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Die
Erfindung betrifft einen Streulichtrauchmelder mit mindestens einem
Detektor und mindestens einer Strahlungsquelle sowie einer Steuer-
und Auswerteelektronik, wobei ein Streubereich, insbesondere eine
Streulinie weit außerhalb des Streulichtrauchmelders liegt.
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Zur
Detektion von Rauch, insbesondere zur Branderkennung, finden im
Wesentlichen zwei verschiedene, grundlegende Konstruktionsprinzipien Anwendung.
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Die
so genannten punktförmigen Rauchmelder basieren auf der
seitlichen Streuung von Licht an Aerosolen des Rauches. Im Allgemeinen
werden bei dieser Ausführungsform eine Lichtquelle und
ein Detektor innerhalb einer Streukammer von 2 bis 10 cm Durchmesser
zusammengefasst. Als Detektoren kommen in der Regel diskrete Fotodioden
und/oder Fotodiodenarrays zur Anwendung, während als Lichtquellen
zum Beispiel Leuchtdioden oder Laserdioden zum Einsatz kommen. Der
zu detektierende Rauch strömt über ein vorgeschaltetes
und/oder umgebendes Labyrinth in die Streukammer ein und wird dort
detektiert. Der optimale Streuwinkel beträgt bei solchen
Rauchmeldern beispielsweise 120°, wobei der Streuwinkel
abhängig von der eingesetzten Wellenlänge und
der Aerosolgröße ist. Durch das Labyrinth wird
Fremdlicht unterdrückt. In geringerem Umfang wird zudem
erreicht, dass Fremdkörper nicht ungehindert in die Streukammer
gelangen können, wodurch die Anzahl von Fehlalarmen reduziert
wird. Dies gilt insbesondere für größere,
makroskopische Fremdkörper (z. B. Insekten), jedoch nur
eingeschränkt für Stäube. Das Labyrinth
bewirkt jedoch eine Erhöhung der Ansprechzeit des Rauchmelders. Eine
Verringerung der Ansprechzeit durch eine aktive Rauchzufuhr führt
in der Regel zu einer erhöhten Verschmutzung und hierdurch
bedingte Fehlalarme. Abgesehen hiervon ist eine optisch ansprechende,
insbesondere ”unsichtbare” Integration punktförmiger Rauchmelder
in Flächen nicht möglich, da ein freier Zugang
der Rauchgase in das Labyrinth bzw. in die Messkammer gewährleistet
sein muss.
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Bei
der zweiten bekannten Gruppe von Rauchmeldern handelt es sich um
so genannte Durchlichtsysteme, deren Funktionsprinzip auf der Lichtschwächung
eines die Aerosolwolke passierenden Lichtstrahls beruht. Bei diesen
so genannten linearen Rauchmeldern existieren sowohl Ansätze
mit einer Streukammer als auch Systeme mit einem offenen, den Raum
durchsetzenden Lichtstrahl, wobei die letztgenannten Ausführungsformen
eine Überwachung größerer Distanzen von
typischerweise bis 100 m erlauben. Anordnungen mit einem offenen Lichtstrahl
benötigen jedoch stets zwei Installationsorte, mit einem
vom Sender räumlich getrennten Empfänger oder
alternativ einen Sender mit einem integrierten Empfänger
unter Einsatz eines hiervon beabstandet angeordneten Spiegels. Der
Nachteil dieser Durchlichtsysteme ist unter anderem in den zwei erforderlichen
Installationsorten zu sehen, wodurch sich insbesondere der Montage-
und der Wartungsaufwand erhöhen. Darüber hinaus
fuhren Relativbewegungen zwischen dem Sender und dem Empfänger
zu Problemen bei der Auswertung der Messsignale, wobei sich dieser
Effekt bei zunehmendem Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger noch
in unerwünschter Weise potenziert.
