DE19809896A1

DE19809896A1 - Brandmelder

Info

Publication number: DE19809896A1
Application number: DE19809896A
Authority: DE
Inventors: Anton Pfefferseder; Andreas Hensel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-03-07
Filing date: 1998-03-07
Publication date: 1999-09-09
Also published as: JP2002506261A; EP1062647A1; ES2182366T3; EP1062647B1; DE59805266D1; JP3864048B2; WO1999045515A1; US6479833B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkma len.

Stand der Technik

Zur Brandfrüherkennung werden im allgemeinen Rauch melder eingesetzt. Zu den am häufigsten eingesetzten Meldern im Bereich der Branddetektion zählen optische Rauchmelder. Sie können als Durchlicht- oder als Streulichtmelder ausgeführt sein. Auf dem Streustrah lungsprinzip beruhende Rauchmelder detektieren Rauch partikel durch eine Messung von an diesen Rauchparti keln gestreuter Strahlung. Das Ansprechverhalten be ziehungsweise die Empfindlichkeit aller optischen Rauchmelder ist stark abhängig von der Art des Bran des. Die Menge, die Beschaffenheit und die Zusammen setzung des durch den Brand erzeugten Rauches spielt eine große Rolle für die Empfindlichkeit der Rauch melder. Brände mit geringer Rauchentwicklung können schlechter detektiert werden als Brände, bei denen viel Rauch entsteht. Streulichtrauchmelder sind zudem darauf angewiesen, daß eine Reflexion des Lichtes an den Rauchpartikeln entsteht. Zur Erzielung eines gleichmäßigeren Ansprechverhaltens von Brandmeldern können optische Rauchmelder mit Meldern kombiniert werden, die auf anderen Prinzipien basieren. Bekannt sind beispielsweise Ionisationsrauchmelder oder Tem peraturmelder. Diese verschiedenen Brandmeldertypen können an verschiedenen Orten in einem Raum ange bracht oder auch in einem einzigen Melder integriert werden.

Solche Kombinationen von optischen Rauchmeldern mit Temperaturmeldern oder Ionisationsrauchmeldern sind bekannt. Neben einer Temperaturerhöhung und der Entstehung von Rauch ist ein weiteres signifikantes Merkmal zur Branderkennung das Auftreten gasförmiger Verbrennungsprodukte. Diese können durch verschiedene Arten von Gassensoren detektiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brandmelder zu schaffen, der verschiedenartige Brände, mit und ohne Rauchentwicklung, sicher detektieren kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Brandmelder mit den im Patentan spruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß durch die Kombination zweier verschiedener Sensorme thoden eine zuverlässigere Branderkennung möglich ist als dies bei herkömmlichen Rauch- oder Brandmeldern der Fall ist. So ist ein an sich bekannter Streulichtempfänger zur Detektion von Rauch mit we nigstens einem weiteren optischen Empfänger kombi niert, der durch Vorschaltung einer gassensitiven Schicht auf spezifische Bestandteile in der Luft rea giert, die bei der Verbrennung typischerweise entste hen. Durch Verwendung einer gemeinsamen Lichtquelle als optischen Sender kann der Brandmelder sehr kom pakt und platzsparend aufgebaut sein. Auch die Si gnalverarbeitung einer nachgeschalteten Auswerteein heit vereinfacht sich. Weiterhin genügt es in der Re gel, nur einen solchen Brandmelder je Raum, wenn die ser eine bestimme Größe nicht überschreitet, vorzuse hen, anstatt mehreren auf verschiedenen Meßprinzipien arbeitenden, was die Installation und Verkabelung er heblich vereinfacht. Die im direkten Strahlungsbe reich des optischen Senders befindlichen optischen Empfänger können zusätzlich als Durchlichtrauchmelder fungieren und sind somit in der Lage, Helligkeitsän derungen aufgrund in der Luft vorhandener Aerosole zu registrieren. Dies wird vorteilhafterweise durch eine Auswerteeinheit ermöglicht, die dem optischen Empfän ger nachgeschaltet ist und Schwankungen des elektri schen Signals aufgrund Schwankungen der Helligkeit des empfangenen Lichtsignals auswertet. Dabei kommen bekannte Verfahren, wie zum Beispiel modulierte Mes sung oder Lock-In-Technik zum Einsatz.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten, Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung einer gassensitiven Schicht zwischen optischem Sender und optischem Empfänger;

Fig. 2 ein Absorptionsspektrum einer auf NO- beziehungsweise NO₂ sensitiven Schicht;

