von einer jeweiligen Strahlungsquelle abgestrahlte Strahlung um einen Winkel von 60 Grad abgelenkt, d. h. gestreut, werden muss, um in Haupteinfallsrichtung auf den Streustrahlungssensor zu treffen. Analoges gilt die die für Rückwärts-Streuung, d. h., dass in Hauptabstrahlungsrichtung von einer jeweiligen Strahlungsquelle abgestrahlte Strahlung um einen Winkel von 120 Grad abgelenkt werden muss, um in Haupteinfallsrichtung auf den Streustrahlungssensor zu treffen.
Die angegebenen Winkel für Vorwärts- und Rückwärtsstreuung haben sich insbesondere für die vorgeschlagenen Wellenlängenbereiche, und auch die verwendeten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten als besonders vorteilhaft erwiesen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Streustrahlungsbrandmelders sind die Strahlungsquellen jeweils in ersten Einhausungen angeordnet. Die Einhausungen können insbesondere dazu dienen, den Abstrahlkegel der Strahlungsquellen des Streustrahlungssensors auf einen gewünschten Bereich zu reduzieren. Insbesondere ist es möglich, die Größe, insbesondere den Durchmesser, des Streuvolumen anzupassen bzw. einzustellen.
Bevorzugt weist der Streustrahlungsbrandmelder einen Grundkörper auf, an bzw. mit welchem die erste Einhausung einstückig ausgebildet ist. Hier ist eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung des Grundkörpers samt Einhausung im Spritzgussverfahren möglich. Alternativ ist es auch möglich, dass die Einhausungen oder einzelne Einhausingen an einem auf den Grundkörper aufsetzbaren Deckel des Streustrahlungsbrandmelders ausgebildet sind.
Für die Einhausungen hat es sich, insbesondere zur definierten Einschränkung der Abstrahlkegel, als vorteilhaft erwiesen wenn zwischen Strahlungsquelle und Austrittsöffnung einer jeweiligen ersten Einhausung hintereinander versetzt mehrere widerhakenartig von der Austrittsöffnung weg und quer zur jeweiligen optischen Achse gerichtete Fächerblenden angeordnet sind. Bevorzugt sind Fächerblenden beiderseits der optischen Achse, d. h. der Hauptabstrahlungsrichtung, der jeweiligen Strahlungsquelle, und vorzugsweise in symmetrischer Lage relativ zur optischen Achse, angeordnet.
Ähnlich wie in Falle der Strahlungsquellen kann auch der Streustrahlungssensor in einer, mit dem Grundkörper bevorzugt einstückig ausgebildeten, zweiten Einhausung angeordnet sein. In ähnlicher Ausgestaltung wie bei der ersten Einhausung können zwischen Streustrahlungssensor und Eintrittsöffnung der zweiten Einhausung, bevorzugt beiderseits der optischen Achse des Streustrahlungssensors, und vorzugsweise in symmetrischer Lage relativ zur optischen Achse, mehrere, widerhakenartig zur Eintrittsöffnung hin und quer zur optischen Achse des Streustrahlungssensors gerichtete Fächerblenden angeordnet sein.
Abgesehen von den Einhausungen, können zur Beschränkung der Abstrahlkegel bzw. des Empfangskegels generell in jeweils geeigneter Anordnung entsprechende Blenden vorhanden sein.
Zur Vereinfachung des Zusammenbaus des Streustrahlungsbrandmelders können die ersten und zweiten Einhausungen speziell ausgebildete Aufnahmen und Halterungen aufweisen, in welche die Strahlungsquellen bzw. der Streustrahlungssensor eingesteckt oder eingerastet werden können.
Was den Streustrahlungsbrandmelder betrifft so wird deutlich, dass mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aufbau und der vorgeschlagenen Konfiguration, eine verbesserte Sensitivität und Genauigkeit bei gleichzeitig vergleichsweise einfachem Aufbau erreicht werden können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Streustrahlungsbrandmelder des Weiteren zumindest ein Heizelement. Das Heizelement kann Bestandteil einer Heizeinrichtung des Streustrahlungsbrandmelders sein. Die Heizeinrichtung kann neben dem zumindest einen Heizelement eine Steuerung, zur Steuerung des Heizelements, und unter Umständen auch einen zugeordneten Temperatursensor aufweisen.
