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Die
Erfindung geht aus von einem Streulichtrauchmelder nach der Gattung
des unabhängigen Patentanspruchs.
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Es
ist bereits bekannt, dass Streulichtrauchmelder verwendet werden,
wobei der Streupunkt von Lichtsender und Lichtempfänger außerhalb
des Streulichtrauchmelders im Freien liegt. Dies hat den Vorteil,
dass keine Meßkammer
mit einem Labyrinth vorgesehen werden muß. Rauchmelder mit Labyrinth weisen
den Nachteil auf dass das Labyrinth durch Verschmutzung verstopft
werden kann.
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Vorteile der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Streulichtrauchmelder
mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass eine Unterscheidung zwischen permanenten Fremdkörpern im
Streupunkt des Streulichtrauchmelder und tatsächlichem Rauch möglich ist.
Solche Fremdkörper
können
z.B. Leitern, die für
Handwerksarbeiten abgestellt werden, oder Kisten, die deckenhoch
gestapelt werden, sein. Auch Spinnen können in engen Schächten in
dem Freiraum des Streulichtrauchmelders ihr Netz bauen und durch
Zufall in dem Streupunkt des Streulichtrauchmelders dauerhaft verweilen.
Der erfindungsgemäße Streulichtrauchmelder erkennt
solche Fremdkörper
und eliminiert sie aus den Meßsignalen,
so dass falsche Brandmeldungen vermieden werden.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Streulichtrauchmelders möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Mittel zur Unterscheidung zwischen Rauch
und anderen Fremdkörpern
einen Prozessor zur Analyse des Zeitverlaufs von Empfangssignalen
des Lichtempfängers aufweisen,
wobei der Prozessor an den Lichtempfänger angeschlossen ist. Anhand
des Zeitverlaufs ist es vorteilhafterweise möglich, festzustellen, ob Rauch oder
ein anderer Fremdkörper
im Streulichtrauchmelder vorliegt. Bei Rauch wird mit zunehmender
Zeit eine steigende Intensität
des Streulichtsignals registriert, während beim Eindringen eines
Fremdkörpers in
den Streupunkt eine Art Sprungfunktion kurzfristig auftritt, um
dann wieder in ein festes Signal überzugehen. Diese Unterscheidung
im Hinblick auf einen Sprung in der Zeitfunktion ermöglicht also
auf einfache Weise die Unterscheidung zwischen Rauch und einem anderen
Fremdkörper.
Dabei ist es weiterhin von Vorteil, dass ein vorhandener Streulichtrauchmelder
nur um Software ergänzt
werden muß,
die diese zeitliche Analyse des Empfangssignals vom Lichtempfänger durchführt. Damit
ist der erfindungsgemäße Streulichtmelder
in einfacher Weise realisierbar.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, dass um den Lichtempfänger eine Optik, vorzugsweise
ein Facettenspiegel, angebracht ist, die Streusignale aus einem
Gebiet um den Streupunkt in den Lichtempfänger einkoppelt. Das Gesamtsignal
am Lichtemnpfänger
ist das Integral der Signale aus allen Streubereichen in diesem
Gebiet. Durch geeignete Facettenspiegel ist es möglich, viele räumlich auseinanderliegende
Streubereiche zu erfassen, in denen der Melder sensibel auf Streulicht
reagiert. Bei Vorhandensein von Rauch ist davon auszugehen, dass
alle Streubereiche im Wesentlichen homogen mit der entsprechenden
Rauchdichte einen Anteil am Streulichtsignal liefern, während eine
Spinne lokal ein Teilsignal auf den Empfänger streut. Mit einer solchen
Anordnung kann durch einfachen Amplitudenvergleich eine Spinne von
Rauch unterschieden werden.
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Darüber hinaus
ist es von Vorteil, dass der Lichtempfänger als ein Fotoempfänger-Arrays
ausgebildet ist, wobei der Fotoempfänger-Array wenigstens zwei
Fotoempfängerelemente
aufweist. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, nicht nur ein Integral von
Signalen von verschiedenen Streupunkten zu messen, sondern eine
Ortsverteilung der Streusignale aufzunehmen. Durch diese Ortsverteilung
ist es vorteilhafterweise möglich,
zwischen Rauch, Kleintieren und Gegenständen zu unterscheiden. Man
erhält weiterhin
eine Information über
die Verteilung der Rauchdichte und den Abstand der Partikel vom Streulichtrauchmelder.