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Aus
der
DE 100 66 246
A1 ist darüber hinaus als eine weitere Bauform
ein Streulichtrauchmelder mit einem außerhalb des Gehäuses
liegenden Streupunkt bekannt, der Mittel aufweist, um zwischen Rauch
und anderen Fremdkörpern im Streubereich unterscheiden
zu können. Diese Unterscheidung kann beispielsweise durch
eine rechnerische Analyse des Zeitverlaufs der empfangenen Signale
erfolgen. Von Nachteil bei diesem vorbekannten Streulichtrauchmelder
ist jedoch, dass eine Detektion von Rauchaerosolen nur in einem
eng begrenzten Raumbereich von maximal 20 cm Entfernung vor dem Streulichtrauchmelder
möglich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Streulichtrauchmelder zu schaffen,
der eine sichere Detektion von Rauchaerosolen in einer Entfernung von
bis zu 100 m vom Melder gestattet, der praktisch wartungsfrei ist
und zudem unempfindlich gegenüber Fremdeinwirkungen aller
Art zur weitgehenden Vermeidung von Fehlalarmen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Dadurch,
dass der mindestens eine Detektor mit einem Tubus versehen ist und
ein Streuwinkel α zwischen mindestens einem Sendestrahl
und einem Detektorstrahl kleiner als 10° ist, können
mittels des Streulichtrauchmelders Aerosolwolken, wie zum Beispiel
Rauch, in einer Entfernung von bis zu 100 m zuverlässig
detektiert werden. Der Streuwinkel liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform
in einem Bereich zwischen 0,5° und 5°.
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Eine
vom Streulichtrauchmelder infolge der spitzwinkligen Einstrahlung
in die Rauchwolke erzeugte Streulinie befindet sich relativ weit
entfernt vor dem Detektor, wodurch eine gute räumliche
Trennung zwischen dem Streulichtrauchmelder und dem Detektionsort
ermöglicht wird. Aus diesem Grund lassen sich die optischen
Elemente des Streulichtrauchmelders besonders effektiv gegen schädliche
Umwelteinflüsse schützen, woraus sich vollkommen neue
Einsatzmöglichkeiten auch in schwierigen Umgebungen, wie
zum Beispiel in Öfen, Brennkammern, Kühllagern,
chemischen Reaktionsräumen, Sonderatmosphären
oder dergleichen, erschließen. Der Schutz gegenüber
schädlichen Umwelteinflüssen kann beispielsweise
durch eine versenkte Anordnung oder durch das Verlegen des Streulichtrauchmelders
in einen anderen Raum erreicht werden.
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Die
vom Streulichtrauchmelder erzeugte Streulinie bzw. das generierte
Streuzentrum selbst entspricht in ihrer Länge in etwa einer
Tiefenerstreckung der Aerosolwolke. Auch erreicht man durch das
weit vorgelagerte Streuzentrum bzw. die Streulinie eine effektive
Trennung zwischen dem Ort des Detektors und dem Ort der Detektion.
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Hierdurch
erschließen sich neuartige Anwendungsgebiete, in denen
extreme Bedingungen herrschen. In diesem Zusammenhang sind beispielhaft
hohe oder tiefe Temperaturen in Kühllagern, Öfen
oder Turbinen sowie hochkorrosive Umgebungen in der chemischen Industrie,
wie sie zum Beispiel in der Galvanik auftreten, zu nennen. Darüber
hinaus ist die Anwendung in Bereichen mit strömenden Medien,
wie beispielsweise Gasaustrittszonen hinter Flugzeugturbinen denkbar.
Der Detektor lässt sich stets gut geschützt und
wohl temperiert einbauen, da die Detektion außerhalb des
Detektors erfolgt.
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Infolge
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ermöglicht
der Streulichtrauchmelder eine wirkungsvolle Überwachung
auch hoher Räume, wie zum Beispiel Hallen, Hangars, Museen
oder Kirchen und anderen historischen Gebäuden. In diesem
Anwendungsfall erfolgt die Montage der Streulichtrauchmelder an
der Decke, wobei die Aerosoldetektion jedoch in einem Bereich unmittelbar
unterhalb der Decke sowie in einem kleinen Bereich oberhalb der
jeweiligen Bodenfläche prinzipbedingt ausgeschlossen, aber
auch nicht zwingend gefordert ist.
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Der
Tubus vermindert darüber hinaus die Gefahr des Eindringens
von Fremdkörpern, wie zum Beispiel Staub, Fett- und Öltröpfchen
sowie anderen Partikeln, die die Erkennung von Rauch erschweren könnten.
Hierdurch kann der erfindungsgemäße Streulichtrauchmelder
auch in schwierigen Umgebungen zur Detektion von Aerosolen eingesetzt
werden. Daneben minimiert der Tubus den Einfluss von seitlich einfallender
Störstrahlung auf das Detektionsergebnis.
