DE102005023485A1

DE102005023485A1 - Netzwerk aus Sensorelementen

Info

Publication number: DE102005023485A1
Application number: DE102005023485A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Kalisch; Thomas Dr. Diehl
Original assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 2005-05-21
Filing date: 2005-05-21
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-05-22
Also published as: DE102005023485B4

Abstract

Es wird ein Netzwerk aus Sensorelementen (7-12) vorgeschlagen, bei welchem die Sensorelemente (7-12) über Schnittstellen miteinander und/oder mit einer Zentraleinheit (21) verbunden sind, wobei die Sensorelemente (7-12) an unterschiedlichen Orten angeordnet sind und jeweils mindestens einen Sensor aufweisen, welcher biologische oder chemische Schadstoffe detektiert, wobei an unterschiedlichen Orten Sensorelemente (7-12) mit unterschiedliche Stoffe detektierenden Sensoren angeordnet sind und wobei die Sensorelemente (7-12) von den Sensoren detektierte Messwerte untereinander und/oder an die Zentraleinheit (21) weiterleiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk aus Sensorelementen, welche über Schnittstellen miteinander und/oder mit einer Zentraleinheit verbunden sind.

Solche Netzwerke sind z. B. aus der Verbrauchsdatenermittlung bekannt. So beschreibt die US 4,553,094 ein Funknetz zum Sammeln und Übermitteln von abrechnungsrelevanten Verbrauchsdaten (bezgl. Wasser, Strom, Gas, Wärme, Abwasser, etc.) von über weite Räume verteilt residierenden Verbrauchern, bei welchem die Verbraucher in so dünn besiedelten Regionen nicht einzeln zum Ablesen von Messgeräten aufgesucht werden müssen. Jedes die entsprechenden Messgeräte enthaltende Endgerät steht dabei zur Übermittlung seiner Messdaten mit Datensammlern in Funkverbindung. Diese Datensammler leiten die gesammelten abrechnungsrelevanten Verbrauchsdaten zur Weiterverarbeitung und Abrechnung an eine Zentrale weiter.

Auch die DE 101 52 554 A1 beschreibt ein Funknetz zur Datenübertragung von einer Vielzahl von verteilt betriebenen Verbrauchserfassungs-Endgeräten (z. B. in Wohnungen eines Mehrfamilienhauses) zu mehreren Datensammlern (z. B. in verschiedenen Etagen des Treppenhauses jener Wohnanlage) und weiter zu einem auch zentrale Koordinierungsfunktionen ausübenden Masterdatensammler (z. B. im zentralen Geräteraum oder am Grundstückseingang jener Anlage).

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach und robust aufgebautes Netzwerk und eine entsprechende Verwendung dieses Netzwerks vorzuschlagen, mit welchem bzw. welcher das Auftreten von Schadstoffen in einem geografischen Gebiet ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Netzwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Verwendung dieses Netzwerks gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass Sensoren enthaltende Sensorelemente, die über Schnittstellen miteinander und/oder mit einer Zentraleinheit des Netzwerks verbunden sind, an verschiedenen Orten angeordnet sind, wobei die verwendeten Sensoren jeweils für unterschiedliche biologische oder chemische Schadstoffe und Gifte empfindlich sind. Die Messergebnisse der Sensoren werden von Sensorelement zu Sensorelement und/oder an die Zentraleinheit weitergeleitet, wobei bezüglich der Verwendung des erfindungsgemäßen Netzwerks vorgesehen ist, dass die verschiedene Schadstoffe betreffenden Messwerte der Sensoren in einer Zusammenschau ausgewertet werden und eine Entscheidung über ein Auslösen einer Alarmmeldung anhand des Ergebnisses dieser Zusammenschau getroffen wird.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorelemente in vorzugsweise verschiedenen und örtlich voneinander entfernten Gebäuden angeordnet. Sie können auch mit Verbrauchszählern verbunden oder in Verbrauchszählern integriert sein. So kann das Netzwerk derart ausgebildet sein, dass der Sensor zumindest eines Sensorelements Schadstoffe in Wasser insbesondere der Trinkwasserversorgung detektiert und vorzugsweise in einem Wasserzähler angeordnet ist. Auch kann ein anderer Sensor zumindest eines Sensorelements Schadstoffe in Gasen wie Luft oder Erdgas detektieren und vorzugsweise in einem Gaszähler angeordnet sein.

