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Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit eines photoelektrischen Rauchmelders sowie Rauchmelder zur Durchführung des Verfahrens
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit eines photoelektrischen Rauchmelders sowie einen erfindungsgemäß eingerichteten Rauchmelder.
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Stand der Technik
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Photoelektrische bzw. optische Rauchmelder sind beispielsweise aus der
EP 0 755 037 A1 bekannt. Sie verfügen über ein Sendeelement, wie eine Leucht- oder Laserdiode, welches einen Prüfstrahl in ein optisches Labyrinth aussendet. Weiterhin verfügen sie über ein Sensorelement, wie eine Photodiode, welches zum Detektieren von Streulicht vorgesehen ist. Dringt Rauch in das optische Labyrinth ein, wird ein mehr oder weniger großer Anteil des Prüfstrahls in das Sensorelement gestreut, so dass ein Fotostrom detektiert wird. Übersteigt der detektierte Fotostrom einen vorgegebenen Schwellwert, wird eine Rauchentwicklung erkannt. Zum Stand der Technik gehört ebenso die Druckschrift
GB 2 175 392 A .
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Beim Betrieb eines solchen Rauchmelders sind unter anderem zwei Punkte zu beachten. Zum einen wird immer eine mehr oder weniger kleine Lichtmenge von dem Sensorelement erfasst, so dass ein Basisstrom (oder Ruhestrom) fließt, der, beispielsweise durch Verstaubung des optischen Labyrinths, im Laufe der Zeit zunimmt. Diese Zunahme muss von einer Zunahme durch Rauchentwicklung unterschieden werden, wozu üblicherweise eine Nachführung des Schwellwerts durchgeführt wird.
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Weiterhin muss die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders regelmäßig überprüft werden, wozu in der
EP 0 755 037 A1 der Fotostrom bei ein- und ausgeschalteter Leuchtdiode verglichen wird. Je nach Anzahl der Streuzentren im optischen Labyrinth kann der Fotostrom im ein- und ausgeschalteten Zustand jedoch relativ nahe beieinander liegen, so dass eine sichere Auswertung schwierig wird.
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Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit eines photoelektrischen Rauchmelders anzugeben, das keiner Messung im ausgeschalteten Zustand bedarf.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit eines photoelektrischen Rauchmelders mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung bietet eine Möglichkeit zur Überprüfung eines optischen Rauchmelders bei angesteuertem Sendeelement, so dass das Rauschen des Messsignals vermindert und die Auswertung erleichtert ist. Die Überprüfung erfolgt zudem durch eine Messung der Charakteristik des Empfangssignals bei angesteuertem bzw. eingeschaltetem Sendeelement, ohne dass dessen Stromfluss analog gesteuert werden muss. Die Erfindung kann alleine mit digitaler Schaltungstechnik realisiert werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung wird festgestellt, dass die Funktionsfähigkeit des optischen Rauchmelders gestört ist, wenn der Messsignalverlauf um einen vorbestimmten Toleranzbereich langsamer ansteigt als der Referenzsignalverlauf. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhafterweise der absolute Wert des Messignals weniger kritisch. Dieser wird im Wesentlichen bei der oben beschriebene Nachführung des Basiswerts berücksichtigt. Für die erfindungsgemäße Überprüfung ist vielmehr das zeitliche Verhalten bei kurzen Zeitskalen interessant, bspw. im Bereich von bis zu 0,05, 0,1 oder 0,2 ms. Das oder die Referenzsignale werden zweckmäßigerweise unmittelbar oder kurz nach der Herstellung aufgenommen, so dass sie einen Zustand minimaler Streuung kennzeichnen. Je mehr Streuzentren vorhanden sind, desto schneller steigt das Messsignal an. Eine flachere Kurve außerhalb des Toleranzbereichs zeigt daher eine Störung des Rauchmelders an. Der Toleranzbereich kann bspw. empirisch bestimmt werden. Er kann auch auf Null gesetzt werden.
