EP3455837B1 - Brandmelder mit einer photodiode zur erfassung von umgebungslicht, um davon abhängig die ausgabe eines möglichen brandalarms zu beschleunigen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a fire detector, in particular an open and closed scattered light smoke detector and a thermal detector.
- a fire detector such as a light transmitter and light receiver in a scattered light arrangement with a scattered light center located outside the scattered light smoke detector.
- the fire sensor can also be an optical measuring chamber arranged in a detector housing, shielded from ambient light and permeable to smoke to be detected.
- the fire sensor can have one or more temperature sensors.
- Such a temperature sensor can be, for example, a temperature-dependent resistor (thermistor), such as a so-called NTC or PTC, or a contactless temperature sensor with a thermopile or microbolometer.
- the fire detector further comprises a control unit, preferably a microcontroller.
- the control unit is set up to analyze and evaluate a sensor signal received by the fire sensor for at least one characteristic fire parameter and to output a fire alarm in the event of a detected fire.
- a characteristic fire parameter is, for example, in the case of a scattered-light smoke detector, exceeding a minimum scattered light level, which correlates with a smoke particle concentration. Alternatively or additionally, an inadmissibly high level increase in the scattered light can also be a characteristic fire parameter.
- a characteristic fire parameter is, for example, exceeding a minimum temperature in the (immediate) surroundings of the fire detector, such as, for example, at least 60 ° C, 65 °, 70 ° C or 75 ° C.
- a characteristic fire parameter such as, for example, of at least 5 ° C per minute or of at least 10 ° C per minute.
- Open scattered light smoke detectors are, for example, from the EP 2093734 A1 and the EP 1039426 A2 known. From the WO 2010/100288 A1 an open scattered light detector is also known, which analyzes the received photo signal for the presence of flickering frequencies.
- Flame detectors are also known from the prior art, such as from DE 10 2011 083 455 A1 or from the EP 2 251 846 A1 . Such flame detectors are specially designed to detect open flames and to issue an alarm in less than a second. They usually include two or more pyro sensors as radiation sensors. Such sensors are tuned for the detection of characteristic flickering frequencies of open fire, that is to say of flames and blazing embers, in the infrared range and possibly in the visible and ultraviolet range. The flickering frequencies are typically in a range from 2 Hz to 20 Hz.
- a smartphone with a fire alarm application which has suitable program steps in order to analyze video image data recorded by an internal camera with regard to at least one piece of information characteristic of fire and to output an alarm via an output unit if the same is present.
- This smartphone is also set up to analyze the received video signal for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and to switch from a first low refresh rate to a second high refresh rate if there is a significant deviation in two successive video images.
- the infrared pyrosensors are typically sensitive to infrared radiation in the wavelength range from 4.0 to 4.8 ⁇ m. This specific radiation arises from the combustion of carbon and hydrocarbons. Another pyrosensor is sensitive to characteristic emissions from metal fires in the UV range.
- flame detectors can also have a radiation sensor that is sensitive to infrared radiation in the wavelength range from 5.1 to 6.0 ⁇ m. This radiation is primarily interference radiation, e.g. infrared radiation from hot bodies or sunlight. A more reliable evaluation is then possible on the basis of all sensor signals, i.e. whether this is open fire or not.
- the fire detector has a photodiode for detecting ambient light in a spectrally limited range from 400 nm to 1150 nm, i.e. of ambient light in the optically visible range as well as in the adjacent near UV and infrared range.
- the control unit is also set up to analyze a photo signal received by the photodiode for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and, depending on this, to output a possible fire alarm by increasing a sampling rate for the detection of the sensor signal from the fire sensor, by reducing one Accelerate filter time of an evaluation filter for fire analysis and / or by lowering an alarm threshold.
- the filter time is in particular a time constant or an integration time.
- the essence of the invention thus lies in the use of an inexpensive photodiode as a "mini flame detector", the qualitative significance of which is sufficient, however, and justifies accelerating the output of a fire alarm in the event of detected flicker frequencies as an indication of the presence of a fire.
- the fire sensor reacts more sensitively and more quickly when characteristic flicker frequencies are detected, but this is advantageously accepted because of the high probability of a subsequent rise in the scattered light level due to a fire. If there is then no "expected" level increase in the exemplary case of the open scattered light arrangement as a fire sensor, then there is no fire alarm either.
- an increase in this fire sensor signal can advantageously be detected more quickly and thus a fire alarm can also be output more quickly.
- the detected, preferably digitized sensor signal from the fire sensor is fed to the evaluation filter on the input side.
- It is preferably a digital filter which is implemented as a software program and is executed by the microcontroller as a control unit.
- the digital filter is preferably a low pass or a so-called drag filter. This involves a certain averaging of the detected sensor signal values, so that a fire alarm is not output immediately when a fire is detected. Rather, it is awaited whether this event occurs not sporadically but several times in succession in order to avoid the issuing of a false alarm
- the fire detector By lowering the alarm threshold, the fire detector is switched more sensitive and less robust, so to speak. As a result, the alarm threshold is advantageously reached faster and the fire alarm is consequently also issued faster.
- the output of a possible fire alarm is preferably accelerated the higher the level of the detected flicker frequencies.
- the acceleration can be proportional, progressive or degressive depending on the flicker frequency level. Alternatively or additionally, it can only take place after a minimum detection level has been exceeded.
- the photodiode is preferably a silicon photodiode and in particular a silicon PIN photodiode. It can be preceded by a daylight blocking filter which only allows light in a range from 700 nm to 1150 nm, in particular from 730 nm to 1100 nm, to pass.
- a daylight blocking filter which only allows light in a range from 700 nm to 1150 nm, in particular from 730 nm to 1100 nm, to pass. The additional effort for the integration of such a photodiode in a fire detector is therefore very low in terms of circuitry and costs.
- a transimpedance amplifier or a transimpedance converter which converts the photocurrent generated by the photodiode into a measurement voltage proportional to it, is preferably connected downstream of the photodiode.
- the photocurrent is in turn proportional to the luminous flux received. This advantageously reduces optical disturbances such as the flickering of fluorescent tubes or incident sunlight.
- Such a photodiode e.g. from OSRAM (type BPW 34 FAS), i. Compare to a pyro sensor available at a particularly low price.
- the control unit is preferably set up to suppress or prevent the output of a possible fire alarm solely on the basis of detected characteristic flickering frequencies in the received photo signal.
- the presence of a characteristic fire parameter in the sensor signal received by the fire sensor must have been detected at least by the control unit. This prevents the output of a possible false alarm if the expected fire event is not subsequently detected by the actual fire sensor. This is e.g. the case when flickering candlelight is detected by the photodiode as an open fire, but this does not lead to any appreciable increase in the level of stray light in the vicinity of the fire detector, in which the optical measuring chamber of the fire detector or this does not lead to any appreciable temperature increase in the area surrounding the fire detector.
- the fire detector is an open scattered-light smoke detector.
- the latter has a housing, a circuit carrier as well as a light transmitter and a light receiver.
- the light transmitter and the light receiver are arranged in the housing.
- the light transmitter and the light receiver are arranged in a scattered light arrangement with a scattered light center located outside the scattered light smoke detector, in particular outdoors.
- the scattered light arrangement forms the fire sensor with the light transmitter and the light receiver.
- the control unit is set up to analyze a scattered light signal received by the fire sensor, which forms the sensor signal, for an impermissibly high signal level as a fire parameter and / or for an impermissibly high rate of rise of the sensor signal as a further fire parameter.
- the light transmitter and the light receiver are preferably arranged on the circuit carrier. The latter is preferably accommodated in the housing of the scattered light smoke detector.
- the light receiver for optical scattered light detection and the photodiode for detecting ambient light are implemented as a common photodiode.
- the particular advantage is the use of a single photodiode for scattered light detection as well as for flame detection. This simplifies the construction of the fire detector according to the invention. It is also cheaper to manufacture.
- control unit is set up to analyze the scattered light / photo signal received by the common photodiode in time-separated phases.
- the control unit is set up to analyze the received scattered light / photo signal in a respective first phase for an impermissibly high signal level and / or for an impermissibly high rate of rise. It is also set up to analyze the received scattered light / photo signal in a respective second phase for the presence of characteristic flickering frequencies.
- the two temporal phases do not overlap. They are preferably repeated alternately periodically.
- Several first phases or several second phases can also follow one another. This e.g. when a sharp rise in the scattered light signal has been detected or when a flicker frequency has been detected.
- the light transmitter is repeated in the respective first phase, in particular periodically, with a pulsed signal sequence for emitting corresponding light pulses.
- the period of the pulsed signal sequence is preferably in the range from 1 to 10 seconds.
- a pulsed signal sequence is transmitted every 1 to 10 seconds.
- the pulsed signal sequence is preferably a rectangular clock signal which the light transmitter e.g. controlled by a switch in the same cycle, so that a sequence of periodic light pulses is generated in the light transmitter.
- such a pulsed signal sequence has a number of pulses, preferably in the range from 32 to 1000 pulses.
- the duration of such a signal sequence itself is in the range from 0.25 to 2 milliseconds.
- the ratio of the signal sequence period to the duration of a signal sequence itself is in the range of two to three orders of magnitude above.
- the duration of a single pulse itself is typically in the range of 0.25 to 2 microseconds.
- a first filter which is preferably tuned to the same clock signal frequency of the pulsed signal sequence
- light signals with other frequencies are effectively suppressed.
- a bandpass filter or high-pass filter is used for this purpose, which at least suppresses the frequency components in the photodiode or scattered light signal below the clock signal frequency.
- the filter frequency of the high-pass filter or the lower filter frequency of the bandpass filter is in the range from 250 kHz to 2 MHz, assuming that the pulse duration of an individual pulse is in the range from 0.25 to 2 microseconds and that the clock or light signal is rectangular.
- the photodiode or scattered light signal filtered in this way is then fed to an A / D converter, which converts this signal into corresponding digital values for further fire analysis.
- the light transmitter is dark-controlled.
- the second phase can thus also be referred to as the dark phase, in which the light transmitter does not emit any light.
- the frequency components in the photodiode signal of the light receiver are limited in terms of signal technology by means of a second filter, the second filter being a low-pass filter.
- the corner frequency of the low-pass filter is dimensioned such that the flicker frequencies to be detected in the respective second phase can pass through the low-pass filter in the range from 2 to 20 Hz.
- the corner frequency, i.e. the filter frequency of the low-pass filter is preferably set to a frequency in the range from 20 Hz to 40 Hz, but at least to a frequency of at least 20 Hz.
- optical light signals e.g. effectively suppressed by fluorescent tubes or computer monitors.
- the photodiode signal filtered in this way is then fed to a further A / D converter, which converts this signal into corresponding digital values for further flicker frequency analysis.
- control unit is set up to determine a first DC component from the received scattered light / photo signal, and is also set up to subtract this first DC component from the received scattered light / photo signal in order to obtain an essentially DC-free scattered light / photo signal .
- the signal processing can e.g. a transimpedance amplifier, bandpass or lowpass filter or an A / D converter.
- the scattered light / photo signal is fed to a low-pass filter, the corner frequency of which is in a range from 1 to 2000 Hz, preferably in the range from 20 to 150 Hz.
- control unit is set up to compare the determined first DC component with a predefined override value and to output a fault message if the determined first DC component exceeds the override value for a predefined minimum time.
- the photodiode is exposed to such a high brightness that it overdrives. Under these circumstances, reliable optical smoke detection is no longer possible. A user can then be alerted by a fault message.
- the overdrive value can be related, for example, to the illuminance of the photodiode to which the photodiode or the common photodiode is exposed.
- the predefined override value is preferably over 100,000 lux.
- the value of 100,000 lux corresponds to a bright sunny day, the fire detector or the photodiode then being exposed to direct sunlight of such a bright sunny day.
- the predetermined minimum time for issuing the fault message is preferably in the range from 10 seconds to 10 minutes.
- the control unit is set up to monitor the scattered light / photo signal emitted by the (common) photodiode for falling below a minimum brightness value and, depending on this, to lower an alarm threshold for the output of a possible fire alarm.
- the control unit is set up to determine a second DC component from the received scattered light / photo signal. This represents a long-term average brightness value. It is also set up to monitor this second DC component for falling below the minimum brightness value and, depending on this, to lower the alarm threshold for the output of a possible fire alarm.
- the fire detector is an (exclusive) scattered-light smoke detector which has an optical measuring chamber, which is arranged in a detector housing and is shielded from ambient light and permeable to smoke to be detected, as a fire sensor.
- the control unit is set up to analyze a scattered light signal received by the optical measuring chamber, which forms the sensor signal, for an impermissibly high signal level as a fire parameter and / or for an impermissibly high rate of rise of the sensor signal as a further fire parameter and, in the event of a detected fire, a fire alarm to spend.
- the fire detector has at least one temperature sensor, in particular a thermistor, for detecting an ambient temperature in the immediate area around the fire detector.
- the control unit is set up to take the detected ambient temperature into account in the fire analysis.
- a thermistor is e.g. a so-called NTC or PTC.
- the temperature sensor can also be a contactless temperature sensor with a thermopile or a microbolometer.
- the fire detector is an (exclusive) thermal detector with a temperature sensor as the fire sensor.
- the control unit is set up to convert a temperature signal received by the temperature sensor as a sensor signal to an impermissibly high ambient temperature as a fire parameter and / or to an impermissibly high temperature rise as a further fire parameter to analyze and issue a fire alarm in the event of a detected fire.
- a temperature sensor can be a temperature-dependent resistor (thermistor), such as an NTC or PTC.
- the temperature sensor is a contactless temperature sensor which comprises a heat radiation sensor sensitive to heat radiation in the infrared range.
- the latter is, for example, a thermopile or a microbolometer.
- the thermal radiation sensor is not imaging. In other words, it has a single pixel.
- the fire detector comprises a detector housing with a detector hood, the heat radiation sensor then being arranged in the detector housing and optically aligned with the inside of the detector hood for the derivation of the ambient temperature.
- the detector hood is designed so as to be thermally conductive to an opposite area of the outside of the detector hood that the housing temperature which arises on the inside follows the ambient temperature at the opposite area of the detector hood, in particular within a few seconds, such as 5 seconds.
- the temperature sensor built into the detector housing makes the fire detector less susceptible to contamination. In addition, it is not necessary to lay the thermistor in the housing in terms of circuitry and assembly.
- the control unit is set up to monitor the photo signal emitted by the photodiode for falling below a minimum brightness value and is set up to lower an alarm threshold for the output of a possible fire alarm to speed up the issuance of a possible fire alarm. Because of the more sensitive setting of the fire detector, it is at night, faster alarms possible. This is possible because at lower brightness, e.g. with lux values of less than 1 lux, fewer disturbances from the detector environment can be expected as during the day. Such disturbances are e.g. lighting candles, spreading smoke when cooking and roasting, or lighting a fireplace.
- the fire detectors under consideration are wired or wirelessly connected to a higher-level control center.
- the control unit is set up to output to the control center as a day / night identifier when the minimum brightness level is exceeded or fallen below.
- FIG. 1 shows a spectral characteristic of a silicon PIN photodiode with and without an upstream daylight filter.
- the maximum spectral sensitivity S Rel standardized to 100%, is at a light wavelength ⁇ of approximately 900 nm, that is to say in the near infrared range.
- the solid curve shows the spectral sensitivity S Rel of a silicon PIN photodiode with an upstream daylight filter. Light with a wavelength ⁇ of less than 730 nm is suppressed.
- the dashed branch of the characteristic shows the spectral sensitivity S Rel of the silicon PIN photodiode without daylight filter.
- FIG 2 shows an example of a photo signal PD received by a photodiode 6 with characteristic flickering frequencies for open fire measured in millivolts. It will be the one at the Photodiode 6 generated photo voltage measured as a photo signal PD. The measurement was carried out over a period of 4 seconds and shows cyclical voltage peaks in the range from 20 to 30 mV, which correlate with the flickering of the flames from open fire.
- FIG 3 shows that to the photo signal PD according FIG 2 associated frequency spectrum.
- A denotes the spectral amplitude, measured in dB and plotted against the frequency f in Hertz. If you only consider the frequency range of at least 2 Hz that is decisive for flickering, you can see the reciprocal decrease in amplitude for increasing frequencies from 2 Hz. The spectrum shown is typical and significant for open flickering fire.
- FIG 4 shows an example of an open scattered light detector 1 with a scattered light center SZ located outside the detector 1 for smoke detection and with a photodiode 6 for detecting ambient light for detecting open fire according to the invention.
- the detector 1 has a housing 2, which is composed of a base body 21 and a detector hood 22. With the base body 21, the detector 1 can then preferably be detachably attached to a detector base mounted on a ceiling. Both housing parts 21, 22 are usually made of a light-tight plastic housing.
- a circuit carrier 3 is accommodated in or on the housing 2, on which a light transmitter S in the form of a light-emitting diode, a light receiver E in the form of a photosensor and a microcontroller 4 as a control unit are applied.
- the photosensor E is preferably a photodiode.
- Light transmitter S and light receiver E are thus arranged on the one hand in the housing 2. On the other hand, they are also arranged in a scattered light arrangement SA with a scattered light center SZ lying outside the scattered light smoke detector 1.
- the scattered light arrangement SA forms the actual fire sensor together with the light transmitter S and the light receiver E.
- the detector hood 22 There are two openings in the detector hood 22 for smoke detection outdoors.
- a light beam emitted by the light transmitter S passes through the first opening to the outside.
- the scattered light from the smoke particles to be detected passes through the second opening to the light receiver E in the housing 2.
