DE102011083939A1 - Auswerten von Streulichtsignalen bei einem optischen Gefahrenmelder und Ausgeben sowohl eines gewichteten Rauchdichtesignals als auch eines gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung zweier Streulichtsignale (IR, BL) bei einem nach dem Streulichtprinzip arbeitenden optischen Gefahrenmelder (1). Es werden die zu detektierenden Partikel mit Licht in einem ersten und zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt. Es wird das von den Partikeln gestreute Licht in ein erstes und zweites unnormiertes Streulichtsignal (IR’, BL’) umgewandelt. Es werden die beiden Streulichtsignale (IR’, BL’) derart zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Weiterhin werden die beiden normierten Streulichtsignale (IR, BL) in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems transformiert. Schliesslich werden je ein Rauchdichtesignal (R) und je ein Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) aus einem aktuellen Abstandswert (L) gebildet, wobei hierzu der jeweilige aktuelle Abstandswert (L), abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert (α), gegenläufig zueinander gewichtet wird. Schliesslich werden das gewichtete Rauchdichtesignal (R) und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben. Die Erfindung betrifft ferner einen korrespondierenden optischen Gefahrenmelder.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung zweier Streulichtsignale bei einem nach dem Streulichtprinzip arbeitenden optischen Gefahrenmelder. Die zu detektierenden Partikel werden mit Licht in einem ersten Wellenlängenbereich und mit Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt. Das von den Partikeln gestreute Licht wird in ein erstes und zweites Streulichtsignal umgewandelt. Es werden die beiden Streulichtsignale in der Weise zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Die beiden normierten Streulichtsignale können dann auf Brandkenngrössen hin weiter ausgewertet werden.
• Weiterhin betrifft die Erfindung einen optischen Gefahrenmelder mit einer nach dem Streulichtprinzip arbeitenden Detektionseinheit und mit einer damit verbundenen elektronischen Auswerteeinheit. Die Detektionseinheit weist zumindest ein Leuchtmittel zum Bestrahlen von zu detektierenden Partikeln und zumindest einen optischen Empfänger zur Detektion des von den Partikeln gestreuten Lichts auf. Das von dem zumindest einen Leuchtmittel ausgesandte Licht liegt zumindest in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem zweiten Wellenlängenbereich. Der zumindest eine optische Empfänger ist sensitiv für den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich sowie zur Umwandlung des empfangenen gestreuten Lichts in ein erstes und zweites Streulichtsignal ausgebildet. Die Auswerteeinheit weist erste Mittel zur Normierung der beiden Streulichtsignale derart auf, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Sie ist zudem dazu eingerichtet, die beiden normierten Streulichtsignale auf Brandkenngrössen hin auszuwerten.
• Weiterhin ist allgemein bekannt, dass es sich bei Partikeln mit einer Grösse von mehr als 1 μm hauptsächlich um Staub handelt, während es sich bei Partikeln mit einer Grösse von weniger als 1 μm hauptsächlich um Rauch handelt.
• Ein derartiges Verfahren bzw. ein derartiger Gefahrenmelder ist aus der internationalen Veröffentlichung WO 2008/064396 A1 bekannt. In der Veröffentlichung wird zur Steigerung der Empfindlichkeit für die Detektion von Rauchpartikel vorgeschlagen, nur das zweite Streulichtsignal mit blauer Lichtwellenlänge auszuwerten, wenn das Amplitudenverhältnis einer Partikelgrösse von weniger als 1 μm entspricht. Entspricht dagegen das Amplitudenverhältnis einer Partikelgrösse von mehr als 1 μm, so wird die Differenz aus dem zweiten Streulichtsignal mit blauer Lichtwellenlänge und dem ersten Streulicht mit infraroter Lichtwellenlänge gebildet. Durch die Differenzbildung wird der Einfluss von Staub unterdrückt und somit die Auslösung eines Fehlalarms für das Vorliegen eines Brandes weitgehend unterdrückt.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein erweitertes Auswerteverfahren von Streulichtsignalen sowie einen verbesserten optischen Gefahrenmelder anzugeben.
