EP3474249A2 - Messeinrichtung zur partikelmessung - Google Patents

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EP3474249A2
EP3474249A2 EP18192540.5A EP18192540A EP3474249A2 EP 3474249 A2 EP3474249 A2 EP 3474249A2 EP 18192540 A EP18192540 A EP 18192540A EP 3474249 A2 EP3474249 A2 EP 3474249A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
signal
measuring
measuring chamber
optical path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18192540.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3474249A3 (de
Inventor
Thomas Hanses
Tjark Windisch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3474249A2 publication Critical patent/EP3474249A2/de
Publication of EP3474249A3 publication Critical patent/EP3474249A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20—Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/24—Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components

Definitions

  • a smoke detector is already known in which a lamp is provided which radiates a beam of visible or infrared light through a room in which the presence of smoke is to be detected.
  • a photocell is also provided, which responds to the light of the lamp and which is arranged so that it can not be hit by a light beam directly, but only by scattered by the smoke to be detected light.
  • it is checked whether actually light from the lamp arrives at the photocell, in which case an alarm device is triggered.
  • the measuring device for particle measurement, in particular in the form of a smoke detector, has a measuring chamber, a transmitting device for generating an optical signal for feeding into the measuring chamber and a receiving device for receiving the optical signal from the measuring chamber. So that particles, in particular smoke, can be detected, the measuring chamber is opened in a suitable manner to an atmosphere surrounding the measuring device. For example, an opening is provided through which ambient air can penetrate. In addition to a desired penetration of the particles to be measured or the smoke to be measured but it comes during a particular long-term, multi-year use of the measuring device that unwanted ambient dust penetrate into the measuring chamber and can also be reflected on the transmitting device and the receiving device.
  • a calibration device which, via an intensity measured by a signal receiver, performs a calibration of the receiving device via a second optical path available in addition to a first optical path, by means of which the measurement of the particles takes place.
  • This can be a reduction in intensity by contamination of the transmitting device and / or the receiving device are measured with ambient dust.
  • the result of this measurement can then be used for a particle measurement as a correction variable in order to reduce the influence of a measurement result of the particle measurement by contamination of the ambient dust measuring device.
  • the first optical path is designed such that in a normal case no direct and ideally also no reflected light from the transmitting device to the receiving device, when there are no particles in the measuring chamber. If, on the other hand, particles are present in the measuring chamber in the first optical path, the light is scattered and deflected by the transmitting device to the particles, so that the light can then reach the receiving device.
  • the second optical path is ideally designed so that the signal source is directly visible from the signal receiver or that the light is deflected in such a way that the light from the signal source partially reflects the signal source Signal receiver also achieved in a state in which there is no smoke in the measuring chamber.
  • a triggering threshold for a smoke detector in accordance with shadowing due to contamination such that a constant predetermined concentration of smoke particles in the measuring chamber triggers an alarm. Furthermore, it is also possible in this way to compensate for an age-related degradation of the transmitting device and / or the receiving device. For a safe triggering of a smoke detector or an accurate particle measurement is also possible if the device has been in use for several years and thus it has come to a dust entry into the measuring chamber or aging of the installed components.
  • an optical switching device which establishes the second optical path for a calibration operation. This can avoid that, during normal operation, light can reach the receiving device via the second optical path and thus possibly falsify a measurement result. It is particularly easy to produce a corresponding optical switching device via an electrically switchable, for example electrochromic, mirror or via a mechanically drivable, movable mirror.
  • the signal source can be particularly advantageously provided as the transmitting device and / or the signal receiver as the receiving device.
  • the measuring operation is interrupted for a short time and the optical switching device is switched so that with the already existing in the measuring device components of transmitting device and receiving device calibration can be performed.
  • the signal receiver it is advantageous for the signal receiver to be designed as a separate, but separate, optical receiving device that is identical in construction to the receiving device.
  • a sensitivity of the Signal receiver can be adapted in particular to an intensity measurement. If the signal receiver is mounted in a corresponding environment adjacent to the receiving device, it can be assumed that the signal receiver is contaminated in a corresponding manner. Thus, if a corresponding decrease in a reception intensity is detected in the signal receiver, then it can be assumed that the receiving device itself is contaminated in a similar manner and that the intensity is reduced in a similar manner.
  • the measuring chamber advantageously has, for the first optical path, an optical trap for suppressing direct irradiation of the optical signal from the transmitting device to the receiving device and for suppressing reflections of the optical signal from the transmitting device to the receiving device caused by the measuring chamber.
  • an optical trap for suppressing direct irradiation of the optical signal from the transmitting device to the receiving device and for suppressing reflections of the optical signal from the transmitting device to the receiving device caused by the measuring chamber.
  • the second optical path is at least partially outside the measuring chamber.
  • the measuring chamber for the calibration measurement can be bypassed, so that optionally a representation of the second optical path is simplified.
  • the second optical path is a direct optical connection between the signal source and the signal receiver or it is via a Optical waveguide or realized one or more mirrors, so that a high amount of light of the signal source can be forwarded to the signal receiver.
  • An advantageous, cost-effective design of transmitting device and receiving device is possible in a realization as a semiconductor device, for example as a light emitting diode or photocell.
  • a reflection is determined by introduced into the measuring chamber pollution.
  • particles possibly lead to a light scattering in the direction of the receiving device, but also particles that have been deposited on a wall of the measuring chamber.
  • the light scattered by these particles in an undesired manner causes more light to reach the receiving device even in a quiescent state.
  • the sensitivity of the measuring device increases and optionally indicates a higher particle value or rather triggers a smoke alarm.