Das Heizelement ist dazu eingerichtet und ausgebildet, zumindest das Streuvolumen des Streustrahlungsbrandmelders zu heizen. Sinn und Zweck des Heizelements ist es, in Betauungssituationen auftretenden Kondensationsnebel zu verhindern. Kondensationsnebel würde bzw. könnte zur Erhöhung der Streustrahlung führen, und damit zu einer Fehlauslösung des Streustrahlungsbrandmelders. Durch Beheizung zumindest der Streukammer kann der Kondensationsnebel vermieden werden, wodurch die Fehlalarmquote gering gehalten werden kann.
Das Heizelement kann beispielsweise in der Streukammer selbst angeordnet sein. Bevorzugter Weise ist das Heizelement jedoch außerhalb der Streukammer angebracht. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Heizelement an einer vom Streuvolumen abgewandten Seite einer an das Streuvolumen angrenzenden und das Streuvolumen zumindest teilweise begrenzenden Wandung angeordnet ist.
Bei dieser Wandung kann es sich beispielsweise um den Boden des Grundkörpers, welcher Bestandteil eines Gehäuses des Streustrahlungsbrandmelders sein kann, handeln, Weiter bevorzugt ist das zumindest eine Heizelement unmittelbar auf einer elektronischen Leiterplatte angebracht, auf welcher des Weiteren zusätzliche elektronische Komponenten, wie z. B. zur Be-, Ver- und Weiterverarbeitung von Messsignalen der Streustrahlungsmessung usw., angeordnet sein können. Eine Anordnung des zumindest einen Heizelements auf einer insbesondere mit weiteren elektronischen Komponenten bestückten Leiterplatte hat den weiteren Vorteil, dass nicht nur die Streukammer, sondern auch die elektronischen Komponenten beheizt werden, und damit ein Niederschlag, beispielsweise von Kondenswasser und dgl., zumindest weitgehend vermieden werden kann.
Der erwähnte zugeordnete Temperatursensor ist nicht zwingend erforderlich, jedoch ermöglicht er eine Überprüfung der Temperatur, zumindest in der Streukammer. Die anhand des zugeordneten Temperatursensors gemessene Temperatur kann dazu verwendet werden, den Betrieb, insbesondere die Heizleistung des zumindest einen Heizelements, zu einzustellen, zu steuern oder zu regeln. Bei dem zugeordneten Temperatursensor kann es sich um einen der bereits weiter oben genannten Temperatursensoren handeln, die bei Bedarf zur Klassifikation des Streuverhaltens verwendet bzw. vorgesehen werden können.
Nach Anspruch 8 ist ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer Brandsituation vorgesehen. Automatisch soll in diesem Zusammenhang insbesondere bedeuten, dass die einzelnen Schritte des Verfahrens von einem Mikrocontroller bzw. einer elektronischen Schaltung gesteuert bzw. ausgeführt werden.
Das Verfahren ist bei einem wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Streustrahlungsbrandmelder, vorzugsweise einschließlich aller Ausgestaltungen und Konfigurationen desselben, implementiert. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Einstrahlen von Strahlung einer ersten Wellenlänge in ein Streuvolumen und Messung bzw. Ermittlung einer durch Vorwärtsstreuung im Streuvolumen erzeugten ersten Streustrahlungsintensität I₁(λ_{1, fwd}) der ersten Wellenlänge;
- Einstrahlen von Strahlung der zweiten Wellenlänge in das Streuvolumen und Messung bzw. Ermittlung einer durch Vorwärtsstreuung im Streuvolumen erzeugten zweiten Streustrahlungsintensität I₂(λ_2, _fwd) der zweiten Wellenlänge
- Einstrahlen von Strahlung der ersten Wellenlänge in das Streuvolumen und Messung bzw. Ermittlung einer durch Rückwärtsstreuung im Streuvolumen erzeugten dritten Streustrahlungsintensität I₃(λ_1, _bwd) der ersten Wellenlänge.

