DE102011083455A1 - Verschmutzungsüberwachung einer Schutzscheibe bei einem Flammenmelder mittels fächerartig in die Schutzscheibe eingekoppelten Lichts bei mehrfacher Totalreflexion - Google Patents

Verschmutzungsüberwachung einer Schutzscheibe bei einem Flammenmelder mittels fächerartig in die Schutzscheibe eingekoppelten Lichts bei mehrfacher Totalreflexion Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschmutzungsüberwachung einer Schutzscheibe (2) bei einem Flammenmelder (1), wobei hinter der Schutzscheibe (2) zumindest ein Strahlungssensor (3) für die Flammendetektion angeordnet ist. Es wird Licht fächerartig mittels einer Lichtquelle (4) derart in die Schutzscheibe (2) eingekoppelt, dass dieses mehrfach unter Totalreflexion zwischen der jeweiligen Grenzfläche Schutzscheibe/Umgebungsluft fortschreitend reflektiert wird, wobei das Licht zugleich einen Bereich der Schutzscheibe (2) passiert, der bei Verschmutzung die Qualität der Flammendetektion beeinträchtigen kann. Es wird zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts wieder aus der Schutzscheibe (2) ausgekoppelt. Es wird das ausgekoppelte Licht mittels eines Photosensors (5) in einen Helligkeitswert umgewandelt. Schliesslich wird eine Warnmeldung ausgegeben, wenn der Helligkeitswert in unzulässiger Höhe von einem Vergleichswert abweicht. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Flammenmelder (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschmutzungsüberwachung einer Schutzscheibe bei einem Flammenmelder, wobei hinter der Schutzscheibe zumindest ein Strahlungssensor für die Flammendetektion angeordnet ist.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung einen Flammenmelder mit einem Gehäuse, in welchem eine Schutzscheibe angeordnet ist. Ausserdem sind im Gehäuse zumindest ein Strahlungssensor für die Flammendetektion, zumindest eine Lichtquelle und ein Photosensor für eine Verschmutzungsüberwachung der Schutzscheibe sowie eine Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung der jeweiligen Sensorsignale angeordnet.
  • Flammenmelder der obengenannten Art sind seit langem bekannt. Sie sind zur Detektion von offenem Feuer mit seinen charakteristischen modulierten Emissionen sowie zum Ausgeben eines Alarms in weniger als einer Sekunde, typischerweise in einem Bruchteil einer Sekunde, vorgesehen. Derartige Flammenmelder sind hinsichtlich der Signalverarbeitung auf die charakteristischen Flackerfrequenzen von offenem Feuer, das heisst von Flammen und lodernder Glut, im Infrarotbereich und gegebenenfalls im sichtbaren und ultravioletten Bereich abgestimmt.
  • Zum Schutz vor äusseren mechanischen Einflüssen, die zu Beschädigungen und zur Zerstörung des Flammenmelders führen können, weisen letztere üblicherweise neben einem robust ausgeführten Gehäuse auch eine dicht im Gehäuse eingebrachte Schutzscheibe auf. Weiterhin können nationale oder internationale Vorschriften vorsehen, dass besonders hohe mechanische Anforderungen für den Einsatz der Flammenmelder im explosionsgefährdeten Umfeld eingehalten werden müssen.
  • Typischerweise wird dann eine mechanisch hochbelastbare Saphirscheibe als Schutzscheibe verwendet. Eine derartige „schwere“ Ausführung ermöglicht den Einsatz solcher Flammenmelder auch in der Anlagentechnik, im Industriebereich sowie in explosionsgefährdeten Bereichen, wie z.B. in der Petrochemie, in der Chemieindustrie sowie in Anlagen mit explosiven Stäuben.
  • Neben dem mechanischen Schutz eines solchen Flammenmelders ist auch eine Verschmutzungsüberwachung der Schutzscheibe erforderlich. Eine übermässige Verschmutzung der Schutzscheibe, wie z.B. durch Öltropfen, Russ oder chemische Ablagerungen, könnte dazu führen, dass die von offenem Feuer stammende IR-Strahlung und gegebenenfalls Strahlung im sichtbaren und im ultravioletten Bereich vom Strahlungsdetektor nicht mehr erfasst werden kann. In einem solchen Fall würde keine Feuermeldung ausgegeben werden.