Mit Hilfe von Kreuzkorrelationstechniken, die auf einem Prozessor
im Streulichtrauchmelder implementiert werden, ist weiterhin die Geschwindigkeit
der Rauchschwaden oder der Gegenstände in der Nähe des Streulichtrauchmelders meßbar. Durch
eine geeignete Optik, vorzugsweise eine Linse, wird die Aufnahme
der Ortsverteilung der Streusignale ermöglicht.
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Ein
weiterer vorteilhafter Ansatz, den Streulichtrauchmelder derart
auszubilden, dass eine Unterscheidung zwischen Rauch und anderen
Fremdkörpern
möglich
ist, ist die Ausbildung der Lichtquelle mit einstellbarer Wellenlänge. Damit
wird vorteilhafterweise der Effekt ausgenutzt, dass bei der Rayleighstreuung
das Streuverhalten von der Wellenlänge der Strahlung abhängig ist.
Bei Verwendung eines durchstimmbaren Lasers erhält man bei Vorhandensein von
Rauchpartikeln für
die Rayleighstreuung unterschiedliche Signalsintensitäten als
Funktion der Wellenlänge.
Bei Partikeln, die groß gegenüber der Wellenlänge sind,
hängt die
Streuung nicht oder nur geringfügig
von der Wellenlänge
ab, daher wird bei einem Durchstimmen des Lichtsenders kein signifikanter
Effekt bei den Streusignalen auftreten. Bei kleinen Partikeln, wie
es Rauchpartikel sind, ist dieser Effekt der Intensitätsvariation
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
deutlich meßbar.
Damit ist es vorteilhafterweise möglich, solche Rauchpartikel
von größeren Teilen
zu unterscheiden. Diese Unterscheidung wird dann durch einen Prozessor
im erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelder
durchgeführt.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der Lichtsender mit einem Amplitudenmodulator
verbunden ist. Amplitudenmodulierte Lichtsignale ermöglichen
einerseits aufgrund der Phasenverschiebung zwischen gesendeten und
empfangenen Signalen, das sind die Impulse, die aus der Amplitudenmodulation
entstanden sind, eine Entfernungsbestimmung von dem streuenden Objekt,
während
eine Pulsverbreiterung, also eine Dispersion, ein Maß für einen diffusen
Streukörper
ist, wie es vor allem eine Rauchwolke ist. Damit ist es also vorteilhafterweise
möglich,
dass in Abhängigkeit
von der Pulsverbreiterung bestimmt werden kann, ob Rauch oder ein
anderer Fremdkörper
vorliegt.
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Schließlich ist
es auch von Vorteil, dass der Streulichtrauchmelder einen Ultraschallsensor
aufweist, wobei der Ultraschallsensor einen Sender und einen Empfänger aufweist
und wobei der Ultraschallsensor derart angeordnet ist, so dass der
Ultraschallsensor das Gebiet um den Streupunkt überwacht. Der Ultraschallsensor überwacht
damit vorteilhafterweise den optischen Streubereich des Streulichtmelders.
Befindet sich ein fester Fremdkörper
in dem Streubereich, so empfängt
der Ultraschallsensor und der Streulichtsensor ein Signal. Befindet
sich Rauch im Streupunkt, so empfängt nur der Streulichtsensor ein
Signal nicht aber der Ultraschallsensor. Für diesen Verfahren eignen sich
vor allem Ultraschallsensoren, die im Megahertz-Bereich arbeiten,
da diese Ultraschallsensoren eine sehr gute Richtwirkung aufweisen.
