EP1630758B1 - Streulicht-Rauchmelder - Google Patents

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EP1630758B1
EP1630758B1 EP04023740A EP04023740A EP1630758B1 EP 1630758 B1 EP1630758 B1 EP 1630758B1 EP 04023740 A EP04023740 A EP 04023740A EP 04023740 A EP04023740 A EP 04023740A EP 1630758 B1 EP1630758 B1 EP 1630758B1
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EP
European Patent Office
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scattered light
signals
smoke detector
der
detector according
Prior art date
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EP04023740A
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English (en)
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EP1630758A2 (de
EP1630758A3 (de
Inventor
August Dr. Kaelin
Dani Dr. Lippuner
Giuseppe Dr. Marbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Publication date
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Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
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Priority to US11/664,874 priority patent/US7777634B2/en
Priority to MX2007004102A priority patent/MX2007004102A/es
Priority to CNA2005800340892A priority patent/CN101036173A/zh
Priority to RU2007116951/09A priority patent/RU2007116951A/ru
Priority to AU2005291248A priority patent/AU2005291248A1/en
Priority to KR1020077009287A priority patent/KR20070058647A/ko
Priority to PCT/EP2005/055076 priority patent/WO2006037804A1/de
Priority to CA002583731A priority patent/CA2583731A1/en
Priority to BRPI0516553-9A priority patent/BRPI0516553A/pt
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Publication of EP1630758A3 publication Critical patent/EP1630758A3/de
Publication of EP1630758B1 publication Critical patent/EP1630758B1/de
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    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
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    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20—Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/24—Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/11—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using an ionisation chamber for detecting smoke or gas
    • G08B17/113—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to a scattered light smoke detector with an opto-electronic device for measuring stray signals at a forward and a backward scattering angle, and with evaluation electronics for obtaining a measured value from the stray signals and the comparison of an alarm value derived therefrom with an alarm threshold.
  • the JP 11 160238 A describes a photoelectric ionization smoke detector for discriminating white and black smoke. At least two light receivers are used for this, so that the emitted light can be received by a light transmitter at different scattering angles. By evaluating the received light, a distinction is made between white and black smoke.
  • the US 6218950 B1 describes a scattered light detector for the evaluation of scattered light signals.
  • the microprocessor-based scattered light detector measures scattered light signals at two scattered light angles and determines an alarm parameter.
  • An alarm value is determined by the ratio of the scattered light signals and subsequent comparison with the specific alarm parameter.
  • the US 5726633 describes a multi-sensor smoke detector having at least one ionization and one photoelectric sensor. Coefficients are determined for each sensor output and combined accordingly in a processing work.
  • the use of the difference of the stray signals or smoke signals for the formation of the measured value instead of a weighting of the measured value as a function of the ratio of the stray signals has the advantage that much less computer effort is needed and thus a short response time of the detector is ensured.
  • the difference of the scattered signals as well as their quotient allows the recognition of the type of smoke.
  • a first preferred embodiment of the scattered-light smoke detector according to the invention is characterized in that said linear combination takes place according to the formula [k 1 (BW + FW) + k 2 (BW-FW)], in which k 1 and k 2 are two among others are constants influenced by an application factor dependent on the environmental conditions at the intended installation location of the detector.
  • k 1 and k 2 are two among others are constants influenced by an application factor dependent on the environmental conditions at the intended installation location of the detector.
  • 0 ⁇ k 1 . k 2 ⁇ 5 preferably 0 ⁇ k 1 . k 2 ⁇ 3.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Streulicht-Rauchmelder mit einer opto-elektronischen Anordnung zur Messung von Streusignalen unter einem Vorwärts- und einem Rückwärtsstreuwinkel, und mit einer Auswerteelektronik für die Gewinnung eines Messwerts aus den Streusignalen und den Vergleich eines von diesem abgeleiteten Alarmwerts mit einer Alarmschwelle.
  • Die JP 11 160238 A beschreibt einen photoelektrischen Ionisations-Rauchmelder zum Unterscheiden von weissen und schwarzen Rauch. Dafür werden zumindest zwei Lichtempfänger verwendet, sodass das ausgesandte Licht von einem Lichtsender unter verschiedenen Streuwinkeln empfangen werden kann. Durch eine Auswertung des empfangen Lichtes wird dann eine Unterscheidung zwischen weissem und schwarzen Rauch gemacht.