  • Aus dem US-Patent 4,405,234 ist ein Flammenmelder bekannt, bei dem Licht mittels einer internen Lichtquelle in einen Aussenrand einer Schutzscheibe eingekoppelt wird. Das eingekoppelte Licht wird im Zentrum der Schutzscheibe total reflektiert und am gegenüberliegenden Aussenrandbereich der Schutzscheibe wieder ausgekoppelt, und anschliessend detektiert. Allerdings wird dort nur ein sehr kleiner zentraler Bereich auf Verschmutzung hin überwacht.
  • Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verschmutzungsüberwachung der Schutzscheibe bei einem Flammenmelder anzugeben.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen korrespondierenden Flammenmelder anzugeben.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird für das Verfahren zur Verschmutzungsüberwachung und für den Flammenmelder mit einer Verschmutzungsüberwachung durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Erfindungsgemäss wird Licht fächerartig mittels einer Lichtquelle derart in die Schutzscheibe eingekoppelt, dass dieses mehrfach unter Totalreflexion zwischen der jeweiligen Grenzfläche Schutzscheibe/Umgebungsluft fortschreitend reflektiert wird. Das Licht passiert zugleich einen Bereich der Schutzscheibe, der bei Verschmutzung die Qualität der Flammendetektion beeinträchtigen kann. Es wird zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts wieder aus der Schutzscheibe ausgekoppelt. Es wird das ausgekoppelte Licht mittels eines Photosensors in einen Helligkeitswert umgewandelt. Schliesslich wird eine Warnmeldung ausgegeben, wenn der Helligkeitswert in unzulässiger Höhe von einem Vergleichswert abweicht. Insbesondere wird eine Warnmeldung ausgegeben, wenn der Helligkeitswert einen vorgegebenen Vergleichswert, wie z.B. einen Inbetriebnahmewert bei sauberer bzw. gereinigter Schutzscheibe, unterschritten wird.
  • Der Kern der Erfindung liegt darin, dass im Vergleich zum Stand der Technik das eingekoppelte Licht die verschmutzungsgefährdete Aussenseite der Schutzscheibe im mehrfachen totalreflektierenden Zickzack abtasten kann. Vorzugsweise wird der eingekoppelte Lichtfächer mindestens dreimal, vorzugsweise dreimal bis fünfmal, innerhalb der Schutzscheibe reflektiert. Der Lichtfächer weist einen Abstrahlungswinkel vorzugsweise im Bereich von 45° bis 90° auf. Für bestimmte Anwendungen kann der Abstrahlungswinkel auch darunter liegen, wie z.B. bei 30°, oder darüber liegen, wie z.B. bei 120°.
  • Dadurch kann vorteilhaft nicht nur ein kleiner zentraler Bereich der Schutzscheibe, sondern ein Grossteil der Schutzscheibe überwacht werden. Dabei wird bei jedem Auftreffen des Lichtfächers auf eine Verschmutzung auf der Aussenseite des Schutzscheibe ein Teil des Lichts ausgekoppelt. Die dadurch bedingte Helligkeitsabnahme kann dann mittels des Photosensors detektiert werden.
  • Andererseits kann der Photosensor auch derart angeordnet sein, dass das ausgekoppelte Licht bei zumindest etwa sauberer Schutzscheibe diesen gar nicht trifft. Dagegen würde eine Verschmutzung den Winkel der Totalreflexion in gewissen Umfang verändern, so dass der Photosensor nun von einem Teil des ausgekoppelten Lichts getroffen wird. Die dadurch bedingte Helligkeitszunahme kann dann mittels dieses Photosensors detektiert werden.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem ausgesendeten Licht um infrarotes Licht (IR). Derartiges Licht kann z.B. von einer Infrarot-LED oder von einer Infrarot-Laserdiode stammen. Sie kann alternativ auch von einem Glühlämpchen stammen. Vorzugsweise wird infrarotes Licht im Wellenlängenbereich von 4 µm bis 6 µm ausgestrahlt.