Die vorweg genannten Schritte können auch in einer anderen als der angegebenen Reihenfolge und einzeln oder in Gruppen, auch wiederholend, z. B. sukzessiv aufeinanderfolgend, durchgeführt werden. Bei wiederholter Durchführung des Verfahrens ist es nicht zwingend notwendig, dass die vorgenannten Schritte jeweils gleich oft ausgeführt werden. Das Einstrahlen der Strahlung erfolgt für die erste und die zweite Wellenlänge bevorzugt gepulst.
Nach Messung bzw. Ermittlung der ersten bis dritten Streustrahlungsintensitäten werden daraus in einem weiteren Schritt die nachfolgend genannten ersten bis dritten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Q₁, Q₂ und Q₃ berechnet:

i) $Q_{1} = Ι_{1} (λ_{1, fwd}) / Ι_{2} (λ_{2, fwd}),$
ii) $Q_{2} = Ι_{1} (λ_{1, fwd}) / Ι_{3} (λ_{1, bwd}),$
und
iii) $Q_{3} = Ι_{2} (λ_{2, fwd}) / Ι_{3} (λ_{1, bwd});$

Anhand einer Kombination mehrerer Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten, genauer in Abhängigkeit der dafür ermittelten bzw. berechneten Werte, erfolgt eine Klassifizierung des Streuverhaltens im Streuvolumen. Klassifizierung soll insbesondere so verstanden werden, dass eine Einstufung bzw. eine Vorab-Einstufung des Streuverhaltens erfolgt. Diese Einstufung bzw. Vorab-Einstufung kann beispielsweise darin bestehen, dass ein oder mehrere Schwellenwerte mit dem/denen die Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität der zweiten Wellenlänge bei der Entscheidung über das Vorliegen einer Brandsituation verglichen wird, verändert wird.
Ergeben sich aus einzelnen oder Kombinationen von Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Streuverhalten, die vergleichsweise sicher einer Nicht-Brandsituation zugeordnet werden können, so kann beispielsweise der Schwellenwert entsprechend heraufgesetzt werden, so dass die Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität der zweiten Wellenlänge darunter liegt und eine Entscheidung für eine Brandsituation vermieden wird. Insgesamt ergibt sich damit eine verringerte Empfindlichkeit, die jedoch dem Streuverhalten von nicht durch Brand oder Feuer verursachten Partikeln bzw. Aerosolen Rechnung trägt.
Ergeben sich hingegen aus einzelnen oder Kombinationen von Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Streuverhalten, die auf eine Brandsituation schließen lassen, so kann der Schwellenwert entsprechend herabgesetzt werden, so dass bei entsprechend hoher Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität der zweiten Wellenlänge eine Entscheidung für das Vorliegen einer Brandsituation ergeht. Insgesamt ergibt sich damit eine gesteigerte Empfindlichkeit.
Die Einordnung der unterschiedlichen Streuverhalten in Brandsituation bzw. Nicht-Brandsituation kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die jeweils berechneten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten mit zuvor festgelegten Grenzwerten oder Bereichen verglichen werden. Die Grenzwerte und/oder Bereiche können beispielsweise durch empirische Messungen erhalten werden. Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten ist es insbesondere möglich, die in der Luftfahrtindustrie vorherrschenden Erfordernisse für Brand- oder Feuererkennung zu erfüllen.
Im Übrigen wird auf die Ausführungen zum Streustrahlungsbrandmelder verwiesen, die hier mutatis mutandis Anwendung finden.
Was die Vorwärts- und Rückwärtsstreuwinkel und die erste und zweite Wellenlänge betrifft, so wird auf die Beschreibung weiter oben verwiesen. Insbesondere kann der Vorwärts-Streuwinkel etwa 60 Grad und der Rückwärtsstreuwinkel etwa 120 Grad, bezogen jeweils auf die Hauptabstrahlungsrichtungen betragen. Ferner kann die erste Wellenlänge zwischen 460 nm und 540 nm, bevorzugt bei etwa 525 nm oder bei etwa 470 nm liegen, und die zweite Wellenlänge im infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 890 nm und 990 nm, bevorzugt bei etwa 940 nm liegen.
Wegen weiterer Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens wird auf die obigen und nachfolgenden Ausführungen verwiesen.
Zur Steigerung der Genauigkeit des Streustrahlungssensors bzw. des Verfahrens kann zusätzlich ein Temperatursensor vorgesehen sein. Messwerte des Temperatursensors können beispielsweise zur Erhöhung bzw. Steigerung der Genauigkeit der Klassifikation des Streuverhaltens verwendet werden.
Weiterhin ist es möglich, dass zusätzlich ein Gassensor vorhanden ist oder verwendet wird, mit welchem beispielsweise Gefahrstoffe erkannt werden können.
Nach einer weiteren verfahrensseitigen Variante kann das Streuvolumen zumindest während der Durchführung von Streulichtmessungen, d. h. während des Betriebs des Streulichtbrandmelders, mittels eines Heizelements beheizt werden. Durch Beheizung zumindest des Streulichtvolumens können, wie weiter oben bereits erwähnt, in Betauungssituationen u. U. auftretende Kondensationsnebelbildungen vermieden werden.
Eine Beheizung des Streuvolumens kann dabei kontinuierlich erfolgen, was bedeuten soll, dass das Heizelement mit Betrieb des Streulichtbrandmelders stets Heizleistung abgibt.
Die Beheizung kann jedoch auch selektiv erfolgen, was bedeuten soll, dass das Heizelement nur dann in Betrieb ist, wenn Betauungssituationen wahrscheinlich oder zu erwarten sind.
Letzteres, d. h. das Auftreten von Betauungssituationen bzw. die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Betauungssituationen kann, u. a. beispielsweise anhand von Temperatursensoren und anderen Sensoren, überwacht werden.
Liegt eine Betauungssituation vor oder wird diese wahrscheinlich, kann, insbesondere vorsorglich, das Heizelement aktiviert werden, so dass das Streuvolumen erwärmt und eine Kondensationsnebelbildung, und daraus folgend die Auslösung eines Fehlalarms, zumindest weitgehend vermieden werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch einen Aufbau einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Streustrahlungsbrandmelders;
2 eine Draufsicht auf einen Grundkörper eines Streustrahlungsbrandmelders nach 1;
3 einen Querschnitt einer Variante eines Grundkörpers des Streustrahlungsbrandmelders; und
4 eine teilweise transparente Draufsicht auf den Grundkörper nach 3.