  • Die US 6218950 B1 beschreibt einen Streulichtmelder zur Evaluierung von Streulichtsignalen. Der mikroprozessor-basierte Streulichtmelder misst Streulichtsignale bei zwei Streulichtwinkeln und bestimmt einen Alarmparameter. Ein Alarmwert wird bestimmt durch das Verhältnis der Streulichtsignale und anschliessenden Vergleich mit dem bestimmten Alarmparameter.
  • Die US 5726633 beschreibt einen Multi-Sensor-Rauchmelder der zumindest einen lonisations- und einen photoelektrischen Sensor aufweist. Für jeden Sensor-Output werden Koeffizienten bestimmt und in einer Verarbeitungsarbeit entsprechend kombiniert.
  • Es ist schon lange bekannt, dass das bei Vorwärts- und Rückwärtsstreuung die beiden Streulichtanteile für verschiedene Arten von Bränden in charakteristischer Weise verschieden sind. Dieses Phänomen ist beispielsweise in der WO-A-84/01950 (= US-A-4 642 471 ) beschrieben, wo unter anderem offenbart ist, dass sich das für verschiedene Raucharten unterschiedliche Verhältnis der Streuung bei kleinem Streuwinkel zur Streuung bei grossem Streuwinkel zur Erkennung der Rauchart ausnützen lässt. Der grössere Streuwinkel könne auch über 90° gewählt werden, was eine Auswertung der Vorwärts- und der Rückwärts-Streuung bedeutet. Bei einem in der EP-A-1 022 700 (= US-B-6 218 950 ) beschriebenen Streulicht-Rauchmelder der eingangs genannten Art wird aus den Streusignalen ein Hell-/Dunkel-Quotient berechnet, der sich zur Erkennung der Rauchart ausnützen lässt. Die beiden Streusignale werden summiert und die Summe wird mit dem genannten Hell-/Dunkel-Quotienten multipliziert. Es erfolgt also eine Gewichtung des Messwerts in Abhängigkeit vom Verhältnis der Streusignale, bei welcher das Streusignal eines dunklen Aerosols eine höhere Gewichtung erfährt als das Streusignal eines hellen Aerosols.
    Durch die Erfindung soll nun die Fehlalarmsicherheit der Streulicht-Rauchmelder der eingangs genannten Art erhöht werden, wobei gleichzeitig ein möglichst rasches Ansprechen gewährleistet sein soll.
    Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 19 gelöst.
  • Die Verwendung der Differenz der Streusignale oder Rauchsignale für die Bildung des Messwerts anstatt einer Gewichtung des Messwerts in Abhängigkeit vom Verhältnis der Streusignale hat den Vorteil, dass wesentlich weniger Rechneraufwand benötigt wird und somit eine kurze Ansprechzeit des Melders gewährleistet ist. Die Differenz der Streusignale ermöglicht ebenso wie deren Quotient die Erkennung der Rauchart.
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Streulicht-Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannte lineare Verknüpfung nach der Formel [k1(BW+FW) + k2(BW-FW)] erfolgt, in welcher k1 und k2 zwei unter anderem von einem von den Umgebungsbedingungen am vorgesehenen Installationsort des Melder abhängigen Applikationsfaktor beeinflusste Konstanten sind. Für die genannten Konstanten gilt 0 < k1. k2 < 5, vorzugsweise 0< k1. k2 ≤ 3.
  • Der Applikationsfaktor ist anwendungsspezifisch wählbar, und zwar vorzugsweise in Abhängigkeit von einem den Anforderungen des Kunden entsprechenden Satz von Einstellparametern des Melders.
    Eine Zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Streulicht-Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitung des Messwerts in zwei Pfaden erfolgt, dass im ersten Pfad eine Bestimmung des Typs des betreffenden Feuers erfolgt und ein entsprechendes Steuersignal gebildet wird und im zweiten Pfad eine Verarbeitung des genannten Messwerts und dessen Vergleich mit einer Alarmschwelle erfolgt, und dass die Verarbeitung des Messwerts im zweiten Pfad durch das im ersten Pfad gebildete Steuersignal gesteuert ist.
    Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Streulicht-Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Typs des betreffenden Feuers eine Unterscheidung nach Schwelbrand und offenem Brand und gegebenenfalls weiteren Brandarten erfolgt.