  • Zur Umwandlung des Lichts, insbesondere des infraroten Lichts, kann ein Photosensor, wie z.B. eine Photodiode oder ein Phototransistor, verwendet werden. Insbesondere ist der Photosensor sensitiv für das von der Lichtquelle ausgesendete Licht.
  • Die Schutzscheibe weist vorzugsweise eine einheitliche Dicke auf. Sie ist vorzugsweise kreisförmig, d.h. eine Kreisscheibe. Sie kann alternativ auch rechteckig, quadratisch, dreieckig, polygon, elliptisch usw. sein. Wesentlich ist, dass das am Aussenrandbereich eingekoppelte Licht sich von dort fächerartig ausbreitet, so dass dieses in zumindest einem Teilbereich der gegenüberliegenden Auftreffseite des Lichtfächers detektiert werden kann (siehe 2). Dabei wird zumindest ein Drittel, insbesondere mindestens die Hälfte der Aussenfläche der Schutzscheibe durch den Lichtfächer überstrichen. Die effektive überwachte Aussenfläche kann natürlich gesteigert werden, wenn mehrere am Aussenrandbereich in Umfangrichtung versetzt angeordnete Lichtquellen und mehrere dazu gegenüberliegende Photosensoren verwendet werden.
  • Mit „Aussenrandbereich“ ist sowohl der Aussenumfang bzw. die Stirnseite – bei einer Kreisscheibe ist dies die Mantelfläche – als auch der auf der Innen- oder Aussenseite der Schutzscheibe liegende Randstreifen gemeint. Vorzugsweise erfolgt im Falle der Ein- und Auskopplung des Lichts über den Randstreifen von der Innenseite der Schutzscheibe her, da diese im Gehäuse vor Verschmutzungen geschützt ist.
  • Nach einer vorteilhaften Verfahrenvariante wird das mittels der Lichtquelle in die Schutzscheibe eingekoppelte Licht helligkeitsmoduliert, wie z.B. mittels einer Frequenz im Bereich von 70 bis 90 Hz. Es wird das ausgekoppelte Licht mittels des Photosensors in einen entsprechend modulierten Helligkeitswert umgewandelt. Schliesslich wird eine den Wechselanteil kennzeichnende Grösse des Helligkeitswertes mit dem Vergleichswert verglichen, um letztendlich die Warnmeldung bei unzulässiger Abweichung auszugeben. Im einfachsten Fall wird der Gleichanteil im Ausgangssignal des Photosensors über einen Kondensator ausgekoppelt und dieses Wechselsignal über einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem Tiefpass oder Bandpass in ein gefiltertes Ausgangssignal umgewandelt. Letzteres kann mittels eines Komparators mit dem Helligkeitsvergleichswert verglichen werden. Die Eckfrequenz des Tiefpasses bzw. die Mittenfrequenz des Bandpasses ist dabei auf die Modulationsfrequenz der Lichtquelle abgestimmt. Der besondere Vorteil hierbei ist die weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber von aussen eingekoppeltes Umgebungslicht im selben Wellenlängenbereich.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch einen korrespondierenden Flammenmelder mit Verschmutzungsüberwachung der Schutzscheibe gelöst.
  • Erfindungsgemäss sind die zumindest eine Lichtquelle und die Schutzscheibe derart zueinander angeordnet, dass das ausgesendete Licht fächerartig und gerichtet in die Schutzscheibe einkoppelbar ist. Das eingekoppelte Licht wird unter Totalreflexion zwischen der jeweiligen Grenzfläche Schutzscheibe/Umgebungsluft mehrfach fortschreitend reflektiert, wobei das Licht zugleich einen Bereich der Schutzscheibe passiert, der bei Verschmutzung die Qualität der Flammendetektion beeinträchtigen kann. Die Schutzscheibe und der Photosensor sind derart zueinander angeordnet, dass zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts wieder aus der Schutzscheibe auskoppelbar ist. Weiterhin ist der Photosensor zum Umwandeln des ausgekoppelten Lichts in einen Helligkeitswert vorgesehen. Schliesslich weist die Auswerteeinheit Mittel zur Ausgabe einer Warnmeldung auf, falls der Helligkeitswert in unzulässiger Höhe von einem Vergleichswert abweicht.