  • it may be provided to adapt a calibration of the measuring device to this influencing with a correspondingly long time constant, and in particular to raise a limit value for smoke emission.
  • the present invention can be used for any measuring device in which particles are detected optically by detecting the light scattering by these particles.
  • the application is advantageous for smoke detectors, since smoke detectors have long been used in residential or business premises for use and thus a maintenance-free, long-term use is desirable. Therefore, the present invention is explained below using the example of a smoke detector.
  • FIG. 1 a first embodiment of a measuring device in the form of a smoke detector 10 is shown.
  • the smoke detector 10 has a measuring chamber 11 into which air can penetrate through an opening 12 from the environment.
  • the measuring chamber 11 is designed such that air can flow through the measuring chamber 11.
  • a fan for supplying outside air into the measuring chamber 11.
  • the opening 12 is provided with a cap 13 such that as far as possible no ambient light can penetrate into the measuring chamber 11.
  • a transmitting device 21 is arranged, which generates an optical measuring signal, for example in a visible or in an infrared range.
  • the transmitting device 21 is in this case designed in particular as a light-emitting diode.
  • the transmitting device 21 is controlled by a control unit 30. In particular, it is energized at short notice, for example for half a second, to emit a light signal.
  • a receiving device 22 is arranged in the measuring chamber 11.
  • the construction is in the FIG. 1 shown simplified, wherein ideally in the event that there are no particles in the measuring chamber 11, as little as possible or very little light passes through reflections on the walls of the measuring chamber 11 from the transmitting device 21 to the receiving device 22. On the other hand, if particles are present in the measuring chamber 11, then these particles scatter the light in any spatial directions, so that in this case also light of the transmitting device 21 can reach the receiving device 22.
  • the receiving device 11 is designed in particular as a semiconductor element, for example as a photosensitive resistor or as a photocell.
  • a signal of the receiving device 20 is also evaluated by the control unit 30.
  • the control unit 30 has a computing unit 31 which both controls the transmitting device 21 and also evaluates signals of the receiving device 22. From the evaluation signal of the receiving device 22, the arithmetic unit 31 calculates a particle concentration or accesses a calculation rule which is stored in a memory 32 of the control unit 30, or compares a measured intensity value with a limit value, which is stored, in particular, in a memory 33.
  • the memories 32, 33 may also be different memory areas of a memory.
  • a limit value of the intensity predefined in the memory 33 is exceeded when a signal is emitted by the transmitting device 21 at the receiving device 22, then a minimum concentration of particles is present, which is regarded as critical.
  • the arithmetic unit 31 triggers an alarm.
  • the control unit 30 controls, for example, a loudspeaker 34 and / or an optical signal transmitter 35.
  • a first, indirect optical path is thus provided around the light trap 23 from the transmitting device 21 to the receiving device 22.
  • the transmission device 21 is provided as a signal source and the reception device 22 as a signal receiver.
  • the calibration operation is in regular Time intervals, for example once a day or once a week, driven by the arithmetic unit 31.
  • the control unit 30 is connected via a control line 24 with an optical switching device 25, which is arranged in the first embodiment in the measuring chamber 11. It is embodied, for example, as an electrically switchable electrochromic mirror or as a movable mirror, for example as a micromechanically movable mirror.
  • the mirror 25 is positioned such that it does not deflect light from the transmitting device 21 to the receiving device 22.
  • the reflective surface of the measuring chamber 11 away from a wall of the measuring chamber 11 to.
  • the mirror 25 is set to deflect the light emitted from the transmitting device 21 to the receiving device 22.
  • the second optical path is optionally guided through the measuring chamber 11.
  • a in the FIG. 1 dashed shown optical switching element 26 opens a second optical path 27 which leads from the transmitting device 21 at least partially outside the measuring chamber 11 to bypass the light trap 23 to the receiving device 22.
  • the optical switching element 26 is also designed as a diaphragm which opens or closes the optical connection.
  • the second optical path by means of light guides, which may also realize a non-linear optical connection for the second optical path of the transmitting device 21 to the receiving device 22 due to the light line in its interior and a possible flexibility ,
  • a direct optical connection if necessary via one or more light deflection elements between the transmitting device 21 as a signal source and the receiving device 22 as a signal receiver along the second optical path is established. It is done now an emission of an optical signal by the transmitting device 21 and a reception by the receiving device 22. An intensity of the received signal is recorded and compared with a stored in the memory 33 basic value in particular at the time of delivery or manufacture of the smoke detector 10. From a deviation from the measured value, an optionally existing reduction in the intensity due to contamination of the transmitting or receiving device 21, 22 is determined. A corresponding reduction of the intensity is stored in the memory 33 and used for subsequent processing in measuring operation. Either in this case the measured signal is corrected upwards by a factor corresponding to the shadowing due to contamination, or a limit value for triggering an alarm stored in the memory 33 is lowered.
  • FIG. 2 an alternative embodiment of a measuring device is shown.
  • a measuring device 40 has a measuring chamber 41 in an opening 42, wherein these components of the embodiment according to the FIG. 1 correspond. Accordingly, a control unit 30 corresponding control unit 43 is shown in simplified form.
  • a transmitting device 44 and a receiving device 45 are comparable to the FIG. 1 separated by a light trap 46 in the measuring chamber 41.
  • a signal receiver 47 Adjacent to the receiving device 45, a signal receiver 47 is arranged, which is identical in construction of the receiving device 45 in one embodiment. Ideally, the signal receiver 47 is exposed to the same atmosphere as the receiving device 45, so that air flowing into the measuring device 40 sweeps over both components.