    Eine vierte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung des Messwerts im zweiten Pfad eine Begrenzung des Messwerts in einer nachfolgend als Slope Regler bezeichneten Stufe umfasst, wobei eine Beschränkung des Messwerts auf ein bestimmtes Niveau oder dessen Verstärkung durch Addition eines Zusatzsignals erfolgt.
    Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Streulicht-Rauchmelders ist dadurch gekennzeichnet, dass der Slope Regler sowohl einen raschen Anstieg des Messwerts aufgrund von Signalspitzen verhindert als auch langsame Signalanstiege bei Schwelbränden akzentuiert. Vorzugsweise ist der Slope Regler durch das im ersten Pfad gebildete Steuersignal gesteuert. Im Slope Regler wird durch eine sehr langsame Filterung des Messwerts ein langsames Rauchsignal gewonnen.
    Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des erfindungsgemässen Streulicht-Rauchmelders sind in den Ansprüchen 12 bis 18 beansprucht.
    Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Blockbilddarstellung eines erfindungsgemässen Rauchmelders; und
    • Fig. 2 einschematisches Blockdiagramm der Signalverarbeitung des Rauchmelders von Fig. 1.
    Der in Fig. 1 dargestellte Rauchmelder 1, der nachfolgend als Melder bezeichnet wird, enthält zwei Sensorsysteme, ein elektro-optisches System mit zwei Infrarot emittierenden Lichtquellen (IRED) 2 und 3 und einer Empfangsdiode 4 und ein thermisches Sensorsystem mit zwei durch NTC-Widerstände gebildeten Temperatursensoren 5 und 6 zur Messung der Temperatur in der Umgebung des Melders 1. Zwischen den Lichtquellen 2, 3 und der Empfangsdiode 4 ist eine Messkammer 7 gebildet. Die beiden Sensorsysteme sind in einem rotationssymmetrischen Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet, das in einem an der Decke eines zu überwachenden Raumes montierten Sockel befestigt ist.
    Die Temperatursensoren 5 und 6 liegen einander radial gegenüber, was den Vorteil hat, dass sie unterschiedliches Ansprechverhalten auf aus einer bestimmten Richtung anströmende Luft aufweisen, so dass die Richtungsabhängigkeit des Ansprechverhaltens reduziert wird. Die Anordnung der beiden Lichtquellen 2 und 3 ist so gewählt, dass die optische Achse der Empfangsdiode 4 mit der optischen Achse der einen Lichtquelle, darstellungsgemäss der Lichtquelle 2, einen stumpfen und mit der optischen Achse der anderen Lichtquelle, darstellungsgemäss der Lichtquelle 3, einen spitzen Winkel einschliesst. Das Licht der Lichtquellen 2 und 3 wird durch in die Messkammer 7 eindringenden Rauch gestreut und ein Teil dieses Streulichts fällt auf die Empfangsdiode 4, wobei man bei einem stumpfen Winkel zwischen den optischen Achsen von Lichtquelle und Empfangsdiode von Vorwärtsstreuung und bei einem spitzen Winkel zwischen den genannten optischen Achsen von Rückwärtsstreuung spricht. Der mechanische Aufbau des Melders 1 bildet nicht Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung wird daher hier nicht näher beschrieben; es wird in diesem Zusammenhang auf die EP-A-1 376 505 und auf die in dieser Anmeldung zitierten Literaturstellen verwiesen.
    Zur besseren Diskriminierung zwischen verschiedenen Aerosolen können im Strahlengang sender- und/oder empfängerseitig aktive oder passive Polarisationsfilter vorgesehen sein. Als weitere Option können als Lichtquellen 2 und 3 Dioden verwendet werden, die eine Strahlung im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts aussenden (siehe dazu EP-A-0 926 646 ), oder aber die Lichtquellen können Strahlung verschiedener Wellenlängen aussenden, beispielsweise die eine Lichtquelle rotes oder infrarotes und die andere blaues Licht. Es ist auch möglich, ultraviolettes Licht zu verwenden.
    Der Melder 1 macht beispielsweise alle 2 Sekunden eine Messung, wobei die Vorwärts- und die Rückwärts-Streulichtsignale sequentiell erzeugt werden. Die Signale der Empfangsdiode, die nachfolgend als Sensorsignale bezeichnet werden, werden in einem Filter 8 von den gröbsten Störungen eines definierten Frequenzbereichs befreit und gelangen anschliessend in einen ASIC 9, der im wesentlichen einen Verstärker 10 und einen A/D-Wandler 11 aufweist. Anschliessend gelangen die im Folgenden als Streulichtsignale bezeichneten digitalisierten Sensorsignale, SB (Rückwärts-Streusignal) und SF (Vorwärts-Streusignal) in einen Micro Controller 12, der eine Sensor Control Software 13 für die digitale Verarbeitung der Streusignale enthält.