Gemäß Weiterbildung der Erfindung sind die Sensorelemente untereinander und/oder mit der Zentraleinheit drahtlos (vorzugsweise über Funk) und/oder drahtgebunden (vorzugsweise über Telefon- oder Stromversorgungsleitungen) verbunden. Die drahtgebundene Verbindung kann mittels Glasfaser-Kabel ausgeführt sein.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zentraleinheit eine Alarmzentrale ist oder an eine Alarmzentrale angeschlossen ist, an welche die von den Sensoren detektierten Messwerte zur Weiterverarbeitung und gegebenenfalls zur Auslösung einer Alarmmeldung weitergeleitet werden.

Bezüglich der Verwendung des erfindungsgemäßen Netzwerks kann in Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Entscheidungsschwelle zur Auslösung einer Alarmmeldung bei Detektion einer Schadstoffart durch mehrere örtlich voneinander entfernt angeordnete (und für denselben oder einen ähnlichen Schadstoff sensible) Sensoren oder bei Detektion mehrerer verschiedener Schadstoffarten niedriger ist als bei Detektion lediglich einer Schadstoffart durch einen oder wenige Sensoren.

Gemäß Weiterbildung der Erfindung wird die Alarmmeldung entsprechend der Zusammenschau der Messwerte der Sensoren lediglich für einen Teil des überwachten Gebiets, für das gesamte überwachte Gebiet oder auch für ein über das überwachte Gebiet hinausgehendes (größeres) Gebiet ausgegeben.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch ein Netzwerk mit in verschiedenen Gebäuden untergebrachten Sensorelementen zur Detektion biologischer oder chemischer Schadstoffe und Gifte.
In Wohngebäuden 1 bis 4 und Industrie- und/oder Bürogebäuden 5 und 6 sind Sensorelemente 7 bis 12 untergebracht. Die Gebäude 1 bis 6 sind entlang einer Straße oder eines Weges 13 über ein größeres geografisches Gebiet 14 verteilt und decken somit dieses Gebiet 14 messtechnisch ab.
Die Sensorelemente 7 bis 12 stehen über Funkverbindungen 15 bis 18 und Draht- bzw. Glasfaserkabel-Verbindungen 19 und 20 mit einer Zentraleinheit 21 in Verbindung. Zusätzlich bzw. alternativ können die Sensorelemente auch untereinander drahtgebunden oder drahtlos in Verbindung stehen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Zentraleinheit 21 in einem der Gebäude 1 bis 6 untergebracht ist oder dass eines der Sensorelemente 7 bis 12 die Rolle der Zentraleinheit 21 mit übernimmt.
In den Sensorelementen 7 bis 12 sind Sensoren angeordnet, welche für biologische und chemische Schadstoffe und Gifte (darunter sind auch radioaktive Stoffe zu verstehen) sensibel sind. Hierunter fallen (in nicht abschließender Aufzählung) Sensoren zur Messung des pH-Wertes oder der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser, der Chlor-Konzentration, der Trübung in Flüssigkeiten und Gasen, des Oxidations- oder Reduktions-Potentials, von Ammonium, Chloriden oder Nitraten, von toxischen Materialien (Toxinen), Bakterien oder Viren oder von elektromagnetischer Strahlung (α-, β oder γ-Strahlung).
Die Sensoren können nach physikalischen, chemischen, biologischen oder mikrobiologischen Methoden arbeiten. Dabei kann eine kontinuierliche Überwachung („Monitoring") über das Auftreten, die Identifikation und die Menge (Konzentration) der entsprechenden Schadstoffe und Gifte erfolgen. Alternativ – vor allem bei biologischen und mikrobiologischen Messmethoden – kann es auch nötig sein, dass (z. B. in gewissen Zeitabständen oder zu bestimmten Zeitpunkten) Einzelmessungen durchgeführt werden müssen, nach denen die entsprechenden Sensoren per Hand oder automatisch (z. B. durch eine Nachfüllbatterie) auszutauschen sind.