  • a direct second optical path 48 is provided by the transmitting device 44 to the signal receiver 47, so that light can pass directly from the transmitting device 44 to the signal receiver 47 in a calibration operation. If an intensity measurement is now carried out, contamination on the components of the transmitting device 44 and of the signal receiver 47 leads to a reduction in intensity which can be measured.
  • the transmitting device 44 it is also possible, in addition to the transmitting device 44, to provide its own signal source 49, which is provided in the FIG. 2 indicated by dashed lines.
  • the light generated by the signal source 49 is radiated directly toward the signal receiver 47 to perform an intensity measurement.
  • FIG. 3 a further embodiment of a measuring device 50 is shown, which has a measuring chamber 51 with an opening 52.
  • a control unit 53 which is designed in accordance with the control unit 30, controls a signal source 54, a transmitting device 55, a receiving device 56 and a signal receiver 57.
  • the transmitting device 55 and the receiving device 56 are optically separated from one another by a light trap 58, so that the first optical path leads through the measuring chamber 51 and light only reaches the receiving device 56 when particles have been introduced into the volume of the measuring chamber 51.
  • a direct optical connection is provided as a second optical path, so that light is conducted through the measuring chamber 51 in the calibration operation from the signal source 54 to the signal receiver 57.
  • the control unit 53 carries out both a measuring operation with the transmitting device and the receiving device 55, 56 as well as a calibration operation with the signal source 54 and the signal receiver 57.
  • an inventive method of calibration is shown.
  • switching is made from a measuring mode to a calibrating mode.
  • the initialization step 60 for a calibration is initiated only if there is no alarm case.
  • a first calibration step 61 an actually measured intensity is determined, with which the signal receiver receives a signal provided by the signal source.
  • the measured signal intensity is compared with a base value stored in a memory of the control device, which is measured or determined in particular during a production of the sensor and then stored in the memory. If appropriate, a correction factor for contamination of transmitting device and receiving device is directly determined and stored therefrom.
  • a measured value along the first optical path from the transmitting device to the receiving device is determined. This measurement is virtually a dark value for a smoke sensor, if no smoke is contained in the measuring chamber.
  • the measured value is compared with a base value determined or measured during the production of the sensor and stored in the memory. If appropriate, a correction factor for additional scattering as a result of dust in the measuring chamber is also directly determined and stored therefrom.
  • a subsequent determining step 63 if not yet seen, the corresponding correction factors are determined and the product of these correction factors is calculated, e.g. a product of the sender and receiver fouling factor and the correction factor for additional scatter due to dust in the measuring chamber.
  • a quotient of a measured value and a basic value during production is preferably used as the basis.
  • This correction factor multiplies a stored base limit to set a new limit to determine a new measurement threshold for the smoke alarm determination device.
  • a subsequent test step 64 it is checked whether the correction value remains below a predetermined limit. If so, the new correction value is committed in the memory and used for a subsequent measurement.
  • a subsequent measuring step 65 is switched to a normal measuring operation. If the correction factor deviates from a basic value by a predetermined amount, for example 5% to 10%, an error output step 66 is referred to, since the measuring device may no longer function correctly as a result of excessive contamination.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Partikelmessung, insbesondere Rauchmelder, mit einer Messkammer (11, 41, 51), mit einer Sendeeinrichtung (21, 44, 55) zur Erzeugung eines optischen Signals zur Zuführung in die Messkammer (11, 41, 51), mit einer Empfangseinrichtung (22, 45, 56) zum Empfang des optischen Signals aus der Messkammer (11, 41, 51) über einen ersten optischen Weg zur Bestimmung einer Beeinflussung des optischen Signals durch Partikel in der Messkammer (11, 41, 51), gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung umfassend eine optische Signalquelle (49, 54), einen optischen Signalempfänger (47, 57) und einen zweiten optischen Weg zwischen der Signalquelle (49, 54) und dem Signalempfänger (47, 57), wobei die Kalibriereinrichtung eine Steuereinheit (30, 43, 53) zur Bestimmung einer von dem Signalempfänger (47, 57) gemessenen Intensität des über den zweiten optischen Weg empfangenen Signals der Signalquelle (49, 54) zur Kalibrierung der Empfangseinrichtung (22, 45, 56) aufweist.

Description

    Stand der Technik
  • Aus der DT 2105917 ist bereits ein Rauchanzeigegerät bekannt, bei dem eine Lampe vorgesehen ist, die einen Strahl sichtbaren oder infraroten Lichts durch einen Raum strahlt, in dem die Anwesenheit von Rauch nachgewiesen werden soll. Hierbei ist ferner eine Fotozelle vorgesehen, die auf das Licht der Lampe anspricht und die so angeordnet ist, dass sie nicht von einem Lichtstrahl direkt, sondern nur von durch den nachzuweisenden Rauch gestreutem Licht getroffen werden kann. Hierbei wird überprüft, ob tatsächlich Licht von der Lampe bei der Fotozelle ankommt, wobei in diesem Fall eine Alarmvorrichtung ausgelöst wird.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Messeinrichtung zur Partikelmessung, insbesondere in Form eines Rauchmelders, weist eine Messkammer, eine Sendeeinrichtung zur Erzeugung eines optischen Signals zur Zuführung in die Messkammer und eine Empfangseinrichtung zum Empfang des optischen Signals aus der Messkammer, auf. Damit Partikel, insbesondere Rauch, detektiert werden können, ist die Messkammer in einer geeigneten Weise zu einer die Messeinrichtung umgebenden Atmosphäre geöffnet. So ist beispielsweise eine Öffnung vorgesehen, durch die Umgebungsluft eindringen kann. Neben einem gewünschten Eindringen der zu messenden Partikel bzw. des zu messenden Rauchs kommt es aber während einer insbesondere längerfristigen, mehrjährigen Nutzung der Messeinrichtung dazu, dass auch ungewünscht Umgebungsstaub in die Messkammer eindringen und sich auch auf der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung niederschlagen kann. Erfindungsgemäß ist eine Kalibriereinrichtung vorgesehen, die über eine von einem Signalempfänger gemessene Intensität über einen zusätzlich zu einem ersten optischen Weg, mittels dem die Messung der Partikel erfolgt, vorhandenen zweiten optischen Weg eine Kalibrierung der Empfangseinrichtung vornimmt. Hiermit kann eine Intensitätsabsenkung durch eine Verschmutzung der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung mit Umgebungsstaub gemessen werden. Das Ergebnis dieser Messung kann anschließend für eine Partikelmessung als Korrekturgröße verwendet werden, um einen Beeinflussung eines Messergebnisses der Partikelmessung durch eine Verschmutzung der Messeinrichtung Umgebungsstaub zu verringern.