    Der Sensor Control Software ist zusätzlich zu den Streusignalen SB und SF noch ein Offset-Signal OF zugeführt. Dieses ist das Ausgangssignal der Empfangsdiode 4, wenn diese nicht mit Streulicht von einer der beiden Lichtquellen 2 oder 3 beaufschlagt ist. Die mit T1 und T2 bezeichneten Signale der beiden Temperatursensoren 5 und 6 sind ebenfalls dem Micro Controller 12 zugeführt, und gelangen nach Digitalisierung in einem A/D-Wandler 18 zur Sensor Control Software 13.
    Die Verarbeitung der Signale der verschiedenen Sensoren mit der Sensor Control Software 13 soll nun anhand von Fig. 2 erläutert werden: Zuerst erfolgt eine getrennte Vorverarbeitung sowohl der Streusignale SB und SF sowie des Offsetsignals OF einerseits als auch der Signale T1, T2 der Temperatursensoren 5, 6 anderseits in je einer Vorverarbeitungsstufe 14 bzw. 15. In der Rauchvorverarbeitung 14 werden die Schwankungen des Offset-Signals OF geglättet, indem der Zuwachs oder die Abnahme der Sensorsignale auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Dann wird das Offset-Signal OF von den Streusignalen subtrahiert. Die Vorverarbeitung der Signale T, und T2 in der Temperaturvorverarbeitung 15 ist erforderlich, weil zwischen der gemessenen und der tatsächlichen Temperatur ein Unterschied besteht, der unter anderem durch die thermische Masse der NTC-Widerstände 5 und 6 und des Meldergehäuses, durch die Position der NTC-Widerstände im Melder 1 und durch Einflüsse des Melders und dessen Umgebung bedingt ist, die zu einer Verzögerung führen. Die gemessene Temperatur wird mit einem Referenzwert verglichen und anschliessend wird anhand eines Modells auf die tatsächliche Temperatur zurückgerechnet. Diese tatsächliche Temperatur wird linearisiert und in ihrem Anstieg begrenzt, so dass am Ausgang der Temperaturvorverarbeitung 15 ein Temperatursignal T erhältlich ist, welches unter anderem der Rauchvorverarbeitung 14 zugeführt wird.
    In der Rauchvorverarbeitung 14 erfolgt nach der Kompensation der Streusignale SB, SF mit dem Offset-Signal eine Temperaturkompensation, bei der aus dem Temperatursignal T ein Korrekturfaktor gewonnen wird, mit dem die Streusignale SB, SF multipliziert werden. Wenn es sich beim Melder 1 um einen rein optischen Melder ohne Temperatursensoren 5 und 6 handelt, dann ist im Melder ein einzelner Temperatursensor vorgesehen, der ein Temperatursignal liefert.
    Das Temperatursignal T gelangt ausserdem in eine mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Stufe Temperaturdifferenz und eine mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnete Stufe Maximaltemperatur. In der Maximaltemperatur-Stufe 17 wird analysiert, ob das Maximum des Temperatursignals T einen Alarmwert von beispielsweise 80° C (in einigen Ländern 60° C) überschreitet. In der Temperaturdifferenz-Stufe 16 wird untersucht, wie rasch das Temperatursignal T ansteigt. Der Ausgang der Stufe 16 ist mit einem Eingang der Stufe 17 verbunden, an deren Ausgang ein Temperaturwert T' erhältlich ist, der für die weitere Signalverarbeitung verwendet wird.
    Die in der Stufe 14 vorverarbeiteten Streusignale gelangen in ein Medianfilter 19, welches aus mehreren, vorzugsweise aus fünf, aufeinander folgenden Werten der Sensorsignale den Medianwert auswählt. Das Medianfilter 19 enthält ausserdem einen so genannten Time Shifter, der aus den genannten fünf Sensorsignalen den bezüglich der Reihenfolge mittleren, also den dritten Wert auswählt. Dann wird die Differenz aus diesen beiden Werten gebildet, die zu den Schwankungen der Streusignale proportional ist und eine Abschätzung der Standardabweichung des Streusignale ermöglicht. Diese ermöglicht wiederum die Berechnung von Störungen. Die Ausgangssignale des Medianfilters 19, die im Folgenden als Rauchsignale BW und FW bezeichnet werden, gelangen in eine mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Extraktionstufe für die Gewinnung eines Rauchwerts S. Das Bezugszeichen BW bezeichnet das Rückwärts-Rauchsignal und das Bezugszeichen FW das Vorwärts-Rauchsignal.