  • Nach einer Ausführungsform ist die zumindest eine Lichtquelle und/oder der zumindest eine Photosensor beabstandet zum Aussenrandbereich der Schutzscheibe, insbesondere beabstandet zum Aussenumfang oder beabstandet zu einem Randstreifen an der Innenseite der Schutzscheibe, zur Lichteinkopplung bzw. zur Lichtauskopplung appliziert. Die Lichtquellen und Photosensoren können in diesem Fall z.B. auf einem Schaltungsträger angebracht sein.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die zumindest eine Lichtquelle und/oder der zumindest eine Photosensor direkt am Aussenrandbereich der Schutzscheibe, insbesondere direkt am Aussenumfang oder direkt an einem Randstreifen an der Innenseite der Schutzscheibe, zur Lichteinkopplung bzw. zur Lichtauskopplung appliziert.
  • Alternativ oder zusätzlich kann am Aussenrandbereich der Schutzscheibe, insbesondere am Aussenumfang oder an einem Randstreifen an der Innenseite der Schutzscheibe, zumindest ein Lichteinkoppelelement und/oder zumindest ein Lichtauskoppelelement zur Lichteinkopplung bzw. zur Lichtauskopplung angeordnet sein.
  • Die zumindest eine Lichtquelle kann hierbei zur Einkopplung von Licht in das jeweilige Lichteinkoppelelement direkt oder beabstandet zum jeweiligen Lichteinkoppelelement angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zumindest eine Photosensor zur Auskopplung von Licht aus dem jeweiligen Lichtauskoppelelement direkt oder beabstandet zum jeweiligen Lichtauskoppelelement angeordnet sein.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Schutzscheibe aus Saphir, Quarzglas, Germanatglas, Kalziumfluorid oder aus einem anderen IR- und gegebenenfalls UV-durchlässigen Material gefertigt.
  • Schliesslich ist die Lichtquelle eine IR-Lichtquelle, insbesondere eine IR-LED. Der Photosensor ist vorzugsweise ein IR-Photosensor, insbesondere eine IR-Photodiode.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigt
  • 1 einen beispielhaften Aufbau eines Flammenmelders mit einer im Gehäuse aufgenommenen Schutzscheibe,
  • 2 eine Draufsicht auf eine Schutzscheibe mit je einer Lichtquelle und einem Photosensor am Aussenumfang der Schutzscheibe nach einer Ausführungsform,
  • 3 eine Draufsicht auf eine Schutzscheibe mit beispielhaft drei Lichtquellen und 15 Photosensoren,
  • 4 eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe mit beabstandeter Lichteinkopplung und Lichtauskopplung gemäss der Erfindung,
  • 5 eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe mit direkter Lichtein- und -auskopplung am Aussenumfang der Schutzscheibe gemäss der Erfindung,
  • 6 eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe mit einem Lichteinkoppelelement und einem Lichtauskoppelelement nach einer ersten Ausführungsform,
  • 7 eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe mit einem Lichteinkoppelelement und einem Lichtauskoppelelement mit beabstandeter Lichteinkopplung und Lichtauskopplung in bzw. aus dem Koppelelement nach einer zweiten Ausführungsform, und
  • 8 eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe mit einer umlaufenden Abfasung im Aussenrandbereich an der Schutzscheibeninnenseite mit direkter Lichtein- und -auskopplung gemäss der Erfindung.