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden zudem die beiden normierten Streulichtsignale in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems transformiert. Es werden je ein Rauchdichtesignal und je ein Staub-/Dampfdichte-Signal aus einem aktuellen Abstandswert gebildet, wobei hierzu der jeweilige aktuelle Abstandswert, abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert, gegenläufig bzw. gegensätzlich zueinander gewichtet wird. Schliesslich werden das gewichtete Rauchdichtesignal und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben.
• Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung ist, dass neben der Ausgabe eines Rauchdichtesignals zur möglichen Weiterverarbeitung zusätzlich ein Staub-/Dampfdichte-Signal zur möglichen Weiterverarbeitung ausgegeben wird. Dieses Signal kann z.B. Aufschluss darüber geben, ob eine unzulässig hohe Staubdichte und/oder (Wasser-)Dampfdichte vorliegt. Eine zu hohe Staubdichte kann ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen und z.B. die Ausbreitung eines Brandes beschleunigen oder Verpuffungen bzw. Explosionen begünstigen. Gleichfalls kann eine zu hohe Dampfdichte oder Wasserdampfdichte ein Hinweis auf ein Heisswasserleck, wie z.B. bei einer Heizungsanlage, sein. Das zusätzliche Staub-/Dampfdichte-Signal kann somit vorteilhaft weitere Informationen, insbesondere in Kombination mit dem Rauchdichtesignal, bezüglich eines zu überwachenden Bereichs liefern.
• Durch die Ausgabe zweier getrennter Signale für das Vorhandensein von Rauch und für das Vorhandensein von Staub bzw. Dampf ist eine separate Weiterverarbeitung möglich, ohne eines der beiden Signale unterdrücken zu müssen. Andererseits kann das Verhältnis des ersten normierten Streulichtsignals zum zweiten normierten Streulichtsignal nicht über alle Toleranzen hinweg genau gemessen werden. Dies liegt zum einen an Abgleichstoleranzen bei der Herstellung von Gefahrenmeldern, an alternden Bauelementen sowie an Verschmutzung des optischen Teils, welche die Streulichterfassung beeinflussen bzw. verändern. Durch die Ausgabe der zwei separaten Signale für Rauch und Staub/Dampf ist weiterhin eine sehr hohe Empfindlichkeit für die Rauchdetektion und zugleich eine niedrige Empfindlichkeit für das Vorhandensein von Staub bzw. Dampf möglich, wobei letztere nicht völlig unterdrückt wird.
• Nach einer ersten Verfahrensvariante wird der aktuelle Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv gewichtet. Es wird der aktuelle Abstandswert, insbesondere derselbe aktuelle Abstandswert, bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv gewichtet. Dies trifft für den Fall zu, dass der Polarwinkel aus dem Verhältnis bzw. dem Quotienten von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal gebildet wird.
• Alternativ, für den umgekehrten Fall, dass der Polarwinkel aus dem Verhältnis bzw. dem Quotienten von zweitem zu erstem normierten Streulichtsignal gebildet wird, wird der aktuelle Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv gewichtet. Es wird der aktuelle Abstandswert, insbesondere derselbe aktuelle Abstandswert, bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv gewichtet.
• Die Umkehrung der Verhältnis- bzw. Quotientenbildung, aus dem über die Arcustangensfunktion der Polarwinkel gebildet wird, entspricht hierbei der Bildung des Polarwinkels derselben Verhältnis- bzw. Quotientenbildung über die Arcuscotangensfunktion. Die Polarwinkelwerte für den zweiten Fall entsprechen dabei Polarwinkelwerten, die sich aus 90° bzw. π/2 minus den ersten Polarwinkelwerten ergeben.
• Mit degressiver Gewichtung ist insbesondere eine monoton abnehmende Gewichtung gemeint, z.B. auf Basis einer umgekehrt proportionalen Funktion, einer linearen Funktion mit negativer Steigung, einer Exponentialfunktion mit negativem Exponenten etc..
• Mit progressiver Gewichtung ist insbesondere eine monoton zunehmende Gewichtung gemeint, z.B. auf Basis einer quadratischen Funktion, einer Exponentialfunktion, einer linearen Funktion mit positiver Steigung etc..