    In der Extraktionsstufe 20 erfolgt durch eine sehr langsame Filterung eine Hintergrundkompensation, bei der im wesentlichen durch Verstaubung bedingte Störungen kompensiert werden. Ausserdem wird die Summe der Rauchsignale (BW+FW) und die Differenz der Rauchsignale (BW-FW) gebildet und mit je einem Applikationsfaktor multipliziert. Die so gebildeten Terme werden dann linear verknüpft, beispielsweise nach der Formel k 1 ⁢ BW + FW + k 2 ⁢ BW - FW .
    Figure imgb0001
     in welcher k1 und k2 die genannten Applikationsfaktoren bezeichnen.
    Das Ergebnis der linearen Verknüpfung ist der am Ausgang der Extraktionsstufe 20 erhältliche so genannte Messwert S, welcher der weiteren Signalverarbeitung zugrunde liegt. Der Applikationsfaktor hängt von der vorgesehenen Anwendung und vom vorgesehenen Einsatzort des Melders 1 ab, oder mit anderen Worten, welcher Typ von Feuer, insbesondere ob Schwelbrand oder offenes Feuer, mit Priorität detektiert werden soll.
    Jeder Melder 1 besitzt einen an die Umgebung seines Installationsortes und an Wünsche des Kunden angepassten Satz geeigneter Parameter, das ist der so genannte Parametersatz. Dieser ist beim Melder 1 beispielsweise von der kritischen Feuergrösse, dem Brandrisiko, dem Personenrisiko, der Wertkonzentration, der Raumgeometrie und von Täuschungsgrössen abhängig, wobei die Täuschungsgrössen beispielsweise durch nicht von einem Feuer herrührenden Rauch, Abgase, Dampf, Staub, Fasern oder elektromagnetische Störungen gebildet sein können. Bei der linearen Verknüpfung der Rauchwerte gemäss Formel 1 gilt für die beiden Applikationsfaktoren k1 und k2: 0 < k1. k2 < 5, vorzugsweise 0 < k1. k2 ≤ 3.
    In der Extraktionsstufe 20 erfolgt ausserdem eine Optimierung des Arbeitsbereichs des A/D-Wandlers 11 (Fig. 1) und eine Bestimmung der Kurz- und Langzeitvarianz der Sensorsignale und der Variationen von Rauschen im Signal. Eine grosse Varianz ist ein Hinweis auf Störungen und kann eine Reduktion der Detektionsgeschwindigkeit für bestimmte Parametersätze auslösen. Ausserdem erfolgt in der Stufe 20 noch eine abgeleitete Analyse, bei der berechnet wird, ob das Sensorsignal über eine längere Zeit von beispielsweise 40 Sekunden hauptsächlich zunimmt, das heisst monoton wächst, wobei eine monotone Zunahme des Sensorsignal auf ein Feuer hindeutet. Das Ergebnis der abgeleiteten Analyse wird bei einigen Parametersätzen dazu verwendet, die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung anzupassen. Wenn beispielsweise das Sensorsignal monoton wächst und das Feuer in der nachfolgenden Bewertungsstufe 21 als offenes Feuer bewertet wird, kann die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung vervierfacht werden, um einen höher empfindlichen Parametersatz zu erhalten. Die Monotonie wird dadurch bestimmt, dass man aus einer Anzahl von beispielsweise 20 Werten des Sensorsignals bestimmte Paare (Vn) und (Vn-5) auswählt, beispielsweise den ersten (V1) und den sechsten (V6), den sechsten (V6), und den elften (V11) Wert, und so weiter und die Differenzen (Vn-Vn-5) bildet. Eine Differenz Vn-Vn-5 > 0 entspricht einer monotonen Zunahme des Sensorsignals und diese ist ein Hinweis auf Feuer.