  • 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Flammenmelders 1 mit einer im Gehäuse 11 aufgenommenen Schutzscheibe 2. Im vorliegenden Beispiel ist das Gehäuse 11 zweiteilig ausgeführt. Die nicht näher bezeichneten Gehäuseteile sind miteinander verschraubbar. Mit AB sind der Aussenbereich, d.h. der aussenliegende Umgebungsbereich, und mit IB der Innenbereich, d.h. der geschlossene Bereich im Inneren des Gehäuses 11 bezeichnet. Mit AS sind ferner eine gegen Verschmutzung ungeschützte Aussenseite der Schutzscheibe 2 und mit IS eine durch das Gehäuse 11 geschützte Innenseite der Schutzscheibe 2 bezeichnet. Weiterhin ist mit AR der Aussenrandbereich der Schutzscheibe 2 bezeichnet. Die Schutzscheibe 2 ist vorzugsweise eine Saphirscheibe.
  • Im Gehäuseinneren ist ein Schaltungsträger 12 aufgenommen, auf dem ein Strahlungssensor 3 für die Flammendetektion angeordnet ist. Dieser kann z.B. ein PIR-Sensor sein. Es können auch weitere Strahlungssensoren 3 hinter der Schutzscheibe 2 im Gehäuseinneren angeordnet sein, wie z.B. UV-Sensoren. Weiterhin ist auf dem Schaltungsträger 12 eine elektronische Auswerteeinheit 8, insbesondere ein Mikrocontroller, angeordnet. Sie dient zur Weiterverarbeitung und zur Auswertung der jeweiligen Sensorsignale im Hinblick auf die Flammenüberwachung. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit 8 zusätzlich für die Verschmutzungsüberwachung eingerichtet.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Schutzscheibe 2 mit je einer Lichtquelle 4 und einem Photosensor 5 am Aussenumfang RA der Schutzscheibe 2 für die Verschmutzungsüberwachung nach einer Ausführungsform.
  • Im vorliegenden Beispiel ist der Strahlungssensor 3 für die Flammendetektion mittig hinter der Schutzscheibe 2 angeordnet. Mit LF ist ein Lichtfächer bezeichnet, der von der Lichtquelle 4 ausgesandt wird und der sich unter mehrfacher Totalreflexion innerhalb der Schutzscheibe 2 in Richtung zu einem gegenüberliegenden Photosensor 5 ausbreitet. Der Photosensor 5 ist gemäss 2 am Aussenumfang RA angeordnet und insbesondere dort als lichtempfindliche Fotoschicht direkt aufgebracht. Die Fotoschicht kann z.B. Indiumantimonid, Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid aufweisen. Die beispielhaften Werkstoffe weisen einen lichtabhängigen ohmschen Widerstand auf, der messtechnisch erfasst und ausgewertet werden kann, wie z.B. mittels eines A/D-Umsetzers in einem Mikrocontroller 8. Mit RS ist ein Randstreifen auf der Aussenseite AS und der Innenseite IS der Schutzscheibe 2 bezeichnet.
  • 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Schutzscheibe 2 mit beispielhaft drei Lichtquellen 4 und 15 Photosensoren 5. Von den drei Lichtquellen 4, wie z.B. LED, wird jeweils ein Lichtfächer LF ausgesandt, der von jeweils 5 gegenüberliegenden Photosensoren 5 detektiert wird. Hierbei ist eine nahezu lückenlose Verschmutzungsüberwachung möglich.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe 2 mit beabstandeter Lichteinkopplung und Lichtauskopplung gemäss der Erfindung.
  • In diesem Beispiel ist das Grundprinzip des erfindungsgemässen Verfahrens zur Verschmutzungsüberwachung besonders gut erkennbar. Demnach wird das Licht fächerartig mittels einer Lichtquelle 4 derart in die Schutzscheibe 2 eingekoppelt, dass dieses mehrfach unter Totalreflexion zwischen der jeweiligen Grenzfläche Schutzscheibe/Umgebungsluft fortschreitend reflektiert wird.