• Nach einer Verfahrensvariante werden die Partikel mit infrarotem Licht einer Wellenlänge von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und mit blauem Licht einer Wellenlänge von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, bestrahlt. Das Licht kann z.B. von einer einzigen Lichtquelle stammen, die zeitlich abwechselnd infrarotes Licht und blaues Licht aussendet. Es kann auch von zwei separaten Lichtquellen stammen, insbesondere von einer blauen Leuchtdiode und von einer Infrarot-Leuchtdiode. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer IR-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge bei 940 nm ± 20 nm sowie einer blauen Leuchtdiode mit einer Wellenlänge 470 nm ± 20 nm.
• Dadurch ist ein robustes Auswerten des empfangenen roten und blauen Lichts möglich. Auch unter der Annahme, dass Umwelteinflüsse und Bauteil-/Abgleichtoleranzen das Ansprechverhalten verändern, kommt es hierbei nicht zu einer kompletten Unterdrückung eines der beiden roten oder blauen Streulichtsignale. Mit anderen Worten wird die Empfindlichkeit des Gefahrenmelders durch die degressive Gewichtung mit steigendem Rotanteil kleiner, jedoch bleibt immer eine gewisse Restempfindlichkeit erhalten. Der Gefahrenmelder wird folglich bei hohen Aerosolkonzentrationen immer „in Alarm gehen“, wenn auch mit sehr verminderter Empfindlichkeit bei Staub.
• Vorzugsweise weist die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μm, insbesondere einen Wert von etwa 1 μm auf. Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird der Amplitudenvergleichswert auf einen Wert im Bereich von 0.8 bis 0.95, insbesondere auf einen Wert von 0.9, bzw. auf dessen Kehrwert festgelegt wird. Ein Wert von 0.9 entspricht dabei in etwa einer Partikelgrösse von 1 μm.
• Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem optischen Gefahrenmelder gelöst, dessen elektronische Auswerteeinheit zweite Mittel zur rechnerischen Transformation der beiden normierten Streulichtsignale in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems aufweist. Die elektronische Auswerteeinheit weist ferner dritte Mittel zur Ermittlung je eines Rauchdichtesignals und je eines Staub-/Dampfdichte-Signals aus einem aktuellen Abstandswert auf, wobei die dritten Mittel hierzu den jeweiligen aktuellen Abstandswert, abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert, gegenläufig zueinander gewichten und wobei die dritten Mittel das gewichtete Rauchdichtesignal und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben.
• Nach einer Ausführungsform gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv, das heisst monoton abnehmend, wie z.B. umgekehrt proportional, linear mit negativer Steigung etc.. Weiterhin gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv, dass heisst monoton zunehmend, wie z.B. quadratisch, exponentiell, linear mit positiver Steigung etc.. Dies gilt für den Fall, dass die zweiten Mittel den Polarwinkel aus dem Verhältnis von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal bilden.
• Nach einer dazu alternativen Ausführungsform gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Rauchdichtesignals für zunehmende Polarwinkelwerte progressiv, dass heisst monoton zunehmend, wie z.B. quadratisch, exponentiell, linear mit positiver Steigung etc.. Weiterhin gewichten die dritten Mittel den aktuellen Abstandswert bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals für zunehmende Polarwinkelwerte degressiv, das heisst monoton abnehmend, wie z.B. umgekehrt proportional, linear mit negativer Steigung etc.. Dies gilt für den anderen Fall, dass die zweiten Mittel den Polarwinkel aus dem Verhältnis von zweitem zu erstem normierten Streulichtsignal bilden.