    Der Messwert S wird vom Ausgangl der Extraktionsstufe 20 einerseits der schon erwähnten Bewertungsstufe 21 und andererseits einer mit Slope Regler 22 bezeichneten Stufe zur Regelung der Signalform zugeführt. In der Bewertungsstufe 21 werden der Brandtyp, das so genannte Störungskriterium, das so genannte Monotoniekriterium und die Wichtigkeit der Temperatur bestimmt. Die Bestimmung des Brandtyps erfolgt anhand der linearen Verknüpfung (BW+FW) + (BW-FW), wobei als mögliche Typen Schwelbrand, offener Brand oder transienter Brand in Frage kommt. Unter einem transienten Brand versteht man den Übergang vom Schwelbrand zum offenen Brand, der bei Zündung des Feuers detektiert wird. Selbstverständlich könnte für die Bestimmung des Brandtyps auch der Quotient (BW/FW) verwendet werden, wie dies beispielsweise in der der WO-A-84/01950 (= US-A-4 642 471 ) beschrieben ist. In dieser Publikation ist unter anderem offenbart, dass sich das für verschiedene Raucharten unterschiedliche Verhältnis der Streuung bei kleinem Streuwinkel zur Streuung bei grossem Streuwinkel zur Erkennung der Rauchart ausnützen lässt, wobei der grössere Streuwinkel auch über 90° gewählt werden könne.
    Zur Bestimmung des Störungskriteriums werden die aus der Standardabweichung berechneten Störungen (Medianfilter 19) mit einem Schwellwert verglichen. Zur Bestimmung des Monotoniekriteriums wird die bei der abgeleiteten Analyse in der Extraktionsstufe 20 berechnete Monotonie des Sensorsignals mit einem Schwellwert verglichen. Die Bestimmung der Wichtigkeit der Temperatur erfolgt durch Vergleich des Anstiegs ΔT der Temperatursignale T1, T2 mit einem Schwellwert; ΔT > 20° bedeutet Brand.
    Der Ausgang der Bewertungsstufe 21 ist einem Event Regler 23 zugeführt, der einerseits den Slope Regler 22 und andererseits die Maximaltemperatur 17 steuert. Im Event Regler 23 entscheidet das System, ob und gegebenenfalls wie die Signalverarbeitung geändert werden soll. Eine solche Änderung erfolgt im Slope Regler 22, der einen intelligenten Begrenzer von Anstieg/Abnahme des Sensorsignals darstellt und ausserdem Symmetrie und Gradient des Sensorsignals bestimmt.
    In einigen Parametersätzen möchte man beispielsweise rein optische, also nur durch Rauch verursachte Alarme verbieten, beschränken oder unterstützen. Dazu verwendet man eine Methode, die den Messwert S beim Anstieg auf einen bestimmten Wert beschränkt und anderseits aus einem verzögerten Rauchsignal einen bestimmten Maximalwert ableitet, und dann je nachdem, ob eine Zündung erfolgt ist, einen der beiden Werte für die weitere Verarbeitung verwendet. Dadurch erfolgt einerseits eine Beschränkung von sehr schnellen, durch Signalspitzen verursachten Anstiegen des Messwerts S und andererseits eine Betonung (Unterstützung) von durch Schwelbrände verursachten sehr langsam ansteigenden Signalen.
    Am Ausgang des Slope Reglers 22 sind zwei Signale erhältlich, einerseits ein durch die gerade beschriebene Verarbeitung gewonnener Rauchwert S' und andererseits ein durch eine sehr langsame Filterung gewonnenes langsames Rauchsignal S+. Der Rauchwert S' wird für die weitere Verarbeitung verwendet und unter anderem einem Bypass Addierer 25 zugeführt, dem auch das langsame Rauchsignal S+ zugeführt ist. In einer unmittelbar vor dem Bypass Addierer 25 angeordneten Stufe (nicht dargestellt) wird der Rauchwert S' auf einen vom jeweiligen Parametersatz abhängigen Wert begrenzt, zu dem dann im Bypass Addierer 25 das langsame Rauchsignal S+ addiert wird, wobei der Anstieg des langsamen Rauchsignals S+ vom jeweiligen Parametersatz abhängt und bei einem robusten Parametersatz geringer ist als bei einem empfindlichen Parametersatz. Der Bypass Addierer 25 dient also dazu, bei einem robusten Parametersatz bei einem rasch ansteigenden Rauchwert S' einen zu raschen Alarm zu vermeiden, und bei einem empfindlichen Parametersatz bei einem langsam ansteigenden Rauchwert S' die Alarmauslösung zu unterstützen.