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Der
Streulichtrauchmelder ist neben den vorstehend erwähnten
Sonderanwendungen vor allem zur Branddetektion in Luftfahrzeugen
und dort insbesondere zur Brandüberwachung in großvolumigen Frachträumen
und/oder in Passagierkabinen von Passagierflugzeugen sowie in Frachträumen
von Frachtflugzeugen bzw. im Gasaustrittsbereich der Triebwerksgondeln
bzw. der Maschinenräume vorgesehen und geeignet.
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Nach
Maßgabe einer Weiterentwicklung des Streulichtrauchmelders
ist die mindestens eine Strahlungsquelle ein Laser, insbesondere
eine Laserdiode.
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Durch
die Verwendung eines Lasers als Strahlungsquelle und insbesondere
einer Laserdiode, kann ein Lichtbündel mit hoher Intensität
und geringer Divergenz erzeugt werden, das eine sichere Detektion
von Aerosolwolken in großen Entfernungen vom Streulichtrauchmelder
gewährleistet. Grundsätzlich gibt der Laser bzw.
die Laserdiode Licht in einer Wellenlänge zwischen 380
nm (violett) bis 3.000 nm (nahes Infrarot). Alternativ kann sich
der Arbeitsbereich der Strahlungsquelle bis zum mittleren Infrarot
(3 μm bis 50 μm) und darüber hinaus bis zum
entfernten Infrarot (50 μm bis 1 mm) erstrecken. Bevorzugt
emittiert die Strahlungsquelle jedoch elektromagnetische Strahlung
im Bereich zwischen 650 bis 750 nm, das dem mit dem menschlichen
Auge sichtbaren Rot entspricht, was insbesondere die Inbetriebnahme
aufgrund der Sichtbarkeit erleichtert. Für Bereiche, die
von Menschen regelmäßig frequentiert werden, empfiehlt
sich jedoch unsichtbares Infrarotlicht in einem Bereich zwischen
800 und 920 nm.
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Die
Laserdiode wird bevorzugt gepulst angesteuert, wodurch die Störsicherheit
erhöht und die elektrische Leistungsaufnahme verringert
werden kann.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des Streulichtrauchmelders sieht vor,
dass der mindestens eine Detektor eine Kamera mit einer vorgeschalteten Kameraoptik
ist, wobei die Kamera über ein zweidimensionales Sensorfeld
verfügt.
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Die
Kamera ist bevorzugt zur Detektion und Auswertung von elektromagnetischer
Strahlung im sichtbaren Bereich ausgelegt. Hierzu verfügt
die Kamera über ein zweidimensionales Sensorfeld mit hoher
Auflösung, das zum Beispiel mit CCD-Sensoren (Charge Coupled
Devices) aufgebaut sein kann. Alternativ kann das Sensorfeld auch
mit einem Fotodioden- oder Fototransistorarray gebildet werden,
die im Vergleich zu CCD-Sensoren geringe Ansprechzeiten aufweisen.
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Durch
die vorgeschaltete Kameraoptik, die bevorzugt mit einer bekannten
Linsenoptik ausgeführt ist, wird das Leistungsvermögen
des Streulichtdetektors weiter gesteigert. Grundsätzlich
wird durch das zweidimensionale Sensorfeld auch eine örtliche Lagebestimmung
der Aerosolwolke möglich.
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Das
in der Regel zweidimensionale Sensorfeld ist bevorzugt in mindestens
einer Raumrichtung in Relation zur Tubuslängsachse der
Kamera bzw. zur Objektivlängsachse gekippt angeordnet,
das heißt das ein Winkel zwischen der Objektivlängsachse
und dem Sensorfeld kleiner als 90° ist. Hierdurch werden
die auf der Streulinie liegenden Streupunkte, die im Allgemeinen
unterschiedliche Abstände zum Sensorfeld der Kamera aufweisen,
jeweils auf unterschiedlichen Bereichen bzw. Sensorzonen des Sensorfeldes
individuell scharf abgebildet.
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Nach
Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umschließt
der Tubus die Kameraoptik allseitig und weist eine Länge
von bis zu 50 cm auf.