  • Im Beispiel der vorliegenden 4 wird ein Lichtfächer, der in der gezeigten Schnittdarstellung als Lichtbündel erscheint, über eine beabstandete Lichtquelle 4 am linken Aussenumfang RA der Schutzscheibe 2 in diese eingekoppelt. Der Querschnitt der Schutzscheibe 2 ist beispielhaft rechteckig. Die geometrische Anordnung der Lichtquelle 4 relativ zum Aussenumfang RA sowie der Auftreffwinkel des auf den Aussenumfang auftreffenden Lichtbündels sind so gewählt, dass das Lichtbündel nicht am Aussenumfang RA reflektiert wird, sondern zum Grossteil in die Schutzscheibe 2 einkoppelt wird. Nach dreifacher Totalreflexion koppelt das Licht am rechten Aussenumfang RA wieder aus, wobei dann das ausgekoppelte Licht von einem beabstandeten Photosensor 5 detektiert werden kann.
  • Das eingekoppelte Licht passiert zugleich einen Bereich der Schutzscheibe 2, der bei Verschmutzung die Qualität der Flammendetektion beeinträchtigen kann. Im vorliegenden Beispiel beeinträchtigt ein Flüssigkeitstropfen 10 die Qualität der Flammendetektion, indem dieser den Durchgang des zu detektierenden Lichts von aussen dämpft bzw. behindert. Im rechten Teil der 4 wird zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts wieder aus der Schutzscheibe 2 ausgekoppelt und mittels eines Photosensors 5 in einen Helligkeitswert umgewandelt wird. Der Helligkeitswert kann z.B. ein elektrischer Kennwert sein, wie z.B. ein Spannungs-, Strom- oder Widerstandswert, der in analoger oder digitaler Form vom Photosensor 5 als elektrisches Ausgangssignal ausgegeben werden kann. Dieses Ausgangssignal kann z.B. mittels einer Messschaltung ausgewertet werden. Es kann dann eine Warnmeldung ausgeben werden, wie z.B. über einen angeschlossenen Melderbus oder per Funk, wenn der Helligkeitswert in unzulässiger Höhe von einem Vergleichswert abweicht. Der Vergleich kann z.B. durch die elektronische Auswerteeinheit 8 erfolgen.
  • 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe 2 mit direkter Lichtein- und -auskopplung am Aussenrand AR der Schutzscheibe 2 gemäss der Erfindung.
  • Im Vergleich zur vorherigen 4 sind hier eine Lichtquelle 4 und ein Photosensor 5 direkt an der Stirnseite bzw. am Aussenumfang AR der Schutzscheibe 2 appliziert. Die Lichtquelle 4 ist vorzugsweise eine IR-LED und der Photosensor 5 eine Photodiode. Gestrichelt dargestellt ist eine alternative Möglichkeit zur Applizierung des Photosensors 5 am Randstreifen RS der Schutzscheibe 2.
  • 6 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe 2 mit einem Lichteinkoppelelement 6 und einem Lichtauskoppelelement 7 nach einer ersten Ausführungsform.
  • Die Koppelelemente 6, 7 können z.B. Prismen oder Linsen sein. Sie können z.B. mittels eines transparenten Klebers an der Schutzscheibe 2 festgeklebt sein. Es können mehrere Koppelelemente 6, 7 am Aussenrandbereich AR der Schutzscheibe 2 angeordnet sein. Wesentlich ist, dass die Koppelelemente 6, 7 derart optische Umlenkeigenschaften aufweisen, dass Licht ohne grosse Reflexionsverluste in die Schutzscheibe 2 eingekoppelt und ohne grosse Reflexionsverluste wieder aus der Schutzscheibe 2 ausgekoppelt werden kann.
  • Im Beispiel der 6 sind die Lichtquelle 4 und der Photosensor 5 beabstandet angeordnet, wobei das ausgesendete Licht orthogonal auf die Lichteintrittseite des Lichteinkoppelelements 6 auftrifft und wobei das ausgekoppelte Licht orthogonal an der Lichtaustrittsseite des Lichtauskoppelelements 6 austritt.
  • 7 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe 2 mit einem Lichtein- und -auskoppelelement 6, 7 mit beabstandeter Lichtein- und -auskopplung in bzw. aus dem Koppelelement 6, 7 nach einer zweiten Ausführungsform.
