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Stand der Technik
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Zur Früherkennung von Bränden in öffentlichen oder privaten Räumlichkeiten werden üblicherweise automatische Brandmeldeeinrichtungen eingesetzt. Derartige Brandmeldeeinrichtungen umfassen typischerweise mindestens einen Brandmelder, welcher auf Basis von brandspezifischen Größen, wie zum Beispiel Rauch, Rußpartikeln, Temperatur oder Gaskonzentrationen einen Brand in seiner Umgebung frühzeitig detektieren und Alarm auslösen kann.
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Beispielsweise wird in der Druckschrift
EP 0903708 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ein Brandmelder offenbart, welcher einen Ereignisspeicher aufweist, der im Fall eines Stör- oder Alarmereignisses Daten über Funktionsparameter des Brandmelders permanent speichert. Als Beispiel wird auch angegeben, dass Meldungen hinsichtlich der Registrierung des Ereignisses einer Fluktuation eines Messsignals des Brandmelders gespeichert werden, wobei das Auftreten einer Fluktuation darauf hinweist, dass eventuell eine elektromagnetische Störung aufgetreten ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Brandmelder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Brandmelder vorgestellt, welcher zur Detektion eines Brandes geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere ist der Brandmelder als ein automatischer Brandmelder ausgebildet. In seiner Bauform kann der Brandmelder in einem Gehäuse integriert sein, welches besonders bevorzugt an einer Decke oder einer Wand anbringbar ist. Der Brandmelder kann als ein Aufputzbrandmelder oder als ein deckenbündiger Brandmelder ausgebildet sein. Insbesondere umfasst der Brandmelder mindestens eine Alarmeinrichtung zur Ausgabe eines Alarmsignals bei der Detektion eines Brandes. Alternativ oder ergänzend kann der Brandmelder auch eine Datenschnittstelle aufweisen, wobei der Brandmelder ausgebildet ist, das Alarmsignal zur Detektion des Brandes über die Schnittstelle in ein Datennetzwerk und zum Beispiel an eine Brandmeldezentrale oder an Rettungskräfte auszugeben. Der Brandmelder ist besonders bevorzugt energieautark ausgebildet. Insbesondere ist er als ein Stand-Alone-System realisiert, welches mittels einer integrierten Energiespeichereinrichtung, wie zum Beispiel einer Batterie oder einem Akku, energieautark betrieben werden kann.
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Der Brandmelder weist eine Lichtsendereinrichtung zum Aussenden eines Messlichts in einen Messbereich sowie eine Sensoreinrichtung zum Messen des Messlichts aus dem Messbereich und zur Erzeugung eines Sensorsignals auf. Die Lichtsendereinrichtung ist besonders bevorzugt als eine Leuchtdiode (LED) ausgebildet. Insbesondere handelt es sich um eine blaue Leuchtdiode, eine UV-Leuchtdiode oder um eine Infrarot-Leuchtdiode. Die Sensoreinrichtung ist relativ zu dem Messbereich so orientiert, dass diese zumindest einen Teil des Messlichts aus dem Messbereich empfangen kann. Insbesondere weist die Sensoreinrichtung ein Sensorelement zur Erfassung des Messlichts und eine Schaltung zur Erzeugung des Sensorsignals.
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Beispielsweise kann die Lichtsendereinrichtung und Sensoreinrichtung gemeinsam eine Absorptionsmessstrecke bilden, wobei eine Absorption des Messlichts in Abhängigkeit einer Trübung der Luft in dem Messbereich gemessen werden kann, sodass auf einen Brand geschlossen werden kann.
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Alternativ hierzu und besonders bevorzugt ist der Brandmelder als ein Streulichtsensor ausgebildet, wobei die Sensoreinrichtung so angeordnet ist, dass diese ausschließlich Streulicht des Messlichts aus dem Messbereich empfängt. Bei dieser Messmethode wird das an Rauchpartikeln oder anderen Partikeln in der Umgebungsluft in dem Messbereich gestreute Messlicht erfasst und aufgrund der Höhe oder Intensität des Streulichts auf einen Brand geschlossen. Der Messbereich steht in offener Verbindung zu einer Umgebung des Brandmelders, sodass Umgebungsluft in oder durch den Messbereich zirkulieren kann.