Fig. 3 eine Meßanordnung mit gassensitiver Schicht auf dem optischen Empfänger und

Fig. 4 einen Aufbau eines kombinierten Brand melders.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Meßanordnung, beste hend aus einem optischen Sender 2, beispielsweise ei ner Infrarot-Leuchtdiode, und einem optischen Empfän ger 4, beispielsweise einer Fotodiode, der auf In frarotlicht empfindlich ist. Mit solchen Bauteilen sind kleine kompakte und kostengünstige Brandmelder möglich, die zudem mit sehr wenig Energie auskommen. Ebensogut können jedoch auch optische Sender 2 und Empfänger 4 verwendet werden, die mit Licht im sicht baren Wellenlängenbereich arbeiten. Entscheidend für die Funktion der Meßanordnung ist die Abstimmung zwischen der Wellenlänge des vom optischen Sender 2 ausgesandten Lichts und der absorbierten Wellenlänge einer im folgenden beschriebenen gassensitiven Schicht 6. Zwischen optischem Sender 2 und in dessen direktem Strahlengang 8 in gewissem Abstand ange brachtem optischem Empfänger 4 befindet sich eine für die Strahlung des optischen Senders 2 durchlässige Schicht 6, beispielsweise bestehend aus einem Träger aus Polymermaterial, der mit einer bestimmten gas sensitiven Schicht versehen ist. Diese für das vom optischen Sender 2 abgestrahlte Licht durchlässige Schicht 6 kann sich genau in der Mitte zwischen dem optischen Sender 2 und dem optischen Empfänger 4 be finden, es ist jedoch ebenso möglich, sie an jeder Position zwischen dem optischen Sender 2 und dem op tischen Empfänger 4 anzuordnen, sofern sie sich im Strahlengang 8 befindet. Die an sich bekannte gas sensitive Schicht 6 kann ein von dem optischen Sen der 2 ausgesandtes Licht bestimmter Wellenlänge bei Wechselwirkung mit bestimmten Gasen teilweise absor bieren. Die gassensitive Schicht 6 enthält eine auf ein bestimmtes Gas sensitive Indikatorsubstanz und wird vor dem Einbau mittels vorheriger Eichmessungen kalibriert. Sobald das zu detektierende Gas in den Bereich zwischen optischem Sender 2 und optischem Empfänger 4 eintritt, ändert die in der Schicht 6 enthaltene Indikatorsubstanz ihre Absorption für be stimmte Wellenlängenbereiche der auf sie auftreffen den elektromagnetischen Strahlung. Da diese Wellen länge einem lokalen Absorptionsmaximum der Indikator substanz entspricht, registriert der hinter der Schicht 6 angeordnete optische Empfänger 4 eine ver änderte Transmission. Die Höhe des Absorptionsmaxi mums und damit die Größe der Transmission sind pro portional zur Konzentration des Gases. Diese kann mittels einer hier nicht dargestellten Auswerteein heit erfaßt und bei einem Einsatz als Rauchmelder mit einem Signalgeber verbunden werden.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm beispielhaft einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge und der Absorp tion von Licht einer gassensitiven Schicht bei ver schiedenen Konzentrationen eines mit der gassensiti ven Schicht in Berührung kommenden Gasgemisches. Auf der horizontalen Achse 16 des Diagramms ist die Wel lenlänge λ des vom optischen Sender abgestrahlten Lichts in Nanometern (nm) aufgetragen. Auf der verti kalen Achse 14 ist ein relativer Absorptionswert auf getragen, der bei vollständiger Absorption einen Wert von 1,0 annehmen würde. In der Fig. 2 beispielsweise ist die gassensitive Schicht eine auf NO und/oder NO₂ sensitive Schicht. Erkennbar ist, daß bei einer bestimmten Lichtwellenlänge, im gezeigten Beispiel bei circa 670 nm, die Absorption von Licht bei stei gender NO-Konzentration ein deutliches Maximum auf weist. Es sind mehrere Kurven 11 aufgetragen, deren Maximum bei steigender NO-Konzentration jeweils zunimmt. Diese Zunahme ist durch einen aufwärts gerichteten Pfeil 12 angedeutet. Der Sensoreffekt, das heißt die Absorptions- beziehungsweise die Trans missionsänderungen, können bei den verwendeten gas sensitiven Schichten in der Regel in relativ engen Wellenlängenbereichen nachgewiesen werden. Als Träger für solche gassensitiven Schichten eignen sich bestimmte Polymere, die chemisch weitgehend inert sind, so daß sichergestellt ist, daß nur die Indika torsubstanz mit dem Gas wechselwirkt. Diese Indika torsubstanz ist auf das Polymer aufgebracht und zeigt eine Wechselwirkung mit bestimmten Gasen. Weiterhin ist mit dieser Meßmethode möglich, mehrere optische Empfänger mit jeweils unterschiedlichen gassensitiven Schichten zu versehen und auf diese Weise kombinierte Rauchmelder darzustellen, die auf eine Vielzahl von verschiedenen Gasen ansprechen.