• Die elektronische Auswerteeinheit kann eine analoge und/oder digitale elektronische Schaltung sein, welche z.B. A/D-Umsetzer, Verstärker, Komparatoren, Operationsverstärker für die Normierung der Streulichtsignale etc. aufweist. Im einfachsten Fall ist diese Auswerteeinheit ein Mikrocontroller, d.h. eine prozessorgestützte elektronische Verarbeitungseinheit, welcher üblicherweise „sowieso“ zur gesamten Steuerung des Gefahrenmelders vorhanden ist. Die Mittel der Auswerteeinheit werden vorzugsweise durch Programmschritte nachgebildet, die vom Mikrocontroller ausgeführt werden, gegebenenfalls auch unter Heranziehung elektronisch hinterlegter Tabellenwerte z.B. für die Vergleichswerte und Signalschwellen. Ein entsprechendes Computerprogramm kann in einem nichtflüchtigen Speicher des Mikrocontrollers hinterlegt sein. Es kann alternativ von einem externen Speicher geladen werden. Weiterhin kann der Mikrocontroller einen oder mehrere integrierte A/D-Umsetzer zur messtechnischen Erfassung der beiden Streulichtsignale aufweisen. Er kann z.B. auch D/A-Umsetzer aufweisen, über welche die Strahlungsintensität zumindest einer der beiden Lichtquellen zur Normierung der beiden Streulichtsignale eingestellt werden kann.
• Die zweiten Mittel können z.B. als Computerprogramm realisiert sein, welche die beiden Achsen eines kartesischen Koordinatensystems, das heisst das erste und zweite normierte Streulichtsignal, mittels einer Polartransformation in einen Polarwinkel und einen Abstand umrechnen. Die zweiten Mittel können auch als Tabelle oder Matrix realisiert sein, welche in einem Speicher der elektronischen Auswerteeinheit hinterlegt sind. In dieser Tabelle bzw. Matrix können für jede kartesische Koordinate, das heisst für jeden ersten und zweiten Streulichtsignalwert, ein zugeordneter Abstandswert und ein zugeordneter Polarwinkelwert hinterlegt sein.
• Die dritten Mittel können gleichfalls als Computerprogramm realisiert sein, welche auf Basis der beiden Polarkoordinatenwerte, das heisst der jeweiligen Abstandswerte und Polarwinkelwerte, den jeweiligen Abstandwert über eine entsprechende, vom jeweiligen Polarwinkelwert abhängige Gewichtungsfunktion in einen Rauchdichtesignalwert oder in einen Staub-/Dampfdichte-Signalwert umsetzt.
• Vorzugsweise sind die zweiten und dritten Mittel als elektronische Tabellen oder Matrizen in der Auswerteeinheit hinterlegt, welche einem aktuellen ersten und zweiten normierten Streulichtsignalwert als kartesische Koordinaten jeweils einen gewichteten Rauchdichtesignalwert und jeweils einen gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signalwert zuordnet. In diesen Tabellen sind sowohl die kartesisch/polare Transformation sowie die gegenläufige Gewichtung des jeweiligen Abstandswertes bereits in Form eines zugeordneten Zahlenwertes bereits realisiert.
• Nach einer Ausführungsform weist die Detektionseinheit eine Infrarot-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und eine blaue Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im zweiten Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, auf.
• Vorzugsweise weist die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μm, insbesondere einen Wert von etwa 1 μm auf.
• Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist die elektronische Auswerteeinheit vierte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Rauchdichtesignals mit zumindest einer Rauchsignalschwelle sowie Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer Brandalarmstufe auf, wie z.B. drei Brandalarmstufen. Die Ausgabe der jeweiligen Brandalarmstufe kann auf optischem und/oder akustischem Wege erfolgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Brandmeldezentrale ausgegeben werden.
• Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist die elektronische Auswerteeinheit fünfte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals mit zumindest einer Staubdampfsignalschwelle sowie Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer Staub-/Dampf-Warnstufe auf, wie z.B. drei Staub-/Dampf-Warnstufen. Die Ausgabe der jeweiligen Staub-/Dampf-Warnstufe kann gleichfalls auf optischem und/ oder akustischem Wege erfolgen. Sie kann alternativ oder zusätzlich drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Brandmeldezentrale ausgegeben werden.
• Weiterhin vorzugsweise ist der Gefahrenmelder ein Brand- oder Rauchmelder, oder ein Ansaugrauchmelder mit einem daran anschliessbaren Rohrsystem zur Überwachung der angesaugten Luft aus überwachungsbedürftigen Räumen und Einrichtungen.
• Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