Mit Hilfe des Ultraschallsensors ist es weiterhin vorteilhafterweise
feststellbar, ob sich ein Fremdkörper
in einem Bereich um den Rauchmelder befindet, der möglicherweise
eine Beeinflussung der Strömungsverhältnisse
für die
Branderkennung bedeutet. Dies kann als Warnung von der Zentrale
ausgegeben werden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. 1 zeigt eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders, 2 eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
mit einem Facettenspiegel, 3 eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
mit einem Fotoempfänger-Arrays, 4 eine
vierte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
mit einem Amplitudenmodulator, 5 eine fünfte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
mit einem Ellipsoid, 6 ein amplitudenmoduliertes
optisches Signal zur Bestimmung einer Entfernung, 7 amplitudenmodulierte
optische Signale zur Identifikation einer Rauchwolke und 8 der
erfindungsgemäße Streulichtrauchmelder
mit einer Ultraschalldetektion für
Fremdkörper.
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Beschreibung
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Streulichtrauchmelder,
die als Brandmelder verwendet werden, haben den Vorteil, unabhängig gegenüber Störlichtquellen,
Staub, Verschmutzung, Insekten, kurzfristigen Rauchschwaden und
kurzzeitig eingebrachten Fremdkörpern
im Meßpunkt,
wie z.B. Reinigungsgeräten,
zu sein. Längerfristige Rauchschwaden,
wie sie bei einem Brand entstehen, sorgen bei dem Streulichtrauchmelder
für ein
deutliches Streusignal, das als Branderkennungssignal erkannt wird,
beispielsweise durch Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellwert.
Bei einem dauerhaften Verbleiben von Gegenständen im Meßpunkt, das ist der Streupunkt,
wird der Streulichtrauchmelder jedoch funktionsgemäß eine Brandmeldung
abgeben. Erfindungsgemäß wird daher
ein Streulichtrauchmelder vorgeschlagen, der Mittel aufweist, um
zwischen Rauch und anderen Fremdkörpern zu unterscheiden. Solche
Mittel betreffen insbesondere einen Prozessor, der den Zeitverlauf
von Empfangssignalen des Lichtempfängers analysiert. Weitergehende
Möglichkeiten
umfassen die Verwendung von Facettenspiegeln, um ein Gebiet um den
Streupunkt zu erfassen, ein Fotoempfänger-Array, um eine Ortsauflösung zu erzielen,
eine durchstimmbare Lichtquelle, um wellenlängen-abhängige Streusignale zu detektieren,
einen Amplitudenmodulator, um über
amplitudenmodulierte Lichtsignale die Unterscheidung zwischen Fremdkörpern und
Rauch zu treffen und einen Ultraschallsensor, der das Gebiet um
den Streupunkt überwacht.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
als Blockschaltbild dargestellt. Eine Abdeckung 3 schützt den
Streulichtrauchmelder vor Feuchtigkeit, aggressiven Gasen und mechanischen
Beschädigungen.
Die Abdeckung 3 ist als transparenter Kunststoff ausgebildet.
Alternativ ist es auch möglich,
Glas zu verwenden. Die Abdeckung 3 ist derart beschaffen,
so dass sie für
das Licht für
die Streulichtmessung transparent ist. Sie kann damit auch als Filter für unerwünschte Störstrahlung
wirken. Insbesondere wenn Infrarotstrahlung verwendet wird, ist
das Umgebungslicht leicht durch die Abdeckung 3 und den Lichtempfänger 2 filterbar.
Hinter der Abdeckung 3 befindet sich einerseits ein Lichtsender 1,
hier eine Leuchtdiode im Infrarotbereich. Alternativ ist auch ein Laser,
vorzugsweise ein Halbleiterlaser, und/oder andere Wellenlängenbereiche
möglich,
der von einer Senderansteuerung 5 angesteuert wird. Die
Senderansteuerung 5 ist also eine Treiberschaltung für den Lichtsender 1.
Im Falle eines Lasers ist es eine typische Lasertreiberschaltung
mit Temperatur- und Arbeitspunktkompensation. Die Ansteuerung 5 ist über einen
zweiten Ausgang mit einem Prozessor 7 verbunden. Der Prozessor 7 ist über einen
Datenein-/-ausgang mit einem Speicher 8 verbunden, in dem
fest abgespeicherte Referenzsignale abgespeichert sind und der zur
Abspeicherung von Zwischenwerten verwendet wird. Über einen
zweiten Dateneingang ist der Prozessor 7 mit einer Empfangsauswertung 6 verbinden. Über einen
Datenausgang ist der Prozessor 7 an eine Signalisierungsvorrichtung 9 angeschlossen.