  • In diesem Fall sind die Lichtquelle 4 direkt auf der Lichteintrittsseite des Lichteinkoppelelements 6 und der Photosensor 5 direkt auf der Lichtaustrittsseite des Lichtauskoppelelements 7 appliziert, wie z.B. aufgeklebt.
  • 8 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Schutzscheibe 2 mit einer umlaufenden Abfasung 9 im Aussenrandbereich AR an der Schutzscheibeninnenseite IS mit direkter Lichteinkopplung und Lichtauskopplung an der umlaufenden Abfasung 9 gemäss der Erfindung. In diesem Fall kann auf ein separates Lichteinkoppelelement 6 sowie auf ein separates Lichtauskoppelelement 7 verzichtet werden. Die Lichtquelle 4 ist direkt auf der Abfasung 9 als Lichteintrittsseite appliziert. Der Photosensor 5 ist gleichfalls direkt auf der Abfasung als Lichtaustrittsseite appliziert, wie z.B. aufgeklebt. Die Abfasung 9 verläuft vorzugsweise entlang des gesamten Aussenumfangs RA der Schutzscheibe 2.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Flammenmelder
    2
    Schutzscheibe, Schutzglas, Saphirglas
    3
    Strahlungssensor, PIR-Sensor, IR-Sensor, UV-Sensor
    4
    Lichtquelle, Laserdiode, LED, IRED, Glühlampe
    5
    Photosensor, IR-Sensor, Photodiode
    6
    optisches Einkoppelelement, Prisma, Sammellinse
    7
    optisches Auskoppelelement, Prisma, Sammellinse
    8
    elektronische Auswerteeinheit, Mikrocontroller
    9
    Abfasung, Randabschrägung
    10
    Verschmutzung, Tropfen
    11
    Gehäuse, Gehäuseteile
    12
    Schaltungsträger
    13
    Strahlungssensor
    AB
    Aussenbereich des Flammenmelders
    AR
    Aussenrandbereich
    AS
    Aussenseite der Schutzscheibe
    IB
    Innenbereich des Flammenmelders, Gehäuseinnenraum
    IS
    Innenseite der Schutzscheibe
    RA
    radiale Aussenrand der Schutzscheibe, Stirnseite, Aussenumfang
    RS
    Randstreifen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4405234 [0007]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verschmutzungsüberwachung einer Schutzscheibe (2) bei einem Flammenmelder (1), wobei hinter der Schutzscheibe (2) zumindest ein Strahlungssensor (3) für die Flammendetektion angeordnet ist, – wobei Licht fächerartig mittels einer Lichtquelle (4) derart in die Schutzscheibe (2) eingekoppelt wird, dass dieses mehrfach unter Totalreflexion zwischen der jeweiligen Grenzfläche Schutzscheibe/Umgebungsluft fortschreitend reflektiert wird, wobei das Licht zugleich einen Bereich der Schutzscheibe (2) passiert, der bei Verschmutzung die Qualität der Flammendetektion beeinträchtigen kann, – wobei zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts wieder aus der Schutzscheibe (2) ausgekoppelt wird, – wobei das ausgekoppelte Licht mittels eines Photosensors (5) in einen Helligkeitswert umgewandelt wird, und – wobei eine Warnmeldung ausgegeben wird, wenn der Helligkeitswert in unzulässiger Höhe von einem Vergleichswert abweicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels der Lichtquelle (4) IR-Licht in die Schutzscheibe (2) eingekoppelt wird und wobei das ausgekoppelte Licht mittels eines IR-Photosensors (5) in einen Helligkeitswert umgewandelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mittels der Lichtquelle (4) in die Schutzscheibe (2) eingekoppelte Licht helligkeitsmoduliert wird, wobei das ausgekoppelte Licht mittels des Photosensors (5) in einen entsprechend modulierten Helligkeitswert umgewandelt wird und wobei eine den Wechselanteil kennzeichnende Grösse des Helligkeitswertes mit dem Vergleichswert verglichen wird.