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Der Brandmelder umfasst ferner eine Auswerteeinrichtung zur Detektion eines Brandes auf Basis des Sensorsignals. So wird ein Brand beispielsweise detektiert, wenn bei einer Absorptionsmessung die Höhe oder Intensität des gemessenen Messlicht unter einen vorgebbaren Grenzwert fällt, oder für den Fall einer Streulichtmessung, wenn das gestreute Messlicht einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
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Der Brandmelder umfasst ferner ein Selbstüberwachungsmodul, welches zur Detektion von elektromagnetischen Störungen in dem Sensorsignal ausgebildet ist. Das Selbstüberwachungsmodul kann ein separates Modul darstellen oder als ein Teil der Auswerteeinrichtung ausgebildet sein. Derartige elektromagnetische Störungen können insbesondere feldgebunden übertragen werden und dort beispielsweise von einem als Antenne fungierenden Leiter der Sensoreinrichtung empfangen werden. Die elektromagnetischen Störungen werden durch eine meist unbekannte Störquelle erzeugt, wobei die Sensoreinrichtung die Störsenke bildet. Der Kopplungspfad zwischen Störquelle und Störsenke ist insbesondere leitungsungebunden. Insbesondere kann es sich um kapazitive Kopplungen, induktive Kopplungen oder Strahlungskopplung zwischen der Störquelle und der Störsenke handeln.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Selbstüberwachungsmodul ausgebildet ist, zur Detektion der elektromagnetischen Störungen ein Dunkelsignal als das Sensorsignal zu nutzen. Der Brandmelder, insbesondere die Auswerteeinrichtung, ist ausgebildet, zur Erzeugung des Dunkelsignals die Lichtsendereinrichtung zu deaktivieren. Somit ist das Dunkelsignal als ein Sensorsignal bei deaktivierter Lichtsendereinrichtung ausgebildet. Insbesondere wird durch die Sensoreinrichtung eine Messlichtmessung durchgeführt während die Lichtsendereinrichtung kein Messlicht aussendet und das Ergebnis der Messlichtmessung als Dunkelsignal an das Selbstüberwachungsmodul weitergegeben.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Deaktivierung der Lichtsendereinrichtung sämtliche Störgrößen, die auf der Lichtsendereinrichtung oder auf dem Übertragungsweg über den Messbereich zu der Sensoreinrichtung beruhen können, ausgeschlossen werden. So werden beispielsweise Fehler in dem Treiber der Lichtsendereinheit genauso ausgeschlossen wie Störungen aufgrund von Verschmutzungen in dem Messbereich und einer daraus resultierenden schlechten Übertragung des Messlichts. Durch die Nutzung des Dunkelsignals statt eines Sensorsignals mit aktivierter Lichtsendereinrichtung kann somit eine Messumgebung zur Detektion der elektromagnetischen Störungen bereitgestellt werden, die weitgehend frei von Störgrößen ist. Dadurch ist die Detektion der elektromagnetischen Störungen deutlich sicherer als bei der Nutzung des Sensorsignals mit aktivierter Lichtsendereinrichtung.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Messraum und/oder die Sensoreinrichtung, insbesondere das Sensorelement der Sensoreinrichtung, in einem Labyrinth, insbesondere optischen Labyrinth, eingeordnet, sodass der Messraum und/oder die Sensoreinrichtung bzw. das Sensorelement, vor Umgebungslicht aus der Umgebung des Brandmelders optisch abgeschirmt sind. Insbesondere ist das Labyrinth so ausgebildet, dass ausgehend von der Sensoreinrichtung, insbesondere von dem Sensorelement, zu der Umgebung keine geradlinige offene Verbindung vorliegt. Vorzugsweise sind mindestens eine, mindestens zwei, und insbesondere mindestens drei Reflexionen notwendig, um Umgebungslicht auf das Sensorelement in dem Labyrinth bringen zu können. Dagegen ist das Labyrinth strömungstechnisch gegenüber der Umgebung geöffnet, sodass Umgebungsluft durch den Messraum zirkulieren kann.