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Ein
Eingang der Empfangsauswertung 6 ist mit einem Lichtempfänger 2 verbunden.
Der Lichtempfänger 2 ist
hier eine Fotodiode. Die Leuchtdiode 1 und die Fotodiode 2 sind derart
angeordnet, dass ein Streupunkt 4 außerhalb des Streulichtrauchmelders
im Freien liegt.
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In
dem Streupunkt 4 wird delektiert, ob Rauch vorliegt oder
nicht. Liegt Rauch vor, wird dies durch Streusignale von der Fotodiode 2 erkannt,
und der Prozessor 7 führt
daraufhin mit der Signalisierungsvorrichtung 9 eine Signalisierung
bezüglich
eines Brandes durch. Die Empfangsauswertung 6 ist hier
ein Empfangsverstärker
und eine Analog-/Digitalwandlung.
Die Signalisierungsvorrichtung 9 kann eine Leuchte, eine
Sirene oder ein Kommunikationsbaustein sein, der eine Signalisierung
an eine Zentrale, vorzugsweise über
einen Bus, überträgt. Dies
ist insbesondere von Vorteil, wenn mehrere Streulichtrauchmelder
verwendet werden, die über
den Bus mit der Zentrale verbunden sind, um eine zentrale Überwachung
eines Gebäudes
durchzuführen.
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Der
Prozessor 7 führt
nun eine Zeitverlaufsanalyse der Empfangssignale der Fotodiode 2 durch. Tritt
Rauch im Streupunkt 4 auf führt dies zu einem kontinuierlichen
Anstieg der Intensität
des empfangenen Streulichts durch die Fotodiode 2. Wird
jedoch ein Fremdkörper
in den Streupunkt 4 eingebracht, dann wird beim Einbringen
des Fremdkörpers
in den Streupunkt 4 ein Sprung in dem Zeitverlauf der Intensitätsfunktion
der empfangenen Signale durch die Fotodiode 2 stattfinden,
um dann nach dem Einbringen und dem Verbleiben des Fremdkörpers im
Streupunkt 4 wieder ein flaches Signalplateau hervorzurufen.
Ein kurzes Auftauchen eines Fremdkörpers in dem Streupunkt 4 ruft
einen kurzen Impuls in der Empfangsfunktion der Streusignale hervor
und wird damit als ein Signal erkannt, das nicht zur Alarmauslösung verwendet
wird.
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Tritt
also in der Zeitfunktion der Intensität der Empfangssignale ein Sprung
auf, ist dies auf ein Einbringen eines Fremdkörpers zurückzuführen. Dies kann softwaremäßig durch
den Prozessor 7 erkannt werden, um es dann über den
Kommunikationsbaustein 9 der Zentrale zu übertragen,
so dass hier gemeldet wird, dass der Streulichtrauchmelder aufgrund
eines Fremdkörpers
nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren
kann, so dass die optimalen Strömungsverhältnisse
wieder herzustellen sind.
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Andere
Signale sind beispielsweise bei Spinnennetzen und Spinnen direkt
im Streupunkt zu erwarten. Durch die langsame Entstehung eines Spinnennetzes
wird der eigentliche Bau des Spinnennetzes durch die in den Streulichtrauchmeldern übliche Driftkompensation
ausgeglichen. Die übliche
Driftkompensation besteht darin, dass sehr langsame Signaländerungen
im Bereich von 6 bis 8 Stunden unterdrückt werden. Die einfachste
Ausführungsform
ist ein Hochpass mit einer entsprechend kleinen Zeitkonstanten.
Eine Drift tritt in konventionellen Brandmeldern durch Alterung
der Bauteile und insbesondere auch durch eine langsame Verschmutzung
des Labyrinthinneren auf. Damit ist also eine Ruhewertnachführung realisiert.