• 1 jeweils den relativen Signalpegel eines Amplitudenverlaufs von beispielhaft infrarotem und blauem Streulicht, logarithmisch aufgetragen in μm und mit eingezeichneter durchschnittlicher Partikelgrösse von typischen Rauch- und Staubpartikeln,
• 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm gemäss einer Verfahrensvariante zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens,
• 3 ein Funktionsprinzip eines erfindungsgemässen Gefahrenmelders gemäss einer Ausführungsform und
• 4 ein Beispiel für eine erste Matrix, mittels welcher normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Rauchdichtesignalwert abgebildet werden, und
• 5 ein Beispiel für eine zweite Matrix, mittels welcher normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Staub/Dampf-Dichtesignalwert abgebildet werden.
• 1 zeigt jeweils den relativen Signalpegel BL, IR eines Amplitudenverlaufs KIR, KBL von beispielhaft infrarotem und blauem Streulicht, logarithmisch aufgetragen in μm und mit eingezeichneten durchschnittlichen Partikelgrössen für beispielhafte Rauch- und Staubpartikel AE1–AE4 (Aerosole).
• Mit AE1 ist die durchschnittliche Rauchpartikelgrösse für brennende Baumwolle bei ca. 0.28 μm, mit AE2 die Rauchpartikelgrösse für einen brennenden Docht bei ca. 0.31 μm, mit AE3 die Rauchpartikelgrösse für verbrannten Toast bei ca. 0.42 μm und mit AE3 die durchschnittliche Staubpartikelgrösse für Portland-Zement bei ca. 3.2 μm eingetragen. Eingetragen ist weiterhin eine gestrichelte Linie bei 1 μm, welche eine empirische Grenze zwischen Rauch und Staub/Dampf für typisch zu erwartende Partikel darstellt. Sie kann – je nach zu überwachender Umgebung – auch im Bereich von 0.5 bis 1.1 μm festgelegt werden.
• Mit KIR ist der Amplitudenverlauf des infraroten Streulichtsignals IR mit einer Wellenlänge von 940 nm und mit KBL die Amplitudenverlauf des blauen Streulichtsignals BL mit einer Wellenlänge von 470 nm bezeichnet. Die beiden Streulichtsignale BL, IR sind in der gezeigten Darstellung bereits in der Weise zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Im vorliegenden Beispiel stimmt der Amplitudenverlauf für eine Partikelgrösse von mehr als 3 μm in etwa überein.
• Wie die 1 zeigt, wird das blaue Licht mehr an kleineren Partikeln und das infrarote Licht mehr an grösseren Partikeln gestreut. 2 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm bereits gemäss einer Verfahrensvariante zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die einzelnen Schritte S1–S7 können durch geeignete Programmschritte eines Computerprogramms nachgebildet werden und auf einer prozessorgestützten Verarbeitungseinheit eines Gefahrenmelders, wie z.B. auf einem Mikrocontroller, ausgeführt werden.
• Mit S0 ist ein Startschritt bezeichnet. In diesem Initialisierungsschritt kann z.B. die Partikelgrösse vorgegeben werden.
• Im Schritt S1 werden die beiden Streulichtsignale IR’, BL’ in der Weise zueinander normiert, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Dieser Kalibrierungsprozess wird vorzugsweise im Rahmen der Inbetriebnahme eines Gefahrenmelders und gegebenenfalls später zyklisch wiederholt.
• Im typischerweise normalen Betrieb des Gefahrenmelders wird im Schritt S2 das von den Partikeln gestreute Licht in das erste und zweite normierte Streulichtsignal IR, BR umgewandelt und somit erfasst.
• Im Schritt S3 wird der Quotient Q bzw. das Verhältnis zwischen den beiden Streulichtsignalen IR, BL gebildet. Im vorliegenden Fall wird beispielhaft das Verhältnis IR:BL gebildet. Alternativ kann auch der Kehrwert der beiden Streulichtsignale BL, IR gebildet werden.
• Im Schritt S4 wird als erster Teil der Polarkoordinatentransformation ein jeweiliger Polarwinkelwert α über die Arcustangensfunktion aus dem zuvor ermittelten Quotienten Q rechnerisch ermittelt.
• Im Schritt S5 wird als zweiter Teil der Polarkoordinatentransformation ein jeweiliger Abstandswert L über die Wurzelbildung aus der Summe der Quadrate der beiden Streulichtsignalwerte rechnerisch ermittelt.
• Im Schritt S6 wird ein Rauchdichtesignalwert R ermittelt und ausgegeben, indem der ermittelte Abstandswert L mittels einer ersten, vom ermittelten Polarwinkelwert α abhängigen degressiven Gewichtungsfunktion f1 gewichtet wird.