- the two openings which are not further specified, are through a transparent cover, such as e.g. made of plastic, closed.
- the control unit 4 shown is now set up to analyze a scattered light signal received by the fire sensor for an impermissibly high signal level as a fire parameter. Alternatively or additionally, it can be set up to analyze the scattered light signal for an impermissibly high rate of rise as a further fire parameter. In the event of a detected fire, a fire alarm AL can be output by means of the control unit 4.
- the scattered light smoke detector 1 has a photodiode 6 for detecting ambient light.
- the photodiode 6 is arranged on the circuit carrier 3 and aligned in such a way that it "looks through” through a further opening in the detector hood 22.
- the further opening is preferably located at a central point of the detector hood 22, so that a symmetrical all-round view is possible for the detection of ambient light.
- Z is the central main axis of the detector 1.
- Such detectors 1 typically have a rotationally symmetrical design.
- FOV denotes the optical detection area of the photodiode 6.
- the further opening is closed by a further transparent cover AB in order to prevent dirt from penetrating into the interior of the housing.
- the covers AB can already be provided with a daylight filter or have one.
- the central cover AB is also designed as an optical lens L. This enables an expanded optical all-round view.
- control unit 4 is now set up to analyze a photo signal received by the photodiode 6 for the presence of flickering frequencies characteristic of open flames and, depending on this, to accelerate the output of a possible fire alarm. It is also set up to monitor the photo signal for exceeding and falling below a minimum brightness level and to output it as a day / night identifier T / N, symbolized by a sun and moon symbol, e.g. to a higher-level headquarters.
- FIG 5 shows a first embodiment of the fire detector 1 according to the invention with a common photodiode 6 '. It is set up for both smoke detection and ambient light detection.
- FIG 6 shows a functional block diagram of a detector control unit 4 with an evaluation filter 41 with an adjustable time constant T filter in order to accelerate the output of a possible fire alarm according to the invention.
- the functional blocks 40-44 shown are preferably implemented as software, i.e. as program routines carried out by a processor-based control unit, e.g. by a microcontroller.
- the program routines are loaded in a memory of the microcontroller 4.
- the memory is preferably a non-volatile electronic memory, e.g. a flash memory.
- the microcontroller 4 can also have specific function blocks that are already integrated as hardware functional units in the microcontroller 4, such as Analog / digital converters 51, 52, signal processors, digital input / output units and bus interfaces.
- the microcontroller 4 comprises two analog / digital converters 51, 52.
- the first A / D converter 51 is provided for digitizing a filtered scattered light signal BS ', which comes indirectly from the light receiver E of the scattered light arrangement SA.
- the second A / D converter 52 is provided for digitizing a photo signal PD output by the photodiode 6.
- the light transmitter S ie the light-emitting diode
- a frequency generator 46 with a pulsed signal sequence in the range from 0.25 to 2 MHz.
- the light emitting diode S in turn emits corresponding light pulses into the scattered light center SZ.
- the frequency generator 46 is driven on the input side via a logic block 40 of the control unit 4 by means of a clock signal f clock , the frequency generator 46 emitting a pulsed signal sequence with a predetermined number of pulses per clock cycle, for example in the range from 32 to 1000 pulses.
- the clock signal f clock output by the logic block 40 has a frequency in the range from 0.1 to 1 Hz.
- the photodiode E provided for scattered light detection is followed by a transimpedance amplifier 62, which converts the photocurrent generated by the photodiode E into a suitable measurement voltage for further signal processing.
- This amplified scattered light signal BS is finally fed to a bandpass filter 56, which is implemented as a digital filter.
- This bandpass filter 56 only allows the high-frequency signal components in the unfiltered scattered light signal BS to pass, which roughly correspond to the high-frequency pulsed signal sequence. As a result, low-frequency optical interference signals are effectively suppressed.
- the clock signal f clock is also fed to the first A / D converter 51, which then converts the currently applied filtered scattered light signal BS 'into a digital value.
- the digitized scattered light signal BS ' is then fed to a (digital) evaluation filter 41 along the optical path.
- the weighting filter 41 is preferably a digital low-pass filter, which carries out a certain signal smoothing or averaging. However, this filtering requires a delayed filter response at the output of the evaluation filter 41 analogous to a filter time constant in the case of a low pass.
- the output signal of the evaluation filter 41 which is not further specified, is subsequently fed to a comparator 44, which compares it with an alarm threshold LEV, which corresponds to a minimum smoke concentration value for the fire alarm. If the filter output signal exceeds this comparison value LEV, a fire alarm AL is output, e.g. to a higher-level fire alarm center.
- the microcontroller 4 is also set up to analyze the photo signal PD received by the photodiode 6 for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and, depending on this, to accelerate the output of a possible fire alarm.
- the spectral signal analysis can be carried out, for example, by means of a digital Fourier transformation or by means of a wavelet analysis. Technically, this is accomplished on the one hand by the flicker frequency detector 42 function block.
- the flicker indicator F can be, for example, a binary value, such as 0 or 1, or a digital value, such as in the value range from 0 to 9.
- the value 0 can, for example, be the absence of flicker frequencies and the value 1 corresponding to that in the binary case Represent existence. In the digital case, the value 0 can represent, for example, the absence of flickering frequencies.
- the values 1 to 9 can, for example, indicate the presence of flicker frequencies, high numerical values indicating high flicker frequency levels and low numerical values indicating low flicker frequency levels.
- the digitized, filtered scattered light signal BS ' is more quickly present at the evaluation filter 41 for further processing.
- the evaluation filter 41 responds more quickly by reducing the filter time constant T filter , so that an actual increase in the filtered scattered light signal BS 'also leads to a faster fire alarm AL.
- the sampling rate can be increased and / or the filter time constant T filter decreased, for example for the digital case of the flicker indicator F depending on its value range.
- the logic block 40 can be programmed so that the alarm threshold LEV is lowered depending on the flickering indicator F, e.g. 10%, 20%, 30% or 50%. This results in an accelerated output of a fire alarm for the fire that is likely to occur due to the detected flicker frequency.
- FIG 7 shows a second functional block diagram of a detector control unit 4 with input-side detection and evaluation of a scattered light / photo signal BS from a common photodiode 6 'and with night detection according to the invention.
- the control unit 4 is set up to analyze the scattered light / photo signal BS, PD received by the common photodiode 6 'in time-separated phases.
- the control unit 4 analyzes the signal level of the filtered scattered light / photo signal BS 'to determine whether it is impermissibly high. Alternatively or additionally, it analyzes whether this signal level rises excessively quickly.
- control unit 4 is set up to analyze the received scattered light / photo signal BS, PD in a respective second phase, to which the second clock signal f clock2 is assigned, for the presence of characteristic flicker frequencies.
- the received scattered light / photo signal BS, PD first passes through a low-pass filter 57, in particular to suppress the high-frequency signal components that come indirectly from the clock generator 46.
- the signal at the output of the low-pass filter 57 is fed to an A / D converter 52, which converts this signal into corresponding digital values for the subsequent flicker frequency detector 42.
- phase-shifted control of the two A / D converters 51, 52 is only necessary in the context of the fire analysis.
- both A / D converters 51, 52 can also be controlled simultaneously, which can be advantageous for the power consumption in accordance with the respective concept.
- the control unit 4 additionally comprises a night detection function block 43 in order to lower an alarm threshold LEV for the output of a possible fire alarm AL in accordance with the invention depending on the brightness determined in the vicinity of the fire detector.
- Control unit 4 determines a second DC component H / D from received scattered light / photo signal BS, PD, which represents a long-term averaged brightness value. It monitors this second DC component H / D for falling below a minimum brightness value and then, depending on this, reduces the alarm threshold LEV for the output of a possible fire alarm AL.
- the night detection block 43 has a digital low-pass filter with a corner frequency in the range from 0 to 0.1 for the determination of the second direct component H / D.
- the night detection block 43 is supplied with the stray light / photo signal which has already been pre-filtered by the low-pass filter 57 and digitized by means of the A / D converter 52.
- the second DC component H / D can represent a binary brightness value for light or dark. It preferably represents a digital value, e.g. a lux value with a graded range of values.
- the logic block 40 is now programmed in such a way that the alarm threshold LEV is lowered in particular when the second DC component H / D falls below a minimum brightness value, e.g. a value of 1 lux.
- a minimum brightness value e.g. a value of 1 lux.
- This exemplary value corresponds to a dark to very dim environment. In such an environment, less optical interference from the detector environment can be expected than during the day.
- the LEV alarm threshold can be lowered by assuming minor disturbances from the detector environment. The more sensitive setting accelerates the output of a fire alarm, since the reduced alarm threshold LEV is now exceeded more quickly by the output signal of the evaluation filter 41.
- FIG 8 shows a third functional block diagram of a control unit 4 as an exemplary embodiment for the offset compensation according to the invention for the photodiode 6 '.
- the present circuit arrangement thus schematically represents a transimpedance converter known per se, which converts the photocurrent generated by the photodiode 6 'into a proportional photo voltage at the output of the operational amplifier 63. Override of the transimpedance amplifier is advantageously prevented by the offset compensation.
- the circuit arrangement in the FIG 8 shows in detail a control loop for offset compensation according to the invention.
- the control circuit comprises the operational amplifier 63 as a comparison element, a downstream low-pass filter 57 with a corner frequency of 20 Hz, which is an example here, a following A / D converter 52, a controller implemented by the logic block 40, which on the input side connects to the output of the A / D Converter 52 is connected, a digital / analog converter 58 following the controller and a voltage-controlled current source, not further designated, following the D / A converter 58.
- the latter acts as a feedback of the control loop on the inverting input of the transimpedance converter or operational amplifier 63.
- an essentially DC-free scattered light / photo signal AC is present at the output of the operational amplifier 63.
- this signal AC is fed to a bandpass filter 56 which is tuned to the carrier or clock frequency of the frequency generator 46.
- the scattered light / photosignal BS 'thus filtered is then, as already described above, output to an A / D converter 51, which feeds the corresponding digitized values to a downstream evaluation filter 41 for fire analysis.
- the scattered light / photo signal AC which is essentially free of direct components, is fed to a low-pass filter 57 with an exemplary corner frequency of 20 Hz.
- the signal present at the filter output forms the control deviation RA of the control loop.
- This is fed to the A / D converter 52, which converts the signal of the control deviation RA into corresponding digital values of the control deviation RA '.
- a subsequent controller implemented in software in logic block 40 determines a first DC component OFFSET for the offset compensation of the received scattered light / photo signal BS, PD, depending on the level of control deviation RA '.
- This first DC component OFFSET converts a downstream D / A converter 58 into a DC voltage, by means of which a subsequent voltage-controlled current source is controlled.
- the latter causes, via the inverting input of the operational amplifier 63, that this first DC component OFFSET is subtracted from the received scattered light / photo signal BS, PD, in order to finally generate the essentially DC-free scattered light / photo signal AC.
- the control loop is now closed.
- the output signal of the A / D converter 52 is again fed to a flicker frequency block 42 for the detection of flicker frequencies characteristic of open fire.
- the logic block 40 is also set up or programmed to compare the determined first DC component OFFSET with a predetermined override value and to output a fault message ST if the determined first DC component OFFSET exceeds the override value for a predetermined minimum time.
- FIG. 9 shows an exemplary scattered light smoke detector 1 of the closed type as a fire detector with an optical measuring chamber 10 and with a photodiode 6 for ambient light for the detection of open fire according to the invention in a sectional view.
- the detector 1 has a housing 2, which is composed of a base body 21 and a detector hood 22. With the base body 21, the detector 1 can then preferably be detachably attached to a detector base 11 mounted on a ceiling. Both housing parts 21, 22 are usually made of a light-tight plastic housing.
- a circuit carrier 3 is accommodated in the interior of the detector 1.
- a transmitter S typically an LED
- a receiver E typically a photodiode
- SZ denotes the scattered light center SZ or measurement volume formed by the scattered light arrangement SA for optical smoke detection.
- the scattered light arrangement SA is surrounded by a labyrinth and together with it forms the optical measuring chamber 10.
- the latter thus forms a fire sensor 10.
- OF also designates a circumferential smoke inlet opening and N denotes an insect screen.
- N denotes an insect screen.
- thermistors 5 In the area of the smoke inlet opening OF there are two opposite thermistors 5 for detecting the ambient temperature as an additional fire parameter.
- a photodiode 6 Arranged inside the detector hood 22 is a photodiode 6, which lies opposite a recess AN on the outside of the detector hood 22. Through this recess AN, the photodiode 6 can "see through” the surroundings around the detector 1.
- the associated optical detection range of the photodiode 6 is designated by FOV. Open fire in this detection area FOV, symbolized by a flame symbol, can then be optically detected by the photodiode 6.
- the recess AN in the detector hood 22 is provided with a transparent cover AB for protection against contamination.
- the cover AB is preferably made of a translucent plastic. It can be equipped with a daylight filter. In the event of a detected fire, an AL fire alarm can be issued to a higher-level fire alarm control panel. A day / night identifier T / N can also be output.
- Z is the geometric central main axis of the detector 1.
- FIG 10 shows the example according to FIG. 9 in a plan view along the entered viewing direction X.
- the control unit 4 is now set up to analyze a photo signal received by the photodiode 6 for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and, depending on this, to accelerate the output of a possible fire alarm.
- it is already set up to monitor the photo signal for exceeding and falling below a minimum brightness level and to output it as a day / night identifier T / N, symbolized by a sun and moon symbol.
- the latter can be output to a higher-level control center, for example to extend or retract blinds or to switch lights on and off, for example.
- FIG 11 shows an embodiment of the fire detector 1 according to the invention with a common light guide 7 for ambient light detection by means of the photodiode 6 and as an indicator in the sense of a ready display.
- the photodiode 6 shown is preferably a silicon photodiode and in particular a silicon PIN photodiode.
- the photodiode 6 for the ambient light detection is now arranged on the circuit carrier 3. It is preferably applied adjacent to an indicator light-emitting diode LED likewise arranged on the circuit carrier 3.
- the light guide 7 is designed such that it has a first end opposite both the indicator light-emitting diode LED and the photodiode 6.
- the second end of the light guide 7 preferably projects through a central recess in the detector hood 22.
- ambient light can be detected through the light guide 7 by means of the photodiode 6.
- light of the indicator light-emitting diode LED can be coupled out through the light guide 7 at the second end of the light guide 7 in the opposite way.
- the indicator light-emitting diode LED becomes cyclical, e.g. activated every 30 seconds to send an optically visible pulse to indicate that fire detector 1 is ready for operation.
- the second end of the light guide 7 is designed as an optical lens L. This makes it possible to detect ambient light from a larger optical detection area FOV. In addition, the ready display of the fire detector 1 can be seen in a larger solid angle range.
- the light guide 7 is preferably in one piece and made of a transparent plastic.
- FIG 12 shows the example according to FIG 11 in a top view along the in FIG 11 registered viewing direction XII.
- the central arrangement of the second end of the light guide 7 can be seen in particular.
- FIG. 13 shows a functional block diagram of a detector control unit 4 with an evaluation filter 41 with an adjustable time constant T filter in order to accelerate the output of a possible fire alarm according to the invention.
- the functional blocks 40-44 shown are preferably implemented as software, i.e. as program routines carried out by a processor-based control unit, e.g. by a microcontroller.
- the program routines are loaded in a memory of the microcontroller 4.
- the memory is preferably a non-volatile electronic memory, e.g. a flash memory.
- the microcontroller 4 can also have specific function blocks that are already integrated as hardware functional units in the microcontroller 4, such as Analog / digital converter 51 - 53, signal processors, digital input / output units and bus interfaces.
- a scattered light arrangement SA can be seen as part of the optical measuring chamber or the fire sensor.
- the scattered light arrangement SA has a transmitter S and receiver E. Both are aligned to a common scattered light center SZ as the measuring volume and spectrally coordinated.
- the transmitter S is in particular a light emitting diode.
- the receiver E is a photosensor and preferably a photodiode.
- the light-emitting diode is designed in particular to emit monochromatic infrared light, preferably in the range from 860 to 940 nm ⁇ 40 nm, and / or from monochromatic ultraviolet light, preferably in the range from 390 to 460 nm ⁇ 40 nm.
- Scattered light which originates from particles to be detected such as smoke particles in the scattered light center SZ, can then be detected by the receiver E.
- the scattered light level or the amplitude of the scattered light signal BS is a measure of the concentration of the detected particles.
- the scattered light signal BS is preferably amplified beforehand by means of an amplifier 62, in particular by means of a transimpedance amplifier.
- the logic block 40 of the control unit 4 outputs a pulsed clock signal f clock .
- This is amplified by a further amplifier 61 and fed to the light emitting diode S.
- the clock signal f clock is typically cyclical. It preferably has a pulse width in the range from 50 to 500 ⁇ s and a clock frequency in the range from 0.1 to 2 Hz.
- this clock signal f clock is fed to an assigned analog / digital converter 51.
- the microcontroller 4 comprises, for example, three analog / digital converters 51-53.
- the first A / D converter 51 is used to digitize the scattered light signal BS from the fire sensor, ie here from the optical measuring chamber.
- the second A / D converter 52 is provided for digitizing a photo signal PD, which is provided by a photodiode 6 for surrounding ambient light in the (immediate) environment of the detector 1.
- the photo signal PD is preferably amplified beforehand by means of an amplifier 61, typically by means of a transimpedance amplifier.
- the third A / D converter 53 is provided for digitizing a temperature signal TS, which is output by an NTC as a temperature sensor 5 for detecting the ambient temperature UT in the (immediate) environment of the detector 1.