  • Der erste optische Weg ist dabei derart ausgeführt, dass in einem Normalfall kein direktes und im Idealfall auch kein reflektiertes Licht von der Sendeeinrichtung zu der Empfangseinrichtung gelangt, wenn sich keine Partikel in der Messkammer befinden. Befinden sich dagegen Partikel in der Messkammer in dem ersten optischen Weg, so wird das Licht von der Sendeeinrichtung an den Partikeln gestreut und umgelenkt, so dass das Licht dann zu der Empfangseinrichtung gelangen kann. Der zweite optische Weg ist idealerweise so ausgeführt, dass die Signalquelle von dem Signalempfänger aus direkt sichtbar ist oder dass Licht derart umgelenkt wird, dass das Licht der Signalquelle teilweise den Signalempfänger auch in einem Zustand erreicht, in dem sich kein Rauch in der Messkammer befindet.
  • Insbesondere ist es damit möglich, eine Auslöseschwelle für einen Rauchmelder entsprechend einer Abschattung durch Verschmutzung derart herabzusetzen, dass eine konstante vorgegebene Konzentration von Rauchpartikeln in der Messkammer einen Alarm auslöst. Ferner ist es auf diese Weise auch möglich, eine altersbedingte Degradation der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung auszugleichen. Damit ist ein sicheres Auslösen eines Rauchmelders bzw. eine genaue Partikelmessung auch dann möglich, wenn das Gerät bereits mehrere Jahre in Benutzung ist und es somit zu einem Staubeintrag in die Messkammer bzw. zu einer Alterung der verbauten Komponenten gekommen ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. In einer Ausführungsform ist es vorteilhaft, eine optische Schalteinrichtung vorzusehen, die den zweiten optischen Weg für einen Kalibrierbetrieb herstellt. Damit kann vermieden werden, dass während eines Normalbetriebs über den zweiten optischen Weg Licht zu der Empfangseinrichtung gelangen und damit ein Messergebnis gegebenenfalls verfälschen kann. Besonders leicht lässt sich eine entsprechende optische Schalteinrichtung über einen elektrisch schaltbaren, beispielsweise elektrochromen Spiegel oder über einen mechanisch antreibbaren, beweglichen Spiegel herstellen.
  • Besonders vorteilhaft kann bei einer Verwendung einer optischen Schalteinrichtung die Signalquelle als die Sendeeinrichtung und/oder der Signalempfänger als die Empfangseinrichtung vorgesehen sein. In diesem Fall wird der Messbetrieb für kurze Zeit unterbrochen und die optische Schalteinrichtung wird umgeschaltet, so dass mit den bereits in der Messeinrichtung vorhandenen Komponenten von Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung die Kalibrierung durchgeführt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass der Signalempfänger als eine der Empfangseinrichtung baugleiche, aber separate optische Empfangseinrichtung ausgeführt ist. Hierbei kann eine Empfindlichkeit des Signalempfängers insbesondere an eine Intensitätsmessung angepasst werden. Befindet sich der Signalempfänger in einer entsprechenden Umgebung benachbart zu der Empfangseinrichtung montiert, ist davon auszugehen, dass der Signalempfänger in entsprechender Weise mit einer Verschmutzung beaufschlagt wird. Wird also bei dem Signalempfänger eine entsprechende Verringerung einer Empfangsintensität festgestellt, so ist davon auszugehen, dass die Empfangseinrichtung selbst in ähnlicher Weise verschmutzt ist und es zu einer vergleichbaren Absenkung der Intensität kommt.
  • In entsprechender Weise ist vorteilhaft, als Signalquelle eine der Sendeeinrichtung baugleiche, separate optische Sendeeinrichtung auszuführen verwenden, die vorteilhaft ebenfalls benachbart zu der Sendeeinrichtung in der Messkammer montiert ist. Durch eine Verwendung eines zusätzlichen Signalempfängers bzw. einer zusätzlichen Signalquelle ist es möglich, den zweiten optischen Weg gegebenenfalls an einer anderen Stelle als den ersten optischen Weg in der Messkammer zu realisieren, so dass auf eine optische Schalteinrichtung gegebenenfalls verzichtet werden kann.