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Hierdurch
wird eine zuverlässige Detektion auch entfernter Aerosolwolken
ermöglicht und zugleich der Einfluss von seitlicher Störstrahlung
auf das Petitionsergebnis minimiert. Der Tubus weist bevorzugt die
räumliche Gestalt eines dünnen, dünnwandigen
Hohlzylinders auf. Um den Einfluss von Schmutzpartikeln auf das Detektionsergebnis
zu minimieren, kann der Tubus innenseitig mit einer Antihaft-Nanobeschichtung
versehen sein, die das Anhaften von Fremdpartikeln verhindert. In
Bereichen mit hoher Staub- und/oder Ölbelastung können
Tuben bis zu einer Länge von 50 cm eingesetzt werden.
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Um
Insekten und Spinnen fernzuhalten, kann entweder manuell im Rahmen
der regelmäßigen Wartung und/oder automatisch
in schwer zugänglichen Bereichen ein „Anti-Spinnen”-Mittel
innerhalb und außerhalb des Tubus appliziert werden. Hierbei
handelt es sich um bestimmte chemische Lösungen, die über
den Geruchssinn der Tiere einen abstoßenden Effekt erzielen.
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Eine
weitere vorteilhafte Fortbildung des Streulichtrauchmelders sieht
vor, dass der Tubus mit einer Reinigungseinrichtung, insbesondere
mit einer Spüllufteinrichtung, versehen ist.
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Hierdurch
werden das Eindringen und das Absetzen von Fremdkörpern
in den Tubus, die das Detektionsergebnis des Streulichtrauchmelders nachteilig
beeinflussen, verhindert. Die Spüllufteinrichtung kann
beispielsweise mit ringförmig in den Tubus eingebrachten
Bohrungen realisiert werden, durch die unter leichtem Überdruck
in Bezug auf den Umgebungsluftdruck des Streulichtrauchmelders Luft
in den Tubusinnenraum einströmt, so dass etwaig vorhandene
Fremdpartikel aus dem Tubus heraus getrieben werden. Ferner wird
durch die Spüllufteinrichtung das Eindringen von Lebewesen
aller Art zuverlässig unterbunden und somit ein wartungsfreier Betrieb über
die gesamte Lebensdauer des Streulichtrauchmelders hinweg erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Bohrungen
in Bezug auf eine Tubuslängsachse geneigt, um die Austreibungswirkung
zu erhöhen. Die zum Betrieb der Spüllufteinrichtung
benötigte Luft kann beispielsweise durch einen kleinen
Lüfter, ein Gebläse oder dergleichen bereitgestellt
werden, die jeweils als integrale Bestandteile des Streulichtrauchmelders
ausgeführt sind.
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Alternativ
ist es möglich, die Bohrungen spiralförmig über
den Umfang des Tubus hinweg verteilt in diesen einzubringen, so
dass innerhalb des Tubus eine spiralförmige Luftbewegung
aus dem Tubus heraus entsteht, um den Selbstreinigungseffekt des
Tubus zu steigern.
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Nach
Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des
Streulichtrauchmelders ist mittels der Steuer- und Auswerteelektronik
ein Ausgangssignal der Kamera auswertbar, so dass eine Rauchgaswolke
in einer Entfernung von bis zu 100 m detektierbar ist.
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Die
Steuer- und Auswerteelektronik umfasst eine Vielzahl von hochintegrierten
mikroelektronischen Komponenten, wie zum Beispiel mindestens einen
Mikroprozessor, einen Mikrokontroller, Speicherbausteine, Taktgeneratoren,
Verstärker, Operationsverstärker, Filter, Spannungs-
und Stromregler, LED-Treiber, Laserdioden-Ansteuerbausteine, Analog-Digital-Umsetzer,
Digital-Analog-Umsetzer sowie eine Vielzahl weitere aktive und passive elektronische
Komponenten. Mittels der bevorzugt in den Streulichtrauchmelder
integrierten Steuer- und Auswerteelektronik kann über die
reine Rauchdetektion hinaus eine Vielzahl von weiteren Informationen über
eine vor dem Streulichtrauchmelder befindliche Aerosolwolke gewonnen
werden. Beispielsweise lasst sich die Entfernung der Rauchgaswolke
zum Detektor, die räumliche Erstreckung und/oder eine Bewegungsrichtung
der Aerosolwolke zumindest näherungsweise bestimmen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Streulichtrauchmelders sind in
den nachfolgenden Patentansprüchen niedergelegt.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 Eine
Prinzipdarstellung der Funktionsweise des Streulichtrauchmelders,
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2 eine
schematische Darstellung eines Frachtraums in einem Luftfahrzeug
mit einem darin angeordneten erfindungsgemäßen
Streulichtrauchmelder, und
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3 eine
detaillierte Querschnittsdarstellung des Tubus nach 1 mit
einer integrierten Spüllufteinrichtung.