- the digitized scattered light signal is then fed to a (digital) evaluation filter 41 along the optical path.
- the weighting filter 41 is preferably a digital low-pass filter, which carries out a certain signal smoothing or averaging. However, this filtering requires a delayed filter response at the output of the evaluation filter 41 analogous to a filter time constant in the case of a low pass.
- the output signal of the evaluation filter 41 which is not further specified, is subsequently fed to a comparator 44 which compares it with an alarm threshold LEV, such as e.g. with a minimum concentration value for the alarm. If the filter output signal exceeds this comparison value LEV, a fire alarm AL is output, e.g. to a higher-level fire alarm center.
- the microcontroller 4 is also set up to analyze the photo signal PD received by the photodiode 6 for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and, depending on this, to accelerate the output of a possible fire alarm.
- the spectral signal analysis can be carried out, for example, by means of a digital Fourier transformation or by means of a wavelet analysis.
- this is accomplished on the one hand by the flicker frequency detector 42 function block.
- this outputs a flickering indicator F to a logic block 40, which then increases the sampling rate of the A / D converter 51 for digitizing the scattered light signal BS and / or reduces the filter time constant T filter .
- the flicker indicator F can be, for example, a binary value, such as 0 or 1, or a digital value, such as in the value range from 0 to 9.
- the value 0 can, for example, be the absence of flicker frequencies and the value 1 corresponding to that in the binary case Represent existence.
- the value 0 can represent, for example, the absence of flickering frequencies.
- the values 1 to 9 can, for example, indicate the presence of flicker frequencies, high numerical values indicating high flicker frequency levels and low numerical values indicating low flicker frequency levels.
- the evaluation filter 41 responds more quickly by reducing the filter time constant T filter , so that an actual increase in the scattered light level BS also leads to a faster fire alarm AL.
- the sampling rate f clock rate and / or the filter time constant T filter can be increased, for example for the digital case of the flicker indicator F, depending on its value range.
- the logic block 40 can also be programmed such that the alarm threshold LEV is lowered when a light / dark indicator H / D, which is provided by the function block 43 of the microcontroller 4, falls below a minimum brightness value.
- a minimum brightness value is, for example, 0.1 lux, 1 lux or 5 lux. These exemplary values correspond to a dark to very dim environment.
- the value for the alarm threshold LEV can, for example, be reduced by 10%, 20, 30% or 50%.
- the alarm threshold LEV can also be lowered.
- the more sensitive setting results in an accelerated output of a fire alarm in that the reduced alarm threshold LEV is exceeded more quickly by the output signal of the evaluation filter 41.
- the day / night detection is carried out by low-pass filtering the photo signal PD with a time constant of less than 1 Hz, in particular less than 0.1 Hz.
- control unit 4 is connected to a thermistor 5 (NTC) for detecting the ambient temperature UT in the immediate area around the fire detector.
- NTC thermistor 5
- the control unit 4 is set up according to the invention to take the detected ambient temperature UT into account in the fire analysis. As a result, a fire can be detected even more reliably in the sense of a multi-criteria fire detector.
- the temperature signal TS output by the thermistor 5 is converted by the third A / D converter 53 into digital temperature values T, which are then taken into account by the logic block 40 of the control unit 4 in the fire analysis.
- FIG 14 shows an exemplary thermal detector 1 with a temperature sensor 5 and with a photodiode 6 for detecting ambient light for the detection of open fire according to the invention in a sectional view.
- the detector 1 has a housing 2, which is composed of a base body 21 and a detector hood 22. With the base body 21, the detector 1 can then preferably be detachably attached to a detector base mounted on a ceiling. Both housing parts 21, 22 are usually made of a light-tight plastic housing. A central opening is provided in the detector hood 22, in which a thermistor 5 is mounted as a temperature sensor, protected against possible mechanical influences. The central arrangement enables direction-independent detection of the ambient temperature UT in the immediate vicinity of detector 1 (see also FIG. 15 ). A circuit carrier 3 is also accommodated in the interior IR of the detector 1, on which the photodiode 6 is arranged in addition to a microcontroller 4 as a control unit.
- the photodiode 6 there is a recess AN in the detector hood 22, through which the photodiode 6 can "see through” the surroundings around the detector 1.
- the associated optical detection range of the photodiode 6 is designated by FOV. Open fire in this detection area FOV, symbolized by a flame symbol, can then be optically detected by the photodiode 6.
- the recess AN in the detector hood 22 is provided with a transparent cover AB for protection against contamination.
- the cover AB is preferably made of a translucent plastic. You can also use a daylight filter be provided or have such. In the event of a detected fire, a fire alarm AL and a day / night identifier T / N, symbolized by an arrow, can be output.
- FIG. 15 shows the example according to FIG 14 in a top view along the in FIG 14 registered line of sight.
- Z is the geometric central main axis of the detector 1.
- control unit 4 is now set up to analyze a photo signal received by the photodiode 6 for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and, depending on this, to accelerate the output of a possible fire alarm. It is also set up to monitor the photo signal for exceeding and falling below a minimum brightness level and to output it as a day / night identifier T / N, symbolized by a sun and moon symbol, e.g. to a higher-level headquarters.
- FIG 16 shows a first embodiment of the fire alarm 1 according to the invention with a contactless temperature sensor 5 having a thermopile 50 sensitive to heat radiation W in the infrared range as the heat radiation sensor.
- thermopile 50 is arranged in the detector housing 2 on the circuit carrier 3 and is optically aligned with the inside IS of the detector hood 22 in order to detect the ambient temperature UT.
- the optically detected surface on the inside IS of the detector hood 22 is in the FIG 16 referred to as the measuring surface M.
- thermopile 50 is again arranged centrally in the detector housing 2 in order to enable the ambient temperature UT in the immediate vicinity of the detector 1 to be detected as independently of the direction as possible.
- the detector hood 22 is formed in the central region 23 of the inside IS in such a way that it thermally conducts to an opposite region of the outside of the detector hood 22 that the housing temperature T which arises on the inside IS follows the ambient temperature UT on the opposite region of the detector hood 22.
- the wall thickness in the central area 23 can be reduced, for example to half a millimeter.
- this central area 23 can be thermally insulated from the rest of the surrounding detector hood 22. In most cases, no change in the wall thickness of the detector hood 22 will be necessary.
- the current ambient temperature UT or the housing temperature T following this is arithmetically derived from the thermal radiation value detected by the thermal radiation sensor 50 according to the pyrometric measuring principle.
- the emissivity for the heat radiation W from the measuring surface M is included in the calculation. This value can be determined by measurement and is typically in the range from 0.75 to 0.9. The following applies: the blacker the measurement surface, the greater the emissivity. An emissivity of 1.0 corresponds to the theoretically maximum achievable value for a black radiator.
- the computational determination can be carried out by a microcontroller integrated in the Thermopile 50, which outputs the currently determined temperature value on the output side and thus represents a non-contact temperature sensor.
- the thermopile 50 can only output a current heat radiation value, which is then detected by the microcontroller 4 of the fire detector 1 and processed further for the mathematical determination of the current temperature value.
- the associated emissivity is preferably stored in the microcontroller 4.
- FIG 17 shows a second embodiment of the fire detector 1 according to the invention with a common light guide 7 for ambient light detection by means of the photodiode 6 and as an indicator in the sense of a ready display.
- an indicator light-emitting diode LED is arranged adjacent to the photodiode 6 on the circuit carrier 6.
- the light guide 7 is designed such that it has a first end opposite both the indicator light-emitting diode LED and the photodiode 6.
- the second end of the light guide 7 preferably projects through a central recess in the detector hood 22.
- ambient light can be detected through the light guide 7 by means of the photodiode 6.
- light of the indicator light-emitting diode LED can be coupled out through the light guide 7 at the second end of the light guide 7 in the opposite way.
- the indicator light-emitting diode LED is typically cyclically used to emit an optically visible pulse, e.g.
- the second end of the light guide 7 is designed as an optical lens L. This makes it possible to detect ambient light from a larger optical detection area FOV. In addition, the ready display of the fire detector 1 can be seen in a larger solid angle range.
- the light guide 7 is preferably in one piece and made of a transparent plastic.
- the photodiode 6 shown is preferably a silicon photodiode and in particular a silicon PIN photodiode.
- such a photodiode specially manufactured for light detection can be dispensed with.
- the first end of the light guide 7 is only opposite the indicator light-emitting diode LED. The light coupling out of the LED light takes place again at the second end of the light guide 7 in the vicinity of the fire detector 1.
- the indicator light-emitting diode LED is now provided for ambient light detection, since in principle every light-emitting diode is also suitable for the detection of ambient light, albeit with significantly lower efficiency.
- the indicator light-emitting diode LED is alternately switched into an operating mode for generating light and into an operating mode as a photodiode (see the explanations below in the FIG 20 ).
- the fire detector 1 has, for example, two opposing temperature sensors 5 for detecting the ambient temperature UT.
- FIG 18 shows a functional block diagram of a detector control unit 4 with an evaluation filter 41 with adjustable filter time in order to accelerate the output of a possible fire alarm.
- the functional blocks 40-44 shown are preferably implemented as software, i.e. as program routines carried out by a processor-based control unit, e.g. by a microcontroller.
- the program routines are loaded in a memory of the microcontroller 4.
- the memory is preferably a non-volatile electronic memory, e.g. a flash memory.
- the microcontroller 4 can also have specific function blocks that are already integrated as hardware functional units in the microcontroller 4, such as Analog / digital converters 51, 52, signal processors, digital input / output units and bus interfaces.
- the microcontroller 4 comprises, by way of example, two analog / digital converters 51, 52 in order to generate a current temperature signal BS from the fire sensor 5, i.e. digitized here by an NTC, and a photosignal PD by a photodiode 6.
- the digitized temperature signal is then fed to a (digital) evaluation filter 41 along the thermal path.
- the weighting filter 41 is preferably a digital low-pass filter, which carries out a certain signal smoothing or averaging. However, this filtering requires a delayed filter response at the output of the evaluation filter 41 analogous to a filter time constant in the case of a low pass.
- the output signal of the evaluation filter 41 which is not further specified, is subsequently fed to a comparator 44 which compares it with an alarm threshold LEV, such as e.g. with a temperature value for 65 °. If the filter output signal exceeds this comparison value LEV, a fire alarm AL is output, e.g. to a higher-level fire alarm center.
- LEV alarm threshold
- the microcontroller 4 is also set up to analyze the photo signal PD received by the photodiode 6 for the presence of flickering frequencies characteristic of open fire and, depending on this, to accelerate the output of a possible fire alarm.
- the spectral signal analysis can be carried out, for example, by means of a digital Fourier transformation or by means of a wavelet analysis.
- this is accomplished on the one hand by the flicker frequency detector 42 function block.
- this outputs a flickering indicator F to a logic block 40, which then increases the sampling rate f clock of the A / D converter 51 for digitizing the temperature signal BS and / or reduces the filter time constant T filter .
- the flicker indicator F can be, for example, a binary value, such as 0 or 1, or a digital value, such as in the value range from 0 to 9.
- the value 0 can, for example, be the absence of flicker frequencies and the value 1 corresponding to that in the binary case Represent existence.
- the value 0 can represent, for example, the absence of flickering frequencies.
- the values 1 to 9 can, for example, indicate the presence of flicker frequencies, high numerical values indicating high flicker frequency levels and low numerical values indicating low flicker frequency levels.
- the weighting filter 41 speaks by reducing the filter time constant T filter on faster, so that an actual rise in the temperature signal BS also leads to a faster fire alarm AL.
- the sampling rate f clock rate and / or the filter time constant T filter can be increased, for example for the digital case of the flicker indicator F, depending on its value range.
- the logic block 40 can be programmed to lower the alarm threshold LEV, e.g. from 65 ° to 60 °. This results in an accelerated output of a fire alarm for the fire that is likely to occur due to the detected flicker frequency.
- the logic block 40 can also be programmed such that the alarm threshold LEV is lowered in particular when a light / dark indicator H / D provided by the function block 43 of the microcontroller 4 falls below a minimum brightness value, such as e.g. a value of 1 lux.
- a minimum brightness value such as e.g. a value of 1 lux.
- This exemplary value corresponds to a dark to very dim environment. In such an environment, less thermal disturbances from the detector environment can be expected than during the day, e.g. with the temperature fluctuations described at the beginning.
- the LEV alarm threshold can be lowered by assuming minor disturbances from the detector environment. The more sensitive setting accelerates the output of a fire alarm, since the reduced alarm threshold LEV is now exceeded more quickly by the output signal of the evaluation filter 41.
- the day / night detection is carried out by low-pass filtering the photo signal PD with a time constant of less than 1 Hz, in particular less than 0.1 Hz.
- FIG 19 shows a second functional block diagram of a detector control unit 4 with a temperature sensor 5 with thermopile 50 according to the invention.
- the current ambient temperature UT or the housing temperature T following this is determined with a temperature calculation block 54 of the microcontroller 4.
- the latter is supplied with a digitized heat signal WS by means of an A / D converter 51 from a thermopile 50 as an example of a heat radiation sensor.
- the emissivity for the heat radiation W in the infrared range of the measuring surface M is included in the calculation.
- FIG 20 shows a third functional block diagram of a detector control unit 4 in addition to alternately actuating an indicator light-emitting diode LED and for detecting the ambient light by means of the indicator light-emitting diode LED, switched in an operating mode as a photodiode 5 according to the invention.
- the logic block 40 alternately controls a switching unit 55 via a switching signal US, so that in a first phase the indicator light-emitting diode LED can be controlled with a current signal IND by a pulse generation unit 45 for brief lighting, such as every 30 seconds.
- the logic block 40 controls the switchover unit 55 in such a way that the low photo signal PD is fed from the indicator light-emitting diode LED to an amplifier 60.
- Amplifier 60 is preferably a transimpedance amplifier.
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Description
- Brandmelder mit einer Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht, um davon abhängig die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen.
Die Erfindung betrifft einen Brandmelder, insbesondere einen offenen und geschlossenen Streulichtrauchmelder sowie einen thermischen Melder. Derartige Melder weisen einen Brandsensor auf, wie z.B. einen Lichtsender und Lichtempfänger in einer Streulichtanordnung mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders im Freien liegenden Streulichtzentrum. Auch kann der Brandsensor eine in einem Meldergehäuse angeordnete, gegenüber Umgebungslicht abgeschirmte und für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer sein. Weiterhin kann der Brandsensor einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen. Ein solcher Temperatursensor kann z.B. ein temperaturabhängiger Widerstand (Thermistor) sein, wie z.B. ein sogenannter NTC oder PTC, oder ein kontaktlos arbeitender Temperatursensor mit einem Thermopile oder Mikrobolometer.
Weiterhin umfasst der Brandmelder eine Steuereinheit, vorzugsweise einen Mikrocontroller. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein vom Brandsensor empfangenes Sensorsignal auf zumindest eine charakteristische Brandkenngröße hin zu analysieren, zu bewerten und bei einem detektierten Brand einen Brandalarm auszugeben.
Eine charakteristische Brandkenngröße ist z.B. bei einem Streulichtrauchmelder das Überschreiten eines Mindeststreulichtpegels, welcher mit einer Rauchpartikelkonzentration korreliert. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein unzulässig hoher Pegelanstieg des Streulichts eine charakteristische Brandkenngröße sein. Im Falle eines thermischen Melders ist eine charakteristische Brandkenngröße z.B. das Überschreiten einer Mindesttemperatur in der (unmittelbaren) Umgebung des Brandmelders, wie z.B. von mindestens 60°C, 65°, 70°C oder 75°C. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein unzulässig hoher Temperaturanstieg eine charakteristische Brandkenngröße sein, wie z.B. von mindestens 5°C pro Minute oder von mindestens 10°C pro Minute. - Offene Streulichtrauchmelder sind z.B. aus der
EP 2093734 A1 und derEP 1039426 A2 bekannt. Aus derWO 2010/100288 A1 ist ebenfalls ein offener Streulichtmelder bekannt, der das empfangene Photosignal auf das Vorhandensein von Flackerfrequenzen hin analysiert.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Flammenmelder bekannt, wie z.B. aus derDE 10 2011 083 455 A1 oder aus derEP 2 251 846 A1 . Derartige Flammenmelder sind speziell zur Detektion von offenem Feuer sowie zum Ausgeben eines Alarms in weniger als einer Sekunde eingerichtet. Sie umfassen zumeist zwei oder mehrere Pyrosensoren als Strahlungssensoren. Derartige Sensoren sind zur Detektion von charakteristischen Flackerfrequenzen offenen Feuers, das heißt von Flammen und lodernder Glut, im Infrarotbereich und ggf. im sichtbaren und ultravioletten Bereich abgestimmt. Die Flackerfrequenzen liegen typischerweise in einem Bereich von 2 Hz bis 20 Hz. - Aus der
EP 1039426 A2 ist ein Smartphone mit einer Brandmelder-Applikation bekannt, die geeignete Programmschritte aufweist, um von einer internen Kamera erfasste Videobilddaten hinsichtlich zumindest einer für Feuer charakteristischen Information zu analysieren und bei Vorliegen derselben einen Alarm über eine Ausgabeeinheit auszugeben. Dieses Smartphone ist auch dazu eingerichtet, das empfangene Videosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und bei einer signifikanten Abweichung in zwei aufeinanderfolgenden Videobildern von einer ersten niedrigen Bildwiederholfrequenz auf eine zweite hohe Bildwiederholfrequenz umzuschalten. - Die Infrarot-Pyrosensoren sind typischerweise auf Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 4.0 bis 4.8 µm sensitiv. Diese spezifische Strahlung entsteht bei der Verbrennung von Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffen. Ein weiterer Pyrosensor ist für charakteristische Emissionen von Metallbränden im UV-Bereich sensitiv. Für den Einsatz im Freien können Flammenmelder zudem einen Strahlungssensor aufweisen, der auf Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 5.1 bis 6.0 µm sensitiv ist. Bei dieser Strahlung handelt es sich vornehmlich um Störstrahlung, wie z.B. um Infrarotstrahlung von heißen Körpern oder um Sonnenlicht. Auf Basis aller Sensorsignale ist dann eine zuverlässigere Bewertung möglich, d.h. ob es sich hier um offenes Feuer handelt oder nicht.
- Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brandmelder anzugeben, der mit geringem technischen Zusatzaufwand schneller und insbesondere zuverlässiger alarmiert.
- Die Aufgabe wird mit den Gegenständen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß weist der Brandmelder eine Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht in einem spektral begrenzten Bereich von 400 nm bis 1150 nm auf, d.h. von Umgebungslicht im optisch sichtbaren Bereich sowie im angrenzenden nahen UV- und Infrarotbereich. Die Steuereinheit ist zudem dazu eingerichtet, ein von der Photodiode empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms durch ein Erhöhen einer Abtastrate für die Erfassung des Sensorsignals vom Brandsensor, durch ein Herabsetzen einer Filterzeit eines Bewertungsfilters für die Brandanalyse und/oder durch ein Herabsetzen einer Alarmierungsschwelle zu beschleunigen. Die Filterzeit ist insbesondere eine Zeitkonstante oder eine Integrationszeit.
- Der Kern der Erfindung liegt somit in der Verwendung einer preisgünstigen Photodiode als "Mini-Flammenmelder", dessen qualitative Aussagekraft jedoch ausreicht und es rechtfertigt, die Ausgabe eines Brandalarms im Falle detektierter Flackerfrequenzen als Indiz für das Vorliegen eines Brandes zu beschleunigen.
- Es ist somit vorteilhaft eine beschleunigte, d.h. eine schnellere Ausgabe eines Brandalarms möglich, da in diesem Fall mit höherer Wahrscheinlichkeit von einem Brandfall ausgegangen werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn die charakteristischen Flackerfrequenzen für eine Mindestzeit, wie z.B. von 2, 5 oder 10 Sekunden, detektiert werden. Allerdings bedeutet dies nicht, dass nach dieser Mindestzeit eine Alarmierung erfolgt. Denn hierzu ist die Qualität des Photodiodensignals als viel zu mäßig zu betrachten im Vergleich zu den Sensorsignalen der spektral eng begrenzten Pyrosensoren in Verbindung mit einer komplexen, leistungsstarken Signalverarbeitung. Vielmehr erfolgt eine schnellere Verarbeitung des Brandsensorsignals, wie z.B. des Streulichtsignals, auf die wegen der sonst damit verbundenen Einbuße an Fehlalarmsicherheit verzichtet wird. Mit anderen Worten reagiert der Brandsensor bei Detektion von charakteristischen Flackerfrequenzen sensibler und schneller, was jedoch wegen der hohen Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines nachfolgenden Anstiegs des Streulichtpegels infolge eines Brandes vorteilhaft in Kauf genommen wird. Bleibt dann ein "erwarteter" Pegelanstieg im beispielhaften Fall der offenen Streulichtanordnung als Brandsensor aus, so erfolgt auch keine Brandalarmierung.
- Durch das Erhöhen der Abtastrate für die Erfassung des Brandsensorsignals, wie z.B. eines Streulicht-/Photosignals oder eines Temperatursensorsignals, ist vorteilhaft ein Anstieg dieses Brandsensorsignals schneller detektierbar und somit auch ein Brandalarm schneller ausgebbar.
- Durch das Herabsetzen der Filterzeit reagiert das Bewertungsfilter weniger träge. Da die Wahrscheinlichkeit eines eintretenden Brandereignisses bei Detektion der Flackerfrequenzen als hoch bzw. höher angenommen wird als sonst, kann zugunsten der Sicherheit ein Brandalarm vorteilhaft schneller ausgegeben werden. Dem Bewertungsfilter wird eingangsseitig das erfasste, vorzugsweise digitalisierte Sensorsignal vom Brandsensor zugeführt. Es ist vorzugsweise ein digitales Filter, welches als Softwareprogramm realisiert ist und durch den Mikrocontroller als Steuereinheit ausgeführt wird. Das digitale Filter ist vorzugsweise ein Tiefpass oder ein sogenanntes Schleppfilter. Hierbei erfolgt eine gewisse Mittelung der erfassten Sensorsignalwerte, sodass nicht unmittelbar bei der Detektion eines Brandes ein Brandalarm ausgegeben wird. Es wird vielmehr abgewartet, ob dieses Ereignis nicht sporadisch, sondern mehrmals hintereinander ansteht, um die Ausgabe eines Fehlalarms zu vermeiden
- Durch das Herabsetzen der Alarmierungsschwelle wird der Brandmelder sozusagen sensibler und weniger robust geschaltet. Dadurch wird die Alarmierungsschwelle vorteilhaft schneller erreicht und es wird folglich auch der Brandalarm schneller ausgegeben.
- Vorzugsweise wird die Ausgabe eines möglichen Brandalarms umso mehr beschleunigt, je höher der Pegel der detektierten Flackerfrequenzen ist. Die Beschleunigung kann z.B. in Abhängigkeit vom Flackerfrequenzpegel proportional, progressiv oder degressiv erfolgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich erst nach Überschreiten eines Mindestdetektionspegels erfolgen.
- Die Photodiode ist vorzugsweise eine Silizium-Photodiode und insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode. Ihr kann ein Tageslicht-Sperrfilter vorgeschaltet sein, das nur Licht in einem Bereich von 700 nm bis 1150 nm, insbesondere von 730 nm bis 1100 nm, passieren lässt. Der Zusatzaufwand für die Integration einer solchen Photodiode in einen Brandmelder ist somit schaltungstechnisch wie kostenmäßig sehr gering.
- Vorzugsweise ist der Photodiode ein Transimpedanzverstärker bzw. ein Transimpedanzwandler nachgeschaltet, welcher den durch die Photodiode erzeugten Photostrom in eine dazu proportionale Messspannung umwandelt. Der Photostrom ist seinerseits proportional zum empfangenen Lichtstrom. Dadurch lassen sich optische Störgrößen wie das Flackern von Leuchtstoffröhren oder auftreffendes Sonnenlicht vorteilhaft reduzieren. Eine derartige Photodiode, wie z.B. von der Fa. OSRAM (Typ BPW 34 FAS), ist i. Vgl. zu einem Pyrosensor besonders preisgünstig erhältlich.
- Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, die Ausgabe eines möglichen Brandalarms alleinig auf Basis detektierter charakteristischer Flackerfrequenzen im empfangenen Photosignal hin zu unterdrücken bzw. zu unterbinden. Mit anderen Worten muss zumindest durch die Steuereinheit das Vorliegen einer charakteristischen Brandkenngröße im vom Brandsensor empfangenen Sensorsignal detektiert worden sein. Dadurch wird die Ausgabe eines möglichen Fehlalarms unterbunden, sollte das erwartete Brandereignis im Anschluss nicht durch den eigentlichen Brandsensor detektiert werden. Dies ist z.B. der Fall, wenn flackerndes Kerzenlicht durch die Photodiode als offenes Feuer erfasst wird, dies aber zu keiner nennenswerten Erhöhung des Streulichtpegels in der Umgebung des Brandmelders, in der in der optischen Messkammer des Brandmelders oder diese zu keiner nennenswerten Temperaturerhöhung in der Umgebung des Brandmelders führt.
- Einer Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein offener Streulichtrauchmelder. Letzterer weist ein Gehäuse, einen Schaltungsträger sowie einen Lichtsender und einen Lichtempfänger auf. Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind im Gehäuse angeordnet. Weiterhin sind der Lichtsender und der Lichtempfänger in einer Streulichtanordnung mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders insbesondere im Freien liegenden Streulichtzentrum angeordnet. Die Streulichtanordnung bildet mit dem Lichtsender und dem Lichtempfänger den Brandsensor. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein vom Brandsensor empfangenes Streulichtsignal, welches das Sensorsignal bildet, auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren. Vorzugsweise sind der Lichtsender und der Lichtempfänger auf dem Schaltungsträger angeordnet. Letzerer ist vorzugsweise im Gehäuse des Streulichtrauchmelders aufgenommen.
- Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind der Lichtempfänger für die optische Streulichtdetektion und die Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht als eine gemeinsame Photodiode realisiert. Der besondere Vorteil liegt in der Verwendung einer einzigen Photodiode sowohl für die Streulichtdetektion als auch für die Flammendetektion. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Brandmelders. Er ist zudem kostengünstiger herzustellen.
- Im Besonderen ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das von der gemeinsamen Photodiode empfangene Streulicht-/Photosignal in zeitlich getrennten Phasen zu analysieren. Hierzu ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal in einer jeweiligen ersten Phase auf einen unzulässig hohen Signalpegel und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit zu analysieren. Sie ist zudem dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal in einer jeweiligen zweiten Phase auf das Vorhandensein von charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren. Die beiden zeitlichen Phasen überlappen sich dabei nicht. Sie wiederholen sich vorzugsweise abwechselnd periodisch. Es können auch mehrere erste Phasen oder mehrere zweiten Phasen aufeinander folgen. Dies z.B. dann, wenn ein starker Anstieg des Streulichtsignals detektiert worden ist oder wenn eine Flackerfrequenz detektiert worden ist.
- Es wird in der jeweiligen ersten Phase der Lichtsender wiederholt, insbesondere periodisch, mit einer gepulsten Signalfolge zum Aussenden entsprechender Lichtimpulse angesteuert. Die Periode der gepulsten Signalfolge liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 Sekunden. Mit anderen Worten wird alle 1 bis 10 Sekunden eine gepulste Signalfolge ausgesendet. Die gepulste Signalfolge ist vorzugsweise ein rechteckiges Taktsignal, das den Lichtsender z.B. über einen Schalter im gleichen Takt ansteuert, sodass eine Folge von periodischen Lichtimpulsen im Lichtsender erzeugt wird. Darüber hinaus weist eine derartige gepulste Signalfolge eine Anzahl von Pulsen vorzugsweise im Bereich von 32 bis 1000 Pulsen auf. Die Dauer einer solchen Signalfolge selbst liegt im Bereich von 0.25 bis 2 Millisekunden. Somit liegt das Verhältnis der Signalfolgenperiode zur Zeitdauer einer Signalfolge selbst im Bereich von zwei bis drei Größenordnungen darüber. Die Dauer eines einzelnen Pulses selbst liegt typischerweise im Bereich von 0.25 bis 2 Mikrosekunden.
- Durch die signaltechnische Begrenzung des Lichtempfängers mittels eines ersten Filters, welches vorzugsweise auf dieselbe Taktsignalfrequenz der gepulsten Signalfolge abgestimmt ist, werden Lichtsignale mit anderen Frequenzen wirksam unterdrückt. Mit anderen Worten wird signaltechnisch nur gepulstes Streulicht von detektierten Partikeln wie Rauchteilchen bei der Detektion berücksichtigt. In der Praxis dient hierzu ein Bandpassfilter oder Hochpassfilter, das zumindest die Frequenzanteile im Photodioden- bzw. Streulichtsignal unterhalb der Taktsignalfrequenz unterdrückt. Die Filterfrequenz des Hochpassfilters bzw. die untere Filterfrequenz des Bandpassfilters liegt im Bereich von 250 kHz bis 2 MHz unter der Annahme, dass die Pulsdauer eines einzelnen Pulses im Bereich von 0.25 bis 2 Mikrosekunden liegt und dass das Takt- bzw. Lichtsignal rechteckig ist. Das so gefilterte Photodioden- bzw. Streulichtsignal wird anschließend einem A/D-Umsetzer zugeführt, der dieses Signal in entsprechende Digitalwerte zur weiteren Brandanalyse umsetzt.
- In der jeweiligen zweiten Phase ist der Lichtsender dunkelgesteuert. Die zweite Phase kann somit auch als Dunkelphase bezeichnet werden, in welcher der Lichtsender kein Licht aussendet. In dieser Phase werden die Frequenzanteile im Photodiodensignal des Lichtempfängers mittels eines zweiten Filters signaltechnisch begrenzt, wobei das zweite Filter ein Tiefpassfilter ist. Die Eckfrequenz des Tiefpassfilters ist derart bemessen, dass die in der jeweiligen zweiten Phase zu detektierenden Flackerfrequenzen im Bereich von 2 bis 20 Hz das Tiefpassfilter passieren können. Die Eckfrequenz, d.h. die Filterfrequenz des Tiefpassfilters, wird vorzugsweise auf eine Frequenz im Bereich von 20 Hz bis 40 Hz festgelegt, zumindest aber auf eine Frequenz von mindestens 20 Hz. Bei der Festlegung z.B. auf einen Wert von 40 Hz werden optische Lichtsignale z.B. von Leuchtstoffröhren oder Computermonitoren wirksam unterdrückt. Das so gefilterte Photodiodensignal wird anschließend einem weiteren A/D-Umsetzer zugeführt, der dieses Signal in korrespondierende Digitalwerte für die weitere Flackerfrequenzanalyse umsetzt.
- Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, einen ersten Gleichanteil aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal zu ermitteln, und zudem dazu eingerichtet, diesen ersten Gleichanteil vom empfangenen Streulicht-/Photosignal zu subtrahieren, um ein im Wesentlichen gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal zu erhalten.
- Dadurch wird der verbleibende höherfrequente Anteil im Streulicht-/Photosignal in den Arbeitsbereich für die Signalverarbeitung im Sinne eines Offsets verschoben. Ein mögliches Übersteuern dieser wird somit vorteilhaft vermieden. Die Signalverarbeitung kann z.B. einen Transimpedanzverstärker, Bandpass- oder Tiefpassfilter oder einen A/D-Umsetzer umfassen. Im einfachsten Fall wird das Streulicht-/Photosignal einem Tiefpassfilter zugeführt, dessen Eckfrequenz in einem Bereich von 1 bis 2000 Hz, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 150 Hz, liegt.
- Insbesondere ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den ermittelten ersten Gleichanteil mit einem vorgegebenen Übersteuerungswert zu vergleichen und eine Störmeldung auszugeben, falls der ermittelte erste Gleichanteil den Übersteuerungswert für eine vorgegebene Mindestzeit übersteigt.
- In diesem Fall ist die Photodiode einer derart hohen Helligkeit ausgesetzt, dass diese übersteuert. Eine zuverlässige optische Rauchdetektion ist unter diesen Umständen nicht mehr möglich. Durch die Ausgabe einer Störmeldung kann dann ein Benutzer zur Abhilfe aufmerksam gemacht werden.
- Der Übersteuerungswert kann z.B. auf die Beleuchtungsstärke der Photodiode bezogen sein, welcher die Photodiode bzw. die gemeinsame Photodiode ausgesetzt ist. Vorzugsweise liegt der vorgegebene Übersteuerungswert über 100.000 Lux. Der Wert von 100.000 Lux entspricht dabei einem hellen Sonnentag, wobei der Brandmelder bzw. die Photodiode dann direktem Sonnenlicht eines solchen hellen Sonnentags ausgesetzt ist. Die vorgegebene Mindestzeit für die Ausgabe der Störmeldung liegt vorzugsweise im Bereich von 10 Sekunden bis 10 Minuten.
- Einer weiteren Ausführungsform zufolge und unabhängig von der gemachten Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das von der (gemeinsamen) Photodiode ausgegebene Streulicht-/Photosignal auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen sowie davon abhängig eine Alarmierungsschwelle für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms herabzusetzen. Hierzu ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, einen zweiten Gleichanteil aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal zu ermitteln. Dieser repräsentiert einen langzeitgemittelten Helligkeitswert. Sie ist zudem dazu eingerichtet, diesen zweiten Gleichanteil auf ein Unterschreiten des Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen sowie davon abhängig die Alarmierungsschwelle für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms herabzusetzen.
- Wegen der sensibleren Einstellung des Brandmelders ist dann bei Dunkelheit, wie z.B. nachts, eine vorteilhaft schnellere Alarmierung möglich. Dies deswegen, da bei geringerer Helligkeit, wie z.B. bei Lux-Werten von weniger als 1 Lux, mit weniger Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen ist wie tagsüber. Derartige optische Störungen sind z.B. das Flackern von Leuchtstoffröhren oder auftreffendes Sonnenlicht auf den Brandmelder.
- Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein (ausschließlicher) Streulichtrauchmelder, welcher eine in einem Meldergehäuse angeordnete, gegenüber Umgebungslicht abgeschirmte und für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer als Brandsensor aufweist. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein von der optischen Messkammer empfangenes Streulichtsignal, welche das Sensorsignal bildet, auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm auszugeben.
- Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist der Brandmelder zumindest einen Temperatursensor, insbesondere einen Thermistor, zur Erfassung einer Umgebungstemperatur im unmittelbaren Bereich um den Brandmelder auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die erfasste Umgebungstemperatur bei der Brandanalyse mit zu berücksichtigen. Ein solcher Thermistor ist z.B. ein sogenannter NTC oder PTC. Der Temperatursensor kann auch ein kontaktlos arbeitender Temperatursensor mit einem Thermopile oder einem Mikrobolometer sein. Durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur kann im Sinne eines Multikriterien-Brandmelders noch zuverlässiger ein Brand detektiert werden. Dies ist z.B. bei einem rauchfreien Brand der Fall, wie z.B. bei einem Alkoholbrand. Dabei wird ein Brand nur durch die starke Zunahme der Umgebungstemperatur detektiert, während der Streulichtpegel nur geringfügig zunimmt.
- Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der Brandmelder ein (ausschließlicher) thermischer Melder mit einem Temperatursensor als Brandsensor. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, ein vom Temperatursensor als Sensorsignal empfangenes Temperatursignal auf eine unzulässige hohe Umgebungstemperatur als Brandkenngröße und/oder auf einen unzulässig hohen Temperaturanstieg als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm auszugeben. Wie eingangs beschrieben, kann ein solcher Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand (Thermistor) sein, wie z.B. ein NTC oder PTC.
- Nach einer besonderen Ausführungsform ist der Temperatursensor ein kontaktlos arbeitender Temperatursensor, der einen für Wärmestrahlung im Infrarotbereich empfindlichen Wärmestrahlungssensor umfasst. Letzterer ist beispielsweise eine Thermosäule oder ein Mikrobolometer. Insbesondere ist der Wärmestrahlungssensor nicht bildgebend. Mit anderen Worten weist dieser ein einziges Pixel auf. Weiterhin umfasst der Brandmelder ein Meldergehäuse mit einer Melderhaube, wobei der Wärmestrahlungssensor dann im Meldergehäuse angeordnet und zur rechnerischen Ableitung der Umgebungstemperatur optisch auf die Innenseite der Melderhaube ausgerichtet ist. Die Melderhaube ist im Bereich der Innenseite derart wärmeleittechnisch zu einem gegenüberliegenden Bereich der Außenseite der Melderhaube ausgebildet, dass die sich an der Innenseite einstellende Gehäusetemperatur der Umgebungstemperatur am gegenüberliegenden Bereich der Melderhaube folgt, insbesondere innerhalb weniger Sekunden, wie z.B. 5 Sekunden. Durch den im Meldergehäuse eingebauten Temperatursensor ist der Brandmelder weniger anfällig gegenüber Verschmutzungen. Zudem ist keine schaltungstechnisch und montagemäßig aufwändige Verlegung des Thermistors im Gehäuse erforderlich.
- Einer weiteren Ausführungsform des geschlossenen Streulichtrauchmelders und des thermischen Melders zufolge und unabhängig von der gemachten Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das von der Photodiode ausgegebene Photosignal auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen und dazu eingerichtet, eine Alarmierungsschwelle für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms herabzusetzen, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Wegen der sensibleren Einstellung des Brandmelders ist bei Dunkelheit, wie z.B. nachts, vorteilhaft eine schnellere Alarmierung möglich. Dies ist deswegen möglich, da bei geringerer Helligkeit, wie z.B. bei Lux-Werten von weniger als 1 Lux, mit weniger Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen ist wie tagsüber. Derartige Störungen sind z.B. das Anzünden von Kerzen, sich ausbreitender Rauch beim Kochen und Braten, oder das Anzünden eines Kamins.
- Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind die betrachteten Brandmelder leitungsgebunden oder drahtlos mit einer übergeordneten Zentrale verbunden. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, das Über- und Unterschreiten des Mindesthelligkeitspegels als Tag-/Nacht-Kennung an die Zentrale auszugeben. Dadurch kann übergeordnet gesteuert durch die Zentrale z.B. das Herabfahren von Jalousien oder die Reduzierung der Heizleistung im Gebäude veranlasst werden.
- Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- FIG 1
- eine spektrale Kennlinie einer Silizium-Photodiode mit und ohne vorgeschaltetem Tageslichtfilter,
- FIG 2
- ein Beispiel für ein von einer Photodiode empfangenes Photosignal mit charakteristischen Flackerfrequenzen für offenes Feuer,
- FIG 3
- das zum Photosignal gemäß
FIG 2 zugehörige Frequenzspektrum, - FIG 4
- beispielhaft einen offenen Streulichtmelder mit einem außerhalb des Melders liegenden Streulichtzentrum zur Rauchdetektion und mit einer Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung,
- FIG 5
- eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einer gemeinsamen Photodiode für die Rauchdetektion und für das Umgebungslicht,
- FIG 6
- ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit einstellbarer Zeitkonstante, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen.
- FIG 7
- ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit eingangsseitiger Erfassung und Auswertung eines Streulicht-/Photosignals von einer gemeinsamen Photodiode und mit einer Nachterkennung gemäß der Erfindung,
- FIG 8
- ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit als beispielhafte Ausführungsform für die erfindungsgemäße Offset-Kompensation der Photodiode,
- FIG 9
- einen beispielhaften Streulichtrauchmelder geschlossener Bauart als Brandmelder mit einer optischen Messkammer und mit einer Photodiode für Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
- FIG 10
- das Beispiel gemäß
FIG 9 in einer Draufsicht entlang der Blickrichtung IX, - FIG 11
- eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einem gemeinsamen Lichtleiter zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode und als Indikator im Sinne einer Betriebsbereitanzeige,
- FIG 12
- das Beispiel gemäß
FIG 11 in einer Draufsicht entlang der Blickrichtung XI, - FIG 13
- ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit einstellbarer Zeitkonstante, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen,
- FIG 14
- einen beispielhaften thermischen Melder mit einem Temperatursensor und mit einer Photodiode für Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung,
- FIG 15
- das Beispiel gemäß
FIG 14 in einer Draufsicht und in dortiger Blickrichtung XIV, - FIG 16
- eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einem kontaktlos arbeitenden Temperatursensor aufweisend einen für Wärmestrahlung im Infrarotbereich empfindlichen Thermopile als Wärmestrahlungssensor,
- FIG 17
- eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders mit einem gemeinsamen Lichtleiter zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode und als Indikator im Sinne einer Betriebsbereitanzeige,
- FIG 18
- ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Bewertungsfilter mit einstellbarer Zeitkonstante, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen.
- FIG 19
- ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit mit einem Temperatursensor mit Thermopile gemäß der Erfindung, und
- FIG 20
- ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit zusätzlich zum wechselweisen Ansteuern einer Indikator-Leuchtdiode sowie zur Erfassung des Umgebungslichts mittels der Indikator-Leuchtdiode LED, geschaltet in einer Betriebsart als Photodiode gemäß der Erfindung.
-
FIG 1 zeigt eine spektrale Kennlinie einer Silizium-PIN-Photodiode mit und ohne vorgeschaltetem Tageslichtfilter. Die maximale, auf 100% normierte spektrale Empfindlichkeit SRel liegt bei einer Lichtwellenlänge λ von ca. 900 nm, also im nahen Infrarotbereich. Die durchgezogene Kennlinie zeigt die spektrale Empfindlichkeit SRel einer Silizium-PIN-Photodiode mit vorgeschaltetem Tageslichtfilter. Dabei wird Licht mit einer Wellenlänge λ von weniger als 730 nm unterdrückt. Der gestrichelte Ast der Kennlinie zeigt dagegen die spektrale Empfindlichkeit SRel der Silizium-PIN-Photodiode ohne Tageslichtfilter. -
FIG 2 zeigt ein Beispiel für ein von einer Photodiode 6 empfangenes Photosignal PD mit charakteristischen Flackerfrequenzen für offenes Feuer gemessen in Millivolt. Es wird dabei die an der Photodiode 6 erzeugte Photospannung als Photosignal PD gemessen. Die Messung erfolgte über einen Zeitraum von 4 Sekunden und zeigt zyklische Spannungsspitzen im Bereich von 20 bis 30 mV, die mit dem Flackern der Flammen von offenem Feuer korrelieren. -
FIG 3 zeigt das zum Photosignal PD gemäßFIG 2 zugehörige Frequenzspektrum. Mit A ist die spektrale Amplitude bezeichnet, gemessen in dB und aufgetragen über der Frequenz f in Hertz. Betrachtet man nur den für das Flackern maßgeblichen Frequenzbereich von mindestens 2 Hz, so erkennt man die reziproke Abnahme der Amplitude für zunehmende Frequenzen ab 2 Hz. Das gezeigte Spektrum ist typisch und signifikant für offenes flackerndes Feuer. -
FIG 4 zeigt beispielhaft einen offenen Streulichtmelder 1 mit einem außerhalb des Melders 1 liegenden Streulichtzentrum SZ für die Rauchdetektion und mit einer Photodiode 6 zur Erfassung von Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung. - Im vorliegenden Beispiel weist der Melder 1 ein Gehäuse 2 auf, welches sich aus einem Grundkörper 21 und einer Melderhaube 22 zusammensetzt. Mit dem Grundkörper 21 kann dann der Melder 1 vorzugsweise lösbar an einem an einer Decke montierten Meldersockel angebracht werden. Beide Gehäuseteile 21, 22 sind üblicherweise aus einem lichtdichten Kunststoffgehäuse hergestellt. Im bzw. am Gehäuse 2 ist ein Schaltungsträger 3 aufgenommen, auf dem ein Lichtsender S in Form einer Leuchtdiode, ein Lichtempfänger E in Form eines Photosensors und ein Mikrocontroller 4 als Steuereinheit appliziert sind. Der Photosensor E ist vorzugsweise eine Photodiode. Lichtsender S und Lichtempfänger E sind somit einerseits im Gehäuse 2 angeordnet. Andererseits sind sie auch in einer Streulichtanordnung SA mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders 1 im Freien liegenden Streulichtzentrum SZ angeordnet. Dabei bildet die Streulichtanordnung SA zusammen mit dem Lichtsender S und dem Lichtempfänger E den eigentlichen Brandsensor.
- Für die Rauchdetektion im Freien sind zwei Öffnungen in der Melderhaube 22 vorhanden. Durch die erste Öffnung gelangt ein vom Lichtsender S ausgesandtes Lichtbündel nach außen. Auf umgekehrtem Weg gelangt das Streulicht von den zu detektierenden Rauchteilchen durch die zweite Öffnung zum Lichtempfänger E im Gehäuse 2. Im vorliegenden Beispiel sind die beiden nicht weiter bezeichneten Öffnungen durch eine transparente Abdeckung, wie z.B. aus Kunststoff, abgeschlossen.
- Die gezeigte Steuereinheit 4 ist nun dazu eingerichtet, ein vom Brandsensor empfangenes Streulichtsignal auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße hin zu analysieren. Alternativ oder zusätzlich kann sie dazu eingerichtet sein, das Streulichtsignal auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren. Im Falle eines detektierten Brand ist mittels der Steuereinheit 4 ein Brandalarm AL ausgebbar.
- Der Streulichtrauchmelder 1 weist eine Photodiode 6 zur Erfassung von Umgebungslicht auf. Im vorliegenden Beispiel ist die Photodiode 6 auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie durch eine weitere Öffnung in der Melderhaube 22 nach außen "hindurchschaut". Vorzugsweise liegt die weitere Öffnung an einer zentralen Stelle der Melderhaube 22, sodass eine symmetrische Rundumsicht für die Erfassung von Umgebungslicht möglich ist. Mit Z ist dabei die zentrale Hauptachse des Melders 1 bezeichnet. Derartige Melder 1 weisen typischerweise eine rotationssymmetrische Bauform auf. Mit FOV ist dabei der optische Erfassungsbereich der Photodiode 6 bezeichnet. Weiterhin ist die weitere Öffnung durch eine weitere transparente Abdeckung AB abgeschlossen, um das Eindringen von Schmutz in das Gehäuseinnere zu verhindern. Die Abdeckungen AB können bereits mit einem Tageslichtfilter versehen sein oder einen solchen aufweisen. Im Beispiel der vorliegenden
FIG 4 ist zudem die zentrale Abdeckung AB als optische Linse L ausgebildet. Dadurch ist eine erweiterte optische Rundumsicht möglich. - Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit 4 nun dazu eingerichtet, ein von der Photodiode 6 empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Sie ist zudem dazu eingerichtet, das Photosignal auf ein Über- und Unterschreiten eines Mindesthelligkeitspegels zu überwachen und als Tag-/Nacht-Kennung T/N, symbolisiert durch einen Sonnen- und Mondsymbol, auszugeben, wie z.B. an eine übergeordnete Zentrale.
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FIG 5 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit einer gemeinsamen Photodiode 6'. Sie ist sowohl für die Rauchdetektion als auch die Erfassung des Umgebungslichts eingerichtet. -
FIG 6 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter 41 mit einstellbarer Zeitkonstante TFilter, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen. - Die gezeigten Funktionsblöcke 40-44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h. als Programmroutinen, die durch eine prozessorgestützte Steuereinheit, wie z.B. durch einen Mikrocontroller, ausgeführt werden. Die Programmroutinen sind in einem Speicher des Mikrocontrollers 4 geladen. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger elektronischer Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher. Der Mikrocontroller 4 kann darüber hinaus spezifische Funktionsblöcke aufweisen, die bereits als Hardware-Funktionseinheiten im Mikrocontroller 4 integriert sind, wie z.B. Analog-/DigitalUmsetzer 51, 52, Signalprozessoren, digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
- Im Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 zwei Analog-/Digital-Umsetzer 51, 52. Der erste A/D-Umsetzer 51 ist zur Digitalisierung eines gefilterten Streulichtsignals BS' vorgesehen, welches mittelbar vom Lichtempfänger E der Streulichtanordnung SA stammt. Der zweite A/D-Umsetzer 52 ist zur Digitalisierung eines von der Photodiode 6 ausgegebenes Photosignals PD vorgesehen.
- Zur Durchführung der offenen Streulichtrauchdetektion wird der Lichtsender S, d.h. die Leuchtdiode, durch einen Frequenzgenerator 46 periodisch mit einer gepulsten Signalfolge im Bereich von 0.25 bis 2 MHz angesteuert. Die Leuchtdiode S gibt dabei ihrerseits entsprechende Lichtimpulse in das Streulichtzentrum SZ ab. Der Frequenzgenerator 46 wird eingangsseitig über einen Logikblock 40 der Steuereinheit 4 über ein Taktsignal fTakt angesteuert, wobei der Frequenzgenerator 46 je Takt eine gepulste Signalfolge mit einer vorgegebenen Anzahl von Pulsen ausgibt, wie z.B. im Bereich von 32 bis 1000 Pulsen. Das vom Logikblock 40 ausgegebene Taktsignal fTakt weist eine Frequenz im Bereich von 0.1 bis 1 Hz auf.
- Der zur Streulichtdetektion vorgesehenen Photodiode E ist ein Transimpedanzverstärker 62 nachgeschaltet, der den von der Photodiode E erzeugten Photostrom in eine geeignete Messspannung zur signaltechnischen Weiterverarbeitung umwandelt. Dieses verstärkte Streulichtsignal BS wird schließlich einem Bandpassfilter 56 zugeführt, welches als digitales Filter realisiert ist. Dieses Bandpassfilter 56 lässt dabei nur die hochfrequenten Signalanteile im ungefilterten Streulichtsignal BS passieren, die in etwa mit der hochfrequenten gepulsten Signalfolge übereinstimmen. Dadurch werden niederfrequentere optische Störsignale wirksam unterdrückt.
- Das Taktsignal fTakt wird zugleich auch dem ersten A/D-Umsetzer 51 zugeführt, der dann das aktuell anliegende gefilterte Streulichtsignal BS' in einen Digitalwert umsetzt.
- Das digitalisierte Streulichtsignal BS' wird anschließend einem (digitalen) Bewertungsfilter 41 entlang des optischen Pfads zugeführt. Das Bewertungsfilter 41 ist vorzugsweise ein digitales Tiefpassfilter, welches eine gewisse Signalglättung bzw. Mittelung vornimmt. Allerdings bedingt diese Filterung eine verzögerte Filterantwort am Ausgang des Bewertungsfilters 41 analog einer Filterzeitkonstante bei einem Tiefpass. Das nicht weiter bezeichnete Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 wird nachfolgend einem Komparator 44 zugeführt, der dieses mit einer Alarmierungsschwelle LEV vergleicht, welche mit einem Mindestrauchkonzentrationswert für die Brandalarmierung korrespondiert. Überschreitet das Filterausgangssignal diesen Vergleichswert LEV, so erfolgt die Ausgabe eines Brandalarms AL, wie z.B. an eine übergeordnete Brandmeldezentrale.
- Erfindungsgemäß ist der Mikrocontroller 4 zudem dazu eingerichtet, das von der Photodiode 6 empfangene Photosignal PD auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Die spektrale Signalanalyse kann z.B. mittels einer digitalen Fouriertransformation oder mittels einer Wavelet-Analyse durchgeführt werden. Technisch wird dies zum einen durch den Funktionsblock Flackerfrequenzdetektor 42 bewerkstelligt.