    Der Rauchwert S' und der Temperaturwert T' werden in Form von je zwei Werten Wos und Wop beziehungsweise Wts und Wtp verarbeitet, dabei bedeutet:
    • Wos Gewicht des optischen Pfades für Summenbildung
    • Wop Gewicht des optischen Pfades für Produktbildung
    • Wts Gewicht des thermischen Pfades für Summenbildung
    • Wtp Gewicht des thermischen Pfades für Produktbildung.
    Dass sowohl eine Summierung 26 als auch eine Multiplikation 27 erfolgt, hat den Vorteil, dass bei der Summierung 26 bei hohem Temperatur- und auch nur geringem Rauchwert und bei der Multiplikation 27 auch bei geringem Temperatur- und geringem Rauchwert Alarm ausgelöst wird. Die entsprechenden Werte werden addiert und multipliziert, was zusammen mit dem Signal des Bypass Addierers 25 und dem Temperaturwert T' vier Signale ergibt, die einer Gefahrensignal-Zusammensetzung 28 zugeführt werden. Diese sucht aus den vier zugeführten Signalen dasjenige mit dem höchsten Wert als Alarmsignal aus.
    In einer auf die Gefahrensignal-Zusammensetzung 28 folgenden Gefahrenstufen-Erfassung 29 erfolgt eine Zuordnung des Signals der Gefahrensignal-Zusammensetzung 26 zu einzelnen Gefahrenstufen und in einer Gefahrenstufen-Verifikation 28 wird überprüft, ob die betreffende Gefahrenstufe über eine bestimmte Zeit von beispielsweise 20 Sekunden überschritten wird. Ist dies der Fall, wird Alarm ausgelöst. Die gestrichelten Verbindungen vom Event Regler 23 zur Maximaltemperatur 17, zum Slope Regler 22, zur Multiplikation 27 und zur Gefahrenstufen-Verifikation 30 symbolisieren Steuerleitungen.

Claims (19)

  1. Streulicht-Rauchmelder mit einer opto-elektronischen Anordnung zur Messung von Streusignalen (SB, SF) unter einem Vorwärts- und einem Rückwärtsstreuwinkel, und mit einer Auswerteelektronik (12) für die Gewinnung eines Messwerts aus den Streusignalen (SB, SF), dadurch gekennzeichnet, dass der Streulicht-Rauchmelder ein Medianfilter (19) für die Gewinnung von Rückwärts- und Vorwärtsrauchsignalen (BW, FW) aus den Rückwärts- und Vorwärtstreusignale (SB, SF) aufweist, wobei das Medianfilter (19) die Rückwärts- und Vorwärtsrauchsignale (BW, SW) aus der Differenz zwischen dem aus mehreren aufeinander folgenden Werten der Rückwärts- und Vorwärtsstreusignale (SB, SF) ausgewählten Medianwert und den aus den genannten mehreren aufeinander folgenden Werten der Rückwärts - und Vorwärtsstreusignale (SB, SF) bezüglich der Reihenfolge mittleren Wert gewinnt, und dass das Bilden des Messwertes (S) durch eine lineare Verknüpfung der Summe der Rauchsignale (BW, FW) mit der Differenz der Rauchsignale (BW, FW) erfolgt.
  2. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte lineare Verknüpfung nach der Formel [k1(BW+FW) + k2(BW-FW)] erfolgt, in welcher k1 und k2 zwei unter anderem von einem von den Umgebungsbedingungen am vorgesehenen Installationsort des Melder abhängigen Applikationsfaktor beeinflusste Konstanten sind.
  3. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die genannten Konstanten gilt: 0 < k1. k2 < 5, vorzugsweise 0 < k1. k2 ≤ 3.
  4. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikationsfaktor anwendungsspezifisch wählbar ist.
  5. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikationsfaktor in Abhängigkeit von einem den Anforderungen des Kunden entsprechenden Satz von Einstellparametern des Melders (1) wählbar ist.
  6. Streulicht-Rauchmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitung des Messwerts (S) in zwei Pfaden erfolgt, dass im ersten Pfad (21, 23) eine Bestimmung des Typs des betreffenden Feuers erfolgt und die Bildung eines entsprechenden Steuersignals erfolgt und im zweiten Pfad (22, 25-30) eine Verarbeitung des Messwerts (S) und dessen Vergleich mit einer Alarmschwelle erfolgt, und dass die Verarbeitung des Messwerts (S) im zweiten Pfad (22, 25-30) durch das im ersten Pfad (21, 23) gebildete Steuersignal gesteuert ist.