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Die 1 veranschaulicht
in einer schematischen Darstellung die Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Streulichtrauchmelders.
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Ein
Streulichtrauchmelder 1 umfasst unter anderem mindestens
eine Laserdiode 2 als Strahlungsquelle, eine Kamera 3 als
Detektor sowie eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 4.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 4 ist mit einer Signalisierungseinrichtung 5 gekoppelt.
Bei dieser Signalisierungseinrichtung 5 kann es sich um
einen optischen und/oder einen akustischen Signalgeber handeln. Ferner
kann die Signalisierungseinrichtung 5 auch eine Datenübertragungseinrichtung
umfassen, um eine Information über das Vorhandensein einer
Aerosolwolke bzw. einer Rauchwolke an eine übergeordnete
Datenverarbeitungseinheit oder benachbarte Streulichtrauchmelder
leitungsgebunden oder drahtlos zu übermitteln. Die gesendete
Information kann beispielsweise detaillierte Angaben über
die räumliche Erstreckung und/oder die Position der detektierten
Rauchwolke enthalten. Die Laserdiode 2 emittiert einen
Sendestrahl 6 in eine Aerosol- bzw. Rauchwolke 7.
Eine Wellenlänge des in der Regel scharf gebündelten
Sendestrahls 6 liegt in einem Bereich von bevorzugt zwischen
650 nm und 750 nm, das heißt im Bereich des mit dem menschlichen
Auge sichtbaren Rotlichts. Alternativ kann in Anwendungsbereichen
des Streulichtrauchmelders 1, in denen der Sendestrahl 6 aus ästhetischen
Gründen unsichtbar bleiben soll, ein Nah-Infrarot-Laser
mit einer Wellenlänge zwischen 800 nm und 920 nm eingesetzt
werden. Eine Strahlungsleistung des abgegebenen Sendestrahls sollte
sich aus Sicherheitsgründen in einem Bereich von unter
2 Milliwatt bewegen. Innerhalb der Rauchwolke 7 entsteht
infolge des hindurchtretenden Sendestrahls 6 eine Streulinie 8,
die zu einem von der Rauchwolke 7 reflektierten bzw. gestreuten,
mittels der Kamera 3 auswertbaren Detektorstrahl 9 führt.
Auf der Streulinie 8 liegt eine Vielzahl von Streupunkten 8', 8'', 8'''.
Dieser angenähert trapezförmige Detektorstrahl 9 fällt
durch einen Tubus 10 sowie eine darin aufgenommene Kameraoptik 11 auf ein
zweidimensionales Sensorfeld 12 der Kamera 3. Bei
der Verwendung einer konventionellen Digitalkamera ist das Sensorfeld 12 mit
einem CCD-Sensor ausgestattet. Alternativ kann das Sensorfeld 12 auch mit
schnell ansprechenden, matrixförmigen Fotodioden oder Fototransistoren
gebildet sein. Die Kameraoptik 11 umfasst aus der Technik
bekannte Kombinationen von komplexen und konkaven Linsen. Das Sensorfeld 12 ist
bevorzugt, wie in 1 gestrichelt angedeutet, leicht
gekippt innerhalb der Kamera 3 angeordnet.
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Die
trapezförmige geometrische Gestalt des Detektorstrahls 9 resultiert
vor allem aus einem extrem kleinen Streuwinkel α von bevorzugt
weniger als 5° zwischen einer Tubuslängsachse 13 bzw.
einer nicht bezeichneten Objektiv-Längsachse der Kamera 3,
die zugleich eine Symmetrielinie des Detektorstrahls darstellt,
und dem Sendestrahl 6. Je nach der Entfernung eines Streupunktes 8', 8'', 8''' von
der Kamera 3 befinden sich die Streupunkte 8', 8'', 8''' in
einer anderen Fokusebene des Sensorfeldes 12. Daher ist
das Sensorfeld 12 in der Kamera 3 bevorzugt unter
einem geeigneten Winkel gekippt innerhalb der Kamera 3 positioniert.
Daher wird im Idealfall jeder der Streupunkte 8', 8'', 8''' auf
der Streulinie 8 trotz unterschiedlicher Entfernung scharf
auf dem Sensorfeld 12 abgebildet.