- Im Falle von detektiertem flackerndem Feuer gibt dieser einen Flackerindikator F an einen Logikblock 40 aus, der daraufhin die Abtastrate bzw. die Taktfrequenz des Taktsignals fTakt des A/D-Umsetzer 51 für die Digitalisierung des gefilterten Streulichtsignals BS' erhöht und/oder die Filterzeitkonstante TFilter des Bewertungsfilters 41 erniedrigt. Der Flackerindikator F kann z.B. ein binärer Wert sein, wie z.B. 0 oder 1, oder ein digitaler Wert sein, wie z.B. im Wertebereich von 0 bis 9. Der Wert 0 kann für den binären Fall z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen und der Wert 1 entsprechend das Vorliegen repräsentieren. Im digitalen Fall kann der Wert 0 z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen repräsentieren. Die Werte 1 bis 9 können z.B. das Vorliegen von Flackerfrequenzen anzeigen, wobei hohe Zahlenwerte hohe Flackerfrequenzpegel und niedrige Zahlenwerte geringe Flackerfrequenzpegel anzeigen. Durch die Erhöhung der Abtastrate liegt das digitalisierte gefilterte Streulichtsignal BS' schneller am Bewertungsfilter 41 für die Weiterverarbeitung an. Andererseits spricht das Bewertungsfilter 41 durch die Herabsetzung der Filterzeitkonstante Tfilter schneller an, sodass ein tatsächlicher Anstieg des gefilterten Streulichtsignals BS' auch zu einer schnelleren Brandalarmierung AL führt. Die Erhöhung der Abtastrate und/oder die Erniedrigung der Filterzeitkonstante Tfilter kann z.B. für den digitalen Fall des Flackerindikators F in Abhängigkeit von dessen Wertbereich erfolgen.
- Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 programmiert sein, dass in Abhängigkeit vom Flackerindikator F die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt wird, wie z.B. 10%, 20%, 30% oder 50%. Dadurch erfolgt für den mit erhöhter Wahrscheinlichkeit aufgrund der detektierten Flackerfrequenz eintretenden Brandfall vorteilhafte eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms.
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FIG 7 zeigt ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit eingangsseitiger Erfassung und Auswertung eines Streulicht-/Photosignals BS von einer gemeinsamen Photodiode 6' und mit einer Nachterkennung gemäß der Erfindung. - Die Steuereinheit 4 ist dabei eingerichtet, das von der gemeinsamen Photodiode 6' empfangene Streulicht-/Photosignal BS, PD in zeitlich getrennten Phasen zu analysieren.
- In einer jeweiligen ersten Phase, welcher das Taktsignal fTakt zugeordnet ist, analysiert die Steuereinheit 4 den Signalpegel des gefilterten Streulicht-/Photosignal BS', ob dieser unzulässig hoch ist. Alternativ oder zusätzlich analysiert sie, ob dieser Signalpegel unzulässig schnell ansteigt.
- Darüber hinaus ist die Steuereinheit 4 dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal BS, PD in einer jeweiligen zweiten Phase, welcher das zweite Taktsignal fTakt2 zugeordnet ist, auf das Vorhandensein von charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren. Das empfangene Streulicht-/Photosignal BS, PD durchläuft zuerst ein Tiefpassfilter 57, um insbesondere die hochfrequenten Signalanteile zu unterdrücken, die mittelbar vom Taktgenerator 46 stammen. Das Signal am Ausgang des Tiefpassfilters 57 wird einem A/D-Umsetzer 52 zugeführt, der dieses Signal in entsprechende Digitalwerte für den nachfolgenden Flackerfrequenzdetektor 42 umsetzt.
- Letzterer führt, wie bereits im Beispiel der
FIG 6 beschrieben, eine spektrale Signalanalyse hinsichtlich des Auftretens von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen durch. - Die phasenversetzte Ansteuerung der beiden A/D-Umsetzer 51, 52 ist nur im Rahmen der Brandanalyse erforderlich. Je nach eingesetztem Mikrocontroller als Steuereinheit 4 können beide A/D-Umsetzer 51, 52 auch gleichzeitig angesteuert werden, was entsprechend dem jeweiligen Konzept vorteilhaft für den Stromverbrauch sein kann.
- Im Vergleich zur vorherigen Ausführungsform gemäß
FIG 6 umfasst die Steuereinheit 4 zusätzlich einen Nachterkennungs-Funktionsblock 43, um gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von der ermittelten Helligkeit in der Umgebung des Brandmelders eine Alarmierungsschwelle LEV für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms AL herabzusetzen. - Im Beispiel der vorliegenden
FIG 7 ermittelt die Steuereinheit 4 einen zweiten Gleichanteil H/D aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal BS, PD, welcher einen langzeitgemittelten Helligkeitswert repräsentiert. Sie überwacht diesen zweiten Gleichanteil H/D auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin und setzt dann davon abhängig die Alarmierungsschwelle LEV für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms AL herab. - Der Nachterkennungsblock 43 weist für die Ermittlung des zweiten Gleichanteils H/D ein digitales Tiefpassfilter mit einer Eckfrequenz im Bereich von 0 bis 0.1 auf. Eingangsseitig wird dem Nachterkennungsblock 43 das bereits durch das Tiefpassfilter 57 vorgefilterte und mittels des A/D-Umsetzers 52 digitalisierte Streulicht-/Photosignal zugeführt. Der zweite Gleichanteil H/D kann einen binären Helligkeitswert für hell oder dunkel repräsentieren. Vorzugsweise repräsentiert er einen digitalen Wert, wie z.B. ein Luxwert, mit einem gestuften Wertebereich.
- Der Logikblock 40 ist nun dahingehend programmiert, dass die Alarmierungsschwelle LEV insbesondere dann abgesenkt wird, wenn der zweite Gleichanteil H/D einen Mindesthelligkeitswert unterschreitet, wie z.B. einen Wert von 1 Lux. Dieser beispielhafte Wert korrespondiert mit einer dunklen bis stark dämmrigen Umgebung. In einer solchen Umgebung ist mit weniger optischen Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen wie tagsüber. Durch die Annahme geringerer Störungen aus der Melderumgebung kann die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt werden. Durch die sensiblere Einstellung erfolgt eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms, da die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 nun schneller überschritten wird.
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FIG 8 zeigt ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Steuereinheit 4 als beispielhafte Ausführungsform für die erfindungsgemäße Offset-Kompensation für die Photodiode 6'. - Zur Offsetkompensation, d.h. zur Kompensation des Gleichanteils des Streulicht-/Photosignal BS, PD, wird dieses beispielhaft einem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 63 zugeführt. Zugleich ist der Ausgang des Operationsverstärkers 63 über einen nicht weiter bezeichneten Feedback-Widerstand auf den nicht invertierenden Eingang zurückgeführt. Die vorliegende Schaltungsanordnung stellt somit schematisch einen an sich bekannten Transimpedanzwandler dar, der den von der Photodiode 6' erzeugten Photostrom in eine dazu proportionale Photospannung am Ausgang des Operationsverstärkers 63 umwandelt. Durch die Offsetkompensation wird vorteilhaft ein Übersteuern des Transimpedanzverstärkers verhindert.
- Die Schaltungsanordnung in der
FIG 8 zeigt im Detail einen Regelkreis zur erfindungsgemäßen Offsetkompensation. Der Regelkreis umfasst dabei den Operationsverstärker 63 als Vergleichselement, ein nachgeschaltetes Tiefpassfilter 57 mit einer hier beispielhaften Eckfrequenz von 20 Hz, einen folgenden A/D-Umsetzer 52, einen durch den Logikblock 40 realisierten Regler, der eingangsseitig mit dem Ausgang des A/D-Umsetzers 52 verbunden ist, einen dem Regler nachfolgenden Digital-/Analog-Umsetzer 58 sowie eine dem D/A-Umsetzer 58 folgende, nicht weiter bezeichnete spannungsgesteuerte Stromquelle. Letztere wirkt als Rückführung des Regelkreises auf den invertierenden Eingang des Transimpedanzwandler bzw. Operationsverstärkers 63. - Im geregelten Zustand liegt am Ausgang des Operationsverstärkers 63 ein im Wesentlichen gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal AC an. Dieses Signal AC wird einerseits einem Bandpassfilter 56 zugeführt, der auf die Träger- bzw. Taktfrequenz des Frequenzgenerators 46 abgestimmt ist. Das so gefilterte Streulicht-/Photosignal BS' wird dann, wie bereits zuvor beschrieben, an einen A/D-Umsetzer 51 ausgeben, der die entsprechenden digitalisierten Werte einem nachgeschalteten Bewertungsfilter 41 zur Brandanalyse zuführt.
- Andererseits wird gemäß der Erfindung das im Wesentlichen gleichanteilsfreie Streulicht-/Photosignal AC einem Tiefpassfilter 57 mit einer beispielhaften Eckfrequenz von 20 Hz zugeführt. Das am Filterausgang anliegende Signal bildet dabei die Regelabweichung RA des Regelkreises. Diese wird dem A/D-Umsetzer 52 zugeführt, der das Signal der Regelabweichung RA in entsprechende Digitalwerte der Regelabweichung RA' umsetzt. Ein nachfolgender, im Logikblock 40 in Software realisierter Regler ermittelt in Abhängigkeit von der Höhe der Regelabweichung RA' einen ersten Gleichanteil OFFSET für die Offsetkompensation des empfangenen Streulicht-/Photosignal BS, PD. Dieser erste Gleichanteil OFFSET setzt ein nachgeschalteter D/A-Umsetzer 58 in eine Gleichspannung um, mittels derer eine folgende spannungsgesteuerte Stromquelle angesteuert wird. Letztere bewirkt über den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 63, dass dieser erste Gleichanteil OFFSET vom empfangenen Streulicht-/Photosignal BS, PD subtrahiert wird, um schließlich das im Wesentlichen gleichanteilsfreie Streulicht-/Photosignal AC zu erzeugen. Der Regelkreis ist nun geschlossen.
- Desweiteren wird das Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 52, wie bereits beschrieben, wieder einem Flackerfrequenzblock 42 zur Detektion von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen zugeführt.
- Im vorliegenden Beispiel ist der Logikblock 40 zudem dazu eingerichtet bzw. dazu programmiert, den ermittelten ersten Gleichanteil OFFSET mit einem vorgegebenen Übersteuerungswert zu vergleichen und eine Störmeldung ST auszugeben, falls der ermittelte erste Gleichanteil OFFSET den Übersteuerungswert für eine vorgegebene Mindestzeit übersteigt.
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FIG 9 zeigt einen beispielhaften Streulichtrauchmelder 1 geschlossener Bauart als Brandmelder mit einer optischen Messkammer 10 und mit einer Photodiode 6 für Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung. - Im vorliegenden Beispiel weist der Melder 1 ein Gehäuse 2 auf, welches sich aus einem Grundkörper 21 und aus einer Melderhaube 22 zusammensetzt. Mit dem Grundkörper 21 kann dann der Melder 1 vorzugsweise lösbar an einem an einer Decke montierten Meldersockel 11 angebracht werden. Beide Gehäuseteile 21, 22 sind üblicherweise aus einem lichtdichten Kunststoffgehäuse hergestellt. Im Innenraum des Melders 1 ist ein Schaltungsträger 3 aufgenommen. Auf diesem sind neben einem Mikrocontroller 4 als Steuereinheit auch ein Sender S, typischerweise eine LED, und ein Empfänger E, typischerweise eine Photodiode, als Teile einer Streulichtanordnung SA angeordnet. Mit SZ ist das durch die Streulichtanordnung SA gebildete Streulichtzentrum SZ bzw. Messvolumen zur optischen Rauchdetektion bezeichnet. Die Streulichtanordnung SA ist dabei von einem Labyrinth umgeben und bildet mit diesem zusammen die optische Messkammer 10. Letztere bildet somit einen Brandsensor 10. Mit OF ist ferner eine beispielhaft umlaufende Raucheintrittsöffnung und mit N ein Insektenschutz bezeichnet. Im Bereich der Raucheintrittsöffnung OF sind zwei sich gegenüberliegende Thermistoren 5 zur Erfassung der Umgebungstemperatur als zusätzliche Brandkenngröße vorhanden.
- Innerhalb der Melderhaube 22 ist eine Photodiode 6 angeordnet, die einer Ausnehmung AN an der Außenseite der Melderhaube 22 gegenüberliegt. Durch diese Ausnehmung AN kann die Photodiode 6 in die Umgebung um den Melder 1 "hindurchsehen". Mit FOV ist der zugehörige optische Erfassungsbereich der Photodiode 6 bezeichnet. Offenes Feuer in diesem Erfassungsbereich FOV, symbolisiert durch ein Flammensymbol, ist dann durch die Photodiode 6 optisch erfassbar.
- Im vorliegenden Beispiel ist die Ausnehmung AN in der Melderhaube 22 mit einer transparenten Abdeckung AB zum Schutz gegen Verschmutzung versehen. Die Abdeckung AB ist vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt. Sie kann mit einem Tageslichtfilter versehen sein. Im Falle eines detektierten Brandes ist ein Brandalarm AL an eine übergeordnete Brandmeldezentrale ausgebbar. Zusätzlich kann eine Tag-/Nachtkennung T/N ausgegeben werden. Mit Z ist die geometrische zentrale Hauptachse des Melders 1 bezeichnet.
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FIG 10 zeigt das Beispiel gemäßFIG 9 in einer Draufsicht entlang der eingetragenen Blickrichtung X. Erfindungsgemäss ist die Steuereinheit 4 nun dazu eingerichtet, ein von der Photodiode 6 empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Darüber hinaus ist sie zudem bereits dazu eingerichtet, das Photosignal auf ein Über- und Unterschreiten eines Mindesthelligkeitspegels zu überwachen und als Tag-/Nacht-Kennung T/N, symbolisiert durch einen Sonnen- und Mondsymbol, auszugeben. Letztere ist an eine übergeordnete Zentrale ausgebbar, um z.B. Jalousien ein- oder auszufahren oder um z.B. Licht ein- und auszuschalten. -
FIG 11 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit einem gemeinsamen Lichtleiter 7 zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode 6 und als Indikator im Sinne einer Betriebsbereitanzeige. Die gezeigte Photodiode 6 ist vorzugsweise eine Silizium-Photodiode und insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode. - Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform ist die Photodiode 6 für die Umgebungslichterfassung nun auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet. Sie ist vorzugsweise benachbart zu einer gleichfalls auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Indikator-Leuchtdiode LED appliziert.
- Der Lichtleiter 7 ist dergestalt, dass er mit einem ersten Ende sowohl der Indikator-Leuchtdiode LED als auch der Photodiode 6 gegenüberliegt. Das zweite Ende des Lichtleiters 7 ragt vorzugsweise durch eine zentrale Ausnehmung in der Melderhaube 22. Dadurch ist Umgebungslicht durch den Lichtleiter 7 hindurch mittels der Photodiode 6 detektierbar. Unabhängig davon ist auf umgekehrtem Wege Licht der Indikator-Leuchtdiode LED durch den Lichtleiter 7 hindurch am zweiten Ende des Lichtleiters 7 auskoppelbar. Die Indikator-Leuchtdiode LED wird zyklisch, wie z.B. alle 30 Sekunden, zum Aussenden eines optisch sichtbaren Pulses zur Betriebsbereitanzeige des Brandmelders 1 angesteuert. Insbesondere ist das zweite Ende des Lichtleiters 7 als optische Linse L ausgebildet. Dadurch ist Umgebungslicht aus einem größeren optischen Erfassungsbereich FOV detektierbar. Zudem ist die Betriebsbereitanzeige des Brandmelders 1 in einem größeren Raumwinkelbereich erkennbar. Der Lichtleiter 7 ist vorzugsweise einstückig und aus einem transparenten Kunststoff hergestellt.
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FIG 12 zeigt das Beispiel gemäßFIG 11 in einer Draufsicht entlang der inFIG 11 eingetragenen Blickrichtung XII. In dieser Darstellung ist insbesondere die zentrale Anordnung des zweiten Endes des Lichtleiters 7 erkennbar. -
FIG 13 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter 41 mit einstellbarer Zeitkonstante TFilter, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms gemäß der Erfindung zu beschleunigen. - Die gezeigten Funktionsblöcke 40-44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h. als Programmroutinen, die durch eine prozessorgestützte Steuereinheit, wie z.B. durch einen Mikrocontroller, ausgeführt werden. Die Programmroutinen sind in einem Speicher des Mikrocontrollers 4 geladen. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger elektronischer Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher. Der Mikrocontroller 4 kann darüber hinaus spezifische Funktionsblöcke aufweisen, die bereits als Hardware-Funktionseinheiten im Mikrocontroller 4 integriert sind, wie z.B. Analog-/DigitalUmsetzer 51 - 53, Signalprozessoren, digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
- Im linken oberen Teil der
FIG 13 ist eine Streulichtanordnung SA als Teil der optischen Messkammer bzw. des Brandsensors zu sehen. Die Streulichtanordnung SA weist einen Sender S und Empfänger E auf. Beide sind auf ein gemeinsames Streulichtzentrum SZ als Messvolumen ausgerichtet und spektral aufeinander abgestimmt. Der Sender S ist insbesondere eine Leuchtdiode. Der Empfänger E ist ein Photosensor und vorzugsweise eine Photodiode. Die Leuchtdiode ist insbesondere zum Aussenden von monochromatischem infrarotem Licht, vorzugsweise im Bereich von 860 bis 940 nm ± 40 nm, und/oder von monochromatischem ultraviolettem Licht, vorzugsweise im Bereich 390 bis 460 nm ± 40 nm ausgebildet. Streulicht, welches von zu detektierenden Teilchen wie Rauchpartikeln im Streulichtzentrum SZ stammt, ist dann durch den Empfänger E detektierbar. Der Streulichtpegel bzw. die Amplitude des Streulichtsignals BS, ist dabei ein Maß für die Konzentration der detektierten Teilchen. Vorzugsweise wird das Streulichtsignal BS zuvor mittels eines Verstärkers 62, insbesondere mittels eines Transimpedanzverstärkers, verstärkt. - Zur wiederholt gepulsten Ansteuerung der Leuchtdiode S gibt der Logikblock 40 der Steuereinheit 4 ein gepulstes Taktsignal fTakt aus. Dieses wird von einem weiteren Verstärker 61 verstärkt und der Leuchtdiode S zugeführt. Typischerweise ist das Taktsignal fTakt zyklisch. Es weist vorzugsweise eine Pulsbreite im Bereich von 50 bis 500 µs und eine Taktfrequenz im Bereich von 0,1 bis 2 Hz auf. Zur synchronen Erfassung des Streulichts wird dieses Taktsignal fTakt einem zugeordneten Analog-/Digital-Umsetzer 51 zugeführt.