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Besonders bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung mindestens eine Fotodiode als das Sensorelement. Derartige Fotodioden sind sehr zuverlässig und messen auch geringste Lichtleistungen.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist das Selbstüberwachungsmodul ausgebildet, die elektromagnetischen Störungen unter Nutzung einer statistischen Analyse, insbesondere einer Häufigkeitsanalyse, und/oder auf Basis einer Frequenzanalyse zu detektieren. Elektromagnetische Störungen, die den Brandmelder in seiner Funktion beeinträchtigen, ergeben sich maßgeblich in einem Störfrequenzbereich zwischen 1 kHz und 10 kHz. Somit ist besonders vorteilhaft, das Dunkelsignal in dem genannten Frequenzbereich auf die elektromagnetischen Störungen zu überwachen. Dies wird vorzugsweise durch eine analoge Filterschaltung erreicht, die Signalanteile mit nicht kritischen Frequenzen, also Signalanteile mit Frequenzen außerhalb des Störfrequenzbereichs, aus dem Dunkelsignal herausfiltert.
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Vorzugsweise wird das Dunkelsignal nicht kontinuierlich abgetastet, sondern in größeren Abständen, zum Beispiel einmal pro Sekunde oder größer, ein Messwert bestimmt. Wird über diesen, im Vergleich zum Störfrequenzbereich langen Zeitraum, die Korrelation zwischen Dunkelsignal und Abtastung nicht aufrechterhalten, kann immer von einer Abtastung zu einem zufälligen Zeitpunkt im Verlauf der Störwelle ausgegangen werden. Werden nun zum Beispiel mehr als 20 Messwerte in einem gemeinsamen Messfenster abgetastet, sind diese zufällig über die als konstant angenommene Störwelle verteilt. Diese 20 Messwerte sind ausreichend, um die Amplitude der Störwelle zu ermitteln. Diese Ermittlung ist unabhängig von der tatsächlichen Frequenz der Störwelle.
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Eine weitere Methode ist eine Häufigkeitsverteilung der Messwerte zu berechnen und diese zu nutzten, um direkt den Einfluss auf die Rauchmessung des Brandmelders zu bewerten. Die Bewertung kann insbesondere als eine Prädiktion für einen Fehlalarm oder als eine Wahrscheinlichkeit eines Echtalarms ausgebildet sein. Wird zum Beispiel über einen Zeitraum von 3 Stunden länger als 20 min eine Störamplitude größer als ein vorgebbarer erster Grenzwert, z.B. von größer 100 mV gemessen, kann eine sichere Raucherkennung nicht mehr garantiert werden, so dass bei dem Auslösen eines Alarms, die Wahrscheinlichkeit, dass der Alarm ein Echtalarm und kein Fehlalarm ist, niedrig ist. Wird für die gleichen Bedingungen sogar eine Störamplitude größer als ein zweiter Grenzwert, z.B. größer als 300 mV gemessen, muss mit einem Fehlalarm innerhalb des nächsten Tages gerechnet werden, so dass bei dem zweiten Grenzwert eine Prädiktion für einen Fehlalarm ausgegeben werden kann.
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Mit Hilfe der gemessenen oder abgeschätzten Amplitude der Störwelle ist es möglich die Wahrscheinlich zu berechnen, mit der ein Messwert der Rauchmessung um einen bestimmten Absolutwert von dem ungestörten Messwert abweicht. Auf Basis dieser Wahrscheinlichkeit, kann wiederum berechnet werden, wie wahrscheinlich ein Täuschungsalarm gerade ist. Dabei hängt letztere Wahrscheinlichkeit nicht nur von der bestimmten Störamplitude ab, sondern auch von deren Varianz im längerfristigen zeitverhalten (zum Beispiel über 3 Stunden).
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Insbesondere ist das Selbstüberwachungsmodul ausgebildet, bei der Detektion der elektromagnetischen Störungen eine Warnmeldung lokal auszugeben oder z.B. über die Datenschnittstelle an eine Zentrale weiterzugeben. In diesen Ausgestaltungen ist es möglich, dass lokal die Warnmeldung wahrgenommen wird oder an der Zentrale weiterverarbeitet wird, sodass die Ursache für die elektromagnetische Störung verzugsfrei behoben werden kann.
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Selbstüberwachungsmodul ausgebildet ist, mindestens eine Kenngröße der elektromagnetischen Störungen an die Auswerteeinrichtung zu übergeben, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die elektromagnetischen Störungen bei der Detektion des Brandes auf Basis des Sensorsignals zu berücksichtigen. Beispielsweise kann bei der Detektion der elektromagnetischen Störung eine Empfindlichkeit des Brandmelders herabgesetzt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Brandmelders als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 1.