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Ein
von der Kamera 3 generiertes Kamerasignal 14 wird
an die Steuer- und Auswerteelektronik 4 weitergeleitet
und darin mittels komplexer numerischer mathematischer Algorithmen
ausgewertet. Ein innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit 4 generiertes
Ausgangssignal 15 wird an die Signalisierungseinrichtung 5 weitergeführt.
Beispielsweise kann durch eine Lagebestimmung des Ortes, auf den der
Detektorstrahl 9 auf das matrixförmige Sensorfeld 12 trifft,
in Verbindung mit den bekannten Raumkoordinaten des Streulichtrauchmelders 1 eine
Position der Rauchwolke 7 in Bezug auf den Streulichtrauchmelder 1 zumindest
angenähert ermittelt werden.
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Durch
eine Messung der Größe einer Abbildung der Rauchwolke 7 auf
dem Sensorfeld 12 kann in Verbindung mit den optischen
Daten der Kameraoptik 11 eine räumliche Ausdehnung
der Aerosolwolke 7 zumindest abgeschätzt werden.
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Die
Laserdiode 2 wird von der Steuer- und Auswerteinheit 4 mittels
einer nicht näher dargestellten Ansteuerelektronik bevorzugt
gepulst bzw. moduliert angesteuert. Der Spannungs- bzw. der Stromverlauf
durch die Laserdiode 2 entsprechen in diesem Fall einer
angenähert rechteckförmigen Schwingung mit einem
variablen Tastverhältnis. Hierdurch wird zum einen der
Stromverbrauch der Laserdiode 2 verringert und zum anderen
kann der Einfluss des Hintergrundlichts vermindert werden. Denn
das Sensorfeld 12 sieht primär das normale Bild
des zu überwachenden Raumes bestehend aus Fußboden, Wänden
und Einrichtungsgegenständen.
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Optional
eröffnet die gepulste Ansteuerung der Laserdiode 2 abweichend
von einer Entfernungsbestimmung über eine Winkelmessung
eine Distanzmessung durch eine Messung einer Laufzeit des Sendestrahls 6 bis
zur Aerosolwolke 7 und wieder zurück bis zum Sensorfeld 12.
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Alternativ
oder zusätzlich kann die Laserdiode 2 Licht, jeweils
kontrolliert von der Steuer- und Auswerteeinheit 4 mit
einer variablen Frequenz abgeben (so genannte durchstimmbare Laserdiode).
Im Fall von mikroskopisch kleinen Partikeln, wie zum Beispiel Rauchpartikeln
innerhalb einer Rauchwolke, ist die Intensität des zurückgeworfenen
Detektorstrahls 9 abhängig von der Wellenlänge
des Sendestrahls 6, was bei makroskopischen Partikeln,
wie zum Beispiel Fremdkörpern nicht der Fall ist. Somit kann
unter Verwendung geeigneter Auswertealgorithmen in der Steuer- und
Auswerteeinheit 4 durch die Messung und Auswertung dieser
so genannten ”Raleigh Strahlung” zwischen Rauchaerosolen
und Störkörpern unterschieden werden, um die Anzahl von
Fehlalarmen zu verringern.
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Durch
den der Kameraoptik 11 vorgeschalteten Tubus 10 wird
der Einfluss seitlich einfallenden Störlichts auf das Detektionsergebnis
des Streulichtrauchmelders 1 minimiert.
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Ein
in 1 nicht explizit dargestelltes Gehäuse
umschließt bevorzugt sämtliche vorstehend genannten
Komponenten des Streulichtrauchmelders 1 zur Schaffung
einer kompakten integrierten Einheit, die auf einfache Art und Weise
in Decken- und/oder Wandkonstruktionen von umschlossenen Räumen
integriert werden kann. Das Gehäuse verfugt lediglich über
mindestens eine Ausnehmung ausreichender Größe,
um einen ungehinderten Durchtritt des Sendestrahls 6 und
des Detektorstrahls 9 zu ermöglichen. Eine wie
immer geartete lichtdurchlässige bzw. transluzente Abdeckung
bzw. Abdeckscheibe ist nicht vorgesehen.
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Die 2 zeigt
den Einsatz des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders 1 in
einem Frachtraum 16 mit einer Frachtraumtür 17 eines
Flugzeugs.