1 zeigt schematisch einen Aufbau einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Streustrahlungsbrandmelders 1. Der Streustrahlungsbrandmelder 1 umfasst zwei erste Strahlungsquellen 2 und eine zweite Strahlungsquelle 3 sowie einen Streustrahlungssensor 4.
Bei den ersten Strahlungsquellen 2 handelt es sich vorliegend um Leuchtdioden (LED's), einer ersten Wellenlänge. Die erste Wellenlänge liegt bevorzugt im grünen oder blauen Spektralbereich.
Bei der zweiten Strahlungsquelle 3 handelt es sich ebenfalls um eine LED, jedoch einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen, zweiten Wellenlänge. Die zweite Wellenlänge ist größer als die erste Wellenlänge und liegt im infraroten Spektralbereich (IR-Spektralbereich).
Bei dem Streustrahlungssensor 4 handelt es sich im vorliegenden Fall um eine Empfangsdiode, welche zumindest für Strahlung der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge empfindlich ist.
Die ersten Strahlungsquellen 2, die zweite Strahlungsquelle 3 und der Streustrahlungssensor 4 sind im Wesentlichen auf einer Kreisbahn angeordnet. Der Mittelpunkt der Kreisbahn fällt im Wesentlichen zusammen mit dem Zentrum eines Mess- oder Streuvolumens 5.
Das Mess- oder Streuvolumen 5, im Weiteren kurz Streuvolumen 5, ist im Wesentlichen definiert durch Abstrahlkegel 6 der ersten 2 und zweiten Strahlungsquellen 3 und durch den Empfangskegel 7 des Streustrahlungssensors 4. Die Abstrahlkegel 6 bzw. der Empfangskegel 7 sind in 1 jeweils durch die äußersten Randstrahlen dargestellt.
Die Abstrahlkegel 6 bzw. der Empfangskegel 7 ergeben sich im Wesentlichen dadurch, dass die Öffnungswinkel zur Abstrahlung bzw. zum Empfang von Strahlung bei den ersten Strahlungsquellen 2, bei der zweiten Strahlungsquelle 3 und beim Streustrahlungssensors 3 durch Blenden 8 beschränkt werden. Die Blenden 8 sind in 1 lediglich schematisch dargestellt und können durchaus anders, insbesondere aufwändiger ausgestaltet sein. Da es sich vorliegend um einen Streustrahlungsbrandsensor 1 handelt, sollten die Blenden jedenfalls derart angeordnet und ausgebildet sein, dass Strahlung der ersten 2 und zweiten Strahlungsquellen 3 nicht direkt und/oder über Reflexionen auf den Streustrahlungssensor 4 auftreffen kann. Neben direktem Einfall sollten zumindest auch die erste Reflexion der Strahlung der jeweiligen Strahlungsquelle auf den Streustrahlungssensor 4 vermieden werden.
Die Abstrahlkegel 6 sind im gezeigten Beispiel symmetrisch zur jeweiligen Hauptabstrahlungsrichtung 9 der ersten Strahlungsquellen 2 und der zweiten Strahlungsquelle 3, und vorliegend kollinear zu den jeweiligen optischen Achsen. Der Empfangkegel 7 ist symmetrisch zur Haupteinstrahlungsrichtung 10 des Streustrahlungssensors 4, und im vorliegenden Fall kollinear zu dessen optischer Achse.
Eine der ersten Strahlungsquellen 2 ist auf der Kreisbahn derart angeordnet, dass in Hautabstrahlungsrichtung 9 abgestrahlte Strahlung unter einem Vorwärtsstreuwinkel α₁ von 60 Grad vom Streustrahlungssensor 4 erfasst werden kann.
Der Streuwinkel soll derjenige Winkel sein, um welchen der jeweilige Vektor der Hauptabstrahlungsrichtung 9 gedreht werden muss, damit dieser Vektor parallel und kollinear zum Vektor der Haupteinstrahlungsrichtung 10 ist.
Die andere der ersten Strahlungsquellen 2 ist auf der Kreisbahn derart angeordnet, dass in Hauptabstrahlungsrichtung 9 abgestrahlte Strahlung unter einem Rückwärtsstreuwinkel α₂ von 120 Grad vom Streustrahlungssensor 4 erfasst werden kann.
Lediglich ergänzend soll erwähnt werden, dass im Rahmen dieser Anmeldung eine Vorwärtsstreuung bei Streuwinkeln von bis zu 90 Grad und eine Rückwärtsstreuung für darüber hinausgehende Streuwinkel vorliegt.
Die zweite Streustrahlungsquelle 3 ist auf der Kreisbahn derart angeordnet, dass in Hauptabstrahlungsrichtung 9 abgestrahlte Strahlung unter einem Vorwärtsstreuwinkel α₃ von 60 Grad vom Streustrahlungssensor 4 erfasst werden kann.
2 zeigt eine Draufsicht auf einen Grundkörper 11 des Streustrahlungsbrandmelders 1. In bzw. am Grundkörper 11 sind insbesondere die ersten Strahlungsquellen 2, die zweite Strahlungsquelle 3 und der Streustrahlungssensor 4 aufgenommen. Die in 2 in Draufsicht sichtbaren Elemente des Grundkörpers 11, bzw. nach oben weisende Seite des Grundkörpers ist im fertig montierten Zustand durch einen (nicht gezeigten) Deckel abgedeckt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein oder mehrere der mit Bezug zu 2 beschriebenen Komponenten und Elemente auch am Deckel angebracht sein können.
In dem in 2 gezeigten Beispiel sind die zwei ersten Strahlungsquellen 2 und die zweite Strahlungsquelle 3 jeweils in einer mit dem Grundkörper 11 einstückig ausgebildeten ersten Einhausung 12 montiert. Hier soll erwähnt werden, dass der Grundkörper 11 beispielsweise in Spritzguss hergestellt sein kann. Der Streustrahlungssensor 4 ist in einer zweiten Einhausung 13 montiert.