Es ist nun vorgesehen, dass die einzelnen in den Gebäuden 1 bis 6 untergebrachten Sensoren nicht für alle Schadstoffe oder Gifte empfindlich sind, sondern dass jeder Sensor in den Sensorelementen 7 bis 12 jeweils nur einen oder gegebenenfalls einen Teil der zu überwachenden Schadstoffe detektiert bzw. identifiziert. Auf diese Weise können die Sensorelemente 7 bis 12 relativ einfach und robust aufgebaut sein.
Die Sensorelemente 7 bis 12 sind an Verbrauchszähler angeschlossen oder in diesen integriert, wodurch ein besonders einfacher Aufbau des Netzwerkes möglich ist, da bereits in den Gebäuden 1 bis 6 existierende Geräte wie Wasser- oder Gaszähler zum Aufbau des Überwachungsnetzwerks verwendet werden können. Dabei sind Sensoren, welche Schadstoffkonzentrationen in Flüssigkeiten detektieren, an oder in Wasserzählern (evtl. auch an oder in Abwasser-Zählern) angeordnet, während Sensoren, welche Schadstoffkonzentrationen an oder in Gasen ermitteln, in Gaszählern, Lüftungs- oder Klimaanlagen oder ähnlichem angeordnet sind.
Die von den Sensoren ermittelten Messwerte werden von den Sensorelementen 7 bis 12 an die Zentraleinheit 21 weitergeleitet. Erst dort also entsteht ein Überblick über das Auftreten aller zu überwachender Schadstoffe. Hier werden dann auch die Messwerte der verschiedenen Sensoren ausgewertet und wird entschieden, ob aufgrund der Auswertung eine Alarmmeldung (optisch oder akustisch lokal in oder bei der Zentraleinheit 21, an die Sensorelemente 7 bis 12 oder auch an eine übergeordnete Alarmzentrale) ausgegeben wird.
Es kann nun vorgesehen sein, dass eine Alarmmeldung ausgegeben wird, wenn der Messwert für eine zu überwachende Schadstoffart über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Falls in einem größeren Netzwerk mehrere Sensoren vorhanden sind, die für ein und dieselbe Schadstoffart sensibel sind, kann bei der Überschreitung des Schadstoffkonzentrations-Schwellenwertes an nur einem dieser Sensoren ein lokaler Alarm ausgelöst werden, während bei Überschreiten dieses Schwellenwertes bei mehreren oder allen für diese Schadstoffart sensiblen Sensoren ein allgemeiner („globaler") Alarm ausgelöst wird. Werden überdies mehrere Schadstoffarten in unzulässig erhöhter Konzentration gemessen, kann bereits bei Überschreitung von niedrigeren Schadstoffkonzentrations-Schwellenwerten ein (lokaler oder globaler) Alarm ausgelöst werden. Auch reicht die Überschreitung eines niedrigeren Schadstoffkonzentrations-Schwellenwertes an mehreren Sensoren, die auf dieselbe Schadstoffart ansprechen, zur Auslösung eines Alarms aus, wobei die Schwelle umso niedriger liegen kann, je größer die Anzahl der die entsprechende Konzentration detektierenden Sensoren ist.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Zentraleinheit 21 jeder der Sensorelemente 7 bis 12 auch die von den Sensoren der jeweils anderen Sensorelemente 7 bis 12 ermittelten Messwerte übermittelt, so dass es möglich ist, an jedem der Sensorelemente 7 bis 12 einen Überblick über die innerhalb des Netzwerkes detektierten Schadstoffkonzentrationen zu bekommen. Gleiches ist natürlich ebenfalls dann möglich, wenn die einzelnen Sensorelemente 7 bis 12 miteinander in Verbindung stehen und gegenseitig Daten austauschen und weiterleiten können.
Auch wenn im beschriebenen Ausführungsbeispiel in jedem der Gebäude 1 bis 6 lediglich ein Sensorelement 7 bis 12 untergebracht ist, so kann auch oder zusätzlich vorgesehen sein, dass innerhalb eines (größeren) Gebäudes mehrere Sensorelemente mit jeweils einem Sensor oder auch ein Sensorelement mit mehreren Sensoren oder auch mehrere Sensorelemente mit mehreren Sensoren untergebracht sind.
Die Ausdehnung des geografischen Gebietes 14 kann einige 100 Meter betragen, vorzugsweise einige oder mehrere Kilometer, aber auch mehrere 100 Kilometer.