- Im vorliegenden Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 beispielhaft drei Analog-/Digital-Umsetzer 51 - 53. Der erste A/D-Umsetzer 51 dient zur Digitalisierung des Streulichtsignals BS vom Brandsensor, d.h. hier von der optischen Messkammer. Der zweite A/D-Umsetzer 52 ist zur Digitalisierung eines Photosignals PD vorgesehen, das von einer Photodiode 6 zur Umfassung von Umgebungslicht in der (unmittelbaren) Umgebung des Melders 1 vorgesehen ist. Vorzugsweise wird das Photosignal PD zuvor mittels eines Verstärkers 61, typischerweise mittels eines Transimpedanzverstärkers verstärkt. Der dritte A/D-Umsetzer 53 ist zur Digitalisierung eines Temperatursignals TS vorgesehen, welches von einem NTC als Temperatursensor 5 zur Erfassung der Umgebungstemperatur UT in der (unmittelbaren) Umgebung des Melders 1 ausgegeben wird.
- Das digitalisierte Streulichtsignal wird anschließend einem (digitalen) Bewertungsfilter 41 entlang des optischen Pfads zugeführt. Das Bewertungsfilter 41 ist vorzugsweise ein digitales Tiefpassfilter, welches eine gewisse Signalglättung bzw. Mittelung vornimmt. Allerdings bedingt diese Filterung eine verzögerte Filterantwort am Ausgang des Bewertungsfilters 41 analog einer Filterzeitkonstante bei einem Tiefpass. Das nicht weiter bezeichnete Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 wird nachfolgend einem Komparator 44 zugeführt, der dieses mit einer Alarmierungsschwelle LEV vergleicht, wie z.B. mit einem Mindestkonzentrationswert für die Alarmierung. Überschreitet das Filterausgangssignal diesen Vergleichswert LEV, so erfolgt die Ausgabe eines Brandalarms AL, wie z.B. an eine übergeordnete Brandmeldezentrale.
- Erfindungsgemäß ist der Mikrocontroller 4 zudem dazu eingerichtet, das von der Photodiode 6 empfangene Photosignal PD auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Die spektrale Signalanalyse kann z.B. mittels einer digitalen Fouriertransformation oder mittels einer Wavelet-Analyse durchgeführt werden. Technisch wird dies zum einen durch den Funktionsblock Flackerfrequenzdetektor 42 bewerkstelligt. Im Falle von detektiertem flackerndem Feuer gibt dieser einen Flackerindikator F an einen Logikblock 40 aus, der daraufhin die Abtastrate des A/D-Umsetzer 51 für die Digitalisierung des Streulichtsignals BS erhöht und/oder die Filterzeitkonstante TFilter erniedrigt. Der Flackerindikator F kann z.B. ein binärer Wert sein, wie z.B. 0 oder 1, oder ein digitaler Wert sein, wie z.B. im Wertebereich von 0 bis 9. Der Wert 0 kann für den binären Fall z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen und der Wert 1 entsprechend das Vorliegen repräsentieren. Im digitalen Fall kann der Wert 0 z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen repräsentieren. Die Werte 1 bis 9 können z.B. das Vorliegen von Flackerfrequenzen anzeigen, wobei hohe Zahlenwerte hohe Flackerfrequenzpegel und niedrige Zahlenwerte geringe Flackerfrequenzpegel anzeigen. Durch die Erhöhung der Taktfrequenz bzw. der Abtastrate fTakt liegt das digitalisierte Streulichtsignal BS schneller am Bewertungsfilter 41 für die Weiterverarbeitung an. Andererseits spricht das Bewertungsfilter 41 durch die Herabsetzung der Filterzeitkonstante Tfilter schneller an, so dass ein tatsächlicher Anstieg des Streulichtpegels BS auch zu einer schnelleren Brandalarmierung AL führt. Die Erhöhung der Abtastrate fTakt und/oder die Erniedrigung der Filterzeitkonstante Tfilter kann z.B. für den digitalen Fall des Flackerindikators F in Abhängigkeit von dessen Wertbereich erfolgen.
- Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 auch dahingehend programmiert sein, dass die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt wird, wenn ein Hell/Dunkel-Indikator H/D, der vom Funktionsblock 43 des Mikrocontrollers 4 bereitgestellt wird, einen Mindesthelligkeitswert unterschreitet. Ein solcher Wert ist z.B. 0,1 Lux, 1 Lux oder 5 Lux. Diese beispielhaften Werte korrespondieren mit einer dunklen bis stark dämmrigen Umgebung. Der Wert für die Alarmierungsschwelle LEV kann z.B. um 10%, 20, 30% oder 50% herabgesetzt werden.
- Wie eingangs beschrieben, ist in einer solchen Umgebung mit weniger Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen wie tagsüber, wie z.B. mit der Zunahme von Rauchpartikeln durch das Anzünden von Kerzen, durch sich ausbreitenden Rauch beim Kochen und Braten, oder durch das Anzünden eines Kamins und dergleichen. Durch die Annahme geringerer Störungen aus der Melderumgebung kann daher auch die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt werden. Durch die sensiblere Einstellung erfolgt eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms, indem die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 schneller überschritten wird. Die Tag-/Nacht-Erkennung erfolgt durch eine Tiefpassfilterung des Photosignals PD mit einer Zeitkonstante von weniger als 1 Hz, insbesondere von weniger als 0,1 Hz.
- Im Beispiel der
FIG 13 ist die Steuereinheit 4 mit einem Thermistor 5 (NTC) zur Erfassung der Umgebungstemperatur UT im unmittelbaren Bereich um den Brandmelder verbunden. Die Steuereinheit 4 ist gemäß der Erfindung dazu eingerichtet, die erfasste Umgebungstemperatur UT bei der Brandanalyse mit zu berücksichtigen. Dadurch kann im Sinne eines Multikriterien-Brandmelders ein Brand noch zuverlässiger detektiert werden. Im vorliegenden Beispiel wird das vom Thermistor 5 ausgegebene Temperatursignal TS durch den dritten A/D-Umsetzer 53 in digitale Temperaturwerte T umgesetzt, die dann durch den Logikblock 40 der Steuereinheit 4 bei der Brandanalyse mitberücksichtigt werden. -
FIG 14 zeigt einen beispielhaften thermischen Melder 1 mit einem Temperatursensor 5 und mit einer Photodiode 6 zur Erfassung von Umgebungslicht zur Detektion von offenem Feuer gemäß der Erfindung in einer Schnittdarstellung. - Im vorliegenden Beispiel weist der Melder 1 ein Gehäuse 2 auf, welches sich aus einem Grundkörper 21 und einer Melderhaube 22 zusammensetzt. Mit dem Grundkörper 21 kann dann der Melder 1 vorzugsweise lösbar an einem an einer Decke montierten Meldersockel angebracht werden. Beide Gehäuseteile 21, 22 sind üblicherweise aus einem lichtdichten Kunststoffgehäuse hergestellt. In der Melderhaube 22 ist eine zentrale Öffnung vorgesehen, in welcher ein Thermistor 5 als Temperatursensor geschützt gegenüber möglichen mechanischen Einwirkungen angebracht ist. Durch die zentrale Anordnung ist eine richtungsunabhängige Erfassung der Umgebungstemperatur UT in unmittelbarer Umgebung des Melders 1 möglich (siehe dazu auch
FIG 15 ). Im Innenraum IR des Melders 1 ist ferner ein Schaltungsträger 3 aufgenommen, auf dem neben einem Mikrocontroller 4 als Steuereinheit auch die Photodiode 6 angeordnet ist. Gegenüberliegend zur Photodiode 6 ist eine Ausnehmung AN in der Melderhaube 22 vorhanden, durch welche die Photodiode 6 in die Umgebung um den Melder 1 "hindurchsehen" kann. Mit FOV ist der zugehörige optische Erfassungsbereich der Photodiode 6 bezeichnet. Offenes Feuer in diesem Erfassungsbereich FOV, symbolisiert durch ein Flammensymbol, kann dann durch die Photodiode 6 optisch erfasst werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Ausnehmung AN in der Melderhaube 22 mit einer transparenten Abdeckung AB zum Schutz gegen Verschmutzung versehen. Die Abdeckung AB ist vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff hergestellt. Sie kann auch bereits mit einem Tageslichtfilter versehen sein oder einen solchen aufweisen. Im Falle eines detektierten Brandes ist ein Brandalarm AL sowie eine Tag-/Nachtkennung T/N, symbolisiert durch einen Pfeil, ausgebbar. -
FIG 15 zeigt das Beispiel gemäßFIG 14 in einer Draufsicht entlang der inFIG 14 eingetragenen Blickrichtung. Mit Z ist die geometrische zentrale Hauptachse des Melders 1 bezeichnet. - Erfindungsgemäss ist die Steuereinheit 4 nun dazu eingerichtet, ein von der Photodiode 6 empfangenes Photosignal auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Sie ist zudem dazu eingerichtet, das Photosignal auf ein Über- und Unterschreiten eines Mindesthelligkeitspegels zu überwachen und als Tag-/Nacht-Kennung T/N, symbolisiert durch einen Sonnen- und Mondsymbol, auszugeben, wie z.B. an eine übergeordnete Zentrale.
-
FIG 16 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit einem kontaktlos arbeitenden Temperatursensor 5 aufweisend einen für Wärmestrahlung W im Infrarotbereich empfindlichen Thermopile 50 als Wärmestrahlungssensor. - Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform ist der Thermopile 50 im Meldergehäuse 2 auf dem Schaltungsträger 3 angeordnet und zur Erfassung der Umgebungstemperatur UT optisch auf die Innenseite IS der Melderhaube 22 ausgerichtet. Die optisch erfasste Fläche an der Innenseite IS der Melderhaube 22 ist in der
FIG 16 als Messoberfläche M bezeichnet. Insbesondere ist der Thermopile 50 wieder zentral im Meldergehäuse 2 angeordnet, um eine möglichst richtungsunabhängige Erfassung der Umgebungstemperatur UT in unmittelbarer Umgebung des Melders 1 zu ermöglichen. Dabei ist die Melderhaube 22 im zentralen Bereich 23 der Innenseite IS derart wärmeleittechnisch zu einem gegenüberliegenden Bereich der Außenseite der Melderhaube 22 ausgebildet, dass die sich an der Innenseite IS einstellende Gehäusetemperatur T der Umgebungstemperatur UT am gegenüberliegenden Bereich der Melderhaube 22 folgt. Im einfachsten Fall kann die Wandungsstärke im zentralen Bereich 23 reduziert werden, wie z.B. auf einen halben Millimeter. Alternativ kann dieser zentrale Bereich 23 thermisch gegenüber der restlichen umgebenden Melderhaube 22 isoliert sein. In den meisten Fällen wird keine Veränderung der Wandungsstärke der Melderhaube 22 erforderlich sein. - Die aktuelle Umgebungstemperatur UT bzw. die dieser folgenden Gehäusetemperatur T wird aus dem vom Wärmestrahlungsensor 50 erfassten Wärmestrahlungswert nach dem pyrometrischen Messprinzip rechnerisch abgeleitet. Hierbei geht der Emissionsgrad für die Wärmeabstrahlung W der Messoberfläche M in die Berechnung ein. Dieser Wert kann messtechnisch ermittelt werden und liegt typischerweise im Bereich von 0.75 bis 0.9. Hierbei gilt: Je schwärzer die Messoberfläche ist, desto größer ist der Emissionsgrad. Ein Emissionsgrad von 1.0 entspricht dabei dem theoretisch maximal erreichbaren Wert für einen schwarzen Strahler.
- Die rechnerische Ermittlung kann durch einen im Thermopile 50 integrierten Mikrocontroller ausgeführt werden, der ausgangsseitig den aktuell ermittelten Temperaturwert ausgibt und somit einen berührungslos arbeitenden Temperatursensor darstellt. Alternativ kann der Thermopile 50 lediglich einen aktuellen Wärmestrahlungswert ausgeben, der dann durch den Mikrocontroller 4 des Brandmelders 1 erfasst und zur rechnerischen Ermittlung des aktuellen Temperaturwerts weiterverarbeitet wird. Hierzu ist vorzugsweise im Mikrocontroller 4 der zugehörige Emissionsgrad abgespeichert.
-
FIG 17 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brandmelders 1 mit einem gemeinsamen Lichtleiter 7 zur Umgebungslichterfassung mittels der Photodiode 6 und als Indikator im Sinne einer Betriebsbereitanzeige. - Dazu ist eine Indikator-Leuchtdiode LED benachbart zur Photodiode 6 auf dem Schaltungsträger 6 angeordnet. Der Lichtleiter 7 ist dergestalt, dass er mit einem ersten Ende sowohl der Indikator-Leuchtdiode LED als auch der Photodiode 6 gegenüberliegt. Das zweite Ende des Lichtleiters 7 ragt vorzugsweise durch eine zentrale Ausnehmung in der Melderhaube 22. Dadurch ist Umgebungslicht durch den Lichtleiter 7 hindurch mittels der Photodiode 6 detektierbar. Unabhängig davon ist auf umgekehrtem Wege Licht der Indikator-Leuchtdiode LED durch den Lichtleiter 7 hindurch am zweiten Ende des Lichtleiters 7 auskoppelbar. Die Indikator-Leuchtdiode LED wird typischerweise zyklisch zum Aussenden eines optisch sichtbaren Pulses, wie z.B. alle 30 Sekunden, zur Betriebsbereitanzeige des Brandmelders 1 angesteuert. Insbesondere ist das zweite Ende des Lichtleiters 7 als optische Linse L ausgebildet. Dadurch ist Umgebungslicht aus einem größeren optischen Erfassungsbereich FOV detektierbar. Zudem ist die Betriebsbereitanzeige des Brandmelders 1 in einem größeren Raumwinkelbereich erkennbar. Der Lichtleiter 7 ist vorzugsweise einstückig und aus einem transparenten Kunststoff hergestellt. Die gezeigte Photodiode 6 ist vorzugsweise eine Silizium-Photodiode und insbesondere eine Silizium-PIN-Photodiode.
- Alternativ kann auf eine solche speziell zur Lichtdetektion hergestellte Photodiode verzichtet werden. In diesem Fall liegt der Lichtleiter 7 mit seinem ersten Ende nur der Indikator-Leuchtdiode LED gegenüber. Die Lichtauskopplung des LED-Lichts erfolgt wieder am zweiten Ende des Lichtleiters 7 in die Umgebung des Brandmelders 1.
- Gemäß der Erfindung ist nun die Indikator-Leuchtdiode LED zur Umgebungslichtdetektion vorgesehen, da prinzipiell jede Leuchtdiode auch zur Detektion von Umgebungslicht geeignet ist, wenn auch mit deutlich geringerer Effizienz. In diesem Fall wird abwechselnd die Indikator-Leuchtdiode LED in einen Betriebsmodus zur Lichterzeugung und in einen Betriebsmodus als Photodiode geschaltet (siehe dazu die nachfolgenden Erläuterungen in der
FIG 20 ). - Im Unterschied zur
FIG 14 undFIG 16 weist der Brandmelder 1 beispielhaft zwei sich gegenüberliegende Temperatursensoren 5 für die Erfassung der Umgebungstemperatur UT auf. -
FIG 18 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Bewertungsfilter 41 mit einstellbarer Filterzeit, um die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. - Die gezeigten Funktionsblöcke 40-44 sind vorzugsweise als Software realisiert, d.h. als Programmroutinen, die durch eine prozessorgestützte Steuereinheit, wie z.B. durch einen Mikrocontroller, ausgeführt werden. Die Programmroutinen sind in einem Speicher des Mikrocontrollers 4 geladen. Der Speicher ist vorzugsweise ein nichtflüchtiger elektronischer Speicher, wie z.B. ein Flash-Speicher. Der Mikrocontroller 4 kann darüber hinaus spezifische Funktionsblöcke aufweisen, die bereits als Hardware-Funktionseinheiten im Mikrocontroller 4 integriert sind, wie z.B. Analog-/DigitalUmsetzer 51, 52, Signalprozessoren, digitale Ein-/Ausgabeeinheiten sowie Busschnittstellen.
- Im vorliegenden Beispiel umfasst der Mikrocontroller 4 beispielhaft zwei Analog-/Digital-Umsetzer 51, 52, um ein aktuelles Temperatursignal BS vom Brandsensor 5, d.h. hier von einem NTC, sowie ein Photosignal PD von einer Photodiode 6 zu digitalisieren. Das digitalisierte Temperatursignal wird anschließend einem (digitalen) Bewertungsfilter 41 entlang des thermischen Pfads zugeführt. Das Bewertungsfilter 41 ist vorzugsweise ein digitales Tiefpassfilter, welches eine gewisse Signalglättung bzw. Mittelung vornimmt. Allerdings bedingt diese Filterung eine verzögerte Filterantwort am Ausgang des Bewertungsfilters 41 analog einer Filterzeitkonstante bei einem Tiefpass. Das nicht weiter bezeichnete Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 wird nachfolgend einem Komparator 44 zugeführt, der dieses mit einer Alarmierungsschwelle LEV vergleicht, wie z.B. mit einem Temperaturwert für 65°. Überschreitet das Filterausgangssignal diesen Vergleichswert LEV, so erfolgt die Ausgabe eines Brandalarms AL, wie z.B. an eine übergeordnete Brandmeldezentrale.