  7. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Typs des betreffenden Feuers eine Unterscheidung nach Schwelbrand und offenem Brand und gegebenenfalls weiteren Brandarten erfolgt.
  8. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung des Messwerts (S) im zweiten Pfad (22, 25-30) eine Begrenzung des Messwerts (S) in einer nachfolgend als Slope Regler (22) bezeichneten Stufe umfasst, wobei eine Beschränkung des Messwerts (S) auf ein bestimmtes Niveau oder dessen Verstärkung durch Addition eines Zusatzsignals erfolgt.
  9. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Slope Regler (22) sowohl einen raschen Anstieg des Messwerts (S) aufgrund von Signalspitzen verhindert als auch langsame Signalanstiege bei Schwelbränden akzentuiert.
  10. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Slope Regler (22) durch das im ersten Pfad (21, 23) gebildete Steuersignal gesteuert ist.
  11. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Slope Regler (22) durch eine sehr langsame Filterung des Messwerts (S) die Gewinnung eines langsamen Rauchsignals (S+) erfolgt.
  12. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein im oder am Gehäuse des Melders (1) angeordneter Temperatursensor (5, 6) für die Messung der Umgebungstemperatur des Melders (1) und die Abgabe eines entsprechenden Temperatursignals (T) vorgesehen ist.
  13. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem nachfolgend als Rauchwert (S') bezeichneten Ausgangssignal des Slope Reglers (22), aus dem langsamen Rauchsignal (S+) und aus dem Temperaturwert (T) die Bestimmung eines Alarmwerts erfolgt.
  14. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rauchwert (S') und dem Temperaturwert (T') sowohl eine Summenbildung (26) als auch eine Produktbildung (27) erfolgt.
  15. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitung des Rauchwertes (S') und des Temperaturwertes (T') in Form von je zwei Werten (Wos, Wop bzw. Wts, Wtp) erfolgt, wobei Wos das Gewicht des optischen Pfades für die Summenbildung, Wop das Gewicht des optischen Pfades für die Produktbildung, Wts das Gewicht des thermischen Pfades für die Summenbildung und Wtp das Gewicht des thermischen Pfades für die Produktbildung bezeichnet.
  16. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich aus dem Ergebnis der Summen- und der Produktbildung das Signal mit dem höchsten Wert ausgewählt und mit der Alarmschwelle erfolgt.
  17. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Vergleich des genannten Signals mit dem höchsten Wert mit verschiedenen Alarmschwellen eine Zuordnung zu verschiedenen Gefahrenstufen und anschließend eine Verifikation dieser Gefahrenstufen erfolgt.
  18. Streulicht-Rauchmelder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verifikation der Gefahrenstufen durch das im ersten Pfad (21, 22) gebildete Steuersignal gesteuert ist.
  19. Verfahren zum Bilden eines Messwertes mit einem eine opto-elektronische Anordnung zur Messung von Streusignalen (SB, SF) unter einem Vorwärts- und einem Rückwärtsstreuwinkel und mit einer Auswerteelektronik (12) für die Gewinnung eines Messwerts aus den Streusignalen (SB, SF) aufweisenden Streulicht-Rauchmelder, dadurch gekennzeichnet, dass ein Medianfilter (19) des Streulicht-Rauchmelders für die Gewinnung von Rückwärts- und Vorwärtsrauchsignalen (BW, FW) aus den Rückwärts- und Vorwärtsstreusignale (SB, SF) verwendet wird, wobei vom Medianfilter (19) die Rückwärts- und Vorwärtsrauchsignale (BW, SW) aus der Differenz zwischen dem aus mehreren aufeinander folgenden Werten der Rückwärts- und Vorwärtsstreusignale (SB, SF) ausgewählten Medianwert und dem aus den genannten Mehreren aufeinander folgenden werten der Rückwärts- und Vorwärtsstreusignale (SB,SF) bezüglich der Reihenfolge mittleren Wert gewonnen werden und dass der Messwert (S) durch eine lineare Verknüpfung der Summe der Rauchsignale (BW, FW) mit der Differenz der Rauchsignale (BW, FW) gebildet wird.
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