  • Die Messkammer weist vorteilhaft für den ersten optischen Weg eine optische Falle zur Unterdrückung einer direkten Einstrahlung des optischen Signals von der Sendeeinrichtung zu der Empfangseinrichtung und zur Unterdrückung einer durch in der Messkammer hervorgerufene Reflexionen des optischen Signals von der Sendeeinrichtung zu der Empfangseinrichtung auf. Hierdurch kann für den Fall, dass sich keine Partikel in der Messkammer befinden, auch kein Licht gestreut werden, so dass kein Signal empfangen wird. Erst durch eine Streuung an in der Messkammer befindlichen Partikeln gelangt Licht zu der Empfangseinrichtung.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, den zweiten optischen Weg zumindest teilweise außerhalb der Messkammer anzuordnen. Hierdurch kann die Messkammer für die Kalibriermessung umgangen werden, so dass gegebenenfalls eine Darstellung des zweiten optischen Weges vereinfacht wird.
  • Vorteilhaft ist der zweite optische Weg eine direkte optische Verbindung zwischen der Signalquelle und dem Signalempfänger oder er ist über einen Lichtwellenleiter bzw. einen oder mehrere Spiegel realisiert, so dass eine hohe Lichtmenge der Signalquelle zu dem Signalempfänger weitergeleitet werden kann.
  • Eine vorteilhafte, kostengünstige Ausführung von Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung ist bei einer Realisierung als Halbleiterbauelement möglich, beispielsweise als Leuchtdiode oder Fotozelle.
  • Entsprechende Vorteile ergeben sich für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
  • Weiterhin ist es hierbei vorteilhaft, einen weiteren Kalibrierschritt vorzunehmen, bei dem eine Reflexion durch in die Messkammer eingebrachte Verschmutzung bestimmt wird. Denn nicht nur sich in einem Luftvolumen innerhalb der Messkammer befindliche Partikel führen gegebenenfalls zu einer Lichtstreuung in Richtung der Empfangseinrichtung, sondern auch Partikel, die sich an einer Wandung der Messkammer abgelagert haben. Das durch diese Partikel in unerwünschter Weise gestreute Licht führt dazu, dass auch in einem Ruhezustand mehr Licht zu der Empfangseinrichtung gelangt. Hierdurch steigt die Empfindlichkeit der Messeinrichtung und zeigt gegebenenfalls einen höheren Partikelwert an bzw. löst eher einen Rauchalarm aus. Um dies zu vermeiden, ist es gegebenenfalls vorgesehen, mit einer entsprechend langen Zeitkontante eine Kalibrierung der Messeinrichtung an diese Beeinflussung anzupassen und insbesondere einen Grenzwert für eine Rauchauslösung anzuheben. Kommt es jedoch gleichzeitig zu einer Verschmutzung der Sendeeinrichtung bzw. der Empfangseinrichtung, könnte dies dazu führen, dass in die Messeinrichtung eingebrachte Partikel nicht mehr korrekt detektiert werden, da das von ihnen gestreute Licht nicht mehr ausreicht, eine Warnung auszulösen bzw. es wird ein zu niedriger Messwert angezeigt. Durch eine Kombination mit einer eine Verschmutzung der Sendeeinrichtung und/oder der Empfangseinrichtung erfassenden Kalibrierung ist es möglich, beide Effekte zu erfassen und gegebenenfalls gegeneinander auszugleichen, so dass ein sicherer Betrieb der Messeinrichtung weiterhin ermöglicht wird.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figuren 1 bis 3
    verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
    Figur 4
    ein erfindungsgemäßes Verfahren.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung kann für beliebige Messeinrichtungen verwendet werden, bei denen Partikel optisch über eine Detektion der Lichtstreuung durch diese Partikel erfasst werden. Insbesondere ist die Anwendung vorteilhaft für Rauchmelder, da Rauchmelder langjährig in Wohn- oder Geschäftsräumen zur Anwendung gelangen und somit eine wartungsfreie, langjährige Benutzung wünschenswert ist. Daher wird die vorliegende Erfindung im Folgenden am Beispiel eines Rauchmelders erläutert.
  • In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung in Form eines Rauchmelders 10 dargestellt. Der Rauchmelder 10 weist eine Messkammer 11 auf, in die durch eine Öffnung 12 Luft aus der Umgebung eindringen kann. Insbesondere ist die Messkammer 11 derart ausgeführt, dass Luft die Messkammer 11 durchströmen kann. Ferner ist es auch möglich, einen Lüfter zum Zuführen von Außenluft in die Messkammer 11 vorzusehen. Die Öffnung 12 ist derart mit einer Kappe 13 versehen, dass möglichst kein Umgebungslicht in die Messkammer 11 eindringen kann. In der Messkammer 11 ist eine Sendeeinrichtung 21 angeordnet, die ein optisches Messsignal, beispielsweise in einem sichtbaren oder in einem Infrarotbereich erzeugt. Die Sendeeinrichtung 21 ist hierbei insbesondere als eine Leuchtdiode ausgeführt. Die Sendeeinrichtung 21 wird von einer Steuereinheit 30 angesteuert. Insbesondere wird sie kurzfristig, beispielsweise für eine halbe Sekunde, zum Aussenden eines Lichtsignals angeregt.
  • Ferner ist in der Messkammer 11 eine Empfangseinrichtung 22 angeordnet. Eine Lichtfalle 23, insbesondere ausgeführt in Form eines optischen Labyrinths, verhindert, dass von der Sendeeinrichtung 21 ausgestrahltes Licht unmittelbar zu der Empfangseinrichtung 22 gelangen kann. Die Konstruktion ist in der Figur 1 vereinfacht dargestellt, wobei idealerweise für den Fall, dass sich in der Messkammer 11 keine Partikel befinden, möglichst kein oder nur sehr wenig Licht durch Reflexionen an den Wänden der Messkammer 11 von der Sendeeinrichtung 21 zu der Empfangseinrichtung 22 gelangt. Befinden sich dagegen Partikel in der Messkammer 11, so streuen diese Partikel das Licht in beliebige Raumrichtungen, so dass in diesem Fall auch Licht der Sendeeinrichtung 21 zu der Empfangseinrichtung 22 gelangen kann.