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Auf
einem Frachtraumboden 18 befindet sich eine Vielzahl von
Frachteinheiten 19 bis 22. Bei den Frachteinheiten 19 bis 22 kann
es sich um genormte Standardcontainer oder um Paletten zur Aufnahme von
individuellem Stückgut handeln. Der Streulichtrauchmelder 1 ist
im Bereich einer senkrechten Seitenwand 23 des Frachtraums 16 geringfügig
beabstandet zu einer Deckenfläche 24 angeordnet.
Deutlich ist zu erkennen, dass der Streuwinkel α zwischen dem
Sendestrahl 6 und dem Detektorstrahl 9 extrem spitzwinklig
ist, insbesondere deutlich kleiner als 10° ist. Der Sendestrahl 6 und
der Detektorstrahl 9 verlaufen hierbei in senkrechter Richtung
geringfügig beabstandet und angenähert parallel
zur Deckenfläche 24 des Frachtraums 16,
so dass mittels des einen Streulichtrauchmelders 1 der
gesamte Frachtraum 16 zu überwachen ist. Im Bereich
der Frachteinheit 21 und/oder innerhalb der Frachteinheit 21 ist es
zu einem nicht dargestellten Schwelbrand in einem frühen
Stadium gekommen, der eine Aerosolwolke 25 entstehen lässt,
die mit dem Streulichtrauchmelder 1 zur sicheren Alarmauslösung
detektierbar ist.
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Zur Überwachung
von hohen Räumen, beispielsweise in der Gestalt von Fabrikhallen
oder Kirchen, wird der erfindungsgemäße Streulichtrauchmelder 1 entgegen
der Darstellung der 2 so an der Decke montiert,
dass der Sendestrahl 6 und der Detektorstrahl 9 angenähert
senkrecht in Bezug auf eine Deckenfläche bzw. eine Grundfläche
des überwachenden Raumes verlaufen.
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Die
spezielle konstruktive Gestaltung des Streulichtrauchmelders 1 gestattet
darüber hinaus auch eine ”Versenkung” bzw.
eine bündige Anordnung desselben in der Seitenwand 23 des
Frachtraums 16, um eine optischen und ästhetischen
Gesichtspunkten genügende Anordnung des Streulichtrauchmelders 1 zu
erreichen. Diesem Umstand kommt insbesondere dann Bedeutung zu,
wenn der Streulichtrauchmelder 1 zur Überwachung
von Passagierkabinen in Verkehrsflugzeugen Verwendung findet. In
Passagierkabinen erfolgt die Anordnung mindestens eines Streulichtrauchmelders 1 entsprechend
der Darstellung der 2.
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Die 3 zeigt
eine detaillierte Querschnittsdarstellung des Tubus 10 des
Streulichtrauchmelders 1 nach Maßgabe von 1 mit
einer Spüllufteinrichtung.
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Eine
Spüllufteinrichtung 26 umfasst unter anderem eine
Manschette 27, die den Tubus 10 bevorzugt vollständig
ringartig umschließt und die über einen Anschlussstutzen 28 zum
Anschluss eines nicht dargestellten Gebläses oder eines
Lüfters zur Erzeugung von Spüllluft 29 verfügt.
Durch das Gebläse bzw. den Lüfter wird ein geringer Überdruck
innerhalb der Manschette 27 im Vergleich zum Umgebungsluftdruck
des Streulichtrauchmelders 1 erzeugt und bevorzugt über
die gesamte Einsatz- bzw. Lebensdauer des Streulichtrauchmelders 1 aufrecht
erhalten. Alternativ kann das Gebläse bzw. der Lüfter
kontrolliert von der Steuer- und Auswerteeinheit 4 auch
periodisch ein- und ausgestaltet werden, um insbesondere Betriebsgeräusche
und den Energieverbrauch durch den getakteten Betrieb zu verringern.
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Unmittelbar
vor der Kameraoptik 11 befindet sich eine Vielzahl von
bevorzugt geneigten Bohrungen, von denen lediglich die Bohrungen 30, 31 zu
sehen sind. Diese Bohrungen 30, 31 sind bevorzugt gleichmäßig
zueinander beabstandet entlang einer Kreislinie um den Umfang des
Tubus 10 in einem Bereich unmittelbar vor der Kameraoptik 11 herum
ausgebildet.