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Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen Brandmelder 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Brandmelder 1 ist an einer Decke 2 angeordnet und dient zur Detektion von Rauchpartikeln 3 oder anderen Brandmerkmalen in einer Umgebungsluft der Umgebung U des Brandmelders 1. Der Brandmelder 1 ist in einem Gehäuse 4 angeordnet, welches an die Decke 2 beispielsweise angeschraubt ist.
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Der Brandmelder 1 arbeitet nach dem sogenannten Streulichtprinzip, wobei eine Lichtsendereinrichtung 5, in diesem Fall ausgebildet als eine LED, ein Messlicht M in einen Messbereich 6 einstrahlt. Ferner umfasst der Brandmelder 1 eine Sensoreinrichtung 7 mit einem Sensorelement 10, welche so angeordnet ist, dass diese kein direktes Messlicht M von der Lichtsendereinrichtung 5 empfängt. Beispielsweise nimmt eine Messrichtung R der Sensoreinrichtung 7 zur Hauptstrahlrichtung H einen eingeschlossenen Winkel alpha zwischen 100° und 30° ein. Die Sensoreinrichtung 7 ist somit ausgebildet, ausschließlich gestreutes, insbesondere rückreflektiertes Messlicht aus dem Messraum 6 aufzunehmen. Das Streulichtprinzip basiert auf der Idee, dass bei einer unbelasteten Umgebungsluft in dem Messbereich 6 das Messlicht M nicht gestreut wird, sodass von der Sensoreinrichtung 7 kein Messlicht M empfangen wird. Für den Fall, dass in der Umgebungsluft in dem Messbereich 6 Rauchpartikel 3 oder andere Brandmerkmale enthalten sind, wird das Messlicht M gestreut beziehungsweise reflektiert und auf die Sensoreinrichtung 7 zurückgeworfen, wo dieser Anteil des Messlichts M gemessen wird. Das Sensorelement 10 ist z.B. als eine Photodiode ausgebildet.
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Um die Streulichtmessung störungsfrei durchführen zu können, ist der Messbereich 6 in einem Labyrinth 8 angeordnet, welches zwar zum einen eine strömungstechnische Kopplung des Messbereichs 6 mit der Umgebung 3 ermöglicht, zum anderen jedoch ein direktes Einstrahlen von Umgebungslicht in den Messbereich 6 verhindert. Beispielsweise weist das Labyrinth 8 mehrere Umgebungsöffnungen 9 auf, über die Umgebungsluft in dem Messbereich zirkulieren kann. Das Labyrinth 8 ist so aufgebaut, dass Umgebungslicht, welches durch die Umgebungsöffnung 9 eintritt, mindestens einmal, vorzugsweise mindestens zweimal reflektiert werden müsste, um in den Messbereich 6 zu gelangen. Alternativ oder ergänzend ist das Labyrinth 8 so realisiert, dass Umgebungslicht, welches durch die Umgebungsöffnung 9 eintritt, mindestens einmal, vorzugsweise mindestens zweimal reflektiert werden müsste, um auf ein Sensorelement 10 der Sensoreinrichtung 7 aufzutreffen.
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Der Brandmelder 1 umfasst eine Auswerteeinrichtung 11, welche das Sensorsignal der Sensoreinrichtung 7 entgegennimmt und auf Basis des Sensorsignals einen Brand detektiert. Beispielsweise wird detektiert, ob der in dem Messbereich 6 gestreute Anteil des Messlichts M, der von dem Sensorelement 10 aufgenommen wurde, oberhalb von einem vorgebbaren Grenzwert liegt. Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung 11 als ein Mikrocontroller oder als eine andere Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet. Optional ergänzend umfasst der Brandmelder 1 eine Alarmeinrichtung 12, welche zur Ausgabe eines optischen oder akustischen Alarms bei der Detektion des Brandes ausgebildet ist. Weiterhin umfasst der Brandmelder 1 optional eine nicht dargestellte Batterie zur Energieversorgung des Brandmelders 1.