  • Die Empfangseinrichtung 11 ist insbesondere als ein Halbleiterelement ausgeführt, beispielsweise als ein lichtempfindlicher Widerstand oder als eine Photozelle. Ein Signal der Empfangseinrichtung 20 wird ebenfalls von der Steuereinheit 30 ausgewertet. Die Steuereinheit 30 weist hierzu eine Recheneinheit 31 auf, die sowohl die Sendeeinrichtung 21 ansteuert, als auch Signale der Empfangseinrichtung 22 auswertet. Aus dem Auswertesignal der Empfangseinrichtung 22 berechnet die Recheneinheit 31 unter Zugriff auf eine Berechnungsvorschrift, die in einem Speicher 32 der Steuereinheit 30 abgelegt ist, eine Partikelkonzentration bzw. vergleicht einen gemessenen Intensitätswert mit einem Grenzwert, der insbesondere in einem Speicher 33 abgelegt ist. Bei den Speichern 32, 33 kann es sich auch um verschiedene Speicherbereiche eines Speichers handeln. Wird ein in dem Speicher 33 vorgegebener Grenzwert der Intensität bei einer Aussendung eines Signals durch die Sendeeinrichtung 21 an der Empfangseinrichtung 22 überschritten, so liegt eine Mindestkonzentration an Partikeln vor, die als kritisch angesehen wird. In diesem Fall löst die Recheneinheit 31 einen Alarm aus. Hierzu steuert die Steuereinheit 30 beispielsweise einen Lautsprecher 34 und/oder einen optischen Signalgeber 35 an. In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, einen Alarm über eine Datenschnittstelle 36 an eine Brandmeldezentrale weiterzugeben. Für die Messung ist somit ein erster, indirekter optischer Weg um die Lichtfalle 23 herum von der Sendeeinrichtung 21 zu der Empfangseinrichtung 22 vorgesehen.
  • Für eine Kalibriermessung ist in der hier dargestellten Ausführungsform die Sendeeinrichtung 21 als eine Signalquelle und die Empfangseinrichtung 22 als ein Signalempfänger vorgesehen. Der Kalibrierbetrieb wird in regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise einmal täglich oder einmal wöchentlich, von der Recheneinheit 31 angesteuert. In einer ersten Ausführungsform ist hierzu die Steuereinheit 30 über eine Ansteuerleitung 24 mit einer optischen Schalteinrichtung 25 verbunden, die in der ersten Ausführungsform in der Messkammer 11 angeordnet ist. Sie ist beispielsweise als ein elektrisch schaltbarer elektrochromer Spiegel oder als ein beweglicher Spiegel ausgeführt, beispielsweise als ein mikromechanisch beweglicher Spiegel. Während der Messposition ist der Spiegel 25 derart positioniert, dass er kein Licht von der Sendeeinrichtung 21 zu der Empfangseinrichtung 22 umlenkt. Beispielsweise weist die spiegelnde Fläche von der der Messkammer 11 weg einer Wandung der Messkammer 11 zu. In dem Kalibrierbetrieb jedoch wird der Spiegel 25 derart eingestellt, dass er dasjenige Licht, das von der Sendeeinrichtung 21 ausgestrahlt wird, zu der Empfangseinrichtung 22 umlenkt. In dieser Ausführungsform ist der zweite optische Weg gegebenenfalls durch die Messkammer 11 geführt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, dass ein in der Figur 1 gestrichelt dargestelltes optisches Schaltelement 26 einen zweiten optischen Weg 27 öffnet, der von der Sendeeinrichtung 21 zumindest teilweise außerhalb der Messkammer 11 zur Umgehung der Lichtfalle 23 zu der Empfangseinrichtung 22 führt. In einer Ausführungsform ist es hierbei möglich, dass das optische Schaltelement 26 auch als eine Blende ausgeführt ist, die die optische Verbindung öffnet oder schließt. In einer Ausführungsform ist es möglich, den zweiten optischen Weg hierbei in Form einer Röhre oder einer direkten Sichtverbindung mit der optischen Schalteinrichtung auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, den zweiten optischen Weg mittels Lichtleitern zu realisieren, die gegebenenfalls aufgrund der Lichtleitung in ihrem Inneren und einer möglichen Biegsamkeit auch eine nicht geradlinige optische Verbindung für den zweiten optischen Weg der Sendeeinrichtung 21 zu der Empfangseinrichtung 22 realisieren können.
  • Nachdem in den Kalibrierbetrieb umgeschaltet wurde, ist eine direkte optische Verbindung ggf. über ein oder mehrere Lichtumlenkelemente zwischen der Sendeeinrichtung 21 als Signalquelle und der Empfangseinrichtung 22 als Signalempfänger entlang des zweiten optischen Wegs hergestellt. Es erfolgen nun eine Aussendung eines optischen Signals durch die Sendeeinrichtung 21 und ein Empfang durch die Empfangseinrichtung 22. Eine Intensität des empfangenen Signals wird aufgenommen und mit einem in dem Speicher 33 gespeicherten Grundwert insbesondere bei Auslieferung oder Herstellung des Rauchmelders 10 verglichen. Aus einer Abweichung von dem gemessenen Wert wird eine ggf. vorhandene Absenkung der Intensität infolge von Verschmutzung der Sende- bzw. Empfangseinrichtung 21, 22 bestimmt. Eine entsprechende Absenkung der Intensität wird in dem Speicher 33 abgelegt und für eine nachfolgende Verarbeitung im Messbetrieb herangezogen. Entweder wird hierbei das gemessene Signal um einen der Abschattung durch eine Verschmutzung entsprechenden Faktor nach oben korrigiert oder ein in dem Speicher 33 abgelegter Grenzwert für ein Auslösen eines Alarms wird abgesenkt.