Claims

Netzwerk bestehend aus Sensorelementen (7–12), welche über Schnittstellen miteinander und/oder mit einer Zentraleinheit (21) verbunden sind, wobei die Sensorelemente (7–12) an unterschiedlichen Orten angeordnet sind und jeweils mindestens einen Sensor aufweisen, welcher biologische oder chemische Schadstoffe detektiert, wobei an unterschiedlichen Orten Sensorelemente (7–12) mit unterschiedliche Stoffe detektierenden Sensoren angeordnet sind und wobei die Sensorelemente (7–12) von den Sensoren detektierte Messwerte untereinander und/oder an die Zentraleinheit (21) weiterleiten.
Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (7–12) in vorzugsweise verschiedenen und örtlich voneinander entfernten Gebäuden (1–6) angeordnet sind.
Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (7–12) mit Verbrauchszählern verbunden oder in Verbrauchszählern integriert sind.
Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zumindest eines Sensorelements (7–12) Schadstoffe in Wasser insbesondere der Trinkwasser-Versorgung detektiert und vorzugsweise in einem Wasserzähler angeordnet ist.
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zumindest eines Sensorelements (7–12) Schadstoffe in Gasen wie Luft oder Erdgas detektiert und vorzugsweise in einem Gaszähler angeordnet ist.
Netzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Sensorelemente (7–12) untereinander und/oder mit der Zentraleinheit (21) drahtlos, vorzugsweise über Funk, und/oder drahtgebunden, vorzugsweise über Telefon- oder Stromversorgungsleitungen, ausgeführt ist.
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtgebundene Verbindung der Sensorelemente (7–12) untereinander und/oder mit der Zentraleinheit (21) mittels Glasfaser-Kabel ausgeführt ist.
Netzwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (21) eine Alarmzentrale ist oder an eine Alarmzentrale angeschlossen ist, an welche die von den Sensoren detektierten Messwerte zur Weiterverarbeitung und ggf. zur Auslösung einer Alarmmeldung weitergeleitet werden.
Verwendung eines Netzwerks nach einem der vorherigen Ansprüche zur Überwachung eines Gebietes (14) auf biologische oder chemische Schadstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Sensoren bzgl. der verschiedenen Schadstoffe in einer Zusammenschau ausgewertet werden und dass anhand des Ergebnisses dieser Zusammenschau eine Entscheidung über das Auslösen einer Alarmmeldung entschieden wird.
Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidungsschwelle zur Auslösung einer Alarmmeldung bei Detektion einer Schadstoffart durch mehrere örtlich voneinander entfernt angeordnete Sensoren oder bei Detektion mehrerer verschiedener Schadstoffarten niedriger ist als bei Detektion lediglich einer Schadstoffart durch einen oder wenige Sensoren.
Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Alarmmeldung entsprechend der Zusammenschau der Messwerte der Sensoren lediglich für einen Teil des überwachten Gebietes (14), für das gesamte überwachte Gebiet (14) oder für ein über das überwachte Gebiet (14) hinausgehendes Gebiet ausgegeben wird.