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Der Brandmelder 1 weist ein Selbstüberwachungsmodul 13 zur Detektion von elektromagnetischen Störungen (EMV) in dem Sensorsignal der Sensoreinrichtung 7 auf. Somit wird das Sensorsignal sowohl zu der Überwachungseinrichtung 11 als auch zu dem Selbstüberwachungsmodul 13 geleitet. Das Selbstüberwachungsmodul 13 kann auch eine Komponente der Auswerteeinrichtung 11 bilden. Insbesondere kann das Selbstüberwachungsmodul als ein Programm oder ein Teilprogramm in der Auswerteeinrichtung 11 ausgebildet sein.
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Der Brandmelder 1 ist zum Zweck der Detektion von elektromagnetischen Störungen in dem Sensorsignal ausgebildet, während der Erfassung von dem Sensorsignal durch das Selbstüberwachungsmodul 13 die Lichtsendereinrichtung 5 zu deaktivieren, sodass der Messraum 6 abgedunkelt ist. Beispielsweise wird die Ansteuerung durch die Auswerteeinrichtung 11 übernommen. Es ist darauf hinzuweisen, dass aufgrund des Labyrinths 8 der Messraum 6 bereits von dem Umgebungslicht abgeschottet ist, sodass die Abdunklung sehr zuverlässig erfolgt. Das aus dem abgedunkelten Messraum 6 von der Sensoreinrichtung 7 aufgenommene Sensorsignal wird als Dunkelsignal bezeichnet.
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Das Selbstüberwachungsmodul 13 ist ausgebildet, das Dunkelsignal auf Hinweise oder Merkmale der elektromagnetischen Störungen zu untersuchen..
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Dies wird bei einer ersten beispielhaften Realisierung erreicht, indem in einem ersten Schritt Signalanteile mit Frequenzen, die nicht einem Störwellenfrequenzbereich entsprechen z.B. analog herausgefiltert werden. Das daraus resultierende gefilterte Dunkelsignal enthält somit nur noch Signalanteile in dem Störwellenfrequenzbereich von z.B. 1 KHz bis 10 kHz. In einer sehr einfachen Ausführung könnte eine Energie dieses gefilterten Dunkelsignalbereichs bestimmt werden und als Maß für elektromagnetische Störungen herangezogen werden.
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Alternativ hierzu wird die Amplitude der Störwelle der elektromagnetischen Störung bestimmt, insbesondere gemessen oder abgeschätzt. Dies wird umgesetzt, indem das gefilterte Dunkelfeldsignal mit einer Frequenz kleiner als die Frequenzen in dem Störwellenfrequenzbereich abgetastet wird. Beispielsweise wird eine Frequenz von 1 Hz oder kleiner verwendet. Die Abtastung erfolgt unkorreliert oder frei laufend zu den Störwellen der elektromagnetischen Störung. Aus einer Mehrzahl, z.B. mehr als 20, aufeinanderfolgenden Messwerten wird durch Häufigkeitsanalyse oder Schätzung die Amplitude oder zumindest ein Amplitudenreferenzwert bestimmt.
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Für den Fall, dass das Selbstüberwachungsmodul 13 elektromagnetische Störungen feststellt, so kann dieses über ein Kommunikationsmodul 14 eine Warnmitteilung an eine Zentrale oder an einen technischen Dienst ausgeben. Die Warnmitteilung kann zum einen zu dem Einsatz von Servicepersonal führen oder eine Zuverlässigkeitsstufe des Brandmelders verändern, wobei die Zuverlässigkeitsstufe gesenkt wird, wenn eine elektromagnetische Störung vorliegt. Alternativ oder ergänzend kann über eine Signaleinrichtung 15 lokal eine optische oder akustische Warnmeldung ausgegeben werden.
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Alternativ oder ergänzend kann das Selbstüberwachungsmodul 13 mindestens eine Kenngröße der detektierten elektromagnetischen Störung an die Auswerteeinrichtung 11 übermitteln, wobei die Auswerteeinrichtung 11 ausgebildet ist, die mindestens eine Kenngröße der elektromagnetischen Störung bei der Detektion des Brandes zu berücksichtigen. Die Berücksichtigung kann zum einen umgesetzt werden, indem eine Auslöseschwelle für einen Alarm hochgesetzt wird. Die Berücksichtigung kann zum anderen umgesetzt werden, indem eine Wahrscheinlichkeit, dass der Alarm ein Echtalarm und kein Fehlalarm ist, mit ausgegeben und an die Zentrale übersandt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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