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Schwankungen
des Spinnennetzes, z.B. durch einen Luftzug, können aber zu Störsignalen führen oder,
wenn die Spinne sich selbst langsam in den Streupunkt bewegt, kann
dies zu Täuschungssignalen
führen.
Dies wird jedoch zu einem Knick in der Intensitätsfunktion führen, so
dass solche Intensitätssprünge durch
den Prozessor 7 erkennbar sind.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
dargestellt, wobei um den Lichtempfänger 2 ein Facettenspiegel
aus zwei konkaven Spiegeln (Hohlspiegelsegmente) 10 und 11 angebracht
ist. Die konkaven Spiegel 10 und 11 sammeln Licht
aus einem Gebiet um jeweils einen eigenen Streupunkt und koppeln
es in den Lichtempfänger 2 ein.
Der oder die Streupunkte sind genau genommen Volumenbereiche, wo
sich die Lichtkeule der Strahlungsquelle und die Empfangskeule des
Lichtempfängers
schneiden. Hier liegen zwei Streupunkte vor, da es für die optischen Achsen
der beiden Spiegel 10 und 11 sowie der optischen
Achse des Lichtsenders 1 jeweils zwei Schnittpunkte gibt.
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Der
Lichtempfänger 2 ist
daher rundherum empfindlich, so dass der Lichtempfänger 2 nun
aus mehreren Dioden, die Licht aus verschiedenen Richtungen empfangen
können,
zusammengesetzt ist. Die Abdeckung 3 schützt wiederum
den Streulichtrauchmelder vor äußeren Angriffen.
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Der
Lichtempfänger 2 ist über seinen
Ausgang mit der Empfangsauswertung 6 verbunden, die über ihren
Datenausgang an dem Prozessor 7 angeschlossen ist. Der
Prozessor 7 ist über
einen Datenein-/-ausgang mit dem Speicher 8 verbunden. Über einen
Datenausgang ist der Prozessor 7 mit der Signalisierungsvorrichtung 9 verbunden.
An einen zweiten Dateneingang des Prozessors 7 ist die
Senderansteuerung 5 angeschlossen. Ein zweiter Ausgang
der Senderansteuerung 5 führt zu dem Lichtsender 1,
der hier erneut eine Leuchtdiode ist. Weiterhin ist hier ein Laser
einsetzbar.
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Durch
Verwendung der konkaven Spiegel 10 und 11 als
Facettenspiegel wird das Integral aus den erfassten Streubereichen
durch den Lichtempfänger 2 gebildet.
Bei Vorhandensein von Rauch ist davon auszugehen, dass alle Streubereiche
im Wesentlichen homogen mit der entsprechenden Rauchdichte einen
Anteil am Streulichtsignal liefern, während eine Spinne nur lokal
ein Teilsignal auf den Empfänger streut.
Mit einer solchen Anordnung kann durch einen einfachen Amplitudenvergleich
der Empfangssignale durch den Prozessor 7 eine Spinne als
Fremdkörper von
Rauch unterschieden werden. Die Auswertung kann insbesondere auch
durch eine Bewertung des Zeitsignals erfolgen. Rauch gibt ein kontinuierliches Signal,
während
ein Insekt als Beispiel für
einen Fremdkörper
einen Signalsprung bei Verlassen und Betreten jedes Segments erzeugt.
Ein Insekt würde demnach
eine Impulsfolge beim Durchqueren durch den Streubereich erzeugen.
Dabei ist dann ein Schwellwert im Speicher 8 vorzusehen,
der eine Schwelle für
die Amplitude vorgibt, ab der Rauch als erkannt gilt. Eine Spinne
würde ein
Signal ergeben, das unter dem Schwellwert liegt. Der Schwellwert wird
anhand experimenteller Daten festgelegt.
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In 3 ist
eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
dargestellt. Die Abdeckung 3 schützt erneut den Streulichtrauchmelder
vor äußeren Angriffen.
Der Lichtsender 1 ist über
seinen Eingang mit der Senderansteuerung 5 verbunden. Die
Senderansteuerung 5 ist über einen zweiten Ausgang mit
dem Prozessor 7 verbunden. Der Prozessor 7 ist über einen
Datenein-/-ausgang mit dem Speicher 8 verbunden. An einen
zweiten Dateneingang des Prozessors 7 ist eine Fotoempfängerarray-Auswertung 13 angeschlossen.