• Im Schritt S7 wird ein Staub/Dampf-Dichtesignalwert SD ermittelt und ausgegeben, indem der ermittelte Abstandswert L mittels einer zweiten, vom ermittelten Polarwinkelwert α abhängigen progressiven Gewichtungsfunktion f2 gewichtet wird.
• Im Anschluss erfolgt die Rückverzweigung zum Schritt S2. 3 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemässen Gefahrenmelder 1 gemäss einer ersten Ausführungsform.
• Der optische Gefahrenmelder 1 ist insbesondere ein Brand- oder Rauchmelder. Er kann als Punktmelder ausgebildet sein. Er kann weiterhin ein Ansaugrauchmelder mit einem daran anschliessbaren Rohrsystem zur Überwachung der angesaugten Luft aus überwachungsbedürftigen Räumen und Einrichtungen sein. Weiterhin weist der Gefahrenmelder eine nach dem Streulichtprinzip arbeitenden Detektionseinheit 2 auf. Letztere kann z.B. in einer geschlossenen Messkammer mit einem darin befindlichen Detektionsraum DR angeordnet sein. In diesem Fall ist der Brand- oder Rauchmelder 1 ein geschlossener Brand- oder Rauchmelder. Alternativ oder zusätzlich kann der Brand- oder Rauchmelder 1 ein sogenannter offener Brand- oder Rauchmelder sein, der einen ausserhalb der Detektionseinheit 2 liegenden Detektionsraum DR aufweist.
• Die Detektionseinheit 2 weist zumindest ein nicht weiter dargestelltes Leuchtmittel zum Bestrahlen von zu detektierenden Partikeln im Detektionsraum DR sowie zumindest einen optischen Empfänger zur Detektion des von den Partikeln gestreuten Lichts auf. Vorzugsweise weist die Detektionseinheit eine Infrarot-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und eine blaue Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im zweiten Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm als Leuchtmittel auf. Weiterhin weist die Detektionseinheit 2 zumindest einen optischen Empfänger auf, der sensitiv für den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich ist und der dazu ausgebildet ist, das empfangene Streulicht in ein erstes und zweites (unnormiertes) Streulichtsignal BL’, IR’ umzuwandeln. Vorzugsweise ist ein solcher optischer Empfänger eine Photodiode oder ein Phototransistor. Die beiden Streulichtsignale BL’, IR’ können auch zeitversetzt durch einen einzigen für beiden Wellenlängenbereiche sensitiven optischen Empfänger gebildet werden. In diesem Fall werden die Partikel alternierend vorzugsweise mit dem blauen Licht und infrarotem Licht bestrahlt und synchronisiert dazu das erste und zweite Streulichtsignal BL’, IR’ gebildet.
• Weiterhin weist der Gefahrenmelder 1 eine mit der Detektionseinheit 2 signal- oder datentechnisch verbundene Auswerteeinheit mit mehreren elektronischen Mitteln auf. Das erste Mittel 3 ist zur Normierung der beiden (unnormierten) Streulichtsignale IR’, BL’ zueinander vorgesehen, sodass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt. Dieses erste Mittel 3 kann z.B. einstellbare Verstärker oder Dämpfungsglieder aufweisen, um die Signalpegel der beiden Streulichtsignale IR’, BL’ zueinander zu normieren. Es kann auch ein oder zwei Ausgangssignale LED bereitstellen, um die jeweilige Lichtintensität der beiden Leuchtmittel in der Detektionseinheit 2 so einzustellen, dass der Amplitudenverlauf der beiden Streulichtsignale IR’, BL’ für grössere Partikel wie Staub und Dampf wieder in etwa übereinstimmt. Mit IR, BL sind letztendlich die beiden normierten Streulichtsignale bezeichnet.
• Die Auswerteeinheit weist weiterhin zweite Mittel 4 zur Polarkoordinatentransformation jeweils eines ersten und zweiten normierten Streulichtsignalwertes IR, BL in einen auszugebenden Abstands- und Polarwinkelwert L, α. Die Transformation kann z.B. auf Basis mathematischer, in Software realisierter Funktionen erfolgen.
• Im rechten Teil der 3 erfolgt die jeweilige gegenläufige Gewichtung des jeweils ausgegebenen Abstandswertes L mittels einer ersten und zweiten, jeweils vom aktuell ermittelten Polarwinkelwert α abhängigen Gewichtungsfunktion.