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Bevorzugterweise erfolgt das Einschalten des Sendeelements gepulst mit einer vorgegebenen Frequenz und Pulsdauer. In dieser Ausprägung der Erfindung wird das Sendeelement - zweckmäßigerweise durch eine Recheneinheit, wie z.B. einen Mikrocontroller - mit einer (hohen) vorgegebenen Ein/Aus-Frequenz und einem variablen Tastgrad angesteuert. Die Frequenz wird dabei zweckmäßigerweise so gewählt, dass sie höher als die Grenzfrequenz eines üblicherweise empfangsseitig vorgesehenen Eingangsfilters ist und damit ausgefiltert wird. Im Ergebnis wird dadurch das Messsignal bei gepulstem Betrieb (Tastgrad < 1) gegenüber einem Messsignal bei ungepulstem Betrieb (Tastgrad = 1) im Wesentlichen linear gemäß dem Tastgrad abgeflacht. Falls das Messsignal bei einem oder mehreren Tastgraden einen flacheren als den zugehörigen Referenzverlauf zeigt, weist dies auf ein Problem im optischen Pfad oder der Verstärkerschaltung hin.
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Zweckmäßigerweise werden Frequenz und/oder Pulsdauer und/oder Tastgrad in Abhängigkeit vom Basisstrom oder Messsignal vorgegeben. Damit kann die Empfindlichkeit der Empfangsschaltung für die Messungen eingestellt werden. Wie erläutert, nimmt der Basisstrom im Laufe der Zeit aufgrund von Verschmutzung u.ä. normalerweise zu. Um ein Übersteuern der Sensorschaltung zu vermeiden, kann dann die Empfindlichkeit durch einen entsprechenden Tastgrad verringert werden. Umgekehrt kann bspw. die Genauigkeit der Messungen bei kleinen Rauchpartikelkonzentrationen in der Anfangsphase eines Feuers erhöht werden, ohne bei höheren Werten in einen Sättigungsbereich zu gelangen. Allgemein erlaubt ein geringerer Basisstrom einen höheren Tastgrad und umgekehrt.
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In einer weiteren Variante kann die Empfangsschaltung mehrere Empfindlichkeitsstufen, d.h. mehrere Verstärkungsbereiche, zur Verfügung stellen, zwischen denen - zweckmäßigerweise durch eine Recheneinheit, wie z.B. einen Mikrocontroller - in Abhängigkeit vom Basisstrom oder Messsignal umgeschaltet werden kann, bspw. wenn ein oberer oder unterer Schwellwert durchlaufen wird. Dadurch kann ein Über- und Untersteuern der Sensorschaltung vermieden werden. Weiterhin kann bspw. die Genauigkeit der Messungen bei kleinen Rauchpartikelkonzentrationen in der Anfangsphase eines Feuers erhöht werden, ohne bei höheren Werten in einen Sättigungsbereich zu gelangen.
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Ein erfindungsgemäßer Rauchmelder enthält eine Recheneinheit, die, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Rauchmelder in einer Querschnittsansicht.
- 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausfhrungsform eines erfindungsgemäßen Überprüfungsverfahrens.
- 3 zeigt in einem Diagramm Messsignale für unterschiedliche Basisströme bei kontinuierlicher Ansteuerung des Sendelements.
- 4 zeigt in einem Diagramm Messsignale für unterschiedliche Basisströme bei gepulster Ansteuerung des Sendelements.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen photoelektrischen Rauchmelders 100 schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Der Rauchmelder 100 weist ein hier als Leuchtdiode 110 ausgebildetes Sendeelement zum Aussenden eines Prüfstrahls 120 in ein optisches Labyrinth 130 auf. Der Rauchmelder 100 weist weiterhin ein hier als Photodiode 140 ausgebildetes Sensorelement zum Erfassen von Streulicht auf. Der Rauchmelder 100 verfügt weiterhin über eine hier nur grob schematisch dargestellte Schaltungsanordnung 150, welche unter anderem einen Verstärker 151 zur Verstärkung des Messsignals und eine hier als Mikrocontroller 152 ausgebildete Recheneinheit zur Auswertung des Messsignals, zur Steuerung des Rauchmelders sowie zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
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In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms dargestellt. Das Verfahren wird in Bezug auf einen Rauchmelder 100 gemäß 1 beschrieben.
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Das Verfahren beginnt in einem Schritt 200 zu einem Zeitpunkt t0 mit der Ansteuerung der Leuchtdiode 110. Die Ansteuerung kann kontinuierlich oder gepulst erfolgen, was jedoch am prinzipiellen Ablauf nichts ändert. Die Leuchtdiode 110 sendet den Prüfstrahl 120 in das optische Labyrinth 130, in dem mehr oder weniger Streuzentren vorhanden sind, so dass ein gewisser Anteil des Lichts in die Photodiode 140 gestreut wird. Es findet ein Einschwingvorgang der Photodiode 140, der Verstärkerschaltung 151 sowie der Analog/Digital-Wandlerschaltung innerhalb des Mikrocontrollers 152 statt, wobei das verstärkte Messsignal von dem Mikrocontroller erfasst wird. Beispielhafte Messsignale für eine kontinuierliche Ansteuerung sind in 3 und für eine gepulste Ansteuerung in 4 dargestellt.