An einen Datenausgang des Prozessors 7 ist eine Signalisierungsvorrichtung 9 angeschlossen.
Die Fotoempfängerarray-Auswertung 13 ist über ihren
Eingang mit einem Fotoempfänger-Array 12 verbunden. Das
Fotoempfänger-Array 12 besteht
aus einem Feld von Fotodioden. Es kann alternativ auch eine CCD (Charged
Coupled Device)-Zeile, CCD-Matrix
oder eine CMOS-Matrix sein. Eine Linse 14 ist zwischen der
Abdeckung 3 und dem Fotoempfänger-Array 12 angeordnet.
Die Linse 14 ist derart angeordnet, so dass die Fotodioden
des Fotoempfänger-Arrays 12 mehrere
Ortsbereiche um den Streupunkt 4 detektieren.
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Die
Fotoempfängerarray-Auswertung 13 fragt
die einzelnen Signale der Fotodioden ab und digitalisiert sie, um
sie dann an den Prozessor 7 zu übertragen, der damit eine Ortsauflösung der
Empfangssignale um den Streupunkt 4 durchführt. Damit ist
es möglich,
nicht nur das Integral der Empfangssignale aus dein Gebiet um den
Streupunkt 4 zu messen, sondern mit der Linse 14 eine
Ortsverteilung der Signale aufzunehmen. Durch die Strahlen 15, 16, 17 und 18 sind
beispielhaft zwei Ortsbereiche, die durch das Fotoempfängerdioden-Array 12 erfasst
werden, dargestellt. Durch diese Ortsauflösung lässt sich nun eindeutig zwischen
Rauch, der homogen sein wird, Kleintieren, die nur in einzelnen
Bereichen auftauchen, und Gegenständen unterscheiden. Bei Gegenständen, die
etwas größer sind,
wird das empfangene Intensitätssignal
zwischen zwei Fotodioden des Fotoempfänger-Arrays einen Sprung in
der empfangenen Lichtintensität
hervorrufen. Weiterhin ist es möglich,
dass beim Einbringen eines Gegenstands mehrere Fotodioden des Fotoempfänger-Arrays durchwandert
werden und dabei im zeitlichen Abstand ein typisches Signalmuster
produziert wird, was auf das Einbringen eines Gegenstandes in das Streufeld
des Streulichtrauchmelders schließen lässt.
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In
ist eine vierte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
dargestellt. Die Abdeckung 3 schützt wiederum den Streulichtrauchmelder
vor äußeren Eingriffen.
Der Lichtsender 1 ist über
seinen Eingang mit einem Amplitudenmodulator 19 verbunden.
Ein Datenausgang des Amplitudenmodulators 19 führt zu einem
ersten Dateneingang des Prozessors 7. Die Senderansteuerung 5 ist an
einen Dateneingang des Amplitudenmodulators 19 angeschlossen.
Ein zweiter Ausgang der Senderansteuerung 5 führt zu einem
zweiten Dateneingang des Prozessors 7. Der Prozessor 7 ist über seinen dritten
Dateneingang mit der Empfängerauswertung 6 verbinden. Über einen
Datenein-/-ausgang ist der Prozessor 7 mit dem Speicher 8 verbunden. Über einen
Datenausgang des Prozessor 7 ist die Signalisierungsvorrichtung 9 angeschlossen.
An einen Eingang der Empfängerauswertung 6 ist
der Lichtempfänger 2 angeschlossen.
Der Lichtsender 1 und der Lichtempfänger 2 sind so angeordnet,
dass der Streupunkt 4 außerhalb des Streulichtrauchmelders im
Freien liegt.
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Der
Amplitudenmodulator 19 formt aus dem elektrischen Signal
der Senderansteuerung 5 eine Impulsfolge und führt dadurch
eine Amplitudenmodulation durch. In der einfachsten Form ist dies
einfach ein Schalter, so dass eine Folge von periodischen Lichtimpulsen
im Lichtsender 1 erzeugt wird und dann wieder eine Dunkeltastung
durchgeführt
wird und dies abwechselnd in einem Takt, den der Amplitudenmodulator 19 vorgibt.