  4. Flammenmelder mit einem Gehäuse (11), in welchem eine Schutzscheibe (2), zumindest ein Strahlungssensor (13) für die Flammendetektion, zumindest eine Lichtquelle (4) und ein Photosensor (5) für eine Verschmutzungsüberwachung der Schutzscheibe (2) sowie eine Auswerteeinheit (8) zur Weiterverarbeitung der jeweiligen Sensorsignale angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die zumindest eine Lichtquelle (4) und die Schutzscheibe (2) derart zueinander angeordnet sind, dass das ausgesandte Licht fächerartig und gerichtet in die Schutzscheibe (2) einkoppelbar ist, wobei das eingekoppelte Licht unter Totalreflexion zwischen der jeweiligen Grenzfläche Schutzscheibe/Umgebungsluft mehrfach fortschreitend reflektiert wird und wobei das Licht zugleich einen Bereich der Schutzscheibe (2) passiert, der bei Verschmutzung die Qualität der Flammendetektion beeinträchtigen kann, – dass die Schutzscheibe (2) und der Photosensor (5) derart zueinander angeordnet sind, dass zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts wieder aus der Schutzscheibe (2) auskoppelbar ist, – dass der Photosensor (5) zum Umwandeln des ausgekoppelten Lichts in einen Helligkeitswert vorgesehen ist, und – dass die Auswerteeinheit (8) Mittel zur Ausgabe einer Warnmeldung aufweist, falls der Helligkeitswert in unzulässiger Höhe von einem Vergleichswert abweicht.
  5. Flammenmelder nach Anspruch 4, wobei die zumindest eine Lichtquelle (4) und/oder der zumindest eine Photosensor (5) beabstandet zu einem Aussenrandbereich (AR) der Schutzscheibe (2), insbesondere beabstandet zum Aussenumfang (RA) oder beabstandet zu einem Randstreifen (RS) an der Innenseite (IS) der Schutzscheibe (2), zur Lichteinkopplung bzw. zur Lichtauskopplung appliziert ist.
  6. Flammenmelder nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zumindest eine Lichtquelle (4) und/oder der zumindest eine Photosensor (5) direkt am Aussenrandbereich (AR) der Schutzscheibe (2), insbesondere direkt am Aussenumfang (RA) oder direkt an einem Randstreifen (RS) an der Innenseite (IS) der Schutzscheibe (2), zur Lichteinkopplung bzw. zur Lichtauskopplung appliziert ist.
  7. Flammenmelder nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei am Aussenrandbereich (AR) der Schutzscheibe (2), insbesondere am Aussenumfang (RA) oder an einem Randstreifen (RS) an der Innenseite (IS) der Schutzscheibe (2), zumindest ein Lichteinkoppelelement (6) und/ oder zumindest ein Lichtauskoppelelement (7) zur Lichteinkopplung bzw. zur Lichtauskopplung angeordnet sind.
  8. Flammenmelder nach Anspruch 7, wobei die zumindest eine Lichtquelle (4) zur Einkopplung von Licht in das jeweilige Lichteinkoppelelement (6) direkt oder beabstandet zum jeweiligen Lichteinkoppelelement (6) angeordnet ist, und/oder wobei der zumindest eine Photosensor (5) zur Auskopplung von Licht aus dem jeweiligen Lichtauskoppelelement (7) direkt oder beabstandet zum jeweiligen Lichtauskoppelelement (7) angeordnet ist.
  9. Flammenmelder nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Schutzscheibe (2) aus Saphir, Quarzglas, Germanatglas, Kalziumfluorid oder aus einem anderen IR- und gegebenenfalls UV-durchlässigen Material gefertigt ist.
  10. Flammenmelder nach einem der Ansprüche 4 oder 9, wobei die Lichtquelle (4) eine IR-Lichtquelle, insbesondere eine IR-LED, ist und wobei der Photosensor (5) ein IR-Photosensor, insbesondere eine IR-Photodiode, ist.
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