  • In der Figur 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung dargestellt. Eine Messeinrichtung 40 weist eine Messkammer 41 in einer Öffnung 42 auf, wobei diese Komponenten dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 entsprechen. Entsprechend ist vereinfacht auch eine der Steuereinheit 30 entsprechende Steuereinheit 43 dargestellt. In der hier gezeigten Ausführungsform ist eine Sendeeinrichtung 44 und eine Empfangseinrichtung 45 in vergleichbarer Weise zu der Figur 1 durch eine Lichtfalle 46 getrennt in der Messkammer 41 angeordnet. Benachbart zu der Empfangseinrichtung 45 ist ein Signalempfänger 47 angeordnet, der in einer Ausführungsform baugleich der Empfangseinrichtung 45 ist. Idealerweise ist der Signalempfänger 47 der gleichen Atmosphäre ausgesetzt wie die Empfangseinrichtung 45, so dass in die Messeinrichtung 40 strömende Luft beide Komponenten überstreicht. Damit wird sichergestellt, dass eine entsprechende Verschmutzung, die an der Empfangseinrichtung 45 auftritt, sich in entsprechender Weise auch auf dem Signalempfänger 47 ablagert. In der hier gezeigten Ausführungsform ist ein direkter zweiter optischer Weg 48 von der Sendeeinrichtung 44 zu dem Signalempfänger 47 gegeben, so dass in einem Kalibrierbetrieb Licht unmittelbar von der Sendeeinrichtung 44 zu dem Signalempfänger 47 gelangen kann. Wird nun eine Intensitätsmessung durchgeführt, so führt Verschmutzung auf den Komponenten der Sendeeinrichtung 44 und des Signalempfängers 47 zu einer Intensitätsverringerung, die gemessen werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, zusätzlich zu der Sendeeinrichtung 44 eine eigene Signalquelle 49 vorzusehen, die in der Figur 2 gestrichelt eingezeichnet ist. Das von der Signalquelle 49 erzeugte Licht wird unmittelbar in Richtung des Signalempfängers 47 abgestrahlt, um eine Intensitätsmessung durchzuführen.
  • In der Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Messeinrichtung 50 dargestellt, die eine Messkammer 51 mit einer Öffnung 52 aufweist. Eine Steuereinheit 53, die entsprechend der Steuereinheit 30 ausgeführt ist, steuert eine Signalquelle 54, eine Sendeeinrichtung 55, eine Empfangseinrichtung 56 und einen Signalempfänger 57 an. Die Sendeeinrichtung 55 und die Empfangseinrichtung 56 sind durch eine Lichtfalle 58 optisch voneinander getrennt, so dass der erste optische Weg durch die Messkammer 51 führt und hierbei Licht nur dann zu der Empfangseinrichtung 56 gelangt, wenn Partikel in dem Volumen der Messkammer 51 eingebracht wurden. Von der Signalquelle 54 zu dem Signalempfänger 57 ist als zweiter optischer Weg eine direkte optische Verbindung vorgesehen, so dass Licht durch die Messkammer 51 hindurch im Kalibrierbetrieb von der Signalquelle 54 zu dem Signalempfänger 57 geleitet wird. Die Steuereinheit 53 führt sowohl einen Messbetrieb mit der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung 55, 56 sowie einen Kalibrierbetrieb mit der Signalquelle 54 und dem Signalempfänger 57 durch.
  • In der Figur 4 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren einer Kalibrierung dargestellt. In einem Initialisierungsschritt 60 wird von einem Messbetrieb auf einen Kalibrierbetrieb umgeschaltet. Der Initialisierungsschritt 60 für eine Kalibrierung wird nur eingeleitet, wenn kein Alarmfall vorliegt. In einem ersten Kalibrierschritt 61 wird eine tatsächlich gemessene Intensität bestimmt, mit der der Signalempfänger ein von der Signalquelle bereitgestelltes Signal empfängt. Die gemessene Signalintensität wird mit einem in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegten Grundwert verglichen, der insbesondere bei einer Herstellung des Sensors gemessen oder bestimmt und dann in dem Speicher abgelegt wird. Gegebenenfalls wird hieraus auch direkt ein Korrekturfaktor für eine Verschmutzung von Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung bestimmt und gespeichert.
  • In einem zweiten optionalen Kalibrierschritt 62 wird ein Messwert entlang des ersten optischen Weges von der Sendeeinrichtung zu der Empfangseinrichtung bestimmt. Diese Messung stellt quasi einen Dunkelwert für einen Rauchsensor dar, wenn kein Rauch in der Messkammer enthalten ist. In dem zweiten Kalibrierschritt 62 wird der gemessene Wert mit einem bei der Herstellung des Sensors festgelegten oder gemessenen Grundwert verglichen und in dem Speicher abgelegt. Gegebenenfalls wird hieraus auch direkt ein Korrekturfaktor für eine zusätzliche Streuung in Folge von Staub in der Messkammer bestimmt und gespeichert.