Der Prozessor 7 wertet dann die Empfangssignale im Vergleich
zu diesen gesendeten Signalen, die der Amplitudenmodulator 19 dem
Prozessor 7 direkt überträgt, durch.
Dadurch ist der Prozessor 7 in der Lage, einerseits eine
Entfernungsbestimmung anhand der Phasenverschiebung zwischen den
gesendeten und den empfangenen Impulsen durchzuführen und andererseits zu überprüfen, ob
es sich um eine Rauchwolke oder einen Gegenstand handelt. Ist überhaupt
nichts im Streupunkt 4 außer Luft zu finden, werden
keine Signale gestreut und der Empfänger 2 empfängt nur
Umgebungslicht, was durch entsprechende Wahl der Lichtwellenlänge oder
des Lichtwellenlängenbereichs
sowie eine (elektronische) Gleichlichtunterdrückung ausgeschieden werden
kann.
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In 6 ist dargestellt, wie sich Impulsfolgen,
die gesendet wurden und die empfangen wurden, in der Phase unterscheiden.
In 6a ist die gesendete Impulsfolge dargestellt,
die angezeigt durch den Pfeil 21, auf die Reflexionsebene 22 fällt. In 6b ist
die empfangene Impulsfolge dargestellt. Man erkennt durch einen
Zeitvergleich, dass die Phasenverschiebung 23 aufgetreten
ist. Die Phasenverschiebung 23 ist ein Maß für die Entfernung
von dem Lichtsender und -empfänger
zu der Reflexionsebene 22. In 7a ist
erneut eine gesendete Impulsfolge dargestellt, die auf eine Rauchwolke 25 trifft.
In 7b ist dagegen die empfangene Impulsfolge von der
Rauchwolke 25 dargestellt. Dadurch, dass viele Streuzentren
in der Rauchwolke 25 vorliegen, verbreitern sich die Impulse
der gesendeten Impulsfolge A, und es kommt zu einer Pulsdispersion
wie in 7b dargestellt. Die Breite der
empfangenen Impulse in 7b ist ein Maß, ob Rauch
vorliegt oder nicht. Dies kann mittels eines Schwellwertvergleichs von
dem Prozessor 7 ermittelt werden. Dieser Schwellwert wird
dann vorgegeben und im Speicher 8 abgelegt.
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Eine
weitere Ausführungsform,
Gegenstände
von einer Rauchwolke zu unterscheiden, ist die Verwendung einer
Lichtquelle mit durchstimmbarer Wellenlänge als Lichtsender 1.
Es kann beispielsweise ein durchstimmbarer Halbleiterlaser im Infrarotbereich
verwendet werden, der über
einen vorgegebenen Wellenlängenbereich
durchgestimmt wird, um zu erkennen, ob die gestreuten Lichtsignale
abhängig von
der Wellenlänge
sind. Diese Streuung wird Rayleighstreuung genannt. Bei kleinen
Partikeln, wie sie in einer Rauchwolke vorkommen, ist diese Rayleighstreuung
wellenlängenabhängig. Der
Prozessor 7 wird damit über
die Senderansteuerung 5 über die momentan verwendete
Wellenlänge
informiert, um dann die empfangenen Signale als Funktion der Sendewellenlänge zu analysieren.
Ergibt diese Funktion eine Waagrechte oder eine annähernd Waagrechte, dann
ist ein Gegenstand in den Streupunkt 4 eingebracht worden,
da große
Gegenstände,
die insbesondere groß gegenüber der
verwendeten Wellenlänge sind,
keine Intensitätsabhängigkeit
von der Wellenlänge
aufweisen. Damit ist eine eindeutige Detektion möglich, ob ein Fremdkörper oder
Rauch im Gebiet um den Streupunkt 4 vorliegt.
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Neben
einem durchstimmbaren Laser ist es auch möglich, eine Lampe zu verwenden,
die bei mehreren Wellenlängen
Licht emittiert und über
einen Filter dann diese einzelnen Wellenlängen zu selektieren.