Die ersten Einhausungen 12 und die zweite Einhausung 13 dienen einerseits der Aufnahme und Montage, mithin der Festlegung der ersten 2 und zweiten Strahlungsquellen 3 am Grundkörper 11, insbesondere in vorgegebener Ausrichtung und Position. Andererseits dienen Austrittsöffnungen bzw. Eintrittsöfnungen zur Begrenzung der Öffnungswinkel der jeweiligen Abstrahl- bzw. Empfangskegel.
Um vergleichsweise scharf abgegrenzte Abstrahl- bzw. Empfangskegel zu erhalten weisen die ersten Einhausungen 12 und die zweite Einhausung 13 zwischen jeweiliger Strahlungsquelle 2 bzw. 3 und Austrittsöffnung, beziehungsweise zwischen Eintrittsöffnung und Streustrahlungssensor 4, wie bereits im Zusammenhang mit 1 angedeutet, Blenden 8 auf.
Die Blenden 8 sind mit den Einhausungen im vorliegenden Fall einstückig, und in Form von Fächerblenden ausgebildet, d. h. als Blenden mit mehreren in Richtung der Hauptabstrahlungsrichtung 9 bzw. Haupteinstrahlungsrichtung 10 hintereinander angeordneten Blendenlippen. Die Blendenlippen sind beiderseits der jeweiligen Hauptabstrahlungsrichtung 9 bzw. Haupteinstrahlungsrichtung 10 symmetrisch angeordnet, und im vorliegenden Fall widerhakenartig entgegen der jeweiligen Hauptabstrahlungsrichtung 9 bzw. Haupteinstrahlungsrichtung 10 ausgerichtet.
Am Grundkörper 11 sind in Umfangsrichtung weitere Blenden 14 angeordnet, wobei jede weitere Blende 14 zumindest einen sich nach außen erstreckenden Schenkel 15 aufweist. Die Schenkel 15 sind größtenteils derart angeordnet und verlaufen in Richtung vom Streuzentrum nach außen hin derart, dass zwischen benachbarten Schenkeln ein sich nach außen hin verjüngender Spalt ergibt, der den Eintritt von Umgebungsluft in das Streuzentrum ermöglicht. Die weiteren Blenden 14 sind dazu vorgesehen, einen Eintritt von Umgebungslicht in das Mess- bzw. Streuvolumen zumindest weitgehend zu verhindern. Die weiteren Blenden 14 in der gezeigten Konfiguration haben sich als besonders effektiv erwiesen insoweit als damit eine ausreichende Zirkulation von Umgebungsluft durch das Streuvolumen erreicht werden kann, und gleichzeitig das Streuvolumen von Umgebungslicht in ausreichendem Maße abgeschirmt werden kann.
Der in Bezug zu 1 und 2 beschriebene Streustrahlungsbrandmelder 1 weist ferner eine Sensoreinheit auf, zu welcher insbesondere der Streustrahlungssensor 4 gehört. Die Sensoreinheit weist ferner eine oder mehrere elektronische Steuerungen oder Schaltungen, insbesondere Mikrocontroller und/oder Mikroprozessoren und dergleichen auf, mit welchen insbesondere die ersten Strahlungsquellen 2, die zweite Strahlungsquelle 3 und der Streustrahlungssensor 4 im Betrieb des Streustrahlungssensors 1 gesteuert werden. Die Sensoreinheit ist vorzugsweise am oder im Grundkörper 11 aufgenommen.
Die Sensoreinheit, und insbesondere die ersten Strahlungsquellen 2, die zweite Strahlungsquelle 3 und der Streustrahlungssensor 4 sind derart ausgebildet und insbesondere mit der oder den Steuereinheiten verbunden bzw. gekoppelt, dass der Streustrahlungsbrandmelder 1 nach dem nachfolgend beschriebenen Verfahren betrieben werden kann.
Der Streustrahlungssensor 4 ist derart ausgebildet, dass mit diesem Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₁(λ_1, _fwd) von einer der ersten Strahlungsquellen 2, Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₂(λ_{2, fwd}) der zweiten Strahlungsquelle 3 und Rückwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₃(λ_{1, bwd}) von der anderen ersten Strahlungsquelle 2 erfasst werden können. Dazu werden die insgesamt drei Strahlungsquellen, sprich die beiden ersten Strahlungsquellen 2 und die zweite Strahlungsquelle 3, gepulst und sukzessive nacheinander betrieben bzw. bestromt, so dass Streustrahlung, genauer Streustrahlungs-Intensitäten, von der einen ersten Strahlungsquellen 2, der anderen ersten Strahlungsquelle 2 und der zweiten Strahlungsquelle 3 getrennt voneinander erfasst werden können. Die Reihenfolge für den Pulsbetrieb der Strahlungsquellen ist im Wesentlichen beliebig.
Für die Streustrahlungs-Intensitäten bedeuten λ: Wellenlänge, fwd: Vorwärtsstreuung und bwd: Rückwärtsstreuung.
Eine Entscheidung über das Vorliegen einer Brandsituation erfolgt anhand der Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₂(λ_2, _fwd), durch Vergleich der ermittelten Intensität mit einem temporären Schwellenwert. Übersteigt I₂(λ_2, _fwd) den Schwellenwert, so liegt eine Brandsituation vor, und die Steuerung kann ein entsprechendes Alarmsignal oder dgl. ausgeben. Temporär soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass der Schwellenwert während des Betriebs verändert, insbesondere kontinuierlich verändert werden kann.
Zur Steigerung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Streustrahlungsrauchmelders 1 ist die Sensoreinheit, insbesondere die Steuerung, des Weiteren dazu ausgelegt und ausgebildet, den Schwellenwert kontinuierlich an das jeweilige im Streuvolumen vorherrschende Streuverhalten anzupassen.
Die kontinuierliche Anpassung des Schwellenwerts erfolgt anhand der folgenden Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten

i) $Q_{1} = Ι_{1} (λ_{1, fwd}) / Ι_{2} (λ_{2, fwd}),$
ii) $Q_{2} = Ι_{1} (λ_{1, fwd}) / Ι_{3} (λ_{1, bwd}),$
und
iii) $Q_{3} = Ι_{2} (λ_{2, fwd}) / Ι_{3} (λ_{1, bwd}),$

₁

_1,

_fwd

₂

_2,

_fwd

₃

_1,

_bwd

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sind für jeden der Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten ein oder mehrere Wertebereiche festgelegt, anhand derer eine Klassifikation des jeweils temporär vorliegenden Streuverhaltens durchgeführt werden kann. Der oder die Wertebereiche können anhand empirischer Tests ermittelt oder gefunden werden. Es hat sich herausgestellt, dass gerade die angegebenen Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten besonders geeignet sind, eine Klassifikation des Streuverhaltens im Hinblick auf Vorliegen bzw. Nicht-Vorliegen einer Brandsituation durchzuführen.
Liegt einer oder mehrere der ermittelten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten in einem Wertebereich, welcher nicht für das Vorliegen einer Brandsituation spricht, so kann der Schwellenwert heraufgesetzt werden, so dass die zur Endentscheidung herangezogene Streustrahlungs-Intensität der zweiten Strahlungsquelle 3 den Schwellenwert nicht überschreitet und kein Alarm ausgelöst wird.
Eine Heraufsetzung des Schwellenwerts, z. B. auf einen Wert S₂ kann beispielsweise in Situationen erfolgen, in welchen in das Streuvolumen Partikel bzw. Aerosole eindringen oder eingedrungen sind, die zu einer vermehrten Streustrahlung führen, jedoch nicht auf Brand oder Feuer zurückgehen, und ein entsprechend gesteigertes Streustrahlungsverhalten anhand der Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten als Nicht-Brandsituation klassifiziert wird. Kurz gesagt wird anhand der Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten das Streuverhalten der Partikel bzw. Aerosole als Nicht-Brandsituation klassifiziert. Der Schwellenwert wird so gesetzt, dass die Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität I₂(λ_2, _fwd) der zweiten Strahlungsquelle unterhalb des Schwellenwerts liegt. Auf diese Weise kann eine für den beschriebenen Fall sicher vorliegende Fehlauslösung vermieden werden.
Ändert sich das Streuverhalten, beispielsweise weil keine, nicht auf Brand oder Feuer zurückgehenden Partikel bzw. Aerosole (mehr) im Streuvolumen vorhanden sind, so kann der Schwellenwert wieder auf einen ursprünglichen Wert S₁ herabgesetzt werden, so dass die ursprüngliche Sensitivität wieder vorliegt.
Als Partikel, die, basierend auf I₂(λ_2, _fwd), fälschlicherweise zu der Entscheidung für eine Brandsituation führen könnten, kommen beispielsweise Staubpartikel, Deodorant und dgl. in Betracht.
Treten in das Streuvolumen Partikel bzw. Aerosole ein, welche durch Brand oder Feuer verursacht sind, erhöht sich entsprechend die Streustrahlung. Die auf Brand oder Feuer zurückzuführenden Partikel bzw. Aerosole, genauer das entsprechende Streuverhalten, wird durch die Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten entsprechend klassifiziert, d. h. einer Brand- oder Feuersituation zugeordnet. Insbesondere durch zusätzliche Streuungen an den auf Brand oder Feuer zurückzuführenden Partikel bzw. Aerosole, liegt bzw. steigt die Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität I₂(λ_2, _fwd) der zweiten Strahlungsquelle über den Schwellenwert, S1 oder S2, was von Streustrahlungsbrandmelder als Brandsituation erkannt wird. Für den Fall, dass der Schwellenwert auf dem Wert S2 liegt, d. h. zuvor heraufgesetzt worden ist, kann der Schwellenwert S2 bei Klassifikation des Streuverhaltens als Brandsituation entweder auf dem Niveau S2 belassen, oder herabgesetzt werden.