  • In einem anschließenden Festlegungsschritt 63 werden, falls noch nicht gesehen, die entsprechenden Korrekturfaktoren, bestimmt und das Produkt aus diesen Korrekturfaktoren wird berechnet, z.B. ein Produkt aus dem Korrekturfaktor für eine Verschmutzung von Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung und aus dem Korrekturfaktor für eine zusätzliche Streuung in Folge von Staub in der Messkammer. Hierbei wird bevorzugt jeweils ein Quotient aus einem Messwert und einem Grundwert bei der Herstellung zugrunde gelegt. Mit diesem Korrekturfaktor wird durch Multiplikation mit einem gespeicherten Grundgrenzwert ein neuer Grenzwert festgelegt, um eine neue Messwertschwelle für die Messeinrichtung zur Festlegung eines Rauchalarms zu bestimmen.
  • In einem anschließenden Prüfschritt 64 wird überprüft, ob der Korrekturwert unterhalb einer vorgegebenen Grenze bleibt. Ist dies der Fall, so wird der neue Korrekturwert in dem Speicher festgeschrieben und für eine nachfolgende Messung verwendet. In einem anschließenden Messschritt 65 wird in einen normalen Messbetrieb umgeschaltet. Weicht der Korrekturfaktor um ein vorgegebenen Maß, beispielsweise 5% bis 10% von einem Grundwert ab, so wird zu einem Fehlerausgabeschritt 66 verwiesen, da nunmehr in Folge von zu starker Verschmutzung die Messeinrichtung gegebenenfalls nicht mehr korrekt arbeitet.

Claims (14)

  1. Messeinrichtung zur Partikelmessung, insbesondere Rauchmelder, mit einer Messkammer (11, 41, 51), mit einer Sendeeinrichtung (21, 44, 55) zur Erzeugung eines optischen Signals zur Zuführung in die Messkammer (11, 41, 51), mit einer Empfangseinrichtung (22, 45, 56) zum Empfang des optischen Signals aus der Messkammer (11, 41, 51) über einen ersten optischen Weg zur Bestimmung einer Beeinflussung des optischen Signals durch Partikel in der Messkammer (11, 41, 51), gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung umfassend eine optische Signalquelle (49, 54), einen optischen Signalempfänger (47, 57) und einen zweiten optischen Weg zwischen der Signalquelle (49, 54) und dem Signalempfänger (47, 57), wobei die Kalibriereinrichtung eine Steuereinheit (30, 43, 53) zur Bestimmung einer von dem Signalempfänger (47, 57) gemessenen Intensität des über den zweiten optischen Weg empfangenen Signals der Signalquelle (49, 54) zur Kalibrierung der Empfangseinrichtung (22, 45, 56) aufweist.
  2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine optische Schalteinrichtung (25, 26), die für einen Kalibrierbetrieb den zweiten optischen Weg zwischen der Signalquelle und dem Signalempfänger herstellt.
  3. Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Schalteinrichtung (25, 26) ein schaltbarer oder beweglicher Spiegel ist.
  4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (21) als die Signalquelle und/oder die Empfangseinrichtung (22) als der Signalempfänger dienen.
  5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalempfänger (47, 57) eine der Empfangseinrichtung (45, 56) insbesondere baugleiche, separate optische Empfangseinrichtung ist.
  6. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalquelle (49, 54) eine der Sendeeinrichtung (44, 55) baugleiche, separate optische Sendeeinrichtung ist.
  7. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (11, 41, 51) für den ersten optischen Weg eine optische (23, 46, 58) Falle zur Unterdrückung einer direkten Einstrahlung des optischen Signals von der Sendeeinrichtung (21, 44, 55) zu der Empfangseinrichtung (22, 45, 56) und zur Unterdrückung einer durch Wände der Messkammer (11, 41, 51) hervorgerufenen Reflexion des optischen Signals von der Sendeeinrichtung (21, 44, 55) zu der Empfangseinrichtung (22, 45, 56) aufweist.
  8. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite optische Weg zumindest teilweise außerhalb der Messkammer (11, 41, 51) angeordnet ist.
  9. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite optische Weg eine direkte optische Verbindung ist oder dass der zweite optische Weg eine über einen Lichtwellenleiter und/oder eine über einen oder mehrere Spiegel realisierte optische Verbindung ist.
  10. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das die Sendeeinrichtung (21, 44, 55) als eine Halbleitersendeeinrichtung, insbesondere als eine Leuchtdiode, und die Empfangseinrichtung (22, 45, 56) als ein optisch empfindliches Halbleiterelement ausgebildet sind.
  11. Verfahren zur Partikelmessung, insbesondere Rauchdetektion, mit einem Aussenden eines optischen Signals durch eine Sendeeinrichtung (21, 44, 55) in eine Messkammer (11, 41, 51), mit einem Empfang eines von in der Messkammer (11, 41, 51) durch vorhandene Partikel veränderten optischen Signals von einer Empfangseinrichtung (22, 45, 56) über einen ersten optischen Weg, mit einem ersten Kalibrierschritt mit Bestimmung einer von der Empfangseinrichtung (22, 45, 56) gemessenen Intensität des Signals der Sendeeinrichtung (21, 44, 55) über einen zweiten optischen Weg zur Kalibrierung der Empfangseinrichtung (22, 45, 56).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Partikelmessung während des Kalibrierschritts unterbrochen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-12 gekennzeichnet durch einen zweiten Kalibrierschritt, wobei eine Reflexion durch in die Messkammer (11, 41, 51) eingebrachte Verschmutzung durch eine Messung mit einem optischen Signal über den ersten optischen Weg bestimmt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen dritten Kalibrierschritt, wobei eine Kalibrierung der Messeinrichtung (10) durch eine kombinierte Auswertung des ersten und des zweiten Kalibrierschritts erfolgt.
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