• Vorzugsweise werden sämtliche Komponenten der in 3 gezeigten Auswerteinheit durch eine prozessorgestützte Verarbeitungseinheit, wie z.B. durch einen Mikrocontroller, realisiert. Letzterer weist vorzugsweise integrierte A/D-Umsetzer zur Erfassung der beiden Streulichtsignale IR’, BL’ sowie D/A-Umsetzer und/oder digitale Ausgangsports für die Ausgabe des Rauchdichtesignals R und des Staub/Dampfdichte-Signals SD auf. Die Mittel der Auswerteeinheit werden vorzugsweise durch geeignete Programmschritte nachgebildet, die dann auf dem Mikrocontroller ausgeführt werden.
• 4 zeigt ein Beispiel für eine erste Matrix, mittels der normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Rauchdichtesignalwert abgebildet werden. Die gezeigte Matrix ist z.B. eine elektronisch in einem Speicher der Auswerteeinheit hinterlegte Tabelle. Die dargestellten Werte nehmen beispielhaft einen Zahlenbereich von 0 bis 252 ein. Sie können folglich durch ein Datenbyte in der Tabelle abgebildet werden. Die beiden normierten ersten und zweiten Streulichtsignale bzw. die beiden normierten Rot- und Blausignale IR, BL sind zudem jeweils auf einen Maximalwert von 100% normiert. Zudem sind beispielhaft strahlenförmig vom Ursprung ausgehende Linien erkennbar, welche die Matrix in beispielhaft fünf Dreiecke teilen, welche jeweils einer Rauchdichtestufe oder einem Rauchdichtelevel zugeordnet sind. Die Die vom Ursprung ausgehenden Linien können auch als Rauchsignalschwellen angesehen werden. Rauchdichtestufe mit hohen Zahlenwerte, wie z.B. das rechte untere Dreieck mit Werten von 26 bis 246, entsprechen einer höchsten Rauchdichtestufe fünf, die typischerweise mit einem Brandalarm gleichzusetzen ist. Das linke obere Dreieck weist nur Zahlenwerte von 0 auf. Dies korrespondiert mit der niedrigsten Rauchdichtestufe, also mit „keine kleinen Rauchpartikel detektiert“ oder „OK“. Dazwischen liegende Rauchdichtestufen korrespondieren mit entsprechenden Früh- oder Vorwarnstufen.
• Gemäss der Erfindung werden die beiden Rot- und Blausignale IR, BL in einen als Vektor dargestellte Polarkoordinate L, α abgebildet. Dabei nehmen generell die Zahlenwerte bzw. die Rauchdichtesignalwerte mit zunehmenden Abstand L zu. Zugleich nehmen die Werte in Drehrichtung von α mit zunehmenden Wert von α ab. Dies ist entspricht der hier degressiven Gewichtung. Mit anderen Worten sind die Werte bei gleicher Vektorlänge bzw. bei gleichem Abstandswert L, welche in etwa einer gleichen detektierten Anzahl von Partikeln entspricht, um so grösser, je kleiner der Polarwinkel α ist bzw. je mehr „blaues“ Licht und folglich je mehr kleine Rauchpartikel detektiert worden sind.
• 5 zeigt ein Beispiel für eine zweite Matrix, mittels welcher normierte rote und blaue Streulichtsignalwerte in einen gewichteten Staub/Dampfdichte-Signalwert abgebildet werden.
• Es sind wiederum strahlenförmig vom Ursprung ausgehende Linien erkennbar, welche die Matrix in beispielhaft fünf Dreiecke teilen, welche jeweils einer Staub/Dampfdichtestufe oder einem Staub/Dampfdichtelevel zugeordnet sind. Die vom Ursprung ausgehenden Linien können auch als Staub/Dampfsignalschwellen angesehen werden. Staub/Dampfdichtestufen mit hohen Zahlenwerte, wie z.B. das linke obere Dreieck mit Werten von 53 bis 252, entsprechen einer höchsten Staub/Dampfdichtestufe fünf, die typischerweise mit einer Staub/Dampfwarnung gleichzusetzen ist. Das rechte untere Dreieck dagegen weist nur Zahlenwerte von 0 auf. Dies korrespondiert mit der niedrigsten Staub/Dampfdichtestufe, also mit „keine grossen Partikel detektiert“ oder „OK“. Dazwischen liegende Staub/Dampfdichtestufen korrespondieren mit entsprechenden Früh- oder Vorwarnstufen.
• Gemäss der Erfindung werden die beiden Rot- und Blausignale IR, BL in einen als Vektor dargestellte Polarkoordinate L, α abgebildet. Dabei nehmen generell die Zahlenwerte bzw. die Staub/Dampfdichte-Signalwerte mit zunehmenden Abstand L zu. Zugleich nehmen auch die Werte in Drehrichtung von α mit zunehmenden Wert von α zu. Dies entspricht der hier progressiven Gewichtung. Mit anderen Worten sind die Werte bei gleicher Vektorlänge bzw. bei gleichem Abstandswert L, welche in etwa einer gleichen detektierten Anzahl von Partikeln entspricht, um so grösser, je grösser auch der Polarwinkel α ist bzw. je mehr „rotes“ Licht und folglich je mehr grosse Staub/Dampf-Partikel detektiert worden sind.
• Bezugszeichenliste