Zur weiteren Steigerung der Genauigkeit der Erkennung einer Brandsituation kann der Streustrahlungsbrandmelder ferner einen oder mehrere Temperatursensoren und/oder einen oder mehrere Gassensoren aufweisen. Messergebnisse des/der Temperatursensoren und/oder des/der Gassensoren können zusätzlich zu der Analyse der Streustrahlung zur Entscheidung herangezogen werden.
3 zeigt einen Querschnitt einer Variante eines Grundkörpers 11 des Streustrahlungsbrandmelders, und 4 eine teilweise transparente Draufsicht auf den Grundkörper nach 3.
Diese Variante gemäß 3 und 4 unterscheidet sich von der bisher beschriebenen und gezeigten Variante darin, dass diese zusätzlich noch eine Heizeinrichtung aufweist. Die Heizeinrichtung ist, dazu ausgebildet und vorgesehen, zumindest das Streuvolumen zu beheizen.
Eine Beheizung des Streuvolumens kann erforderlich bzw. sinnvoll sein, um Betauungssituationen zu vermeiden, die, generell gesehen, Ursache für Fehlauslösungen sein können.
Bei einer Betauungssituation ist der gegenüber der Umgebung vergleichsweise kalte Brandmelder einer vergleichsweise wärmeren Umgebungsluft hoher Luftfeucht ausgesetzt. Es kommt zur Ausbildung von Kondensationsnebel innerhalb der Sensorkammer, welcher zu einem Fehlalarm führen kann.
Durch die zusätzliche Heizeinrichtung wird erreicht, dass zumindest ein Teil des Streustrahlungsbrandmelders beheizt werden kann, so dass Kondensationsnebel und damit verbundene Fehlalarme verhindert werden können.
Die Heizeinrichtung umfasst im vorliegenden Beispiel insgesamt vier Heizelemente 15. Die Heizelemente 15 sind, in der vorliegenden Ausgestaltung, auf einer Leiterplatte 16 angebracht. Es wird darauf hingewiesen, dass Anordnung und Lage der Heizelemente 15 auch anders als dargestellt und beschrieben sein können.
Die Leiterplatte 16 ist mit der von den Heizelementen 16 abgewandten Seite an einer Unterseite 17 des Grundkörpers 11 angebracht, wobei zwischen der Unterseite 17 und der Leiterplatte 16 ein Wärme in ausreichendem Maße leitendes Wärmeleitmaterial 18 angeordnet ist. Bei dem Wärmeleitmaterial kann es sich insbesondere um eine Art Paste, ein pastöses Material, ein Pad und dgl. handeln.
Bei den Heizelementen 16 handelt es sich im vorliegenden Fall um Widerstandsheizelemente. Zum schnellen Transport von Wärme mittels Konvektion können zusätzlich Bohrungen 19 in Leiterplatte 16 und/oder Unterseite 17 des Grundkörpers 11 vorgesehen sein.
Bei dem in 3 und 4 gezeigten Beispiel sind die insgesamt vier Heizelemente 15 in einer 4-Quadranten-Anordnung angebracht. Es sei erwähnt, dass auch andere Anordnungen möglich sind und realisiert werden können. Ferner sei erwähnt, dass, was die Anzahl an Heizelementen 15 betrifft, auch mehr oder weniger Heizelemente 15 vorhanden sein können. Zudem soll erwähnt werden, dass an Stelle der einen Leiterplatte 16 auch mehrere, einzelne Leiterplatten 16 vorhanden sein können, wobei jede Leiterplatte 16 ein oder mehrere Heizelemente 15 tragen kann.
In Verbindung mit einer intelligenten Zeitschaltung, die beispielsweise in Form einer integrierten Schaltung auf der Leiterplatte 16 ausgebildet sein kann, können, beispielsweise über eine mehrstufige Zuschaltung und/oder Steuerung bzw. Regelung der Heizelemente 15, unterschiedliche Heizleistungen realisieren. Damit kann in vorteilhafter Weise auf verschiedenste Temperatursituationen reagiert werden.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem vorgeschlagenen Streustrahlungsbrandmelder und dem entsprechenden Verfahren die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben gelöst werden.
Bezugszeichenliste