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In einem Schritt 201 wird das Messsignal bis zu einem Zeitpunkt t1 erfasst.
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In einem Schritt 202 wird der Messsignalverlauf mit dem zugehörigen Referenzsignalverlauf verglichen. Der Referenzsignalverlauf wird aus einer Referenz- bzw. Kalibierungsmessung gewonnen, die bei gleicher Frequenz, Pulsbreite und Tastverhältnis zweckmäßigerweise unmittelbar nach der Herstellung des Rauchmelders aufgenommen worden ist und somit einen Zustand minimaler Streuung kennzeichnet. Die Referenzmessungen sind zweckmäßigerweise in einer Speichereinheit des Mikrocontrollers 152 abgespeichert.
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Wird festgestellt, dass der Messsignalverlauf flacher als der zugehörige Referenzsignalverlauf ist und außerhalb eines Toleranzbereiches liegt, wird in einem Schritt 203 festgestellt, dass die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders 100 gestört ist. Andernfalls wird in einem Schritt 204 festgestellt, dass die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders gegeben ist.
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In 3 sind in einem Diagramm 300 Messsignalverläufe bei unterschiedlichen Basisströmen als Spannungswerte am Eingang des Microcontrollers 152 auf der Ordinate gegen die Zeit t auf der Abzisse aufgetragen. Die Ansteuerung der Leuchtdiode erfolgt kontinuierlich und ist bei 301 ebenfalls abgebildet. Ein Graph bei einem ersten Basisstrom ist mit 302, ein Graph bei einem zweiten, größeren Basisstrom ist mit 303 bezeichnet. Graph 302 stellt einen Referenzsignalverlauf, Graph 303 einen Messsignalverlauf während einer Prüfung des Rauchmelders dar.
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Zunächst ist die Leuchtdiode ausgeschaltet. Zu einem Zeitpunkt t0 wird die Leuchtdiode kontinuierlich angesteuert. In der Folge wird ein Messsignal erfasst, dessen Höhe und Anstieg von der Anzahl der Streuzentren im optischen Labyrinth abhängt. Zu einem frühen Zeitpunkt, beispielsweise kurz nach der Herstellung des Rauchmelders, befinden sich nur wenige Streuzentren im optischen Labyrinth, so dass der Graph 302 nur langsam ansteigt. Sind zu einem späteren Zeitpunkt mehr Streuzentren im optischen Labyrinth vorhanden, steigt das Messsignal schneller an, wie durch den Graph 303 dargestellt.
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Da der Messsignalverlauf 303 schneller als der Referenzsignalverlauf 302 ansteigt, wird die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders bestätigt.
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In 4 sind in einem Diagramm 400 ebenfalls Messsignalverläufe bei unterschiedlichen Basisströmen als Spannungswerte am Eingang des Microcontrollers 152 auf der Ordinate gegen die Zeit t auf der Abzisse aufgetragen. Die Ansteuerung der Leuchtdiode erfolgt hier gepulst und ist bei 401 ebenfalls abgebildet. Die Ansteuerung erfolgt mit einer Frequenz, die über einer Grenzfrequenz eines Eingangsfilters des Microcontrollers oder Verstärkers liegt, so dass auf diese Weise eine Variation des Ansteuerstroms auf digitale Weise stattfinden kann, ohne dass sich eine Welligkeit im Messsignal zeigt. Durch entsprechende Vorgabe des Tastgrads kann die Höhe des Messsignals beeinflusst werden, so dass sie optimal auf den Messbereich der Analog/Digital-Wandlung eingepasst werden kann.
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Ein Graph bei einem ersten Basisstrom ist mit 402, ein Graph bei einem zweiten, größeren Basisstrom ist mit 403 bezeichnet. Graph 402 stellt einen Referenzsignalverlauf, Graph 403 einen Messsignalverlauf während einer Prüfung des Rauchmelders dar.
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Da der Messsignalverlauf 403 schneller als der Referenzsignalverlauf 402 ansteigt, wird die Funktionsfähigkeit des Rauchmelders bestätigt.