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In 5 ist
eine fünfte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders
dargestellt. Die Abdeckung 3 schützt erneut den Streulichtrauchmelder
vor äußeren Eingriffen.
Der Lichtsender 1 ist über
seinen Eingang mit der Senderansteuerung 5 verbunden, wobei
die Senderansteuerung 5 über einen Datenausgang mit
einem ersten Dateneingang des Prozessors 7 verbunden ist.
Der Prozessor 7 ist über
einen Datenein-/-ausgang mit dem Speicher 8 verbunden. Über einen
zweiten Dateneingang ist der Prozessor 7 mit der Empfangsauswertung 6 verbunden.
An einen Datenausgang des Prozessors 7 ist die Signalisierungsvorrichtung 9 angeschlossen.
Der Lichtempfänger 2 ist
an einen Eingang der Empfängerauswertung 6 angeschlossen.
Um den Lichtempfänger 2 ist
ein Ellepsoid 20 angeordnet, der dafür sorgt, dass möglichst
viel Streulicht in den Lichtempfänger 2 eingekoppelt
wird. Dies verbessert den Signal-zu-Rausch-Abstand des Streulichtrauchmelders. Eine
alternative Methode ist, dass ein stärkerer Lichtsender 1 verwendet
wird.
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In 8 ist
der erfindungsgemäße Streulichtrauchmelder
mit einer Ultraschalldetektion dargestellt. Der Lichtsender 1 und
der Lichtempfänger 2 sind
so angeordnet, dass der Streupunkt 4 außerhalb des Streulichtrauchmelders
im Freien liegt. Die Abdeckung 3 schützt den Streulichtrauchmelder
vor äußeren Angriffen.
An einen Eingang des Lichtsenders 1 ist die Senderansteuerung 5 angeschlossen.
Ein Datenausgang der Senderansteuerung 5 führt zu einem
ersten Dateneingang des Prozessors 7. An einen zweiten
Dateneingang des Prozessors 7 ist eine Signalverarbeitung 28 angeschlossen,
wobei anderen Eingang ein Ultraschallempfänger 27 angeschlossen
ist. Der Ultraschallempfänger
ist auf den Streupunkt 4 ausgerichtet, auf den auch ein
Ultraschallsender 26 ausgerichtet ist. Der Ultraschallsender
wird entweder im Dauerbetrieb oder in periodischen Zeitabschnitten
betrieben.
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An
einen dritten Eingang des Prozessors 7 ist die Empfangsauswertung 6 angeschlossen.
An einen Datenausgang des Prozessors 7 ist eine Signalisierung 9 angeschlossen. Über einen
Datenein-\-ausgang ist der Prozessor 7 mit dem Speicher 8 verbunden.
An einen Eingang der Empfangsauswerkung 6 ist der Lichtempfänger 2 angeschlossen.
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Liegt
ein Fremdkörper
im Gebiet um den Streupunkt 4, dann empfangen sowohl der
Lichtempfänger 2 als
auch der Ultraschallempfänger 27 Signale,
so dass der Prozessor 7 anhand des Empfangssignals von
der Signalverarbeitung 28, die die Empfangssignale von
dem Ultraschallempfänger 27 verstärkt und
digitalisiert, erkennt, dass es sich um einen Fremdkörper handelt
und nicht um Rauch, der die Streusignale, die der Lichtempfänger 2 empfängt, verursacht.
Damit wird das optische Empfangssignal durch das Ultraschallempfangssignal überwacht. Handelt
es sich um Rauch, der die Streusignale im Streupunkt 4 hervorruft,
dann erhält
der Ultraschallempfänger
kein Empfangssignal. Ultraschallwellen bieten die Möglichkeit,
gezielt ein Gebiet zu beschallen, so dass Fehlsignale unwahrscheinlich
sind.
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Die
Funktion eines Ultraschall-Senders und -Empfängers kann auch in einem Bauteil
integriert sein. Es wird zunächst
ein Ultraschallimpuls abgestrahlt. Dann stellt man auf Empfang um
und wartet auf das von einem gegebenenfalls vorhandenen Gegenstand
reflektiertem Signal (Echobetrieb).