1: Streustrahlungsbrandmelder
2: erste Strahlungsquelle
3: zweite Strahlungsquelle
4: Streustrahlungssensor
5: Streuvolumen
6: Abstrahlkegel
7: Empfangskegel
8: Blende
9: Hauptabstrahlungsrichtung
10: Haupteinstrahlungsrichtung
11: Grundkörper
12: erste Einhausung
13: zweite Einhausung
14: weitere Blende
15: Heizelement
16: Leiterplatte
17: Unterseite
18: Wärmeleitmaterial
19: Bohrung
α1, α2, α3:: Streuwinkel

Claims

Streustrahlungsbrandmelder (1), umfassend zwei erste Strahlungsquellen (2) einer ersten Wellenlänge (λ₁) und eine zweite Strahlungsquelle (3) einer größeren, zweiten Wellenlänge (λ₂), und genau eine Sensoreinheit mit einem für die erste und zweite Wellenlänge empfindlichen Streustrahlungssensor (4), wobei die ersten Strahlungsquellen (2), die zweite Strahlungsquelle (3) und der Streustrahlungssensor (4) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass ihre optischen Achsen (9, 10) auf ein gemeinsames Zentrum eines Streuvolumens (5) gerichtet sind, und dass durch den Streustrahlungssensor (4) Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₁(λ_1, _fwd) einer der ersten Strahlungsquellen (2), Vorwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₂(λ_2, _fwd) der zweiten Strahlungsquelle (3) und Rückwärts-Streustrahlungs-Intensitäten I₃(λ_1, _bwd) der anderen der ersten Strahlungsquellen (2) erfasst werden können, wobei die insgesamt drei Strahlungsquellen (2, 3), sprich die beiden ersten Strahlungsquellen (2) und die zweite Strahlungsquelle (3), gepulst und sukzessive nacheinander betrieben werden, so dass die Streustrahlungsintensitäten von der einen ersten Strahlungsquelle (2), der anderen ersten Strahlungsquelle (2) und der zweiten Strahlungsquelle (3) getrennt voneinander erfasst werden können, und wobei die Sensoreinheit dazu eingerichtet ist, die Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Q₁ = I₁(λ_1, _fwd) / I₂(λ_2, _fwd), Q₂ = I₁(λ_{1, fwd}) / I₃(λ_{1, bwd}) und Q₃ = I₂(λ_2, _fwd) / I₃(λ_{1, bwd}) zu berechnen und zur Entscheidung über das Vorliegen einer Brandsituation zu verwenden.
Streustrahlungsbrandmelder (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Wellenlänge (λ₁) zwischen 460 nm und 540 nm, bevorzugt bei etwa 525 nm oder bei etwa 470 nm liegt, und die zweite Wellenlänge (λ₂) im infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 890 nm und 990 nm, bevorzugt bei etwa 940 nm liegt.
Streustrahlungsbrandmelder (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die ersten Strahlungsquellen (2), die zweite Strahlungsquelle (3) und der Streustrahlungssensor (4) im Wesentlichen auf einer Kreisbahn um das gemeinsame Zentrum angeordnet sind.
Streustrahlungsbrandmelder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Streustrahlungssensor (4) unter einem Vorwärts-Streuwinkel (α1, α3) von etwa 60 Grad und unter einem Rückwärtsstreuwinkel (α₂) von etwa 120 Grad, bezogen jeweils auf die Hauptabstrahlungsrichtungen (9), angeordnet ist.
Streustrahlungsbrandmelder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlungsquellen (2, 3) jeweils in ersten Einhausungen (12) angeordnet sind, welche mit einem Grundkörper (11) bevorzugt einstückig ausgebildet sind, und wobei vorzugsweise zwischen Strahlungsquelle (2, 3) und Austrittsöffnung einer jeweiligen ersten Einhausung (12), bevorzugt beiderseits der optischen Achse (9) der Strahlungsquelle (2, 3), vorzugsweise in symmetrischer Lage relativ zur optischen Achse (9), mehrere, widerhakenartig ausgebildete, quer zur jeweiligen optischen Achse gerichtete Fächerblenden angeordnet sind.
Streustrahlungsbrandmelder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Streustrahlungssensor (4) in einer, mit dem/einem Grundkörper (11) bevorzugt einstückig ausgebildeten, zweiten Einhausung (13) angeordnet ist, wobei vorzugsweise zwischen Streustrahlungssensor (4) und Eintrittsöffnung der zweiten Einhausung (13), bevorzugt beiderseits der optischen Achse (10) des Streustrahlungssensors (4), vorzugsweise in symmetrischer Lage relativ zur optischen Achse (10), mehrere, widerhakenartig ausgebildete, quer zur optischen Achse (10) des Streustrahlungssensors (4) gerichtete Fächerblenden angeordnet sind.
Streustrahlungsbrandmelder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend des Weiteren zumindest ein Heizelement ausgebildet und eingerichtet zur Beheizung zumindest des Streuvolumens, wobei das zumindest eine Heizelement bevorzugt außerhalb des Streuvolumens, vorzugsweise an einer vom Streuvolumen abgewandten Seite einer an das Streuvolumen angrenzenden und das Streuvolumen begrenzenden Wandung angeordnet ist.
Verfahren zur automatischen Erkennung einer Brandsituation mit einem Streustrahlungsbrandmelder (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die folgenden Schritte - Einstrahlen von Strahlung einer ersten Wellenlänge (λ₁) in ein Streuvolumen (5) und Messung einer durch Vorwärtsstreuung im Streuvolumen (5) erzeugten ersten Streustrahlungsintensität der ersten Wellenlänge (λ₁); - Einstrahlen von Strahlung der ersten Wellenlänge (λ₁) in das Streuvolumen (5) und Messung einer durch Rückwärtsstreuung im Streuvolumen (5) erzeugten zweiten Streustrahlungsintensität der ersten Wellenlänge (λ₁); - Einstrahlen von Strahlung der zweiten Wellenlänge (λ₂) in das Streuvolumen (5) und Messung einer durch Vorwärtsstreuung im Streuvolumen (5) erzeugten dritten Streustrahlungsintensität der zweiten Wellenlänge (λ₂); - Berechnung der folgenden ersten bis dritten Streustrahlungs-Intensitäts-Quotienten Q₁, Q₂ und Q₃: iv) $Q_{1} = Ι_{1} (λ_{1, fwd}) / Ι_{2} (λ_{2, fwd}),$
v) $Q_{2} = Ι_{1} (λ_{1, fwd}) / Ι_{3} (λ_{1, bwd}),$
und vi) $Q_{3} = Ι_{2} (λ_{2, fwd}) / Ι_{3} (λ_{1, bwd});$
- Klassifizierung des Streuverhaltens im Streuvolumen (5) anhand einer Kombination mehrerer der Streustrahlungs-Intensitätsquotienten; und - Entscheidung über das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen einer Brandsituation anhand der Vorwärts-Streustrahlungs-Intensität I₂ (λ_2, _fwd) der zweiten Wellenlänge (λ₂) und der Klassifizierung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Vorwärts-Streuwinkel (α₁, α₃) etwa 60 Grad und der Rückwärtsstreuwinkel (α₂) etwa 120 Grad, bezogen jeweils auf die Hauptabstrahlungsrichtungen (9) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die erste Wellenlänge zwischen 460 nm und 540 nm, bevorzugt bei etwa 525 nm oder bei etwa 470 nm liegt, und die zweite Wellenlänge im infraroten Spektralbereich, insbesondere zwischen 890 nm und 990 nm, bevorzugt bei etwa 940 nm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Streuvolumen zumindest während der Durchführung von Streulichtmessungen mittels eines Heizelements beheizt wird.