- Erfindungsgemäß ist der Mikrocontroller 4 zudem dazu eingerichtet, das von der Photodiode 6 empfangene Photosignal PD auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen. Die spektrale Signalanalyse kann z.B. mittels einer digitalen Fouriertransformation oder mittels einer Wavelet-Analyse durchgeführt werden. Technisch wird dies zum einen durch den Funktionsblock Flackerfrequenzdetektor 42 bewerkstelligt. Im Falle von detektiertem flackerndem Feuer gibt dieser einen Flackerindikator F an einen Logikblock 40 aus, der daraufhin die Abtastrate fTakt des A/D-Umsetzer 51 für die Digitalisierung des Temperatursignals BS erhöht und/oder die Filterzeitkonstante TFilter erniedrigt. Der Flackerindikator F kann z.B. ein binärer Wert sein, wie z.B. 0 oder 1, oder ein digitaler Wert sein, wie z.B. im Wertebereich von 0 bis 9. Der Wert 0 kann für den binären Fall z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen und der Wert 1 entsprechend das Vorliegen repräsentieren. Im digitalen Fall kann der Wert 0 z.B. das Nichtvorliegen von Flackerfrequenzen repräsentieren. Die Werte 1 bis 9 können z.B. das Vorliegen von Flackerfrequenzen anzeigen, wobei hohe Zahlenwerte hohe Flackerfrequenzpegel und niedrige Zahlenwerte geringe Flackerfrequenzpegel anzeigen. Durch die Erhöhung der Abtastrate fTakt liegt das digitalisierte Temperatursignal BS schneller am Bewertungsfilter 41 für die Weiterverarbeitung an. Andererseits spricht das Bewertungsfilter 41 durch die Herabsetzung der Filterzeitkonstante Tfilter schneller an, so dass ein tatsächlicher Anstieg des Temperatursignals BS auch zu einer schnelleren Brandalarmierung AL führt. Die Erhöhung der Abtastrate fTakt und/oder die Erniedrigung der Filterzeitkonstante Tfilter kann z.B. für den digitalen Fall des Flackerindikators F in Abhängigkeit von dessen Wertbereich erfolgen.
- Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 programmiert sein, dass die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt wird, wie z.B. von 65° auf 60°. Dadurch erfolgt für den mit erhöhter Wahrscheinlichkeit aufgrund der detektierten Flackerfrequenz eintretenden Brandfall eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms.
- Alternativ oder zusätzlich kann der Logikblock 40 auch dahingehend programmiert sein, dass die Alarmierungsschwelle LEV insbesondere dann abgesenkt wird, wenn ein Hell/Dunkel-Indikator H/D, der vom Funktionsblock 43 des Mikrocontrollers 4 bereitgestellt wird, einen Mindesthelligkeitswert unterschreitet, wie z.B. einen Wert von 1 Lux. Dieser beispielhafte Wert korrespondiert mit einer dunklen bis stark dämmrigen Umgebung. In einer solchen Umgebung ist mit weniger thermischen Störungen aus der Melderumgebung zu rechnen wie tagsüber, wie z.B. mit den eingangs beschriebenen Temperaturschwankungen. Durch die Annahme geringerer Störungen aus der Melderumgebung kann die Alarmierungsschwelle LEV abgesenkt werden. Durch die sensiblere Einstellung erfolgt eine beschleunigte Ausgabe eines Brandalarms, da die herabgesetzte Alarmierungsschwelle LEV durch das Ausgangssignal des Bewertungsfilters 41 nun schneller überschritten wird. Die Tag-/Nacht-Erkennung erfolgt durch eine Tiefpassfilterung des Photosignals PD mit einer Zeitkonstante von weniger als 1 Hz, insbesondere von weniger als 0,1 Hz.
-
FIG 19 zeigt ein zweites Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 mit einem Temperatursensor 5 mit Thermopile 50 gemäß der Erfindung. - Im Unterschied zur vorherigen Ausführungsform wird die aktuelle Umgebungstemperatur UT bzw. die dieser folgenden Gehäusetemperatur T mit einem Temperaturberechnungsblock 54 des Mikrocontrollers 4 ermittelt. Letzerem wird ein digitalisiertes Wärmesignal WS mittels eines A/D-Umsetzers 51 von einem Thermopile 50 als Beispiel für einen Wärmestrahlungssensor zugeführt. Bei der rechnerischen Ermittlung geht der Emissionsgrad für die Wärmeabstrahlung W im Infrarotbereich der Messoberfläche M in die Berechnung mit ein.
-
FIG 20 zeigt ein drittes Funktionsblockdiagramm einer Melder-Steuereinheit 4 zusätzlich zum wechselweisen Ansteuern einer Indikator-Leuchtdiode LED sowie zur Erfassung des Umgebungslichts mittels der Indikator-Leuchtdiode LED, geschaltet in einer Betriebsart als Photodiode 5 gemäß der Erfindung. - Im Vergleich zur vorherigen
FIG 18 steuert der Logikblock 40 über ein Umschaltsignal US wechselweise eine Umschalteinheit 55 an, so dass in einer ersten Phase die Indikator-Leuchtdiode LED mit einem Stromsignal IND von einer Pulserzeugungseinheit 45 zum kurzzeitigen Leuchten angesteuert werden kann, wie z.B. alle 30 Sekunden. In einer zweiten Phase steuert der Logikblock 40 die Umschalteinheit 55 so an, dass das geringe Photosignal PD von der Indikator-Leuchtdiode LED einem Verstärker 60 zugeführt wird. Diesem folgt wiederum ein A/D-Umsetzer 52 zur Digitalisierung des Photosignals PD. Der Verstärker 60 ist vorzugsweise ein Transimpedanzverstärker. -
- 1
- Brandmelder, offener Streulichtrauchmelder, geschlossener Streulichtrauchmelder, thermischer Melder, Hitzemelder, Punktmelder
- 2
- Gehäuse, Kunststoffgehäuse
- 3
- Schaltungsträger, Leiterplatte
- 4
- Steuereinheit, Mikrocontroller
- 5
- Temperatursensor, Thermistor, NTC, Temperatursensor
- 6
- (separate) Photodiode, IR-Photodiode, Silizium-PIN-Photodiode
- 6'
- gemeinsame Photodiode, IR-Photodiode, Silizium-PIN-Photodiode
- 7
- Lichtleiter
- 10
- Brandsensor, optische Messkammer, Labyrinth
- 11
- Meldersockel
- 21
- Grundkörper
- 22
- Melderhaube, Gehäusedeckel
- 23
- zentrales Gehäuseteil
- 40
- Funktionsblock, Logikblock
- 41
- Funktionsblock, Bewertungsfilter
- 42
- Funktionsblock, Flackerfrequenzdetektor
- 43
- Funktionsblock, Nachterkennungsblock
- 44
- Funktionsblock, Komparator
- 45
- Funktionsblock, Pulserzeugungseinheit
- 46
- Funktionsblock, Frequenzgenerator, HF-Burst-Generator
- 47
- Funktionsblock, Helligkeitskompensation
- 50
- Thermopile
- 51 - 53
- A/D-Umsetzer, Analog-/Digital-Umsetzer
- 54
- Temperaturberechnungsblock
- 55
- Umschalteinheit, Multiplexer
- 56, 57
- Frequenzfilter, digitales Filter, Hochpassfilter, Tiefpassfilter
- 60 - 63
- Verstärker, Transimpedanzverstärker
- A
- Amplitude, Signalamplitude
- AB
- Abdeckung, transparente Abdeckung, Fenster
- AC
- gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal
- AL
- Brandalarm, Alarmmeldung, Alarminformation
- AN
- Ausnehmung, Aussparung, Öffnung
- BS
- Sensorsignal, Brandsensorsignal, Streulichtsignal, Temperatursignal
- BS'
- gefiltertes Streulichtsignal
- E
- Lichtempfänger, Photosensor, Photodiode
- F
- Flackerindikator
- FZ
- Filterzeiteinstellsignal, Einstellsignal
- f
- Frequenz
- FOV
- Erfassungsbereich, Field-of-View
- fTakt, fTakt2
- Taktsignal, zweites Taktsignal
- GAIN
- Verstärkungsgrad
- H/D
- zweiter Gleichanteil, Hell-/Dunkel-Indikator
- L
- Linse, optische Linse
- LED
- Indikator-LED
- LEV
- Alarmierungsschwelle
- N
- Netz, Insektenschutz, Gitter
- OF
- Gehäuseöffnung, Raucheintrittsöffnung
- PD
- Photosignal, Photodiodensignal
- RA, RA'
- Regelabweichung
- S
- Lichtsender, optische Sendeeinheit, Leuchtdiode
- SRel
- relative spektrale Empfindlichkeit
- SA
- Streulichtanordnung
- SZ
- Streulichtzentrum, Messvolumen
- t
- Zeit, Zeitachse
- T
- Temperaturwert
- TS
- Temperatursensorsignal
- T/N
- Tag-/Nacht-Kennung
- TFilter
- Filterzeit, Filterzeitkonstante
- UT
- Umgebungstemperatur
- Z
- Hauptachse, Symmetrieachse
- λ
- Lichtwellenlänge
Claims (17)
- Brandmelder, insbesondere offener Streulichtrauchmelder, mit einem Brandsensor, mit einer Steuereinheit (4) und mit einer Photodiode (6, 6') zur Erfassung von Umgebungslicht in einem spektral begrenzten Bereich von 400 bis 1150 nm, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein vom Brandsensor empfangenes Sensorsignal (BS) auf zumindest eine charakteristische Brandkenngröße hin zu analysieren, zu bewerten und bei einem detektierten Brand einen Brandalarm (AL) auszugeben, und wobei die Steuereinheit (4) zudem dazu eingerichtet ist, ein von der Photodiode (6, 6') empfangenes Photosignal (PD) auf das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren und abhängig davon die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL) durch ein Erhöhen einer Abtastrate für die Erfassung des Sensorsignals (BS) vom Brandsensor (5), durch ein Herabsetzen einer Filterzeit (TFilter), insbesondere eine Zeitkonstante, eines Bewertungsfilters (41) für die Brandanalyse und/oder durch ein Herabsetzen einer Alarmierungsschwelle (LEV) zu beschleunigen.
- Brandmelder nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL) alleinig auf Basis detektierter charakteristischer Flackerfrequenzen im empfangenen Photosignal (PD) zu unterdrücken.
- Brandmelder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Photodiode (6, 6') eine Silizium-Photodiode, ist.
- Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Photodiode (6, 6') ein Tageslicht-Sperrfilter vorgeschaltet ist, welches nur Licht in einem Bereich von 700 bis 1150 nm, insbesondere von 730 bis 1100 nm, passieren lässt.
- Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Brandmelder ein offener Streulichtrauchmelder ist, wobei der Streulichtrauchmelder ein Gehäuse (2), einen Schaltungsträger (3), einen Lichtsender (S) und einen Lichtempfänger (E) aufweist, wobei der Lichtsender (S) und der Lichtempfänger (E) im Gehäuse (2) angeordnet sind, wobei der Lichtsender (S) und der Lichtempfänger (E) in einer Streulichtanordnung (SA) mit einem außerhalb des Streulichtrauchmelders liegenden Streulichtzentrum (SZ) angeordnet sind, wobei die Streulichtanordnung (SA) mit dem Lichtsender (S) und dem Lichtempfänger (E) den Brandsensor bildet, und wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein vom Brandsensor empfangenes Streulichtsignal als Sensorsignal (BS) auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals (BS) als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm (AL) auszugeben.
- Brandmelder nach Anspruch 5, wobei der Lichtempfänger (E) für die Streulichtdetektion und die Photodiode (6) für die Umgebungslichterfassung als gemeinsame Photodiode (6') realisiert sind.
- Brandmelder nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet ist, das von der gemeinsamen Photodiode (6') empfangene Streulicht-/Photosignal (BS, PD) in zeitlich getrennten Phasen zu analysieren, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, das empfangene Streulicht-/Photosignal (BS, PD) in einer jeweiligen ersten Phase auf einen unzulässig hohen Signalpegel und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit zu analysieren, und dazu eingerichtet, das empfangene Streulicht-/Photosignal (BS, PD) in einer jeweiligen zweiten Phase auf das Vorhandensein von charakteristischen Flackerfrequenzen hin zu analysieren.
- Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, einen ersten Gleichanteil (OFFSET) aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal (BS, PD) zu ermitteln, und zudem dazu eingerichtet, diesen ersten Gleichanteil (OFFSET) vom empfangenen Streulicht-/Photosignal (BS, PD) zu subtrahieren, um ein im Wesentlichen gleichanteilsfreies Streulicht-/Photosignal (AC) zu erhalten.
- Brandmelder nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, den ermittelten ersten Gleichanteil (OFFSET) mit einem vorgegebenen Übersteuerungswert zu vergleichen und eine Störmeldung (ST) auszugeben, falls der ermittelte erste Gleichanteil (OFFSET) den Übersteuerungswert für eine vorgegebene Mindestzeit übersteigt.
- Brandmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet ist, einen zweiten Gleichanteil (H/D) aus dem empfangenen Streulicht-/Photosignal (BS, PD) zu ermitteln, welcher einen langzeitgemittelten Helligkeitswert repräsentiert, und wobei die Steuereinheit (4) zudem dazu eingerichtet, diesen zweiten Gleichanteil (H/D) auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts hin zu überwachen sowie davon abhängig eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL) herabzusetzen.
- Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Brandmelder ein Streulichtrauchmelder ist, welcher eine in einem Meldergehäuse (2) angeordnete, gegenüber Umgebungslicht abgeschirmte und für zu detektierenden Rauch durchlässige optische Messkammer (10) als Brandsensor aufweist, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein von der optischen Messkammer (10) empfangenes Streulichtsignal als Sensorsignal (BS) auf einen unzulässig hohen Signalpegel als Brandkenngröße und/oder auf eine unzulässig hohe Anstiegsgeschwindigkeit des Sensorsignals (BS) als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm (AL) auszugeben.
- Brandmelder nach einem der Ansprüche, wobei der Brandmelder einen Temperatursensor (5), insbesondere einen Thermistor, zur Erfassung einer Umgebungstemperatur (UT) im unmittelbaren Bereich um den Brandmelder aufweist und wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, die erfasste Umgebungstemperatur (UT) bei der Brandanalyse mit zu berücksichtigen.
- Brandmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Brandmelder ein ausschließlicher thermischer Melder mit einem Temperatursensor (5) als Brandsensor ist, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein vom Temperatursensor (5) als Sensorsignal (BS) empfangenes Temperatursignal auf eine unzulässige hohe Umgebungstemperatur (UT) als Brandkenngröße und/ oder auf einen unzulässig hohen Temperaturanstieg als weitere Brandkenngröße hin zu analysieren und im Falle eines detektierten Brandes einen Brandalarm (AL) auszugeben.
- Brandmelder nach Anspruch 13, wobei der Temperatursensor (5) ein kontaktlos arbeitender Temperatursensor ist, der einen für Wärmestrahlung (W) im Infrarotbereich empfindlichen Wärmestrahlungssensor umfasst, insbesondere eine Thermosäule oder ein Mikrobolometer, wobei der Brandmelder ein Meldergehäuse (2) mit einer Melderhaube (22) aufweist, wobei der Wärmestrahlungssensor (6) im Meldergehäuse (2) angeordnet und zur rechnerischen Ableitung der Umgebungstemperatur (UT) optisch auf die Innenseite (IS) der Melderhaube (22) ausgerichtet ist, und wobei die Melderhaube (22) im Bereich der Innenseite (IS) derart wärmeleittechnisch zu einem gegenüberliegenden Bereich der Außenseite der Melderhaube (22) ausgebildet ist, dass die sich an der Innenseite (IS) einstellende Gehäusetemperatur (T) der Umgebungstemperatur (UT) am gegenüberliegenden Bereich der Melderhaube (22) folgt.
- Brandmelder nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines Brandalarms (AL) herabzusetzen, um die Ausgabe eines Brandalarms (AL) zu beschleunigen, falls das Vorhandensein von für offenes Feuer charakteristischen Flackerfrequenzen detektiert worden ist.
- Brandmelder nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Steuereinheit (4) zudem dazu eingerichtet ist, das von der Photodiode (6) ausgegebene Photosignal (PD) auf ein Unterschreiten eines Mindesthelligkeitswerts zu überwachen und dazu eingerichtet ist, eine Alarmierungsschwelle (LEV) für die Ausgabe eines möglichen Brandalarms (AL) herabzusetzen.
- Brandmelder nach Anspruch 16, wobei der Brandmelder leitungsgebunden oder drahtlos mit einer übergeordneten Zentrale verbunden ist und wobei die Steuereinheit (4) dazu eingerichtet ist, das Über- und Unterschreiten des Mindesthelligkeitspegels als Tag-/Nachtkennung (T/N) an die Zentrale auszugeben.
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DE102016208359.7A DE102016208359B3 (de) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | Brandmelder, insbesondere geschlossener Streulichtrauchmelder, mit einer separaten Photodiode zur Erfassung von Umgebungslicht, um davon abhängig die Ausgabe eines möglichen Brandalarms zu beschleunigen |
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