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Bohrungslängsachsen 32, 33 der
Bohrungen 30, 31 weisen in Bezug auf die Tubuslängsachse 13 jeweils
Neigungswinkel von wesentlich weniger als 90° auf, um das
Herausbefördern von in den Tubus 10 eingedrungenen
Fremdpartikeln, die sich möglicherweise schon auf einer
Innenwand 34 des Tubus 10 abgesetzt haben, zu
unterstützen. Die Bohrungslängsachsen 32, 33 sind
hierbei jeweils in Richtung einer Lichteintrittsöffnung 35 des
Tubus 10 geneigt, um der Spülluft 29 zusätzlich
eine von der Kameraoptik 11 weggerichtete, definierte Strömungsrichtung
zu geben. Anstelle von Bohrungen können beispielsweise
auch quadratische oder rechteckförmige Ausnehmungen in
den Tubus 10 eingebracht sein.
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In
einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
ist es ferner möglich, die geneigten Bohrungen entlang
einer um den Tubus 10 herum verlaufenden gedachten Spirallinie
anzuordnen, um innerhalb des Tubus 10 einen Spülluftwirbel
zu erzeugen. Hierdurch kann eine Ablösungswirkung von bereits
auf der Innenwand 34 abgesetzten Fremdpartikeln erreicht
werden.
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Durch
die von der optionalen Spüllufteinrichtung 26 erzeugte
Spülluft 29 wird darüber hinaus das Eindringen
von Kleinstlebewesen, wie beispielsweise Insekten und hiermit verbundene
Folgeerscheinungen, zuverlässig verhindert, so dass ein
zuverlässiger und nahezu fehlalarmfreier Langzeitbetrieb
des erfindungsgemäßen Streulichtrauchmelders 1 bei
zugleich minimalem Wartungs- und Pflegeaufwand erreichbar ist.
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In
vielen Anwendungsbereichen wird jedoch gern auf den Einsatz der
Spülluft 29 verzichtet, da dieser sowohl einen
zusätzlichen Aufwand als auch Verschleißneigung
mit sich bringt. Alternativ kann der Tubus 10 mit einer
geeigneten Luftberuhigungseinrichtung versehen werden. Denn letztendlich
soll der Tubus 10 lediglich die Verschmutzung der Kameraoptik 11 verhindern.
Mit der Ausnahme der lebendigen Fremdkörper werden beispielsweise
Stäube oder andere störende Partikel in der Regel
mit der Luftströmung in den Tubus 10 hinein transportiert. Reduziert
man das Eindringverhalten bewegter Luft, z. B. durch den Einbau
von Luftberuhigungsringen oder anderen die Geschwindigkeit der Luftströmung begrenzenden
Elementen, so setzen sich Fremdkörper bereits am äußeren
Ende des Rohres ab und gelangen gar nicht erst bis zur Kameraoptik 11.
Dies funktioniert jedoch nur so lange, wie der freie Querschnitt
des Tubus 10 nicht den Strahlengang einschränkt.
-
- 1
- Streulichtrauchmelder
- 2
- Laserdiode
- 3
- Kamera
- 4
- Steuer-
und Auswerteeinheit
- 5
- Signalisierungseinrichtung
- 6
- Sendestrahl
- 7
- Aerosolwolke
(Rauchwolke)
- 8
- Streulinie
- 8'
- Streupunkt
- 8''
- Streupunkt
- 8'''
- Streupunkt
- 9
- Detektorstrahl
- 10
- Tubus
- 11
- Kameraoptik
- 12
- Sensorfeld
- 13
- Tubuslängsachse
- 14
- Kamerasignal
- 15
- Ausgangssignal
- 16
- Frachtraum
- 17
- Frachtraumtür
- 18
- Frachtraumboden
- 19
- Frachteinheit
- 20
- Frachteinheit
- 21
- Frachteinheit
- 22
- Frachteinheit
- 23
- Seitenwand
- 24
- Deckenfläche
- 25
- Aerosolwolke
(Rauchwolke)
- 26
- Spüllufteinrichtung
- 27
- Manschette
- 28
- Anschlussstutzen
- 29
- Spülluft
- 30
- Bohrung
- 31
- Bohrung
- 32
- Bohrungslängsachse
- 33
- Bohrungslängsachse
- 34
- Innenwand
(Tubus)
- 35
- Lichteintrittsöffnung
(Tubus)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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