Fig. 3 zeigt eine alternative Meßanordnung, bei der eine gassensitive Schicht 10 direkt auf den optischen Empfänger 4, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine lichtempfindliche Fotodiode, aufgebracht ist. Gleiche Teile wie in den vorangegangenen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal erläutert. Eine solche Meßanordnung weist den Vorteil auf, daß damit sehr kompakte Rauch- beziehungsweise Verbrennungsgasmelder darstellbar sind. Zur Detektion verschiedener gasförmiger Verbrennungsprodukte können mehrere optische Empfänger 4 jeweils auf unter schiedliche Gase sensitive Schichten 10 aufweisen. Diese können alle im Strahlengang 8 des optischen Sensors 2 in einem bestimmten Abstand von diesem an geordnet sein und sind dadurch in der Lage, verschie dene charakteristische Absorptionssignale für ver schiedene Verbrennungsgase an eine hier nicht darge stellte Auswerteeinheit zu liefern.

Fig. 4 zeigt schließlich einen Aufbau eines kombi nierten Brandmelders 1, der neben einem optischen Sender 2 einen als Streulichtsensor wirkenden opti schen Empfänger 28 und wenigstens einen als Gassensor wirkenden optischen Empfänger 4 aufweist. Gleiche Teile wie in den vorangegangenen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal erläutert. Aufgrund des verwendeten Wellenlängenbe reiches des von dem optischen Sender 2 abgestrahlten Lichts kann für beide Detektionsmethoden eine gemein same Lichtquelle, hier beispielsweise eine Infrarot- Leuchtdiode, eingesetzt werden. Der Brandmelder 1 be steht im wesentlichen aus einer Kammer 32, die so ge staltet ist, daß kein oder nur wenig Licht von außen eindringen kann und gleichzeitig Rauch und gasförmige Verbrennungsprodukte möglichst ungehindert Zugang ha ben. Dies kann, wie bei Streulichtmeldern üblich, in Form eines hier nicht dargestellten optischen Laby rinths realisiert sein. In der Wandung sind mehrere nach außen verschlossene Aufnahmen 34, 36, 38 für den optischen Sender 2 und den optischen Empfänger 4, 28 eingelassen. Die Kammer 32 ist nach wenigstens einer Stirnseite hin offen, so daß die Sensoren mit der At mosphäre in der Kammer und darin enthaltenen Verbren nungsgasen oder Rauch in Verbindung stehen. Die Au ßenwand der Kammer 32 besteht vorzugsweise aus licht undurchlässigem Material, damit bei den Messungen keine Fehleinflüsse durch einfallendes Streulicht auftreten. Die Aufnahmen 34, 36, 38 für den optischen Sender 2 und die optischen Empfänger 4, 28 sind vorzugsweise so tief gestaltet, daß der optische Sen der 2 nur mit einem schmalen Lichtaustrittskegel ab strahlen kann, und daß auf die optischen Empfänger 4, 28 kein in die Stirnseiten der Kammer 32 einfallendes Streulicht auftreffen kann. Die optische Achse 8 des Lichtaustrittskegels des optischen Senders 2 liegt vorzugsweise in einem schrägen Winkel von beispiels weise 45° zur Längsachse der Kammer 32. Der optische Empfänger 28 für den Streulichtsensor, hier bei spielsweise eine Photodiode, ist vorzugsweise so an geordnet, daß er nicht im direkten Strahlungsbereich 8 des optischen Senders 2 liegt und damit nur Streu licht empfangen kann. So kann eine optische Achse 30 des optischen Empfängers 28 ebenfalls in einem schrägen Winkel von beispielsweise 45° zur Längsachse der Röhre 32 liegen, so daß sich die optischen Achsen 8 und 30 in einem bestimmten Punkt auf der Längsachse der Röhre 32 unter einem Winkel von bei spielsweise 90° schneiden. Der optische Empfänger 28 arbeitet in Verbindung mit dem optischen Sender 2 so mit wie ein herkömmlicher Streulichtrauchmelder. We nigstens ein weiterer optischer Empfänger 4 ist in einer weiteren Aufnahme 36 angeordnet, deren Längser streckung in gleicher Richtung wie die Aufnahme 34 für den optischen Sender 2 ausgerichtet ist. Der op tische Empfänger 4 liegt somit im direkten Strah lungsbereich des optischen Senders 2 und ist daher vorzugsweise zur Detektion von für den Streulicht sensor nicht detektierbaren Verbrennungsgasen geeig net. Zu diesem Zweck ist dem optischen Empfänger 4 ein Träger mit einer gassensitiven Schicht 18 zur Ab sorption bestimmter Lichtanteile in Abhängigkeit von in der Luft befindlichen Gaskonzentrationen vorge setzt. Zur Bündelung des von den optischen Empfängern 4, 28 empfangenen Lichts sind diesen vorzugsweise Sammellinsen 22, 24 vorgeschaltet, die das in die Aufnahmen 36, 38 einfallende Licht exakt auf die lichtempfindliche Stelle der optischen Empfänger 4, 28 fokussieren. In einem Brandmelder 1 können mehrere optische Empfänger 4 mit jeweils unterschiedlichen vorgesetzten ganssensitiven Schichten vorgesehen sein. Dadurch können verschiedene gasförmige Verbren nungsprodukte erfaßt werden. Bei bestimmten Brandsi tuationen, wo keine Gase entstehen, auf welche die gassensitiven Schichten ansprechen könnten, kann der Streulichtsensor dennoch Alarm auslösen.