1

Gefahrenmelder, Rauchmelder, Brandmelder

2

Detektionseinheit

3

erste Mittel, Mittel zur Normierung

4

zweite Mittel, Transformierer

5, 6

dritte Mittel

α

Polarwinkelwert

AE1–AE4

Rauch- und Staubpartikel, Aerosole

BL

zweites Streulichtsignal, blaues Licht

BL’

unnormiertes zweites Streulichtsignal

DR

Detektionsraum

f1, f2

Gewichtungsfunktionen

IR

erstes Streulichtsignal, Infrarotlicht

IR’

unnormiertes erstes Streulichtsignal

KIR, KBL

Amplitudenverlauf

L

Abstand, Länge

LED

Ausgangssignale für Leuchtmittel

Q

Quotient aus erstem und zweiten Streulichtsignal

R

Rauchdichtesignale

S1–S7

Schritte

SD

Staub-/Dampfdichte-Signal

• 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
• WO 2008/064396 [0004]

Claims (10)

1. Verfahren zur Auswertung zweier Streulichtsignale (IR, BL) bei einem nach dem Streulichtprinzip arbeitenden optischen Gefahrenmelder (1), – wobei die zu detektierenden Partikel mit Licht in einem ersten und zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt werden, – wobei das von den Partikeln gestreute Licht in ein erstes und zweites unnormiertes Streulichtsignal (IR’, BL’) umgewandelt wird, – wobei die beiden Streulichtsignale (IR’, BL’) derart zueinander normiert werden, dass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt, – wobei die beiden normierten Streulichtsignale (IR, BL) in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems transformiert werden, – wobei je ein Rauchdichtesignal (R) und je ein Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) aus einem aktuellen Abstandswert (L) gebildet werden, wobei hierzu der jeweilige aktuelle Abstandswert (L), abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert (α), gegensätzlich zueinander gewichtet wird, und – wobei das gewichtete Rauchdichtesignal (R) und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, – wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des Rauchdichtesignals (R) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) degressiv gewichtet wird und wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) progressiv gewichtet wird, dies für den einen Fall, dass der Polarwinkel aus dem Verhältnis (Q) von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal (IR, BL) gebildet wird, oder alternativ, – wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des Rauchdichtesignals (R) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) progressiv gewichtet und wobei der aktuelle Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) degressiv gewichtet wird, dies für den umgekehrten Fall der Verhältnisbildung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Partikel mit infrarotem Licht einer Wellenlänge von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und mit blauem Licht einer Wellenlänge von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, bestrahlt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche, wobei die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μm, insbesondere einen Wert von etwa 1 μm aufweist.
5. Optischer Gefahrenmelder mit einer nach dem Streulichtprinzip arbeitenden Detektionseinheit (2) und mit einer damit verbundenen elektronischen Auswerteeinheit, wobei – die Detektionseinheit (2) zumindest ein Leuchtmittel zum Bestrahlen von zu detektierenden Partikeln und zumindest einen optischen Empfänger zur Detektion des von den Partikeln gestreuten Lichts aufweist, wobei das von dem zumindest einen Leuchtmittel ausgesandte Licht in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem zweiten Wellenlängenbereich liegt und wobei der zumindest eine optische Empfänger sensitiv für den ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereich ist sowie zur Umwandlung des empfangenen gestreuten Lichts in ein erstes und zweites unnormiertes Streulichtsignal (IR’, BL’) ausgebildet ist, und wobei – die elektronische Auswerteeinheit aufweist – erste Mittel (3) zur Normierung der beiden unnormierten Streulichtsignale (IR’, BL’), sodass deren Amplitudenverlauf für grössere Partikel wie Staub und Dampf in etwa übereinstimmt, – zweite Mittel (4) zur rechnerischen Transformation der beiden normierten Streulichtsignale (IR, BL) in je einen Polarwinkel und je einen Abstand als Polarkoordinaten eines Polarkoordinatensystems, und – dritte Mittel (5, 6) zur Ermittlung je eines Rauchdichtesignals (R) und je eines Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) aus einem aktuellen Abstandswert (L), wobei die dritten Mittel (5) hierzu den jeweiligen aktuellen Abstandswert (L), abhängig von einem aktuellen Polarwinkelwert (α), gegenläufig zueinander gewichten und wobei die dritten Mittel (5, 6) das gewichtete Rauchdichtesignal (R) und das gewichtete Staub-/Dampfdichte-Signal (SD) zur möglichen weiteren Auswertung auf Brandkenngrössen hin ausgegeben.
6. Optischer Gefahrenmelder nach Anspruch 5, – wobei die dritten Mittel (5, 6) den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Rauchdichtesignals (R) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) degressiv gewichten und den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) progressiv gewichten, wenn die zweiten Mittel (4) den Polarwinkel aus dem Verhältnis (Q) von erstem zu zweitem normierten Streulichtsignal (IR, BL) bilden, oder alternativ, – wobei die dritten Mittel (5, 6) den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Rauchdichtesignals (R) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) progressiv gewichten und den aktuellen Abstandswert (L) bei der Bildung des Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) für zunehmende Polarwinkelwerte (α) degressiv gewichten, wenn die zweiten Mittel (4) den Polarwinkel aus dem Verhältnis (Q) von zweitem zu erstem normierten Streulichtsignal (BL, IR) bilden.
7. Optischer Gefahrenmelder nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Detektionseinheit (2) eine Infrarot-Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im ersten Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 940 nm ± 20 nm, und eine blaue Leuchtdiode mit einer Wellenlänge im zweiten Wellenlängenbereich von 450 bis 500 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge von 470 nm ± 20 nm, aufweist.
8. Optischer Gefahrenmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die vorgebbare Partikelgrösse einen Wert im Bereich von 0.5 bis 1.1 μm, insbesondere einen Wert von etwa 1 μm aufweist.
9. Optischer Gefahrenmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die elektronische Auswerteeinheit vierte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Rauchdichtesignals (R) mit zumindest einer Rauchsignalschwelle sowie Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer Brandalarmstufe aufweist.
10. Optischer Gefahrenmelder nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die elektronische Auswerteeinheit fünfte Mittel zum Vergleichen des gewichteten Staub-/Dampfdichte-Signals (SD) mit zumindest einer Staubdampfsignalschwelle sowie Signalisierungsmittel zum Signalisieren zumindest einer Staub-/Dampf-Warnstufe aufweist.

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