Als eine weitere Funktionsmöglichkeit des Brandmel ders kann die Lichtdämpfung durch in der Verbren nungsluft enthaltene Aerosole gemessen und als Alarm kriterium herangezogen werden. Bei konstanter Hellig keit des vom optischen Sender 2 ausgestrahlten Lichts ist das vom optischen Empfänger 4 abgegebene elektri sche Signal ebenfalls konstant. Bei einer Hellig keitsabschwächung durch in der Luft enthaltene Aero sole, auf welche die gassensitive Schicht 18 nicht durch eine teilweise Absorption anspricht, wird das vom optischen Empfänger 4 abgegebene Signal dennoch schwächer, was als weiteres Kriterium für einen mög lichen Brand ausgewertet werden kann.

Claims

1. Brandmelder, insbesondere zur Detektion von gas förmigen und/oder staubförmigen Verbrennungsproduk ten, mit wenigstens einer optischen Erkennungsein richtung, wobei in Abhängigkeit von physikalischen und/oder chemischen Parametern der Verbrennungspro dukte ein Signal generiert und an eine nachgeschal tete Auswerteeinheit gegeben wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erkennungseinrichtung wenigstens einen optischen Sender (2) und wenigstens zwei opti sche Empfänger (4, 28) umfaßt, wobei einer der opti schen Empfänger (28) außerhalb eines direkten Strah lungsbereiches (8) des optischen Senders (2) angeord net ist und als Streulichtempfänger fungiert und daß wenigstens einem weiteren, in einem direkten Strah lungsbereich (8) des optischen Senders (2) angeord neten, optischen Empfänger (4) eine gassensitive Schicht (18) vorgeschaltet ist, die bei einem Kontakt mit einem spezifischen Gas bevorzugt Lichtanteile ei nes bestimmten schmalen Wellenlängenbereiches absor biert.

2. Brandmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß mehrere optische Empfänger (4) im direkten Strahlungsbereich (8) des optischen Senders (2) ange ordnet sind, denen jeweils auf unterschiedliche Gase sensitive Schichten (18) vorgeschaltet sind.

3. Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß den optischen Empfängern (4, 28) jeweils eine Optik (22, 24) vorgeschaltet ist.

4. Brandmelder nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß ein von wenigstens einem im direkten Strahlengang (8) des optischen Sen ders (2) angeordneten optischen Empfänger (4) empfan genes Signal als das eines Durchlichtrauchmelders ausgewertet wird.

5. Brandmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß dem wenigstens einen im direkten Strahlen gang (8) des optischen Senders (2) angeordneten opti schen Empfänger (4) jeweils eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Helligkeitsänderungen durch im Strah lengang befindliche Aerosole nachgeschaltet ist.

6. Brandmelder nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sen der (2) sowie die wenigstens zwei optischen Empfänger (4, 28) in einem gemeinsamen, für Luft durchlässigen und für Licht undurchlässigen, Gehäuse eingebaut sind.